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【金秋计划】食品胶体在植物蛋白肉中的应用

王小盒

2024/09/09

食品常规理化分析

植物蛋白肉是以植物蛋白为基料，通过一定的技术手段制备具有动物肉纤维结构、质构、颜色、风味、口感和外观的仿生肉制品。植物肉基质的组成、成分种类和含水量会对最终产品的质地和口感产生重要影响。
物料性质及组成对挤压产品组织化特性的影响显著且复杂。市售组织化蛋白基植物肉的配方主要包括6种成分(表1)：水、蛋白质、调味剂、脂肪﹑黏合剂和着色剂。其中水占总成分的50%~80%，在植物肉制品加工过程中具有增塑、提供多汁性的作用。

由于蛋白质和多糖等食品胶体在产品识别和差异化中起着至关重要的作用，而脂肪类物质是改善风味、质地、口感和营养方面的关键因素，因此，本文重点介绍蛋白质、多糖等食品胶体及脂肪模拟物在植物肉中的应用研究进展。

主要包括3个方面：1)蛋白质的种类、功能及高水分组织化蛋白纤维结构的形成机制；2)多糖的种类、结构及功能对高湿挤压植物肉宏、微观结构与质构的影响；3）基于食品胶体的脂肪模拟物的开发及在植物肉中的应用。

植物蛋白主要由球状蛋白组成，维持其高级空间结构的作用力主要是非共价键或次级键等弱相互作用。几乎所有的植物蛋白都可以作为制备植物基人造肉的原料，如豆类蛋白质、谷类蛋白质和薯类蛋白质是生产植物肉的大宗原料。

1.豆类蛋白质

基于原料产量、价格和功能特性的综合分析，大豆分离蛋白(SPI)、大豆浓缩蛋白(SPC)和豌豆分离蛋白(PPI)由于价格较低且具有较好的乳化性、凝胶性、持水性和脂肪结合特性，因此普遍应用于市售植物肉产品中。

尽管高蛋白质纯度与植物肉的质地和外观没有正相关关系，SPI还是凭借其蛋白含量在90%以上，豆腥味较弱，颜色较浅的特点，最常用于高湿挤压植物蛋白肉的研究。SPI在含水量50% ，挤压蒸煮温度124℃时可形成肉眼可见的纤维结构，且X-射线扫描结果证实各向异性结构的形成。

豌豆蛋白是豌豆淀粉加工成豌豆粉丝产生的副产物中的主要成分。豌豆蛋白是支链氨基酸(BCAA)的主要植物来源，含量高达18.1%。支链氨基酸构成约三分之一的骨骼肌蛋白，补充支链氨基酸可以抑制骨骼肌蛋白质的降解，缓解剧烈运动后迟发性肌肉酸痛，促进肌肉恢复。

豌豆蛋白致敏性低，营养价值较高，乳化性和泡沫稳定性强，已成为主流的植物肉蛋白原料。然而，豌豆蛋白凝胶能力较弱，制备的植物肉口感较软，弹性较差。为了改善豌豆蛋白的凝胶特性，在体系中常添加不同种类的盐(NaSCN ，NazSO4，CHCOONa，NaCl) ，通过促进豌豆蛋白分子间形成更多的氢键以提升凝胶强度。

此外，目前用于高湿挤压的豆类蛋白还包括羽扇豆、蚕豆、绿豆，鹰嘴豆等。因绿豆蛋白具有良好的胶凝能力，有助于颗粒结合和增强持水性，故常和大豆蛋白、豌豆蛋白复配使用以改善植物肉的质构，增强咀嚼性。

2.谷类蛋白质

谷物是最重要的粮食作物，常用作种子（大米、大麦﹑燕麦和玉米)和面粉(小麦、黑麦和玉米)。小麦蛋白(WG)是小麦粉湿法处理中重要的经济副产品，主要由麦醇溶蛋白和麦谷蛋白组成。小麦蛋白具有黏弹性﹑黏结能力、面团形成能力和发酵能力，是一种很有发展前景的黏结材料，可以用作肉饼的增稠剂，也可作为香肠制品的黏合剂，还可黏合大块食品制作重组食品。

大米蛋白，根据其溶解性以及生化特性可以分为4类：清蛋白、球蛋白﹑谷蛋白和醇溶蛋白，其中谷蛋白还有通过二硫键连接的亚基，应用在植物肉中具有改善质构的作用。

谷物蛋白具有高含量的半胱氨酸和蛋氨酸，而赖氨酸为第一限制性氨基酸。大米中赖氨酸含量较高，远高于小麦蛋白(2.3g/16g N)以及玉米蛋白(2.5g/16g N)的含量。大米蛋白的生物效价高达77，是一种优质的植物蛋白，与牛肉(77)和鱼类(76)的数值相似。

为了解决豆类蛋白质氨基酸组成不均衡的问题，常添加大米蛋白。除小麦和大米蛋白，还有玉米、大麦、燕麦、高粱蛋白。这些蛋白都可以用于组织化蛋白的生产，然而，考虑到经济效益，不适宜量产。

3.薯类及其它类蛋白质

虽然马铃薯块茎中蛋白质含量不高(2.3%)，但是马铃薯蛋白营养价值较高，含丰富的赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸和色氨酸，生物效价约是80，明显高于FAO/WHO的标准蛋白。

马铃薯糖蛋白是马铃薯蛋白的主要组成部分，具有较好的溶解度、乳化性，起泡性及凝胶性。薯类蛋白除常用于补充豆类蛋白质以改善质地外，还可从油菜籽﹑棉籽、花生、葵花籽、芝麻、红花、亚麻籽等油料作物中提取植物蛋白用作植物蛋白肉的原料旳。

盐溶肌纤维蛋白在加工肉类的纹理形成和水固定中起主导作用。在植物蛋白基素肉产品中，碳水化合物通常作为黏合剂和结构助剂用于改善纹理度，增加植物肉的持水性，改善产品质地。碳水化合物可以分为2大类：第1类是多糖及其衍生物胶体，第2类是可消化淀粉。

1.多糖类胶体及其衍生物

多糖类胶体可从海藻（如卡拉胶和海藻素)、树木(阿拉伯胶)中提取，或通过微生物发酵产生(黄原胶)。由于具有多元醇(OH基团)结构，通常带有负电荷基团(硫和羧基)，能够通过氢键和离子-偶极子相互作用强结合水，从而提高植物肉的厚度和稠度，减少烹饪损失。

卡拉胶是一类从红藻中提取的硫酸化阴离子多糖。根据半乳糖/脱水半乳糖链上硫酸盐基团的数量和位置主要分为3大类:k型、ι型和λ型。其中k型-卡拉胶在每个二糖的重复单元含有一个硫酸基，ι型和λ型分别含有2个和3个硫酸基。

在一定条件下，k型-卡拉胶和，ι型-卡拉胶因加热引起分子内的闭环作用形成“双螺旋结构”能够形成热可逆凝胶，故对挤压物质构调控具有重要作用。

除了卡拉胶的类型，添加量也对组织化蛋白的结构产生重要影响。在较低的卡拉胶添加量(小于1%)下，随着卡拉胶添加量的增加，高湿挤压花生蛋白的组织化度呈先增加后降低的趋势，且在添加量0.1%时纤维化结构最显著，同时硬度和咀嚼度降低。

在中等添加量(1%~3%)时，卡拉胶在一定程度上降低SPI挤压物的硬度、内聚性和黏性，对弹性无显著影响。在较高添加量(3%~7%)时，ι型卡拉胶(6%)在 SPC挤出物中形成了更紧凑的网络结构，增加了纤维化程度，提高了复水率和消化率，其中二硫键和氢键是维持组织化结构的主要作用力。

许多植物肉制品中含有甲基纤维素，它是一种改性膳食纤维，在动物肉中具有增强乳化的效果，在植物肉中加入适量的甲基纤维素可发挥黏结剂的作用。

从营养角度来看，甲基纤维素在胃肠道中可产生一种黏稠溶液，与其它膳食纤维一样，对葡萄糖代谢有作用。添加瓜尔胶可进一步提高SPI挤压样品的硬度、弹性，内聚性和黏性。果胶分布在SPI的连续相中，当果胶浓度和剪切温度升高时，果胶纤维长度增加，各向异性增加。

2.淀粉

淀粉作为一类高分子碳水化合物，可分为直链淀粉和支链淀粉，遇水经糊化和老化可形成凝胶。由于具有价格低、可再生、生物降解快等优点，因此常作为增稠剂和稳定剂被广泛用于肉制品加工中。

植物肉产品中，除蛋白质外，淀粉是主要的组分，通过与水结合并固定脂肪，改善流变性、质地和稠度，减少水分析出，并使油乳化。

3.脂肪模拟物

动物脂肪是肉类风味、质地、多汁性和口感的主要因素。天然脂肪是混合甘油酯的混合物，多为饱和脂肪酸。脂肪的熔点随着其中脂肪酸碳链的增长和饱和度的增大而增高。猪肉脂肪熔点约为28~48℃，牛肉脂肪熔点为40~50℃。

日常看到的动物脂肪均是固体，而植物脂肪中多为不饱和脂肪酸，沸点较低，常温为液态。为了模拟动物脂肪，主要选用熔点高的椰子油(24 ℃)、棕榈油(最高可达58 ℃)用作植物脂肪。

为了开发类似动物脂肪的质地和口感，从热带水果中提取的固体脂肪，如椰子和可可豆，与含有更多不饱和脂肪酸的液体油，如葵花籽油和菜籽油混合。

为了让植物汉堡和香肠看起来像普通绞碎的牛肉和猪肉香肠肉饼那样有大理石花纹，饱和及不饱和油的混合物被搅成白色脂肪小球。为了保证营养和风味，会添加香油和牛油果油。

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