原料及其擠壓條件對高水分?jǐn)D壓植物蛋白肉品質(zhì)調(diào)控的研究進(jìn)展

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和世界人口的不斷增長，資源的有限性和短缺性日益凸顯，植物蛋白肉作為傳統(tǒng)動物源性食品的“替代品”，通常被認(rèn)為是“更健康”（比肉類）和可持續(xù)發(fā)展的新食品。高水分?jǐn)D壓技術(shù)是新興的植物蛋白重組技術(shù)，該技術(shù)制成的產(chǎn)品質(zhì)地緊密、口感細(xì)膩，具有類似于動物肌肉的纖維組織，因而逐漸成為人們關(guān)注及研究的焦點。在高水分?jǐn)D壓過程中，螺桿的轉(zhuǎn)動將物料輸送至高溫的封閉腔體內(nèi)，而物料分子構(gòu)象的復(fù)雜變化對擠出物品質(zhì)特性影響顯著。綜述了在高水分?jǐn)D壓過程中，原料的組成成分（蛋白質(zhì)、碳水化合物、油脂、風(fēng)味物質(zhì)、著色劑）和擠壓條件（擠壓溫度、水分含量、螺桿轉(zhuǎn)速）對植物蛋白肉品質(zhì)特性的影響，為植物蛋白肉制品的發(fā)展提供了理論參考。

關(guān) 鍵 詞：植物蛋白肉; 高水分?jǐn)D壓; 原料組成; 品質(zhì)特性

中圖分類號：TS201 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1673－5862.2023.01.010

Research progress in the regulation of raw materials and extruding conditions on the quality of high moisture extruded plant protein meat

DUAN Yumin， YUE Chengcheng， XIAO Zhigang， ZHANG Junjie， SU Lina， WANG Peng

（College of Grain Science and Technology， Shenyang Normal University， Shenyang， 110034， China）

Abstract：With the development of economy and society and the continuous growth of the world population， the limitation and shortage of resources have become increasingly prominent. Plant-based protein meat as an “alternative” to traditional animal-derived foods is often considered a “healthier”（than meat） and sustainable new food. High moisture extrusion technology is a new plant protein recombination technology. The products made by this technology are compact in texture， delicate in taste， and have fibrous tissues similar to animal muscles. Therefore， it has gradually become the focus of peoples attention and research. In the process of high moisture extrusion， the material is transported to the high temperature closed cavity by the rotation of the screw， and the complex change of the molecular conformation of the material has a significant effect on the quality characteristics of the extruded material. In this paper， the effects of raw material composition（protein， carbohydrate， oil， flavor substance， colorant） and extrusion conditions（extrusion temperature， moisture content， screw rotation speed） on the quality characteristics of vegetable protein meat products in the process of high moisture extrusion are reviewed， providing theoretical reference for the development of vegetable protein meat products.

Key words：plant protein simulated meat; high moisture extrusion; raw material composition; quality characteristics

近年來，隨著世界人口的持續(xù)增長和可支配收入的日益提高，全球肉類食品消費量驟增［1］。據(jù)報道，預(yù)計到2050年全球肉類需求量將上漲50%［2］，而2020—2029年中國肉類產(chǎn)品的供給缺口總量將達(dá)3700噸以上［3］。在肉類需求日漸增長的背景下，人們逐漸意識到向低肉類消費轉(zhuǎn)變的重要性，因而以植物蛋白為主要原料的植物肉受到越來越多的關(guān)注［4］。植物肉中不僅沒有膽固醇和反式脂肪酸，還含有膳食纖維、低飽和脂肪酸等成分，在補(bǔ)充人體所需營養(yǎng)的同時又減少了對“三高”等疾病的擔(dān)憂。此外，植物肉也對地球生態(tài)提供了可持續(xù)發(fā)展的貢獻(xiàn)。相較于傳統(tǒng)的畜牧飼養(yǎng)，在植物肉的生產(chǎn)中，用水量、土地占用面積和溫室氣體排放量這三者均大大降低［5］，給環(huán)境帶來了巨大益處。

擠壓組織化蛋白技術(shù)包括低水分?jǐn)D壓技術(shù)和高水分?jǐn)D壓技術(shù)。低水分?jǐn)D壓技術(shù)（水分含量小于40%）生產(chǎn)的傳統(tǒng)擠壓組織化蛋白具有海綿狀的質(zhì)地，在食用前需要再水化，這些產(chǎn)品常被用作肉類增稠劑或肉類替代品。然而，這些產(chǎn)品在外觀和質(zhì)地上不能與肉類相比，不具有特定的纖維化結(jié)構(gòu)。高水分?jǐn)D壓技術(shù)（水分含量大于40%）作為一種新興的植物蛋白重組技術(shù)，利用其生產(chǎn)出高質(zhì)量的植物蛋白肉逐漸成為了人們關(guān)注及研究的焦點與重點［6－ 7］。蛋白質(zhì)原料在高溫、高壓和高剪切力等作用下會發(fā)生變性、解離和散開，變性后的蛋白分子會沿著流動方向排列，然后在模具端交聯(lián)，從而形成具有纖維狀的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［8］，采用該技術(shù)制成的產(chǎn)品質(zhì)地緊密、口感細(xì)膩，具有類似于動物肌肉的纖維組織［9］，而且無需復(fù)水即可直接食用。此外，蛋白原料在擠壓機(jī)的機(jī)筒中短時間內(nèi)受到高溫加熱，不僅提高了能源利用效率，還使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)得以保留并減少了抗?fàn)I養(yǎng)因子，這為擠出物賦予了比原料更好的功能特性［10］。但由于現(xiàn)有植物肉的口味距離肉類還有一定的差距，因而通過優(yōu)化現(xiàn)有產(chǎn)品的感官屬性以提高其適口性，是吸引消費者選擇的關(guān)鍵［11］。因此，本文綜述了在高水分?jǐn)D壓過程中，原料的組成成分（蛋白質(zhì)、碳水化合物、油脂、風(fēng)味物質(zhì)、著色劑）和擠壓條件（擠壓溫度、水分含量、螺桿轉(zhuǎn)速）對植物蛋白肉品質(zhì)特性的影響，以期為植物蛋白肉制品的發(fā)展提供思路與參考。

1 原料組成對植物肉產(chǎn)品特性的影響

1.1 主料

蛋白質(zhì)是高水分?jǐn)D壓植物蛋白肉產(chǎn)品的主要原料，常用于加工植物蛋白肉產(chǎn)品的蛋白質(zhì)如表1所示，不同來源的蛋白因其理化性質(zhì)與功能特性的差異對最終植物蛋白肉產(chǎn)品特性有著關(guān)鍵的影響。目前，大豆蛋白、豌豆蛋白、花生蛋白、谷朊粉以及少量的藻類蛋白都已經(jīng)作為原料被用于高水分?jǐn)D壓植物蛋白肉的生產(chǎn)中［24］，而且科研人員還在不斷探索新的蛋白質(zhì)原料。

大豆蛋白作為一種全價植物蛋白，富含多種人體必需氨基酸［25］，是生產(chǎn)高水分?jǐn)D壓植物蛋白肉的最主要原料之一。王喜泉等［26］以不同品種的大豆為原料，研究了氮溶解指數(shù)、粒度及大豆蛋白7S/11S比值等因素對高濕擠壓纖維化蛋白產(chǎn)品特性的影響，發(fā)現(xiàn)擠壓原料特性對高濕擠壓纖維化產(chǎn)品的感官質(zhì)量、質(zhì)構(gòu)特性及微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較明顯的影響，較高NSI值和較低粒徑范圍（0.076～0.135 mm）原料的擠壓產(chǎn)品纖維化結(jié)構(gòu)較好。此外，大豆11S球蛋白在擠壓加工過程中起著重要作用，提高11S球蛋白的含量在一定程度上可以提高擠壓纖維化產(chǎn)品的品質(zhì)。張波等［27－29］還對高水分大豆蛋白組織化生產(chǎn)工藝和機(jī)理開展了系統(tǒng)的研究工作，發(fā)現(xiàn)增加原料中的蛋白質(zhì)含量，可使產(chǎn)品的組織化質(zhì)量得到提高，并且在脫脂大豆粉中添加20%～30%的大豆分離蛋白，可以明顯地改善產(chǎn)品的組織化質(zhì)量。

谷朊粉是小麥淀粉生產(chǎn)中的副產(chǎn)物，由麥醇溶蛋白與麥谷蛋白組成，富含谷氨酰胺等功能性氨基酸，具有良好的黏彈性與薄膜成型性，在熱及壓力下表現(xiàn)出熱固性［30］。此外，谷朊粉中的麥谷蛋白在水和過程中容易形成具有可逆變形性質(zhì)的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)［31］，因而谷朊粉在擠壓植物蛋白肉中被廣泛應(yīng)用。Chiang等［32］以大豆?jié)饪s蛋白和谷朊粉為原料進(jìn)行高水分?jǐn)D壓，研究發(fā)現(xiàn)2種原料的比例對植物蛋白肉影響顯著，在無谷朊粉和含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%谷朊粉的植物蛋白肉上均顯示層狀結(jié)構(gòu)，而含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%和30%谷朊粉的植物蛋白肉在掃描電子顯微鏡下能夠呈現(xiàn)出大纖維與小纖維相互連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因而添加一定含量的谷朊粉有助于纖維微結(jié)構(gòu)的形成。此外，小麥等谷物在擠壓機(jī)內(nèi)的高溫環(huán)境下產(chǎn)生的焙烤風(fēng)味和美拉德反應(yīng)有利于提高植物肉感官品質(zhì)［33］，對植物肉的風(fēng)味具有一定改善作用。

花生蛋白作為一種優(yōu)質(zhì)植物蛋白［34］，具有較高的營養(yǎng)價值［35］。其營養(yǎng)構(gòu)成與動物性蛋白相似，并且與其他植物蛋白相比，花生蛋白消化系數(shù)可達(dá)90%，易被人體吸收利用。其中賴氨酸的有效利用率高達(dá)98.96%，比大豆蛋白高20%［36］，因而花生蛋白已逐漸成為開發(fā)高水分?jǐn)D壓植物肉原料的研究熱點。張金闖［37］以花生蛋白為原料，研究了擠壓條件和能量輸入方式對高水分花生拉絲蛋白品質(zhì)的調(diào)控作用，并從多個尺度描述了高水分花生拉絲蛋白纖維結(jié)構(gòu)形成的過程，進(jìn)一步證實了花生蛋白作為擠壓植物蛋白肉原料的可行性。此外，花生蛋白由于白度較大，可溶性蛋白質(zhì)和氮溶解指數(shù)高，因此，在植物肉產(chǎn)品中能夠有效地提高產(chǎn)品的組織化度，改善食品品質(zhì)。孫照勇［38］研究發(fā)現(xiàn)，向谷朊粉中添加適量的花生蛋白能夠提升擠壓組織化產(chǎn)品的組織化度，這可能與原料本身特性（蛋白質(zhì)分子大小、可溶性蛋白含量）有關(guān)。蔣華彬等［39］也發(fā)現(xiàn)向谷朊粉中添加適量的花生蛋白（10%～20%）可以有效改善產(chǎn)品的感官品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性。

豌豆蛋白主要由鹽溶性的球蛋白（70%～80%）和水溶性的清蛋白（10%～20%）組成，氨基酸種類豐富，比例較均衡，且含有較高水平谷物蛋白所缺少的賴氨酸［40］。研究發(fā)現(xiàn)，豌豆蛋白具有與大豆蛋白相似的氨基酸組成和一級序列，二者在功能特性和營養(yǎng)價值方面十分接近［41］。Fang等［42］研究發(fā)現(xiàn)豌豆蛋白在相同含水量下還可以吸收更多的脂肪，能通過鹽離子或者加工條件來改變蛋白質(zhì)中分子力之間的穩(wěn)定性，優(yōu)化產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度，提高植物肉品質(zhì)，與大豆蛋白、花生蛋白和小麥蛋白相比，豌豆蛋白僅含有較少的致敏原［41－43］。因此將豌豆蛋白作為植物蛋白肉生產(chǎn)原料逐漸受到加工企業(yè)的青睞，例如Beyond Meat公司生產(chǎn)的植物蛋白素肉產(chǎn)品以及OMNIPORK公司打造的植物豬肉品牌均是以豌豆蛋白為主要原料的。

隨著人們出于對植物蛋白肉風(fēng)味、纖維結(jié)構(gòu)及營養(yǎng)特性等方面的考慮，更多種類的植物蛋白被應(yīng)用于高水分?jǐn)D壓植物蛋白肉的生產(chǎn)中［44］。Palanisamy 等［45］以羽扇豆為原料，探究了螺旋藻的添加量對植物蛋白肉產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)特性與營養(yǎng)功能的影響，研究發(fā)現(xiàn)，隨著螺旋藻含量的增加，擠出物中多酚含量、總黃酮含量及抗氧化活性均顯著升高，且添加30%螺旋藻可將擠出物的體外蛋白質(zhì)消化率從82%降低到75.6%，螺旋藻的加入有效改善了植物蛋白肉的理化性質(zhì)和營養(yǎng)特性。Caporgno等［46］則探究了小球藻對大豆蛋白肉紋理與纖維化度的影響，研究表明，大豆蛋白與小球藻的結(jié)合使植物肉的營養(yǎng)特性和色澤得到了改善，同時還影響了植物蛋白肉纖維結(jié)構(gòu)的形成，而降低含水量可以平衡受阻的纖維形成，且小球藻的添加量在30%時可以獲得具有良好性能的植物蛋白肉。

1.2 輔料

1.2.1 碳水化合物

碳水化合物可根據(jù)水解程度分為大分子糖類和小分子糖類2個部分，2種糖類在高水分?jǐn)D壓植物蛋白肉中的作用不同。大分子類的淀粉和膳食纖維對植物蛋白肉的質(zhì)地有重要影響，其添加量不應(yīng)超過混合物的10%。而小分子糖類是發(fā)生美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)的重要底物，主要影響植物肉的外觀色澤［12］。

淀粉作為改變植物蛋白肉質(zhì)構(gòu)特性和組織狀態(tài)的重要輔料，可用作增稠劑、增強(qiáng)劑和結(jié)合劑來增強(qiáng)植物蛋白肉的保水性、改善口感和色澤，并維持?jǐn)D壓過程以及產(chǎn)品的性質(zhì)穩(wěn)定［46］。淀粉在熱機(jī)械加工下易發(fā)生降解和糊化，并能破壞蛋白質(zhì)的分子內(nèi)二硫鍵、增強(qiáng)疏水相互作用和表觀黏度，從而穩(wěn)定新構(gòu)象且促進(jìn)蛋白質(zhì)分子的聚集［13］。洪濱等［14］以小麥蛋白為原料，探究了淀粉的添加對高水分組織化蛋白的質(zhì)構(gòu)特性、顏色和內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果顯示，隨著淀粉添加量的增加，擠壓產(chǎn)品的硬度、膠黏性、黏彈性和咀嚼性均得到提高，組織蛋白樣品的亮度下降，淀粉的添加在顯著地影響了組織蛋白顏色的同時，還使產(chǎn)品的組織結(jié)構(gòu)疏松、氣腔增大。Martin等［15］還發(fā)現(xiàn)，在菜籽餅粕中添加淀粉會導(dǎo)致擠出物中可溶性膳食纖維含量增加，并且隨著溫度增加，其含量增加顯著。

在擠壓過程中，小分子糖類常被用作黏合劑，其通過美拉德反應(yīng)與蛋白質(zhì)側(cè)基結(jié)合而改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象，進(jìn)一步促進(jìn)了蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成［16］。Palanisamy等［17］發(fā)現(xiàn)，向大豆?jié)饪s蛋白中加入卡拉膠對擠出物的質(zhì)地和感官等品質(zhì)均有明顯的改善，當(dāng)卡拉膠的添加量為1.5%時，擠出物具有更好的理化性質(zhì)、紋理結(jié)構(gòu)及感官特性。竇薇等［18］也以大豆?jié)饪s蛋白為原料，探究了海藻酸鈉的添加比例對植物肉結(jié)構(gòu)性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)海藻酸鈉的添加提高了植物肉的組織化度和咀嚼性。此外，海藻酸鈉增強(qiáng)了蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-水之間的相互作用，從而導(dǎo)致植物肉持水性升高，當(dāng)海藻酸鈉添加量在6%時，可以獲得蒸煮效果較好的大豆?jié)饪s蛋白擠壓植物肉產(chǎn)品，如圖1所示。

1.2.2 油脂

擠壓技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用日益廣泛，在擠壓加工過程中將多種成分添加到蛋白質(zhì)基質(zhì)中可以改善植物肉產(chǎn)品質(zhì)量。有研究表明，脂質(zhì)在擠壓過程中通過與淀粉或蛋白質(zhì)形成復(fù)合物而起到增塑劑的作用，蛋白質(zhì)-脂質(zhì)的相互作用可以使纖維結(jié)構(gòu)變得更穩(wěn)定［13］。同時，油脂的存在還可以降低機(jī)筒摩擦促進(jìn)物料擠出，從而提高產(chǎn)品光滑度并提升產(chǎn)品的風(fēng)味。Chen等［19］將花生油添加到小麥面筋蛋白體系中進(jìn)行擠壓實驗，發(fā)現(xiàn)花生油可以通過一系列疏水位點與面筋蛋白相互作用，并通過疏水作用加強(qiáng)面筋蛋白的聚集，從而改善了面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)和面筋產(chǎn)品的加工，使面筋網(wǎng)絡(luò)更加緊密。

然而，不同脂肪酸組成的植物油對植物肉的風(fēng)味及感官品質(zhì)的影響存在差異。李巖等［20］分別將5種植物油（菜籽油、大豆油、花生油、葵花籽油、棕櫚油）添加到植物肉中，并對5組植物肉的風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)和感官進(jìn)行對比分析，如圖2所示。研究發(fā)現(xiàn)，5組植物肉的揮發(fā)性成分、感觀屬性、質(zhì)構(gòu)特性等均存在顯著差異，添加花生油和菜籽油的植物肉中揮發(fā)性化合物的種類和含量較多，但添加了花生油的植物肉在香氣輪廓中油脂味較為突出，且硬度與膠黏性較差，而添加菜籽油的植物肉以肉香味為主，其硬度、彈性較大，更適用于植物肉的加工生產(chǎn)，對植物肉的風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)等感官品質(zhì)具有明顯的增強(qiáng)作用。Chen等［21］研究發(fā)現(xiàn)，油酸和亞油酸顯著降低了豌豆蛋白分散體的表觀黏度，同時促進(jìn)了α螺旋和β折疊向β轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲的轉(zhuǎn)化，且不飽和度較高的脂肪酸不利于擠壓過程中豌豆蛋白纖維結(jié)構(gòu)的改善。此外，研究發(fā)現(xiàn)，脂質(zhì)和美拉德反應(yīng)間的相互作用可以生成一些揮發(fā)性化合物，有利于改善植物肉的風(fēng)味［22］。

1.2.3 風(fēng)味物質(zhì)

隨著植物蛋白肉生產(chǎn)逐漸趨于成熟，人們更加關(guān)注如何調(diào)控植物肉的風(fēng)味與口感。肉制品中的脂肪、血管等組織的存在賦予了肉類多汁、嫩滑的口感和飽滿、獨特的香氣，相比之下，植物蛋白肉產(chǎn)品往往風(fēng)味單薄、多汁性差［23］。目前有研究發(fā)現(xiàn)從大豆根或微生物發(fā)酵中分離出的豆血紅蛋白有助于植物肉產(chǎn)生理想的“肉味”風(fēng)味［47］。Fraser等［48］研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)在加熱過程中的變性會加速血紅素鐵的暴露，進(jìn)而促進(jìn)氧化反應(yīng)的發(fā)生，產(chǎn)生類似于烹飪過程中真實肉類中產(chǎn)生的香氣化合物。與此同時，海藻、藻類和微藻因具有類似海鮮的風(fēng)味屬性常作為配料被用在植物基海鮮中［49］，而Mckerchar等［50］在探究蛋白質(zhì)相互交聯(lián)作用時發(fā)現(xiàn)，支原體蛋白與真肉具有相似的香味、鮮味和肉質(zhì)，在調(diào)控植物肉的風(fēng)味中具有一定的潛力。Wu等［51］發(fā)現(xiàn)，用酶水解對植物蛋白進(jìn)行改性，可以產(chǎn)生理想的雞肉和牛肉香味。此外，還可以通過對植物性成分進(jìn)行受控美拉德反應(yīng)和氧化反應(yīng)來生產(chǎn)可用于植物肉類的風(fēng)味物質(zhì)［52］，例如向原料蛋白中添加含鐵香料以獲得揮發(fā)性反應(yīng)產(chǎn)物，進(jìn)而模擬血紅素在植物肉中產(chǎn)生一些特征香味［53］。

植物肉風(fēng)味物質(zhì)的開發(fā)對未來食品的需求尤為重要，但是在開發(fā)的過程中要確保風(fēng)味物質(zhì)不會隨著高溫條件下的蒸發(fā)或化學(xué)降解而丟失［54］，而且還必須考慮到，添加的香料可能會與植物蛋白質(zhì)結(jié)合，或在加工過程中溶解在脂肪滴中［7］，從而降低其強(qiáng)度。因此，了解揮發(fā)性風(fēng)味與蛋白質(zhì)基質(zhì)的相互作用機(jī)制將有助于植物肉中風(fēng)味物質(zhì)的開發(fā)。

1.2.4 著色劑

植物肉在消費者的接受度中，很大程度上取決于其視覺外觀和味道［55］，在保證植物肉的質(zhì)地類似肉類的同時，也要保證顏色上的相似。在植物肉生產(chǎn)中，已經(jīng)使用了許多方法來獲得模擬真實肉類的顏色［49］。例如，含有水溶性色素甜菜醛的甜菜汁提取物已用于Beyond Meat的產(chǎn)品中［56］，在對其熱穩(wěn)定性的研究中發(fā)現(xiàn)，甜菜汁加熱后顏色從紅紫色變?yōu)槌赛S色，這主要歸因于甜菜醛的化學(xué)降解［56－57］。Impossible Foods公司將大豆血紅蛋白應(yīng)用于植物基產(chǎn)品的生產(chǎn)中，大豆血紅蛋白不僅可以使其產(chǎn)品具有鮮肉的顏色，而且在烹飪后還賦予了產(chǎn)品肉香味［54］。此外，在植物肉的生產(chǎn)過程中，伴隨著美拉德反應(yīng)的發(fā)生也會影響最終產(chǎn)品的顏色［58］。因此，在許多情況下，會根據(jù)植物肉生產(chǎn)技術(shù)和最終產(chǎn)品的特性，將不耐熱著色劑和還原糖進(jìn)行組合使用［1］。

盡管目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多呈色方法或直接添加著色劑可以賦予植物肉接近真實肉類的顏色，但最終產(chǎn)品卻并不總是具有較高的品質(zhì)。在大多數(shù)的生產(chǎn)中，著色劑的pH與植物肉的pH不一致是導(dǎo)致顏色問題的主要原因［59］。因此，可以將酸化劑，如檸檬酸、乙酸、乳酸或其酸化劑添加到配方中［60］。與此同時，蛋白質(zhì)的性質(zhì)也會隨著pH的變化而發(fā)生改變，這會影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)以及最終植物肉的風(fēng)味［61－62］。此外，蛋白質(zhì)具有緩沖能力，除了需要大量的添加劑來誘導(dǎo)pH變化，還可以與著色劑組合使用，如用麥芽糊精和海藻酸鈉等保色劑抑制或控制植物肉著色之后的顏色遷移［54］。

2 擠壓條件對擠壓植物蛋白肉產(chǎn)品特性的影響

2.1 擠壓溫度

擠壓溫度一般是指在擠壓機(jī)的機(jī)筒內(nèi)物料發(fā)生熔化和蛋白組織化時所承受的溫度。作為物料熱能的主要來源，擠壓溫度是控制擠出物物理和感官特性最重要的因素之一［19］。關(guān)家樂等［35］在探究擠壓工藝對高水分組織化花生蛋白的影響中發(fā)現(xiàn)，隨著擠壓溫度的升高，產(chǎn)品的硬度和耐嚼性逐漸增強(qiáng)，產(chǎn)品的顏色不斷加深，且在擠壓溫度為150 ℃時擠出物具有較好的質(zhì)構(gòu)特性與感官特性。擠壓溫度也是蛋白質(zhì)分子相互作用的關(guān)鍵因素。Wang等［63］研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)擠壓溫度為75 ℃時，小麥面筋會緩慢聚合，當(dāng)擠壓溫度達(dá)到90 ℃時，部分醇溶蛋白與谷蛋白之間會發(fā)生二硫鍵的交聯(lián)。肖志剛等［64］探究了擠壓溫度對植物肉制品流變性能和結(jié)構(gòu)變化的影響，發(fā)現(xiàn)體系的表觀黏度隨著擠壓溫度的增大而逐漸增強(qiáng)，蛋白質(zhì)分子受到破壞并發(fā)生了重組，樣品體系形成了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，植物蛋白肉的結(jié)構(gòu)和流變特性均得到改善。在Pietsch等［65］的研究中也發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象。此外，冷卻模頭溫度對纖維結(jié)構(gòu)的形成也至關(guān)重要，冷卻模頭溫度通過對壓力變化、比機(jī)械能以及扭矩的影響，進(jìn)而改變了熔體黏度［66］。一般情況下，在低水分?jǐn)D壓體系中冷卻溫度需要在100 ℃以上，而高水分?jǐn)D壓則應(yīng)控制在75 ℃以下以保證物料形成黏度梯度，從而使物料以層流狀態(tài)運動［12］，最終呈現(xiàn)出分層結(jié)構(gòu)。

2.2 水分含量

高水分?jǐn)D壓技術(shù)作為一種新興的植物蛋白重組技術(shù)［7］，其擠壓基料的水分含量通常達(dá)到60%以上，制成的產(chǎn)品質(zhì)地緊密、口感細(xì)膩，具有類似于動物肌肉的纖維組織［47］。由于水分具有增塑、導(dǎo)熱、降黏、熟化和利于成型的作用［67］，一定量的水分可以加快聚合物分子的運動，促進(jìn)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)及蛋白質(zhì)-水的相互作用，從而使更多的疏水基團(tuán)暴露以加速蛋白質(zhì)的變性，蛋白質(zhì)分子因而形成一定規(guī)則的晶型排列結(jié)構(gòu)，這有利于三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成［68］。因此，在擠壓過程中的水分含量對植物蛋白肉的順利擠出和最終產(chǎn)品特性的形成有著十分重要的作用。產(chǎn)品原料被水浸潤軟化后，其熔融溫度低于熱分解溫度，這利于后續(xù)的擠壓加工和營養(yǎng)成分的保護(hù)。此外，水分還可以作為反應(yīng)溶劑降低物料的黏度及其在機(jī)筒內(nèi)的停留時間，進(jìn)而降低蛋白質(zhì)亞基之間的聚合交聯(lián)，增加二硫鍵與氫鍵、疏水作用之間的協(xié)同作用，從而提高產(chǎn)品的纖維化程度［65］。孫照勇等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大豆分離蛋白物料含水率為23%～55%時，隨著水分含量的增加，大豆蛋白擠壓產(chǎn)品的組織化度、吸水率和彈性增大，色澤趨向亮白，硬度和咀嚼度變小，且在物料含水率為48%時，擠壓產(chǎn)品表面光滑、色澤明亮、質(zhì)地柔軟，并且具有明顯的纖維狀結(jié)構(gòu)，物料水分含量對大豆蛋白擠壓組織化產(chǎn)品的特性影響顯著。

當(dāng)物料水分含量過高時，蛋白質(zhì)內(nèi)部疏水基團(tuán)的暴露和蛋白質(zhì)交聯(lián)變性程度也會逐漸增大，蛋白質(zhì)會形成更多的膜狀氣孔結(jié)構(gòu)［69］，從而導(dǎo)致擠出產(chǎn)品氣孔結(jié)構(gòu)更加明顯。此外，當(dāng)擠壓基料含有小分子糖類時，水分會促進(jìn)糖類物質(zhì)溶于水中，加劇蛋白質(zhì)的溶脹程度［70］，使得蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用減弱，產(chǎn)生了不相容的聚合物網(wǎng)絡(luò)［18］，從而導(dǎo)致最終擠出產(chǎn)品形成更多分離的層狀結(jié)構(gòu)。與此同時，水分含量過高時機(jī)器易發(fā)生“暴噴”現(xiàn)象而導(dǎo)致擠壓機(jī)不易正常運行［71］。

2.3 螺桿轉(zhuǎn)速

螺桿的轉(zhuǎn)動是擠壓機(jī)機(jī)筒內(nèi)物料前進(jìn)的主要動力［72］。在擠壓過程中，螺桿的旋轉(zhuǎn)提供了剪切力，并將物料向前推進(jìn)［13］，螺桿的轉(zhuǎn)速對蛋白質(zhì)分子產(chǎn)生了強(qiáng)烈的剪切、拉伸和擠壓作用，使蛋白質(zhì)顆粒破裂，分子質(zhì)量降低［73］。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速增大時，物料充分混合，這促進(jìn)了蛋白質(zhì)的變性程度，從而有利于蛋白質(zhì)間的相互作用，并形成更薄的纖維結(jié)構(gòu)。Wang等的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速從60 r·min-1提升至180 r·min-1時，產(chǎn)品的硬度和咀嚼性均有改善，但組織化程度卻有降低。Nwabueze等［74］對螺桿轉(zhuǎn)速與停留時間之間的關(guān)系進(jìn)行了探究，發(fā)現(xiàn)增加螺桿轉(zhuǎn)速能夠有效縮短物料的停留時間，但當(dāng)停留時間過短時，物料在機(jī)筒內(nèi)會因受熱不足，出現(xiàn)還沒完全熔融就開始降溫的可能，從而導(dǎo)致其組織化程度降低，進(jìn)而影響最終產(chǎn)品的品質(zhì)特性。此外，還可以通過控制螺桿轉(zhuǎn)速來控制蛋白質(zhì)二結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響產(chǎn)品的特性。Xiao等［75］以大豆蛋白和米糠為原料加工高水分?jǐn)D壓植物肉時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速小于280 r·min-1時，β折疊主要轉(zhuǎn)化為反向平行折疊的β層狀結(jié)構(gòu)和由分子間非平面弱氫鍵維持的β層狀結(jié)構(gòu);而當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速大于280 r·min-1時，反向平行折疊的β層狀結(jié)構(gòu)和由分子間非平面弱氫鍵維持的β層狀結(jié)構(gòu)又逐漸轉(zhuǎn)化為β折疊，當(dāng)植物肉中由分子間非平面弱氫鍵維持的β層狀結(jié)構(gòu)含量在擠壓過程中增加時，會削弱蛋白質(zhì)之間的結(jié)合作用，從而影響植物肉的品質(zhì)。除了以上參數(shù)外，改變模頭的孔徑和形狀、調(diào)整螺桿構(gòu)型、嚙合元件的長度、間距和角度等也都可以通過改變剪切力的大小來影響植物肉產(chǎn)品的特性［13］。

3 結(jié) 語

面對綠色低碳、營養(yǎng)健康的消費模式，高水分?jǐn)D壓植物蛋白肉產(chǎn)品的開發(fā)充滿著機(jī)遇與挑戰(zhàn)。隨著植物蛋白肉生產(chǎn)逐漸趨于成熟化，人們更加關(guān)注對植物肉的風(fēng)味和口感的調(diào)控。高水分?jǐn)D壓作為新興的植物蛋白重組技術(shù)，制成的產(chǎn)品具有質(zhì)地緊密、口感細(xì)膩，類似于動物肌肉的纖維組織等特點，是植物蛋白肉生產(chǎn)的重要技術(shù)手段。然而，為了更好地模擬肉類的其他感官特征，如顏色、香氣和口感，應(yīng)進(jìn)一步探索挖掘能夠提高產(chǎn)品組織化度的非蛋白質(zhì)成分。 基于現(xiàn)有問題，以后的研究應(yīng)著力于強(qiáng)化植物蛋白素肉的脂肪體系，模擬肉的顏色，增加植物蛋白素肉的營養(yǎng)元素， 以優(yōu)化產(chǎn)品的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)。此外，提升擠壓設(shè)備的精準(zhǔn)度，優(yōu)化擠壓機(jī)螺桿元件的設(shè)計對改善植物蛋白肉最終的品質(zhì)特性也具有重要影響。

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收稿日期：2022－09－19

基金項目：遼寧省科技廳農(nóng)業(yè)攻關(guān)及產(chǎn)業(yè)化指導(dǎo)計劃項目（2019JH8/10200020）;東方集團(tuán)“高水分植物基人造肉開發(fā)”項目（054-92000232）。

作者簡介：段玉敏（1974—），女，黑龍江慶安人，沈陽師范大學(xué)教授;

通信作者：王 鵬（1989—），男，黑龍江密山人，沈陽師范大學(xué)副教授，博士。