大豆蛋白素肉風味影響研究進展

朱秀清，張賓洋，孫冰玉，高 遠

（哈爾濱商業大學食品工程學院，黑龍江省谷物食品與谷物資源綜合加工重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150076）

肉類含有人體所需的高質量蛋白，具有良好的風味及適口性，受到消費者廣泛青睞。但近年來，肉制品供給不足及畜牧業可能引起的環境污染問題一直是人們關注的焦點，因此利用植物資源生產高蛋白仿肉制品的研究逐漸成為熱點。根據來源不同，一般將人造肉分為兩種：一種是植物蛋白肉，由于大豆蛋白中蛋白含量極為豐富，并且含有一定量的脂肪和豐富的植物纖維，所以植物基人造肉主要是由大豆蛋白為主要原材料，經不同擠壓工藝制成；而另一種人造肉則是細胞培養肉，利用動物干細胞體外培育分化增殖。與傳統畜牧業產生的肉類不同的是，人造肉具有更環保、更健康、能滿足不同需求人群且營養成分可調控等優點，并且植物基人造肉兼具成本與質量等多重優勢，是未來人造肉發展的重要方向。在20世紀60年代，擠壓技術開始應用在植物基肉制品的生產中。有學者開始研究在低水分條件下（物料含水量約為20%～40%）混合擠壓素肉[1]，Zheng Huanyu等[2]通過物料水分為20%的大豆蛋白和玉米蛋白的混合擠壓，發現低水分擠壓能減少植物蛋白中的某些過敏源，且口感松軟，但食用前需要復水。在20世紀90年代，隨著對擠壓技術研究的深入，高水分擠壓技術（物料含水量約為40%～80%）逐漸興起。相對于低水分擠壓，高水分擠壓技術沒有復水過程且加入成分多樣、組織化程度更高、形成纖維程度更佳，高水分擠壓機器的冷卻模頭還能最大限度保留擠壓物的活性物質[3]。

雖然國內大豆蛋白素肉的應用市場已初具規模，但市場上的大豆蛋白素肉仍存在風味單一等問題，所以增加大豆蛋白素肉風味種類和研究大豆蛋白素肉風味形成具有必要性。雖然大豆蛋白素肉與動物肉相比在口感等方面仍有一定差距，但人造肉通過技術上的優化，在風味上能夠部分替代傳統肉類[3]，隨著科技的發展，未來人們餐桌上食品的味道必將越來越豐富。但受配方、工藝、原料等因素的影響，素肉產品風味品質不穩定，常出現異味重、包埋效果差、香味弱、粉味重[4]等問題，在生產加工中亟需突破技術瓶頸以解決這些問題。

本文概述了大豆蛋白素肉的風味來源，并重點闡述了風味物質的產生原理，然后總結了不同因素對大豆蛋白素肉風味物質的影響，最后分析了風味化合物與大豆蛋白的保留機制，以期為大豆蛋白素肉風味物質的工業應用提供理論支撐。

1 大豆蛋白素肉的風味來源

1.1 大豆原料的風味

大豆制品由于其豐富的營養價值成為消費者餐桌的重要食品，并具有一定的風味特征，Zhao Xiaoyan等[5]通過氣相色譜-質譜聯用技術鑒定出大豆蛋白中含有乙酸乙酯、丁酸丁酯、1-己醇、辛酸乙酯等15 種揮發性物質。大豆由于脂肪氧化酶的存在，在加工中會迅速氧化大豆中的不飽和脂肪酸，從而產生豆腥味。大豆中豆腥味主要有兩種來源途徑：一種是大豆中含亞麻酸和亞油酸等必需氨基酸，其生成氫過氧化物，后降解為醛、酮、呋喃、醇等形成了獨特的味道，即豆腥味；另一種是非揮發性的苦澀味，通過味覺才能感知，主要成分為酚酸、異黃酮、呋喃等。豆腥味的成分復雜，至少與大豆中的30多種揮發性物質有關，如脂肪族羰基化合物正己酸酐、揮發性甲胺等，單長松等[6]通過頂空固相微萃取結合氣相色譜-質譜聯用技術研究豆制品的揮發性物質，發現豆腥味的關鍵化學物質為反-2-己烯醛和正己醇。

1.2 脂肪氧化形成的風味

蛋白素肉原料中還含有部分的脂質，大豆脂質氧化也是產生風味物質的主要途徑之一[7]。脂質本身及其分解產物就會產生大量風味物質[8]。其次，脂質會溶解脂溶性風味物質，如部分金屬離子和小肽，從而產生特定風味。蛋白質本身沒有異味，然而它們能夠結合不飽和脂肪酸氧化產生的醛類、酮類和醇類等不良風味化合物[9]，從而影響食品的感官品質。擠壓技術通過高溫、高壓和高剪切作用，可有效防止脂肪氧合酶誘導的脂質氧化，從而改善大豆蛋白產品的風味[10]，原理可能是高壓會改變脂肪氧合酶的結構[11]，降低脂質氧化效率。脂質富含脂肪酸和磷脂，它們都是肉類似風味形成的重要前體物質或中間產物。脂質熱解生成游離脂肪酸[8]，而游離脂肪酸對肉類風味的產生有重要影響。Menis-Henrique等[12]通過研究油脂含量對擠壓膨化零食風味的影響，發現含6 g/100 g油脂的擠壓食品比含24 g/100 g油脂的擠壓食品的咸味、奶酪味、鮮味和油味更明顯，說明油脂含量會對擠壓食品的風味物質產生影響。Palkert等[13]在雙螺桿擠壓機中擠壓不同脂肪含量的大豆粉，發現脫脂大豆粉在膨化擠壓中風味物質流失最為嚴重，說明脂肪含量能影響風味的流失情況。脂肪含量和風味化合物的產生也密不可分，當不飽和脂肪酸的含量越高時，產生的風味物質種類就越多[14]，并且通過在擠壓中添加脂肪能明顯改善肉類類似物的質地和嫩度[15]。

1.3 美拉德反應形成的風味

大豆蛋白在加熱時會產生吡嗪類化合物（約12 種）、糠醇、5-甲基糠醛、葵醛、苯乙醛、愈創木酚、吡咯等物質，味道類似煮熟的肉類[16]。周洋等[17]通過烘烤、擠壓膨化和蒸汽熱處理等加工方法對植物蛋白進行加工，使蛋白發生美拉德反應后，發現烘烤或擠壓膨化能有效減少植物蛋白中的苦味、異味。張文君等[18]通過氣相色譜-質譜聯用技術研究植物蛋白美拉德反應，發現產生風味的主要物質吡喃和吡嗪來源于高溫下Strecker氨基酸合成反應和焦糖化反應，美拉德反應終級階段是呋喃和羧基中間產物發生反應，此過程包括羥醛縮合與生成類黑精的聚合反應，產生大量的吡嗪化合物[19]。值得注意的是，許多肉類風味化合物可以通過硫胺素（VB1）的降解或還原糖與硫化氫和氨的混合物產生，但是美拉德反應仍被公認為形成肉類風味的重要反應。美拉德反應產生風味物質的機理如圖1所示，還原糖的半縮醛羥基與氨基酸類物質的氨基進行縮合形成亞胺，進而生成席夫堿，席夫堿經環化生成N-替代糖基胺，N-替代糖基胺發生重排產生Amadori分子重排產物；隨后是美拉德反應高級階段，該反應階段是風味物質的主要產生階段，主要包括3 條路徑，分別是1,2-烯醇化反應，2,3-烯醇化反應以及Strecker降解反應。Strecker降解是氨基酸和二羰基化合物發生熱降解反應生成醛類化合物，能直接產生風味物質；美拉德反應終極階段極其復雜，羰基化合物通過脫氫、重排、異構化等反應生成類黑精，但類黑精結構尚不明確，其反應來源和機理也未明確。

圖1 美拉德反應生成風味物質機理[16]Fig.1 Mechanism of Maillard reaction to produce flavor substances[16]

1.4 外源添加物形成的風味

雖然大豆蛋白本身經過美拉德反應會產生許多的風味物質，但仍存在風味種類單一、味道不夠濃郁等問題，所以很多素肉產品加工時以大豆蛋白為原料，主要以外源添加物賦予食品風味。Leonard等[20]發現復合擠壓導致大豆蛋白與其他原料組分發生非共價交聯，這種相互作用會影響擠出物的風味特性。通過改變游離氨基酸、碳源、小肽等物質，促進擠壓過程中美拉德反應進程，增加風味物質的種類和濃度。微觀結構表明，在雙螺桿擠壓過程中，不規則植物基蛋白的顆粒結構被破壞，說明其他擠壓原料的加入不僅能直接提高風味化合物的豐富程度，也有利于產品向更片層狀或纖維狀結構轉變，提高風味物質的揮發阻力[21]。通過對擠壓原料的優化不僅能提高風味化合物的產量，還能促進大豆蛋白與其他組分形成非共價交聯，提高大豆蛋白素肉的口感。

1.4.1 小麥蛋白

小麥蛋白相比大豆蛋白，能提供更多碳源，通過美拉德反應提供的風味物質種類更為豐富[22]。齊琳娟等[23]通過研究揮發性物質與原料種類的關系，發現全脂大豆粉和小麥麥麩混合烘焙比單一烘焙產生的風味化合物更豐富，說明添加物的豐富程度對風味化合物的豐富情況有直接影響。Guo Zengwang等[24]通過研究小麥蛋白和大豆蛋白的混合擠壓，發現麥麩提供了更多的碳源，促進了美拉德反應，產品中揮發性風味物質產生的量隨小麥面筋含量的增加先升高后降低，說明在適當范圍內增加一些其他植物蛋白進行混合擠壓，能提高風味物質濃度和種類，同時，小麥蛋白的加入使擠出物更加致密，食品紋理更加纖維化，增強組織間的揮發阻力。

擠壓處理能有效地降低麥制品的脂肪酸值，更利于保留麥制品的生理活性組分。同時，擠壓過程中的熱處理能更大限度地提高麥制品的營養、色澤和風味物質[25]。通過大豆蛋白和小麥蛋白的混合擠壓，兼顧解決大豆蛋白中谷氨酸含量不足和小麥蛋白中賴氨酸含量不足的問題，使得擠壓原料中風味前體更豐富。

1.4.2 淀粉

淀粉是食品工業中極為常見的原料，作為輔料可以提高擠壓物的感官品質和組織化度，在人造肉原料中添加適量淀粉[26]，可以顯著提高產品的感官品質和組織化度，進而影響風味物質的揮發和貯存。戚明明等[27]通過研究擠壓對淀粉體外消化率和蛋白質結構的影響，發現擠壓處理能提高產品中慢消化淀粉含量，也增加了賴氨酸的濃度，提高了產品口感。宋文東等[28]通過氣相色譜-質譜技術分析氨基酸與淀粉熱反應產生的揮發性物質，發現淀粉水解產物可以與谷氨酸、L-精氨酸等反應產生風味物質?？赏茰y，與大豆蛋白的混合擠壓過程中，大豆蛋白產生的游離氨基酸與淀粉熱反應能生成豐富的風味化合物。Zhang Gaopeng等[29]研究擠壓過程中各種淀粉基聚合物的結構和功能特性的變化，發現淀粉在擠壓膨化過程中通過美拉德反應和焦糖化反應會形成一定的風味化合物，但單獨的淀粉擠壓利用率較低，需要通過和其他植物蛋白的結合才能提高利用率。

擠壓過程中的高溫、水分和高剪切作用會對淀粉結構造成破壞，當晶體結構被破壞，淀粉分子發生降解，甚至會形成糊精、麥芽糖等[30]。在高溫熔融階段，淀粉的降解物和蛋白質降解物通過美拉德反應生成大量的風味物質。淀粉在保護風味穩定性方面有獨到的作用[31]，通過水合作用，淀粉易凝膠化，提高風味物質的穩定性。

1.4.3 親水膠體和其他添加物

親水膠體也是混合擠壓的常見添加物。如魔芋凝膠具有優良的保水性、凝膠性、增稠性等特性[32]，與大豆分離蛋白混合能形成優質的凝膠[33]，譚建新等[34]在豆制品中加入魔芋凝膠，由于魔芋膠本身不帶電荷，而提供口感的物質主要是產品中的水溶性組分，可以減少其他風味物質的產生，凸顯豆制品本身的風味?？ɡz在擠壓過程中還可以吸附更多的水分，并形成更均勻、更致密的蛋白質網絡，能顯著提高形成風味化合物的穩定性。另外還有一些其他配合物，如Mazlan等[35]使用大豆蛋白和平菇進行單螺桿擠壓，發現平菇的加入能使肉類似物的風味更加豐富、膨脹率得到抑制。

即使生物大分子不與風味物質結合，也能影響風味物質的移動和釋放[36]。當食物中的親水膠體過多時，風味感官會迅速下降，這是由于大分子濃度過多時，大分子將從自由移動狀態變為相互纏繞狀態，高硬度部分的風味物質釋放量比低硬度部分的釋放量更小，其原因是硬度較大部分抑制了風味成分的擴散[37]。但是食用素肉經過高溫蒸煮，如甲基纖維素在高溫下能從凝膠態轉變為溶液態[38]，導致食品硬度下降，風味物質開始大量釋放。

擠壓過程中揮發性物質通常在膨脹過程中極不穩定，導致風味物質大量損失[39]。在擠壓過程中，原料的熱處理發生在高溫、高剪切和不同的水分條件下，這會導致擠壓材料中各種成分的內部與內部、內部與外部之間發生異常激烈的降解、變性、交聯和相互作用。這也是揮發性物質發生大量損失的原因，但是通過加入不同的擠壓原料，不僅可以增加擠壓物形成的風味物質含量，還可以改變擠壓過程中的相互作用，保護風味物質。例如，水的揮發對擠壓產品的穩定性有負面影響[39]，但加入魔芋凝膠可以起到保護水分的作用，增強產生風味物質的穩定性。例如，小麥蛋白能促進巰基氧化形成二硫鍵導致蛋白大分子的聚合，在擠壓過程中“包埋”風味化合物。

1.4.4 酵母抽提物

酵母抽提物是用發生自溶現象后的酵母為原料，通過現代技術（如自溶、酶解、酸解）處理酵母細胞，生成具有風味的小分子物質如核苷酸、多肽、氨基酸等[40]。酵母抽提物香氣的產生一般由3 種成分共同作用：鮮味肽（因其結構機理復雜目前尚未明確）、鮮味氨基酸（如典型的谷氨酸和天冬氨酸）及呈味核苷酸（肌苷酸鈉）[41]。Alim等[42]利用酵母抽提物可以對大豆蛋白分子在擠壓過程進行分子互作，將風味物質“包埋”進纖維組織中，賦予擠壓肉于紅肉風味。Raza等[43]發現類似于谷胱甘肽的酵母抽提物，含有大量優質的含氮和含硫化合物，可以作為美拉德反應的優秀前體，增加的優秀風味物質的產生。而且，通過對酵母提取物中RNA進行氧化分解，產生大量的優質風味增效劑5’-核苷酸，說明擠壓過程中酵母抽提物通過美拉德反應產生大量的風味物質。雖然現有實驗并未研究酵母抽提物與大豆蛋白在擠壓過程中的風味物質具體變化情況，但通過結合擠壓原理，發現添加了酵母抽提物的擠壓物不僅風味物質種類增多、濃度增大，而且風味物質被“包埋”進纖維組織中，其保留率十分穩定。Alim等[42]發現酵母抽提物雖然在150 ℃高溫下仍會產生風味化合物，但絕大部分肉香類風味物質在100 ℃就已經產生，說明在擠壓過程中絕大部分風味物質在擠壓前中段就已經形成。當蛋白質到達溫度最高的擠壓段落時，風味化合物已經基本形成。

擠壓膨化工藝對酵母抽提物中的呈味氨基酸和多肽（如谷胱甘肽）有明顯的作用效果，并發現擠壓能提高酵母內物質的利用率[44]，擠壓膨化過程中蛋白質發生了美拉德反應和一定程度的改性，可推測在高溫、高壓、高剪切作用下蛋白質分子和酵母抽提物在擠壓過程中可能發生分子互作，提高風味化合物與蛋白質的結合程度。大豆蛋白和酵母抽提物的混合擠壓能最大程度產生風味物質，并且通過大豆蛋白結構的改變，風味物質的穩定性也能得到保證。甚至酵母抽提物在冷凍保存方面也有不錯的效果[45]，說明大豆蛋白和酵母抽提物極具應用前景。

1.4.5 其他風味添加劑

Guo Zengwang等[24]通過對大豆蛋白中添加外源性添加劑進行混合擠壓，發現醇、酚、醛類等揮發性物質含量明顯增多，特別是月桂烯等肉香脂類風味物質大量增加，說明通過優化添加劑可以達到定向增強風味的目的。楊春梅等[46]在大豆蛋白中添加味精和牛肉香膏，發現添加風味添加劑能顯著提高素肉的風味味道。擠壓后的大豆蛋白分子由球狀聚集態重組為纖維狀，微觀表現為逐漸組織化、層次化，為風味添加劑提供容納場所，保證絕大部分風味物質不會因為外界變化，導致風味物質“逃逸”，造成食物味道改變。

風味添加劑通過擠壓加工能產生更多的風味物質[47]，產生的風味物質以素肉為載體進行表達。烷基吡嗪幾乎占燒烤豬肉味揮發物的80%[48]，通過增加吡嗪類化合物的風味前體（含氮化合物和α-二羰基化合物）含量能模擬燒烤豬肉味。木糖和雞肉酶解產物在120～140 ℃獲得的美拉德反應產物比100 ℃產生的烤雞肉風味更濃，且產生的雜環數量更少[49]，說明通過高溫后的美拉德風味劑能產生更多的風味物質，并且通過調控擠壓工藝和添加物，素肉能實現對美拉德反應的定向控制，并降低美拉德反應產生的雜環和其他有害物質，保證食品安全性。有研究表明，以蛋白質為載體的活性物質更容易被胃腸道中的消化酶水解[50]，而擠壓膨化過程能改變蛋白質結構，增加蛋白質水解度，促進呈味氨基酸和核苷酸產生，提高產生風味化合物的含量并容易被人體吸收。并且大豆蛋白對風味物質具有良好的吸附作用，產生的風味物質由于風味閾值小、表達效果強、更能被人體接受，能掩蓋住大豆蛋白本身的豆腥味。

不同外源添加物對大豆蛋白素肉風味形成影響的研究匯總如表1所示。

表1 不同外源添加物對大豆蛋白素肉風味形成的影響Table 1 Effects of different exogenous additives on the formation of the flavor of soybean protein-based meat analogs

2 擠壓對大豆蛋白素肉風味形成的影響

大豆蛋白在高剪切力和高溫作用下發生顯著的物理和化學變化，并且在擠壓過程中發生了分子重排[51]，同時風味物質也在高溫過程中發生了一系列的變化，并發現擠壓能不同程度地影響風味物質的形成。Phuhongsung等[52]發現大豆分離蛋白通過高溫、高壓、高剪切的環境，美拉德反應產生的風味化合物穩定，且加入的添加物質形成了1-辛烯-3-醇、麥芽糖醇等揮發性化合物，說明通過高溫、高壓、高剪切處理后形成的風味物質豐富且穩定。擠壓前后，大豆蛋白的風味發生了巨大的變化，在擠壓過程中擠壓工藝的不同因素，如擠壓參數、酸堿環境等都會對風味物質的形成產生重大的影響。

2.1 擠壓參數對風味物質形成的影響

王婷婷等[53]研究不同水分含量原料在擠壓后產生的特征風味化合物，發現(E)-2-壬烯醛在物料水分相對含量為13%、17%、21%時風味貢獻度較大，在25%時并沒有檢測到該物質，而(Z)-2,4-癸二烯醛在水分相對含量為25%時濃度最多，說明原料中不同的水分含量能影響風味化合物的濃度。趙冰等[54]研究不同水分活度對食品揮發性物質的影響，發現低水分活度能提高揮發性物質的保留時間，水分活度的高低都會影響風味的表達。水分不僅能直接影響風味物質的形成，還能通過影響微觀結構、內部蛋白質和水分子的結合能力以及蛋白質的二級結構來間接影響擠出物的風味[55]。水分是風味物質形成的重要媒介，在擠壓混合階段，原料和水分在高溫、高剪切作用形成復雜的重排過程，通過優化原料水分含量，能產生更多更豐富的風味物質。

?árka等[19]發現大豆蛋白在擠壓膨化過程中能有效減少本身所帶的豆腥味。且有文獻報道大豆蛋白在制成和加工過程中，提高擠壓溫度也能極大程度抑制豆腥味的產生[56]。Zili?等[57]通過研究豆制品在45～140 ℃擠壓過程中酚類化合物的變化，發現提高擠壓溫度后，大豆蛋白在擠壓膨化過程能產生5’-羥甲基糠醛，后續高溫下能與氨基酸發生反應產生其他風味化合物。張蟬等[58]研究大豆脂肪氧合酶強化其他風味時發現，豆腥味產生的重要催化劑大豆脂肪氧合酶在高溫條件下能增加風味化合物種類，部分不良揮發性物質會向優質風味物質轉變。Zhang Lan等[59]研究大豆蛋白的非擠壓膨化時，用固相微萃取和氣相色譜-質譜聯用技術對樣品中的揮發性成分進行對比分析，未檢出己醛和2-戊基呋喃等不良風味物質，并發現擠壓后形成多達13 種揮發性成分，產品風味得到明顯改善，說明大豆本身的風味化合物通過高溫過程形成了新的物質，調整擠壓溫度不僅能減少大豆本身所帶的異味，還能促使其形成新的風味物質。關麗娜等[60]研究擠壓溫度對豌豆的影響，發現擠壓溫度越高，風味化合物種類越多，不良風味化合物越少，優質風味化合物濃度越高。這也印證了蔣華彬[61]和Cheftel[62]等發現擠壓物風味化合物的含量隨擠壓溫度上升而逐漸增加，直到170 ℃左右開始下降，也說明風味化合物隨擠壓溫度的上升而愈加豐富是有上限的。

張先等[63]通過調節不同擠壓溫度和物料含水量研究其對美拉德反應產物褐變度和抗氧化活性的影響，發現物料含水量相同的情況下，機筒溫度越高，還原糖和氨基態氮含量越少；機筒溫度相同的情況下，物料含水量越高，還原糖和氨基態氮含量卻越多，說明擠壓參數也會顯著影響擠壓內部的美拉德反應前體，影響美拉德反應進程。調節擠壓工藝，能改變機筒內部還原糖和氨基態氮含量，增加美拉德反應利用率，能更大程度提高產生的風味化合物含量。

2.2 擠壓環境對風味物質形成的影響

對美拉德反應模型系統的研究表明，反應介質的pH值會影響揮發性物質性質和濃度的變化[64]，而不同添加物會改變擠壓原料的pH值，通常在堿性環境下會產生更多的游離氨基酸，增加擠壓所需的風味物質前體[65]，也會間接影響風味添加劑（酵母抽提物）在擠壓中的美拉德反應進程[66]。美拉德反應和其他涉及羰基氨基縮合的反應需要大量游離氨基，因此在較高pH值下進行擠壓能產生更多的風味物質。但是較低的pH環境也能加速半胱氨酸的美拉德反應[67]，說明不同添加物加入后改變物料的酸堿環境同樣也會影響擠壓風味化合物的形成。

張嚴等[68]研究表明，還原糖-氨基酸（木糖/葡萄糖分別與甘氨酸、賴氨酸、谷氨酰胺、半胱氨酸）模式美拉德反應產物的抗氧化活性與褐變強度呈正相關，物料中游離氨基酸種類不同，通過擠壓的熱處理后，美拉德反應產物的抗氧化活性與褐變強度也不同，說明不同蛋白的添加會極大影響美拉德反應的程度。

擠出物黏度也會影響風味物質，Mariani等[69]發現在糖含量較高的擠出物中，風味物質（D-檸檬烯和N-癸醛）產出較少。有證據表明，糖含量的增加降低了擠出物的黏度，從而增加了揮發物的擴散性，減少風味物質穩定性。擠出物擠出后在最小黏度時風味物質損失最小也支持這一黏度理論[70]。但根據美拉德反應原理，糖類越多產生的風味物質越多。如果能在擠出物模頭出口端減少擠出物黏度，就能在不減少量的情況下提高風味物質的穩定性。

擠壓過程不同因素對大豆蛋白素肉風味形成影響的研究匯總如表2所示。

表2 擠壓過程中不同因素對大豆蛋白素肉風味形成的影響Table 2 Effects of different extrusion conditions on flavor formation in soybean protein-based meat products

2.3 擠壓過程中風味物質形成原理

大豆制品的味道是一個復雜的系統，不單只是最終產生的風味物質決定味道，而是整個風味物質系統決定食品的味道。大豆蛋白和風味物質共同組成這個風味系統，所以蛋白質結構變化與風味物質的表達密不可分[71]。擠壓中大豆蛋白與風味物質形成關系如圖2所示，加入風味物質前體（糖類）的大豆粉擠壓過程的風味物質形成主要可分為3 個階段：第一階段，蛋白質受熱降解產生小肽、游離氨基酸，氫鍵開始斷裂。風味物質前體部分熱解，產生Amadori化合物和部分風味物質，并且大豆異味揮發性物質開始分解；第二階段，蛋白質受熱展開，Amadori化合物反應生成大量羰基化合物及風味化合物前驅物，部分Amadori化合物開始重排。且脂肪酸與美拉德反應在這個階段相互作用影響；第三階段，通過擠壓膨化的蛋白質重新開始構象[72]，風味物質的產生趨于穩定，3 個階段產生的風味物質緊密結合蛋白質結構，使得大豆異味減弱，產出具有優秀風味的產品。在風味物質產生階段中，脂肪酸與美拉德反應的相互作用、擠壓過程中蛋白質結構的變化、蛋白質結構變化對風味物質保留的影響等共同決定最終的風味。風味的產生是一個相互作用、相互影響的過程。在擠壓過程中，擠壓原料在不同擠壓時段有不同的相態變化。在混合段時，原料在強大的剪切作用下與其他物質形成均勻的“面團”[73]，如何讓“面團”內部形成和包埋更多的風味物質，是優化擠壓工藝的最終目的。

圖2 風味物質在擠壓膨化過程中的形成[72]Fig.2 Formation of flavor substances during extrusion[72]

3 大豆蛋白素肉加工中風味物質的保留

大豆蛋白素肉在擠壓加工中能形成大量的風味物質，但產生的風味物質如何長期在產品中保留仍是值得探索的問題。影響食品風味保留主要有兩個因素：一個是由于大分子和結構組織的阻礙或包埋效應；另一個是小溶質（包括水分子和離子）與大分子之間特定相互作用（化學或非化學的，如氫鍵）的強度和性質[74]?？刂莆矬w中揮發性風味化合物釋放的主要因素也有兩個，即產品中化合物的自揮發性和產品向空氣傳導的阻力[75]。當食品紋理或蛋白結構改變時，風味物質向空氣傳導的阻力也會發生改變，所以通過調節蛋白質結構和食品紋理，可以影響風味化合物的釋放。

3.1 大豆蛋白組分對風味物質保留的影響

大豆蛋白中主要以7S伴球蛋白和11S球蛋白為主，在擠壓過程中配比不同對風味物質的保留率也不同。O’keefe等[76]通過研究11S球蛋白和7S伴球蛋白對醛類物質的結合力度，發現7S和11S蛋白結構對同一種揮發性物質的結合力不同，即不同蛋白組分比例對風味物質的結合效果有影響。O’Neill等[77]發現2-壬酮對7S伴球蛋白和11S球蛋白的結合速率有明顯差異，說明揮發性風味物質的結合和揮發受大豆蛋白不同組分的影響較為明顯。7S伴球蛋白是亞基形成的三聚體，而11S蛋白是六聚體，說明不同的亞基結構也可能對風味物質的結合和揮發產生影響。Riblett等[78]發現大豆蛋白中7S蛋白和11S蛋白所組成的氨基酸含量不同，通過擠壓形成的風味物質種類也不同。Ning等[55]通過比較7S與11S球蛋白在膨化擠壓后的保水率和膨脹率發現，11S蛋白相對于7S蛋白更有利于食品的膨脹化和保水能力，更能保護食品中的微量物質。通過優化物料中7S和11S的占比能增加氨基酸的量，提高產生風味化合物的濃度，并且能提高素肉的保水能力和致密程度，提高風味物質的保留率。

3.2 擠壓對風味物質保留的影響

風味物質極易在食品的加工貯藏過程中揮發與降解，使食品的整體風味發生改變，通過提高食品中風味物質保留率，能使食品在加工貯藏過程的風味味道保持穩定。風味物質的保留受許多因素的影響，擠壓參數和添加劑都與風味物質的保留密切相關[79]。Milani等[80]在大豆分離蛋白擠壓原料中加入肌苷酸二鈉等添加劑，發現揮發性風味物質的保留率不僅受添加劑的種類和數量的影響，也與擠壓參數有關。Guo Zengwang等[24]通過研究不同水分含量的物料對高水分大豆蛋白肉中風味物質保留率的影響發現，人造肉中揮發性風味物質的保留率隨水分含量的增加而減少，并且認為合理的水分微環境可以有效保護風味，提高對風味成分的保護。Oke等[81]通過研究高溫條件下揮發性物質的留存情況，發現高溫會影響烴類化合物的保留率，即當擠壓溫度逐步升高，風味物質逐漸增多，但當溫度超過一定限度，風味物質被破壞。調控擠壓溫度的主要目的是影響蛋白質結構和揮發物質產生，擠壓溫度能直接影響產生風味物質的量，并且能顯著影響蛋白質結構。尋崇榮等[82]研究認為螺桿轉速的改變對揮發性風味物質保留率有較大的影響，隨螺桿轉速的增加風味保留率有先增多后減少的趨勢，在300 r/min時保留率達到峰值，并且決定香脂味道的β-月桂烯也在300 r/min時濃度達到最大，同時蛋白質結構也較為致密。雖然大量添加風味添加劑能增加大豆蛋白素肉中的風味物質，但素肉并不能長時間儲存大量風味物質，所以通過優化擠壓加工工藝，增強蛋白素肉紋理對風味物質的包埋和阻礙作用，提高蛋白質結構對風味物質的吸附力，可以捕捉和貯存更多的風味物質。

通過加入添加物也能提高風味物質的保留率，Palanisamy等[83]研究了卡拉膠和大豆蛋白擠壓形成肉類類似物，相比不加卡拉膠的類似物，其口感更加豐富、多汁?？ɡz可以起到保護風味物質和充當抗氧化成分的作用，卡拉膠分子在高溫后冷卻會形成雙螺旋體，組成立體網狀結構并凝固，從而鎖住結構中的水分和風味物質[84]?？ɡz在擠壓物的生產、貯藏和運輸時也同樣能起到減少揮發性風味物質損耗的作用。Guo Zengwang等[24]通過研究小麥蛋白和大豆蛋白的混合擠壓，產品中揮發性風味物質的保留率隨小麥面筋含量的增加而增加，說明適當添加氨基酸含量更豐富的植物蛋白，能提高大豆蛋白素肉對風味物質的吸附力[74]。

擠壓產品的纖維狀微觀結構受擠壓工藝的影響，蛋白質與水分子的結合能力以及蛋白質的二級結構都會影響食品的風味特性。在擠壓過程中，改變擠壓參數和添加物會影響分子間氫鍵、蛋白質與水分子的相互作用以及疏水基團的暴露[74]，分子層面上，改變蛋白質結構，蛋白質疏水作用改變，許多風味化合物通過疏水作用與蛋白質結合[85]。微觀層面上，改變素肉致密程度，所以“包埋”風味化合物的能力也會發生變化。擠壓過程中伴隨著高能量和高壓力的輸入，蛋白質的結構發生劇烈改變，甚至是二級結構的變性和破壞。風味化合物的保留和蛋白質分子的結構變化是密切相關的，通過優化蛋白質結構，能使素肉在生產運輸過程中保留更多的風味物質。

3.3 風味物質保留原理

Palkert等[13]利用Tenax捕獲系統分析發現，經過擠壓的大豆蛋白能捕獲大量的風味化合物，說明美拉德反應產生的風味物質能通過擠壓富集在蛋白質中，這也是研究風味化合物和大豆蛋白結合機理的基礎。Guo Jun等[86]通過研究乙酸己酯、乙酸庚酯等風味化合物與大豆分離蛋白異味的形成發現，當pH值的變化引起蛋白質結構發生改變時，乙酸己酯等風味化合物與蛋白質的結合也發生變化，出現風味失衡?？梢酝茰y如果高溫高壓下蛋白質構象發生變化，結合位點也會產生較大的變化，蛋白質構象的改變會不同程度地影響風味化合物的結合位點和結合速率。Wang Kun等[87]通過氣相色譜-質譜聯用技術研究了植物蛋白與醛類、酮類化合物的結合作用力，發現隨著風味物質濃度增大，蛋白質對風味化合物的結合位點變多，說明風味化合物的濃度能影響蛋白質的結合位點，可以通過添加風味劑增加擠壓產生的蛋白質結合位點。Ludwig等[88]研究不同溫度下大豆蛋白產生揮發化合物的變化情況，發現不同的溫度變化下，揮發性化合物產生和保留的量不同，說明通過調控擠壓溫度，能改變蛋白質結合化合物分子的結合力度，可以使更多的風味化合物與蛋白結構結合。Wang Juan等[89]通過研究大豆蛋白結合風味化合物的結合力，發現大豆蛋白結合風味化合物能力由強到弱依次為壬醛＞2-壬酮＞2-壬醇＞2-壬烯，說明不同的揮發性風味物質與大豆蛋白的結合力度都是不同的，同時也發現了風味化合物與蛋白質的結合是多種作用力在產生作用。

一般來說，蛋白質對風味化合物的結合方式可分為可逆性和不可逆性結合，可逆性結合包括疏水相互作用、氫鍵、范德華力和離子鍵（又稱靜電相互作用），不可逆性結合為共價結合[90]，風味化合物的保留率主要與可逆性結合相關。分子間作用力會影響風味物質與蛋白質的結合，擠壓通過改變蛋白質的分子間作用力，影響蛋白質分子和風味化合物的結合力，直接決定風味物質在蛋白質中的保留效率。Chiang等[91]通過研究不同濃度的風味添加劑（牛肉骨水解液）與植物蛋白對擠壓肉類替代品理化性質的影響，發現加入40%的牛肉骨水解液與大豆蛋白擠壓會影響肉類類似物的結構化程度，大量加入的前體會產生氫鍵，影響二硫鍵的形成，二硫鍵是肉類替代品纖維結構形成的關鍵[92]，大量產生氫鍵也會影響風味化合物的結合。蛋白質分子質量越大，分子疏水性越強，蛋白對風味化合物的吸附力也越強[85]，擠壓能改變大豆蛋白結構，提高風味化合物與蛋白分子的結合效率，使蛋白質更好地結合揮發性風味物質，提高風味物質的保留率。如圖3所示，通過擠壓處理后的大豆蛋白結構發生改變，風味物質與大豆蛋白的結合作用也發生改變，擠壓前大豆蛋白主要與己醛發生結合作用，相互作用力為疏水作用和氫鍵，發生擠壓后，大豆蛋白只與提供疏水作用的苯甲醛結合，導致大豆蛋白的風味物質保留率發生改變。食品內部也會因為蛋白質親和力的不同，使風味物質被受體從較遠位置吸引而來。當蛋白質結構改變時，蛋白質的親和力發生變化，蛋白質對風味化合物的結合效果也會發生改變。通過不同蛋白結構對不同種類化合物分子結合效果不同的原理，優化擠壓工藝，可以增強特定的風味。

圖3 擠壓前后風味化合物與蛋白質的保留作用Fig.3 Retention of flavor compounds and proteins before and after extrusion

綜上所述，不同的添加劑、蛋白組分、擠壓參數和pH值環境都會影響風味化合物和大豆蛋白的結合。風味化合物分子與大豆蛋白的結合機制主要是風味化合物的官能團和蛋白質上的某些基團形成共價鍵或非共價鍵。不同類型風味化合物具備不同的官能團，與大豆蛋白的結合也涉及不同的分子間作用力，且同一種作用力的貢獻也不一樣。帶苯環的醛類風味化合物，如苯甲醛，與大豆蛋白的結合只涉及疏水相互作用；飽和醛類風味化合物，如己醛和壬醛，與大豆蛋白的結合主要通過疏水相互作用發生；黃酮類風味化合物，如香茅醛，結合力度則與電位密不可分[71]。通過膨化擠壓改變蛋白質構象和蛋白質分子間作用力，可以優化蛋白質結構，優化出能為某一類或某幾類化合物提供分子結合位點的蛋白質結構，提升分子結合力。這為定向提高某一類食品風味提供了理論依據。風味物質在擠壓過程中損失嚴重[93]，通過研究化合物與蛋白質的結合機制，調控擠壓加工工藝可以得到更好的風味效果。

4 結 語

大豆蛋白素肉是一個極具經濟價值的食品研究方向，雖然現在的主流研究方向仍是優化擠壓工藝。但風味的調控和發掘風味產生、結合和揮發的機制一定是大豆蛋白素肉研究中不可缺少的一環。只有通過改進風味調控技術才能擴大人造素肉市場規模，特別是符合中國傳統飲食文化特色的風味現今仍是該領域的研究空白，通過迎合本土飲食文化特點，研制出符合中國人口味的素肉，才更可能贏得市場的歡迎。當前大豆蛋白素肉在風味上仍需突破，未來需要強化以下幾個問題：1）深入討論風味前體在擠壓過程中通過美拉德反應產生風味物質形成機制，已期達到對產品風味品質的調控；2）深入研究大豆蛋白素肉生產中的不同因素對風味物質保留與揮發的影響，通過對擠壓原料和擠壓參數的調控，達到豐富大豆蛋白素肉風味的目的；3）深入研究影響大豆蛋白素肉生產過程中的結合作用力變化的因素，以期能單獨調控某一風味化合物的結合效率；4）研究大豆蛋白素肉貯藏過程中的風味物質“逃逸”的發生過程，尋找造成風味失衡的原因。

大豆蛋白素肉具有消耗資源少、生產快、污染程度低等一系列優點，并且與傳統肉類相比，在生產時間和健康方面具有無可比擬的優勢。如果大豆蛋白素肉在風味方面取得突破性進展，素肉極大可能會受到廣大消費者的接受，特別是對有減肥、素食等特殊需求的人群。并且素肉生產滿足低碳、環保等需求，或將成為未來仿生食品不可或缺的部分。