多糖在擠壓制備素肉中的應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢

摘 要：植物基素肉是具有一定發(fā)展前景的綠色食品。隨著人們對植物基素肉研究的不斷深入和高水分?jǐn)D壓技術(shù)的日漸成熟，植物基素肉的品質(zhì)不斷被改善，植物基素肉產(chǎn)品引起了全社會的高度重視，但植物基素肉在質(zhì)地、口感、色澤等方面與動物肉類仍然存在差距。因此，需要進一步深入關(guān)于植物基素肉的研究，優(yōu)化植物基素肉原料配方來改良植物基素肉的品質(zhì)。綜述了多糖（卡拉膠、海藻酸鈉、淀粉）在擠壓制備植物基素肉中的應(yīng)用，闡述了多糖促進擠壓植物基素肉纖維結(jié)構(gòu)形成的機制，討論了多糖在擠壓制備植物基素肉中的發(fā)展趨勢。旨在為多糖在擠壓制備植物基素肉中的應(yīng)用提供參考，以期豐富植物基素肉的營養(yǎng)成分，提高多糖在制備植物基素肉中的應(yīng)用潛力，并為未來植物基素肉的研究提供借鑒。

關(guān) 鍵 詞：高水分?jǐn)D壓; 蛋白素肉; 多糖; 結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TS201.1 文獻標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1673-5862.2023.02.012

Investigation in application of polysaccharides in extrusion preparation of plant-based vegetarian meat

GAO Yuzhe， WANG Haiguan， SU Shuang， WANG Zhenguo， SHI Jiafeng， LI Yanran， XIAO Zhigang

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

Abstract：Plant-based vegetarian meat is a green food with certain development prospects. With the deepening of research on plant-based vegetarian meat and the maturity of high-moisture extrusion technology， the quality of plant-based vegetarian meat has been continuously improved， which has attracted the society's attention. Plant-based vegetarian meat products are highly valued， but they still have a gap compared with real animal meat in terms of texture， taste and color. Thus， further in-depth research on plant-based vegetarian meat is needed to optimize the formula of vegetarian meat and to improve the quality of vegetarian meat. In this paper we describe the research status of plant-based vegetarian meat， summarize the application and research of some polysaccharides （carrageenan， sodium alginate， starch） in the extrusion of plant-based meat at home and abroad in recent years， and analyze the mechanism of fiber structure formation promoted by polysaccharides. Additionally， the development trend of polysaccharides in the extrusion of plant-based meat is discussed in this paper. The purpose is to provide theoretical basis for the application of polysaccharides in the preparation of plant-based meat by extrusion， and to enrich the nutritional components of plant-based meat. Moreover， this study could emphasize the application potential of polysaccharides in the preparation of plant-based meat， and to provide a direction for the development of plant-based meat in the future for reference.

Key words：high moisture extrusion; plant-based vegetarian meat; polysaccharides; structure

由于攝入過多的動物肉會增加人們患心腦血管疾病的風(fēng)險^［1-2］，學(xué)者們致力于尋找新的動物肉的替代物。其中，高水分?jǐn)D壓制備的大豆蛋白基素肉產(chǎn)品有和動物肉相似的纖維結(jié)構(gòu)，具有較高的彈性和韌性，并且產(chǎn)品無需復(fù)水可以直接食用^［3-5］，由此可見，高水分?jǐn)D壓技術(shù)是制備植物基素肉最有前景的技術(shù)之一^［6-7］。目前學(xué)者們已經(jīng)制備出大豆蛋白、豌豆蛋白、花生蛋白、小麥蛋白等植物蛋白基素肉產(chǎn)品^［8-9］。但是目前植物基素肉產(chǎn)品在口感、色澤、質(zhì)地和營養(yǎng)等方面，相比于動物肉類仍存在一定的差距^［10］。主要原因是國內(nèi)外學(xué)者對植物基素肉的形成機制研究不深入，無法解決擠壓機“黑箱”問題^［11-12］。目前，植物基素肉產(chǎn)品的原料過于單一，而且對植物基素肉品質(zhì)的改善效果不太明顯。因此，可以添加多糖來改善素肉品質(zhì)。多糖是食品工業(yè)中常用的添加劑，其具有增加黏度、改善肉類制品質(zhì)構(gòu)特性和保持肉制品穩(wěn)定性等良好的特性，但目前關(guān)于多糖在制備植物蛋白基素肉應(yīng)用的研究甚少^［13］。鑒于此，本文綜述了多糖（卡拉膠、海藻酸鈉、淀粉）在擠壓制備植物基素肉中的應(yīng)用及未來發(fā)展趨勢，闡述了多糖促進擠壓植物基素肉纖維結(jié)構(gòu)形成的機制，以期開發(fā)出更多優(yōu)質(zhì)的多糖-蛋白基素肉產(chǎn)品。

1 多糖在擠壓制備植物基素肉中的應(yīng)用現(xiàn)狀

多糖廣泛存在于高等動植物細(xì)胞中，在維持生命活動中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用^［14］。多糖是由20個以上單糖分子通過糖苷鍵聚集在一起的長鏈高分子化合物。淀粉、纖維素、糖原等都是多糖中的一種，其中部分植物多糖具有黏性、彈性、凝膠性等良好的流變學(xué)特性^［15-16］。

多糖可通過提高素肉產(chǎn)品穩(wěn)定性、凝膠性和增稠性來改善素肉產(chǎn)品品質(zhì)^［13］。目前，卡拉膠、海藻酸鈉和淀粉是應(yīng)用在素肉制品中較為常見的多糖添加劑。

1.1 卡拉膠在擠壓制備植物基素肉中的應(yīng)用現(xiàn)狀

卡拉膠是一種從紅藻中提取的陰離子多糖，在一定條件下卡拉膠可以與蛋白質(zhì)發(fā)生強烈的反應(yīng)，形成具有可逆性的熱凝膠。通常，卡拉膠作為食品的增稠劑、穩(wěn)定劑和凝膠劑，廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)當(dāng)中^［17］。卡拉膠可以影響植物基素肉的微觀、宏觀結(jié)構(gòu)，Palanisamy等^［18］研究發(fā)現(xiàn)，隨著卡拉膠濃度的增加，熔體黏度、壓力和扭矩值也會增加，卡拉膠會使素肉產(chǎn)品的組織變得更加致密，并且隨著卡拉膠添加量的增加，素肉產(chǎn)品的硬度會增加，當(dāng)卡拉膠含量為2.25%時，素肉產(chǎn)品具有相對致密的結(jié)構(gòu)，當(dāng)卡拉膠含量增加到3%時，素肉產(chǎn)品會呈現(xiàn)纖維結(jié)構(gòu)，但彈性會降低。當(dāng)卡拉膠含量為1.5%時，素肉產(chǎn)品具有較好的感官特性。同時，還印證了卡拉膠可以通過在凝膠間隙中截留更多的水來增加擠壓機內(nèi)熔融大豆蛋白質(zhì)的黏度，進而形成具有緊密的、均勻分層的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)。隨后，Palanisamy等^［19］研究發(fā)現(xiàn)，添加卡拉膠可以擠壓制備出羽扇豆蛋白基和螺旋藻生物基素肉產(chǎn)品，其中，添加3%的卡拉膠可提高擠壓混合物的纖維結(jié)構(gòu)。卡拉膠可以影響植物基素肉纖維結(jié)構(gòu)的形成，Zhang等^［20］研究發(fā)現(xiàn)，添加0.1%卡拉膠能顯著提高花生蛋白素肉的纖維結(jié)構(gòu)和抗拉伸強度，改善花生蛋白素肉的品質(zhì)。

1.2 海藻酸鈉在擠壓制備素肉中的應(yīng)用現(xiàn)狀

海藻酸鈉是一種從天然褐藻中提取的多糖物質(zhì)，自身具有良好的吸水性，在食品工業(yè)中也可以用作增稠劑和凝膠劑。海藻酸鈉可以改善制品的色澤和持水性，并使產(chǎn)品具有更良好的結(jié)構(gòu)^［21］。海藻酸鈉可以影響植物基素肉纖維結(jié)構(gòu)的形成。Dou等^［22］研究發(fā)現(xiàn)，在高水分?jǐn)D壓過程中，添加6%海藻酸鈉可以增強蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-水之間的相互作用，促使大豆蛋白素肉形成良好的纖維結(jié)構(gòu)，但過量的海藻酸鈉會使大豆蛋白素肉形成致密的層狀結(jié)構(gòu)而失去纖維狀結(jié)構(gòu)。此外，含有6%海藻酸鈉的擠出物具有較高的復(fù)水率和蛋白質(zhì)消化率。海藻酸鈉可以影響植物基素肉質(zhì)構(gòu)特性。Zhang等^［20］研究發(fā)現(xiàn)，1%的海藻酸鈉能提高花生蛋白分子鏈的熱穩(wěn)定性，并顯著提高花生蛋白素肉的纖維結(jié)構(gòu)、彈性、硬度和咀嚼性。

1.3 淀粉在擠壓制備素肉中的應(yīng)用現(xiàn)狀

淀粉是一種高分子碳水化合物，分為直鏈淀粉和支鏈淀粉，自身老化或遇水糊化可形成凝膠，具有價格低廉、生物降解性好等優(yōu)點^［23］。淀粉是素肉制備中常添加的外源多糖，其對素肉的纖維結(jié)構(gòu)的形成起著重要作用。理論上，直鏈淀粉和支鏈淀粉分別具有線性和高度支化的分子結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出獨特的溶解度、吸水能力、糊化溫度和流變特性^［24-25］。淀粉可以影響植物基素肉的微觀、宏觀結(jié)構(gòu)。Zhang等^［26］研究表明，淀粉糊化吸熱特性與大豆蛋白素肉的纖維結(jié)構(gòu)、拉伸性能和彈性顯著相關(guān)。張金闖^［27］研究發(fā)現(xiàn)，添加2%WS小麥淀粉主要通過打破分子內(nèi)二硫鍵、增強疏水相互作用和增加表觀黏度來穩(wěn)定形成新的構(gòu)象，從而促進花生蛋白質(zhì)分子的聚集，更有利于改善素肉的質(zhì)地特性。Liu等^［28］發(fā)現(xiàn)，在擠壓脫脂大豆粉-大豆分離蛋白混合物過程中，添加8%的玉米淀粉可以改善素肉的表觀結(jié)構(gòu)特性。

洪濱等^［29］發(fā)現(xiàn)，隨著淀粉添加量的增加， 擠壓產(chǎn)品的硬度、膠黏性、黏彈性和咀嚼性會逐漸升高。不同的支鏈淀粉會對植物基素肉的纖維結(jié)構(gòu)有不同的影響，Chen等^［30］發(fā)現(xiàn)，支鏈淀粉可以促進豌豆蛋白質(zhì)各向異性纖維結(jié)構(gòu)的形成，提高擠出物的纖維化程度。當(dāng)直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例為0∶1時，豌豆蛋白基肉類具有良好的纖維結(jié)構(gòu)。淀粉也可以影響植物基素肉的色澤。Zhu等^［31］研究發(fā)現(xiàn)，在擠壓過程中，淀粉與蛋白質(zhì)在擠壓機筒內(nèi)發(fā)生美拉德反應(yīng)，導(dǎo)致擠出物變成棕色。因此，在素肉的擠壓制備中，淀粉是一種非常重要的多糖添加劑。

2 多糖促進植物基素肉纖維結(jié)構(gòu)形成的機制

在食品加工工程中，蛋白質(zhì)和多糖之間的相互作用是一種自然或不可避免的現(xiàn)象^［32］。根據(jù)Tolstoguzov^［33-34］的理論，生物聚合物（即蛋白質(zhì)和多糖）的熱力學(xué)不相容特性導(dǎo)致了聚合物內(nèi)部系統(tǒng)相分離。在擠壓過程中，擠出物內(nèi)部的多相體系決定了其各向異性纖維結(jié)構(gòu)的形成^［35］。在高水分（40%～70%）擠壓條件下，機筒內(nèi)的高溫、高壓、高剪切促使蛋白質(zhì)分子伸展，蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)完全喪失，二級結(jié)構(gòu)部分展開，同時暴露出埋藏在天然蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的疏水基團和游離巰基^［36-37］，多糖和蛋白質(zhì)通過相互作用（氫鍵、疏水、靜電、美拉德反應(yīng)等）可以形成大分子聚集體^［38］。多糖和蛋白質(zhì)的相互作用會影響蛋白分子的交聯(lián)情況，影響蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，從而改變擠壓素肉的結(jié)構(gòu)和色澤等特性^［39］ 。Pietsch等^［40］認(rèn)為，多糖和蛋白組分的不相容性導(dǎo)致了大分子聚合物彼此相分離，在高水分?jǐn)D壓過程中，多糖通過影響蛋白質(zhì)的流變特性，阻止蛋白質(zhì)的橫向聚集，促進蛋白質(zhì)形成各向異性纖維結(jié)構(gòu)。因此，多糖與蛋白的相互作用對植物基素肉的結(jié)構(gòu)有直接的影響。

3 多糖在擠壓制備植物基素肉中的發(fā)展趨勢

目前，大多數(shù)植物基素肉產(chǎn)品都需經(jīng)過植物油炸預(yù)處理后再食用，這會使得植物基素肉制品脂肪含量與動物肉接近，素肉產(chǎn)品不再是“健康食品”^［41］。而部分多糖凝膠，如淀粉、聚葡萄糖和纖維素凝膠等，具有和脂肪相似的質(zhì)地和感官特性^［42-43］。Jimenez-Colmenero等^［44］發(fā)現(xiàn)，魔芋凝膠具有和豬肉脂肪相似的質(zhì)地，可以作為豬肉脂肪替代物。Azari-anpar等^［45］發(fā)現(xiàn)，高溫處理后，麥芽糊精可以作為脂肪替代物來降低產(chǎn)品韌性和增加產(chǎn)品多汁性。此外，多糖還可以增加植物基素肉的口感^［46］。Ogasawara 等^［47］發(fā)現(xiàn)，添加木糖可以增強“紅燒口味”的鮮味和口感。Arsa和Theerakulkait^［48］發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過熱處理后，蔗糖、葡萄糖或果糖增強了產(chǎn)品的可可味和咸味。Zejtli和Szente^［49］發(fā)現(xiàn)，環(huán)狀糊精具有掩蓋不良揮發(fā)性物質(zhì)的潛力，可以掩蓋植物蛋白的豆腥味。因此，多糖在提升植物基素肉的營養(yǎng)和口感上，具有很大的潛力。

4 結(jié) 語

植物基素肉是具有發(fā)展前景的綠色健康食品，但目前植物基素肉產(chǎn)品在質(zhì)地、口感和色澤等方面相比于動物肉仍存在不小的差距。多糖是一種寶貴的食品資源，可以促進植物基素肉纖維結(jié)構(gòu)的形成，改善植物基素肉的質(zhì)構(gòu)特性和消化特性，進而提高植物基素肉的品質(zhì)。但多糖在植物基素肉制備中的應(yīng)用研究仍處于基礎(chǔ)階段。因此，希望未來可以深入地探究擠壓蛋白質(zhì)-多糖系統(tǒng)形成理想結(jié)構(gòu)的內(nèi)在因素，分析擠壓過程中的多糖和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化、互作機制，找到蛋白質(zhì)-多糖的相互作用與植物基素肉結(jié)構(gòu)變化的相關(guān)性規(guī)律，優(yōu)化擠壓工藝，制備出具有良好結(jié)構(gòu)特性、功能特性和感官特性并能完美替代動物肉類（牛肉、豬肉或雞肉）的植物基素肉產(chǎn)品，從而滿足未來人們對高蛋白質(zhì)肉類替代品的需求。

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