高彈性素食腸配方優化

秦建鵬 馬笑笑 于德陽 陳援援 馬儷珍

(天津農學院食品科學與生物工程學院，天津 300384)

隨著人口的增加和生活水平的逐步提高，肉類供應壓力越來越大，預計到2050年，世界人口將增至90億，肉類需求量將增長50%以上，考慮到肉類會引起溫室氣體排放、動物福利和人類健康等問題，人造肉替代部分肉類已成為不可阻擋的趨勢[1]，而植物蛋白肉作為人造肉的一種，引起了各界的廣泛關注。據報道[2]，植物蛋白肉市場在2019—2024年將以7.9%的年復合增長率進行增長，植物蛋白肉行業總值預計達到212.3億美元。然而中國作為一個人口大國，國內植物蛋白肉產業的發展卻明顯落后于歐美國家，產品配方和加工技術都有待加強。

素食腸是以植物蛋白代替肉，以大豆拉絲蛋白來模擬肉的口感，這種拉絲蛋白可以通過擠壓螺桿技術和配料成分的改變，形成類似于肌纖維的結構，同時富含人體所需的8種必需氨基酸，并且不含脂肪和膽固醇，因此被廣泛用于肉類產品中，如香腸、速凍肉丸以及素食肉松、素食牛排等素食產品中[3-5]。谷朊粉是優質的植物性蛋白源，其蛋白質含量高達70%～80%，無抗營養因子，具有較高的營養和醫用價值[6]。谷氨酰胺轉氨酶(TGase)是一種安全的食品添加劑，在TGase誘導蛋白凝膠過程中，其在肽鏈中谷氨酰胺殘基的酰基供體與不同的酰基受體之間進行轉移，引起蛋白間交聯，從而形成穩固的蛋白凝膠網狀結構[7]。羥丙基二淀粉磷酸酯(HDP)是經環氧丙烷醚化處理后，再與磷酸鹽發生交聯反應的一種變性淀粉[8]，因其含大量羥丙基，所以具有優異的持水性。其糊狀液體具有耐高溫、凍融穩定性好、抗剪切的優點[9-10]。魔芋膠是一種多糖類膠體，具有良好的親水性、增稠性、乳化性等多種性質[11]；卡拉膠是一種親水性陰離子多糖類膠體，在加熱過程中可形成熱可逆凝膠[12]；黃原膠是一種水溶性微生物胞外雜多糖，溶于水可形成凝膠結構，其分子上具有親油和親水基團[13]。大豆分離蛋白由于其良好的乳化性、填充性以及凝膠性等性質，在食品中被廣泛應用[14]。

試驗擬以大豆拉絲蛋白為主要原料，在基礎配方上，采用響應面分析法優選谷朊粉、谷氨酰胺轉氨酶、大豆分離蛋白粉、羥丙基二淀粉磷酸酯、復合膠、冰水的添加比例，以期開發一種營養美味、彈性好、品質優良的素食腸。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

大豆拉絲蛋白(FSDP)：WH-601，安陽萬匯生物科技有限公司；

肉桂精油、大茴香精油、丁香精油、白胡椒精油：鄭州雪麥龍食品香料有限公司；

谷朊粉：河南富華食品添加劑有限公司；

谷氨酰胺轉氨酶：A1型，酶活90 U/mL，江蘇一鳴生物股份有限公司；

大豆分離蛋白：陽市得天力食品有限公司；

羥丙基二淀粉磷酸酯、羧甲基纖維素鈉、卡拉膠、魔芋膠、黃原膠、復合磷酸鹽、酵母提取物、呈味核苷酸二鈉等：鄭州凱之裕食品添加劑有限公司；

塑料腸衣：折徑55 mm，南通恒旭新材料科技有限公司；

食鹽、大豆油、白砂糖、葡萄糖、味精等：天津市紅旗農貿市場。

1.2 設備與儀器

斬拌機：CM-14型，西班牙美卡公司；

真空包裝機：DZ-400/2S型，諸城市美川機械有限公司；

絞肉機：BJRJ-82型，浙江嘉興艾博實業有限公司；

家用手動灌腸機：手推型，東莞市云獨商貿有限公司；

分析天平：ME204E型，上海精科儀器有限公司；

打卡機：手動U型，臺州藤原工具有限公司；

制冰機：IMS-50型，河南兄弟儀器設備有限公司；

攪拌機：LLJ-A10T1型，廣東小熊電器有限公司；

移液槍：100～1 000 μL型，德國Eppendorf公司；

電熱恒溫水浴鍋：XMTD-4000型，上海科恒實業發展有限公司；

物性測定儀：TA-XT Plus型，英國Stable Micro System公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 大豆拉絲蛋白泡發工藝 選取顏色和氣泡均勻的拉絲蛋白，用5倍比例的冰水浸泡1 h，期間表面壓上重物使其浸入冰水中，當拉絲蛋白全部吸水變軟、無硬核時，用紗布包裹擠水，使泡發后的重量為泡發前的2.6倍，絞碎，拆絲攪拌3 min，即得發泡后的大豆拉絲蛋白(FSDP)。

1.3.2 素食腸基本配方 經多次預試驗，確定素食腸的基本配方為：以FSDP(含水量61.54%)為基準，添加白砂糖9.23%、葡萄糖3.08%、食鹽6.15%、復合磷酸鹽0.77%、抗壞血酸鈉0.46%、大豆油20.08%、復合精油(m肉桂精油∶m大茴香精油∶m丁香精油∶m白胡椒精油=4∶4∶1∶1)0.38%、羧甲基纖維素鈉0.69%、酵母提取物0.77%、味精0.31%、I+G 0.02%、紅曲紅0.15%。大豆分離蛋白粉、TGase、復合膠(m黃原膠∶m魔芋膠∶m卡拉膠=1∶1∶1)、HDP、谷朊粉、冰水的具體添加比例按1.3.4添加。

1.3.3 素食腸的加工工藝

FSDP→制餡→灌制→打卡→蒸煮→冷卻→成品

(1)制餡：將配方中的冰水、TGase和大豆分離蛋白粉放入斬拌機中，鋼制刀片高速斬拌，邊斬拌邊緩慢加入大豆油和復合精油，共斬拌3 min，得乳化漿；繼續高速斬拌，并依次加入配方中的白砂糖、葡萄糖、食鹽、復合磷酸鹽、抗壞血酸鈉、復合膠、HDP、谷朊粉、羧甲基纖維素鈉，斬拌時間2 min；添加FSDP，更換塑料刀片慢速斬拌3 min，制得餡料。

(2)灌制：用灌腸機將混合的餡料灌入塑料腸衣中，長度為10～12 cm，灌裝時注意灌裝均勻和避免小氣泡的產生。

(3)打卡：用手動U型打卡機將灌裝好的腸兩端打卡。

(4)煮制：將灌裝好的腸體于45 ℃保溫20 min，再于(95±2)℃煮沸1 h。

(5)冷卻：將煮制好的素食腸在冰水中迅速冷卻至室溫，于0～4 ℃冷藏12 h。

1.3.4 單因素試驗

(1)大豆分離蛋白粉質量分數：配料百分比均以FSDP(含水量61.54%)計，固定谷朊粉質量分數115.40%，HDP質量分數11.55%，復合膠質量分數6.93%，TGase質量分數2.31%，冰水質量分數138.47%，考察大豆分離蛋白粉質量分數(7.70%，11.55%，15.40%，19.25%，23.10%)對素食腸彈性的影響。

(2)谷朊粉質量分數：配料百分比均以FSDP(含水量61.54%)計，固定大豆分離蛋白粉質量分數15.40%，HDP質量分數11.55%，復合膠質量分數6.93%，TGase質量分數2.31%，冰水質量分數138.47%，考察谷朊粉質量分數(100.00%，107.70%，115.40%，123.10%，130.80%)對素食腸彈性的影響。

(3)HDP質量分數：配料百分比均以FSDP(含水量61.54%)計，固定大豆分離蛋白粉質量分數15.40%，谷朊粉質量分數123.10%，復合膠質量分數6.93%，TGase質量分數2.31%，冰水質量分數138.47%，考察HDP質量分數(3.85%，7.70%，11.55%，15.40%，19.25%)對素食腸彈性的影響。

(4)復合膠質量分數：配料百分比均以FSDP(含水量61.54%)計，固定大豆分離蛋白粉質量分數15.40%，谷朊粉質量分數123.10%，HDP質量分數11.55%，TGase質量分數2.31%，冰水質量分數138.47%，考察復合膠質量分數(2.31%，4.62%，6.93%，9.24%，11.55%)對素食腸彈性的影響。

(5)TGase質量分數：配料百分比均以FSDP(含水量61.54%)計，固定大豆分離蛋白粉質量分數15.40%，谷朊粉質量分數123.10%，HDP質量分數11.55%，復合膠質量分數6.93%，冰水質量分數138.47%，考察TGase質量分數(0.77%，1.54%，2.31%，3.08%，3.85%)對素食腸彈性的影響。

(6)冰水質量分數：配料百分比均以FSDP(含水量61.54%)計，固定大豆分離蛋白粉質量分數15.40%，谷朊粉質量分數123.10%，HDP質量分數11.55%，復合膠質量分數6.93%，TGase質量分數2.31%，考察冰水質量分數(107.69%，123.08%，138.47%，153.86%，169.25%)對素食腸彈性的影響。

1.3.5 響應面試驗設計 在單因素試驗上，選擇TGase質量分數、冰水質量分數和谷朊粉質量分數作為自變量，彈性作為響應值。根據Box-Behnken設計原理，采用三因素三水平響應面分析法優化素食腸的最優配方。

1.3.6 素食腸TPA的測定 參照鮑佳彤等[15]的方法稍作修改。將凝膠充分的素食腸從0～4 ℃冰箱取出，切成直徑2.5 cm、高1 cm的圓柱體，室溫放置30 min，檢測素食腸的TPA。測試參數：選用P/35型號探頭，壓縮力模式，測前速度2.0 mm/s，測中、后速度1.0 mm/s，觸發力5 g，應變為50%。取6次平行試驗的平均值，得到硬度、彈性、黏聚性、膠著度、咀嚼型、回復性6個指標，因試驗主要關注素食腸的彈性指標，且彈性與素食腸的凝膠特性密切相關[16]，故選擇彈性值為考核指標。

1.3.7 數據分析 運用Excel 2018軟件進行試驗數據及標準偏差分析，運用Statistic 8.1軟件對結果進行顯著性分析，使用Design-Expert 10軟件進行響應面設計與分析，使用SigmaPlot 10.0軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 大豆分離蛋白質量分數 由圖1可知，當大豆分離蛋白粉質量分數為7.7%～23.1%時，隨著大豆分離蛋白粉質量分數的增加，素食腸彈性呈直線升高趨勢(P<0.05)，說明大豆分離蛋白粉對提高素食腸彈性具有重要作用。這是由于大豆分離蛋白長鏈結構中的極性基團能夠吸收和保留水分[17]，而且與TGase聯合使用后，可以形成交聯網狀結構，改善其保水性[18-19]。故選擇23.10%為大豆分離蛋白粉的最適質量分數。

2.1.2 谷朊粉質量分數 由圖2可知，當谷朊粉質量分數為100.00%～130.90%時，素食腸彈性呈先增加后降低趨勢(P<0.05)，當谷朊粉質量分數為123.20%時，素食腸彈性達到最大值0.95，這是因為谷朊粉中的麥谷蛋白和麥醇溶蛋白遇水可以形成強勁的面筋網絡結構[20]。但當谷朊粉添加過量時，出現了谷朊粉和大豆分離蛋白粉之間對水的競爭作用，影響面筋網絡結構的充分形成，物料實心結構增多，結構變硬，素食腸彈性顯著降低(P<0.05)。故選擇115.50%～130.90%的谷朊粉質量分數進一步優化。

字母不同表示具有顯著性差異(P<0.05)圖1 大豆分離蛋白粉質量分數對素食腸彈性的影響Figure 1 Effect of soy protein isolate addition ratio on vegetarian intestinal springiness

字母不同表示具有顯著性差異(P<0.05)圖2 谷朊粉添加比例對素食腸彈性的影響Figure 2 The effect of gluten addition ratio on the springiness of vegetarian sausages

2.1.3 HDP質量分數 由圖3可知，當HDP質量分數為3.85%～19.25%時，隨著HDP質量分數的增加，素食腸彈性呈先增加后降低的趨勢(P<0.05)，當HDP質量分數為11.55%時，素食腸彈性達到最大值0.94。這是因為HDP會奪走與網絡結構結合不緊密的水分，并將這些水分結合固定，使素食腸的保水能力提高，進而使其彈性明顯提高；此外，HDP會吸水膨脹，使素食腸微觀結構中的孔洞減少甚至消失，黏聚性提高，產品組織結構細膩，切面平整緊實，具有彈性。但當HDP質量分數超過11.55%時，素食腸彈性急劇下降(P<0.05)。這是因為HDP添加比例過高時，當產品加熱處理后，HDP的糊化作用會掩蓋蛋白的凝膠作用。同時，降溫過程中，HDP會發生老化，導致素食腸品質下降，彈性顯著降低[21](P<0.05)。考慮7.70%～15.40%的HDP添加比例下，素食腸彈性均在0.90以上，故直接選擇11.55%為HDP的最適質量分數。

2.1.4 復合膠質量分數 由圖4可知，當復合膠質量分數為2.31%～11.55%時，隨著復合膠質量分數的增加，素食腸彈性呈顯著下降趨勢(P<0.05)，其中在復合膠質量分數為2.31%時，素食腸彈性已達到0.94，顯著高于其他組(P<0.05)，說明復合膠的質量分數不能過高，因為復合膠結合水的能力比較強，會與大豆拉絲蛋白結合水發生競爭作用，從而使大豆拉絲蛋白的持水能力降低，進而影響其凝膠品質[22]。故直接選擇復合膠的最適質量分數為2.31%。

2.1.5 TGase質量分數 由圖5可知，當TGase質量分數為0.77%～3.85%時，隨著TGase質量分數的增加，素食腸彈性呈先增加后降低的趨勢(P<0.05)，當TGase質量分數為2.31%時，素食腸彈性達到最大值0.91。TGase在一定質量分數范圍內，基于催化酰基轉移反應，可以促進大豆蛋白分子間或分子內出現共價交聯，使產品的凝膠強度增強，彈性增加。但當TGase添加比例過高時，體系中的谷氨酰胺殘基中γ-羥基酰胺基與賴氨酸殘基的ε-氨基作用完全，而TGase中還可能存在蛋白酶，此時會對體系中的蛋白質產生水解作用，使其彈性下降(P<0.05)[23-24]。故選擇TGase的質量分數為1.54%～3.08%進行優化。

字母不同表示具有顯著性差異(P<0.05)圖3 HDP添加比例對素食腸彈性的影響Figure 3 The effect of HDP ratio on the springiness of vegetarian sausages

字母不同表示具有顯著性差異(P<0.05)圖4 復合膠添加比例對素食腸彈性的影響Figure 4 Effect of compound glue addition ratio on vegetarian intestinal springiness

字母不同表示具有顯著性差異(P<0.05)圖5 TGase添加比例對素食腸彈性的影響Figure 5 The effect of TGase addition ratio on the springiness of vegetarian sausages

2.1.6 冰水質量分數 由圖6可知，當冰水質量分數為107.79%～169.29%時，隨著冰水質量分數的增加，素食腸彈性呈先增加后降低趨勢(P<0.05)，當冰水質量分數為123.12%時，素食腸彈性達到最大值0.92。在一定的添加范圍內，水與大豆蛋白粉、谷朊粉、HDP和復合膠之間相互作用，形成強勁的網狀結構，故而素食腸彈性顯著增加(P<0.05)。當冰水添加過量時，相當于稀釋了大豆分離蛋白粉、谷朊粉、HDP和復合膠的比例，所以彈性明顯降低(P<0.05)。故選擇冰水的質量分數為107.73%～138.51%進行優化。

字母不同表示具有顯著性差異(P<0.05)圖6 冰水添加比例對素食腸彈性的影響Figure 6 The effect of adding ice water ratio on the springiness of vegetarian sausages

2.2 響應面試驗

2.2.1 試驗結果與方差分析 根據單因素試驗結果，選擇TGase質量分數、冰水質量分數和谷朊粉質量分數為因素，以彈性為響應值，運用Box-Behnken設計原理進行三因素三水平試驗，優化素食腸的最優配方。因素水平表見表1，試驗設計及結果見表2。

運用Design-Expert 10.0軟件對表2數據進行二次多元回歸擬合，得到二次多元回歸方程：

Y=0.96-0.004 626A-0.003B+0.005 375C-0.001 75AB+0.003AC+0.01BC-0.014A2-0.009 4B2-0.017C2。

(1)

表1 響應面試驗因素和水平Table 1 Factors and levels used in response surface methodology

表2 Box-Behnken試驗設計與結果Table 2 Box-Behnken design with experimental results

表3 方差分析?Table 3 Analysis of variance of regression model

由表3可知，模型極顯著(P<0.01)，失擬項P=0.093 7>0.05，不顯著，表明模型的擬合度較好。由F值可知，各因素對彈性的影響程度為谷朊粉質量分數(C)>TGase質量分數(A)>冰水質量分數(B)。

2.2.2 交互作用分析 由圖7可知，BC交互作用顯著，谷朊粉質量分數對彈性的影響最大，其次是TGase質量分數和冰水添加量質量分數，與方差分析結果一致。

通過對素食腸彈性進行二次多項數學模型分析，得出素食腸加工中谷朊粉、TGase和冰水的最適添加比例為：以FSDP(含水量61.54%)為基準，谷朊粉質量分數124.06%、TGase質量分數2.20%、冰水質量分數121.87%，此時素食腸彈性為0.957。

圖7 各因素交互作用的響應面圖Figure 7 Response surface diagram of the interaction of various factor

2.3 驗證實驗

在基礎配方的基礎上，以FSDP(含水量61.54%)為基準，添加124.06%谷朊粉、2.20% TGase、121.87%冰水、23.10%大豆分離蛋白粉、11.55% HDP和2.31%復合膠(m黃原膠∶m魔芋膠∶m卡拉膠=1∶1∶1)加工素食腸，所得產品的平均彈性為0.958(n=6)，略高于理論預測值(0.957)，說明該回歸模型優化的工藝條件是有效的。

3 結論

以大豆蛋白和小麥蛋白的復合植物蛋白為主料，通過響應面試驗對提高素食腸凝膠強度的工藝進行優化，確定了素食腸加工中的配料比例：以大豆拉絲蛋白(含水量61.54%)為基準，添加124.06%谷朊粉、2.20%谷氨酰胺轉氨酶、121.87%冰水、23.10%大豆分離蛋白粉、11.55%羥丙基二淀粉磷酸酯、2.31%復合膠(m黃原膠∶m魔芋膠∶m卡拉膠=1∶1∶1)。通過制餡、灌制、打卡、蒸煮、冷卻等工序，得到彈性大、品質優良的新型素食腸新產品，其彈性達0.958，略高于理論預測值(0.957)。研究的不足在于無法還原真實肉制品的鮮味和香味，素食腸粉味較重且香氣容易在烹飪過程中損失，后續將通過酶解和美拉德反應，研發一種具有傳統肉類風味的風味肽或風味香精予以解決。