高水分擠壓技術在植物肉生產中的應用

張彬

[摘要]本文從植物肉的發展背景出發，探討了高水分擠壓技術的基本原理，闡述了國內外高水分擠壓技術生產植物蛋白肉的原料配方及工藝參數，分析了該技術在植物肉生產領域的發展瓶頸，并對未來發展趨勢進行了展望。

[關鍵詞]植物肉;高水分擠壓技術;雙螺桿擠壓機

中圖分類號：TS201.21 文獻標識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.202008

近兩年星巴克、肯德基等外資餐飲企業相繼推出“植物肉”這一新菜單，由此掀起了植物肉加工的熱潮。植物肉主要利用生物合成、生物化學、基因工程、現代發酵等現代食品加工技術，一般是以優質植物蛋白為主要原料，通過添加植物脂肪、植物色素以及其他植物性成分，以最大限度地模擬真實肉品的外觀和口感。高水分擠壓技術是國際上新興的植物蛋白重組技術[1]，采用該技術制得的產品質地致密、口感細膩，類似于動物肌肉的纖維狀組織，且無需復水即可直接食用。因以上優勢，高水分擠壓技術被廣泛應用于植物肉加工領域。

1 高水分擠壓技術

1.1 高水分擠壓技術的原理

目前植物肉的生產主要通過擠壓技術和3D打印技術實現。擠壓技術是指食品物料在擠壓機內受機械力的作用向模口方向流動，產生高溫、高壓、高剪切力等作用，當高溫物料通過模口時壓力劇降，物料水分由液態變成氣態而瞬間蒸發，食品物料發生質構重組，低水分物料（含水量20%～25%）形成表觀膨脹，易干燥，呈海綿形態的膨化制品;高水分物料（含水量40%～70%）形成帶狀或絲狀，具有纖維狀組織結構的模擬肉制品。其中高水分物料對應的擠壓工藝被稱為高水分擠壓技術[1]，該技術伴隨著雙螺桿擠壓機在食品工業中的廣泛應用而興起。

1.2 高水分擠壓技術的產品特點

目前應用于高水分擠壓技術的擠壓機主要是同向、完全嚙合、梯形螺紋的雙螺桿擠壓機[2]。其生產的產品纖維化程度較高、質地均勻、富有彈性和韌性，可作為烹飪主菜進行炒、煮、燉、烤、炸等多種形式的加工，且產品無需復水即可直接食用，營養成分和生理活性成分損失少。

2 高水分擠壓技術生產植物肉的主要工藝

2.1 產品配方選擇

蛋白質是植物肉的主要成分，其種類和含量能顯著影響植物肉的品質。鄭榮生[3]研究發現大豆蛋白含量在53%～60%時，植物肉纖維結構較好;張氽[4]發現花生蛋白含量在34%～63%，纖維化程度隨蛋白含量的增加呈先升高后降低趨勢;張丙虎[5]發現小麥蛋白含量在64%～68%，纖維化程度隨蛋白含量的增加逐漸降低。楊聳等[6]進一步研究了氮溶解指數（NSI值）、粒度及大豆蛋白7S/11S比值等因素對高水分擠壓纖維化產品的特性影響，發現較高的NSI值和較低粒徑范圍（0.076～0.136mm）原料的擠壓產品纖維化結構較好，提高大豆蛋白中11S的含量能有效提高產品的品質。

碳水化合物是植物肉的重要組成部分，能夠影響產品質地、粘稠度、凝膠性和穩定性，研究發現纖維素比淀粉更能有效地提高產品的持水性和穩定性。

脂肪的存在賦予植物肉多汁、嫩滑的口感，仿肉制品中可用椰子肉模仿肉糜中的大塊脂肪，魔芋凝膠也可作為脂肪代替品，應用于植物蛋白肉產品生產[7]。

調味劑和著色劑等作為植物肉至關重要的配方，在影響植物蛋白肉的風味和色澤方面發揮著重要作用。目前能夠模擬肉類香氣的主要有還原糖、氨基酸、硫氨素和核苷酸等，Yang X等[8]利用大豆組織蛋白和畢赤酵母合成的大豆血紅蛋白高度還原肉制品的血腥味。

2.2 工藝操作參數設置

目前雙螺桿擠壓機在植物肉生產中的研究主要集中于擠壓溫度、螺桿轉速等方面。尋崇榮等[9]以大豆分離蛋白和谷朊粉作為擠壓原料，以天然呈味粉末油脂為香氣調味料生產持香型仿肉制品，得到最佳工藝參數為谷朊粉質量20%、擠壓溫度150℃、螺桿轉速300r/min，但是生產出來的仿肉制品風味值只保留了不到一半。孫志欣等[10]以大豆分離蛋白、谷朊粉、低溫脫脂豆粕為主要原料生產組織化大豆蛋白產品，優化操作工藝參數后得出，在物料水分含量55%、機筒溫度150℃、螺桿轉速208r/min、分離蛋白含量34%的條件下，擠壓制得的大豆組織化產品感官質量和組織結構均較為理想。孫瑩等[11]以大豆分離蛋白和谷朊粉為原料，設置擠壓溫度138.9℃～141.5℃、螺桿轉速313～363 r/min，在此條件下制得的纖維仿真雞肉經鹵制、腌制、烘烤后蛋白質損失率極低，且營養價值明顯高于雞肉。高培棟等[12]以松柏、大豆分離蛋白、谷朊粉等為原料制備松柏復合素肉，通過建立數學模型優化高水分擠壓技術工藝參數為物料含水率61%、擠壓溫度152℃、螺桿轉速248r/min，在此條件下制得的素肉產品在內部結構上基本與牛肉一致。楊勇等[13]以高直鏈玉米淀粉、大豆分離蛋白、谷朊粉為原料生產素肉產品，發現操作參數對素肉的持水性和持油性影響較大，當雙螺旋擠壓機喂料速度為30g/min、螺桿轉速為120r/min、擠壓溫度為140℃時，素肉的持水性和持油性最好。

少數研究者研究了雙螺旋擠壓機結構部件對植物肉產品的影響。郎珊珊[14]采用雙螺桿擠壓膨化機生產組織化花生蛋白，發現螺桿模頭對植物蛋白擠壓組織化影響非常明顯，最佳模頭結構參數為模頭直段長徑比5∶1、錐段角度40°、錐段長度27mm，在此條件下生產出的花生蛋白的組織化度最優。

3 高水分擠壓技術的發展瓶頸

擠壓機的操作過程連續而復雜，包含輸送、混合（破碎）、壓縮、剪切、加熱熔融、均壓、成型等過程，原料因素、擠壓機因素、操作因素等變量都會影響擠壓效果。由于擠壓機的“黑箱”特性，高水分擠壓技術的確切機理尚不清楚，并且目前國內外尚未制定植物肉產品的相關標準，導致目前高水分擠壓技術在植物肉生產時的輸入參數（原料特性、輔料組成和添加順序、水分含量、溫度、螺桿轉速、進料速度、機筒溫度、螺桿結構和模頭結構等）、中間參數（扭矩、壓力、單位機械能耗和停留時間分布）、輸出參數（產品產量、產品特性、色澤、風味和營養價值）[15]難以取得一致性，生產的產品質量參差不齊，難以滿足人們對“仿肉制品”的期望。

4 結 論

隨著人們消費水平和肉類消費量的不斷攀升，植物肉作為肉類產品替代品已成為現階段工業化生產的大趨勢。高水分擠壓技術作為植物肉生產的重要技術之一，在模擬植物蛋白代肉食品方面將會占據獨特的市場份額。隨著擠壓技術的不斷進步以及雙螺桿擠壓機的不斷改進，植物肉制品的口感將無限接近肉制品，營養價值也將比肩甚至可能超過肉制品，人類飲食結構將在此推動下迎來新的變革。

參考文獻

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