菌絲蛋白對仿肉品質特性的影響

張學文，曾艷，董婷，孟潔，孫媛霞*

（1.工業酶國家工程研究中心，中國科學院天津工業生物技術研究所，天津 300308；2.國家合成生物學創新中心，天津 300308；3.天津美康食品有限公司，天津 300300）

隨著全球人口的增長和社會的快速發展，消費者對食品的數量和品質都提出了新的要求。傳統食品的生產和加工對人體健康和地球環境有著深遠影響。未來食品是一種利用前沿技術高效制造滿足消費者對安全、營養、感官等方面個性化需求的食品。植物基食品由于營養健康、綠色可持續、對環境友好等備受青睞。植物肉是一種利用植物來源的蛋白替代真肉的仿肉，因其具有更豐富的營養價值，越來越受到消費者的喜愛。目前，應用于植物肉中的蛋白主要來源于大豆濃縮蛋白、大豆分離蛋白、豌豆蛋白、小麥蛋白和花生蛋白等，其中，大豆蛋白是最主要的替代蛋白[1]。大豆蛋白存在天然的豆腥味，使其在植物肉中的應用受到限制，因此，開發更多優質蛋白質資源才能緩解蛋白質資源短缺的現狀。

植物替代蛋白的高效和低成本制備是市場化應用的前提。目前，植物蛋白的主要來源是農產品加工的副產物，如大豆粕、豌豆粕等，然而這并不能滿足植物蛋白多樣化的需求。植物替代蛋白的主要加工技術有低水分擠壓、高水分擠壓和3D打印等[2]。低水分擠壓和高水分擠壓是在高溫、高剪切力的作用下將植物蛋白的空間結構破壞，蛋白質鏈解聚和變性，并展開、團聚形成熔融體，進而發生聚集、交聯，最終形成組織化蛋白[3]，但組織化結構嚴重依賴于原料的組成[4]。真菌是一種潛力較大的優質蛋白來源，但真菌蛋白開發較少。菌絲蛋白是通過發酵鐮刀菌（Fusarium venenatum）獲得，其作為真菌蛋白，具有蛋白含量高、氨基酸均衡、富含膳食纖維等優勢[5]。通過發酵后處理去除細胞內核糖核酸（ribonucleic acid，RNA），并添加蛋清、色素、風味物質來模仿真肉的質地和外觀，其市場價格與動物肉相似。菌絲蛋白含有豐富的蛋白質和膳食纖維，同時具有天然的纖維狀結構，可直接替代植物蛋白應用于植物肉中，改善植物肉的特性。目前對菌絲蛋白的外觀、質地和口感的研究較少，同時，現有的生產成本較高。因此，除降低菌絲蛋白的生產成本之外，從質地、口感、色澤等方面開發具有更高仿真性的蛋白肉，能有效提高菌絲蛋白肉對消費者的吸引力。

在仿肉制品中，蛋白含量及來源、纖維含量與形態對仿肉制品的品質有決定性影響，本研究通過添加不同比例的菌絲蛋白用于替代植物肉餅中的大豆蛋白，測定植物肉餅的理化性質及感官特性變化，研究添加菌絲蛋白對植物肉餅品質的影響，為真菌蛋白的開發和利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆蛋白、飲用水、玉米油、黃原膠、甲基纖維素、醬油、食用鹽、甜菜紅、牛肉香精等原料：市售；總膽固醇（total cholesterol，TC）含量檢測試劑盒：北京索萊寶科技有限公司；α-淀粉酶（5 U/mg）：美國Sigma-Aldrich公司；其他化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

TMS-PRO食品物性分析儀：美國FTC有限公司；ASM-M10A多功能和面機：易訊播科技（深圳）有限公司；L9/13型馬弗爐：德國納博熱有限公司；N/C2100S凱氏定氮儀：美瑞泰克科技（天津）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 菌絲蛋白基本組成成分的測定

菌絲蛋白：通過對鐮刀菌發酵獲得，具體發酵條件參照相關專利[6]。菌絲蛋白各組分依據美國分析化學家協會（association of official analytical chemists，AOAC）提出的方法[7]進行測定。蛋白含量測定方法依據AOAC 979.09進行；脂肪測定方法依據AOAC 996.06進行；膽固醇測定方法依據AOAC 994.10進行；膳食纖維測定方法依據AOAC 991.43進行；灰分測定方法依據AOAC 930.30進行；碳水化合物測定方法依據FDA 21 CFR 101.9進行；氨基酸組成檢測方法依據GB 5009.124—2016《食品安全國家標準食品中氨基酸的測定》[8]進行。

1.3.2 牛肉餅的基礎配方

250 g/kg大豆蛋白粉、15 g/kg鹽、120 g/kg玉米油、10 g/kg黃原膠、60 g/kg淀粉、30 g/kg醬油、2 g/kg甜菜紅、0.5 g/kg牛肉香精、65%水（以成品中含水量計算）。

1.3.3 牛肉餅制作工藝流程

原料混合→腌制→模具成型→冷凍貯存

工藝要點：原料混合充分攪拌5 min～10 min，25℃下放置30 min～60 min，使原料充分吸水、吸油。-20℃冷凍后的肉餅以170℃油炸4 min為最佳，油炸后的肉餅立即進行質地和感官評價。

1.3.4 試驗設計

按照牛肉餅的基本配方及工藝流程，設計菌絲蛋白的添加量分別為大豆蛋白添加量的20%、50%和100%（分別記作樣品S20、樣品S50、樣品S100），并以不添加菌絲蛋白（只含有大豆蛋白）為對照組（記作樣品S0）。

1.4 指標測定

1.4.1 微觀結構

將冷凍干燥后的肉餅進行切片（3 mm×3 mm），并在樣品表面覆蓋鉑金涂層。用掃描電子顯微鏡將樣品放大200倍到3 000倍，觀察表面微觀形態。

1.4.2 仿肉質構特性分析

利用食品物性分析儀對牛肉餅進行全質構分析（texture profile analysis，TPA），將樣品用 50 mm 圓盤探頭以“二次壓縮”模式進行質地剖面分析。測量參數：壓縮比80%、測量速度1 mm/s、觸發力0.15 N、間隔時間5 s。分析硬度、彈性、黏性和咀嚼性4個指標，每個樣品平行測定4次。

1.4.3 風味感官評價

感官評定小組由10位品嘗人員組成，評定方法采用10分制，按照牛肉香氣、烤肉香、牛脂肪香、豆腥味和可接受度5個指標進行綜合評價。評定由每個成員單獨進行，互不接觸交流，樣品評定間隙用清水漱口。評價標準見表1。

表1 風味感官評價指標Table 1 Flavor sensory evaluation index

1.5 數據處理

試驗數據利用Excel 2019進行處理，并使用SPSS Statistics 24.0進行差異顯著性分析，顯著性差異水平p＜0.05為差異顯著。

2 結果與分析

2.1 菌絲蛋白營養成分分析

植物蛋白來源豐富，例如大豆、豌豆、小麥、燕麥等，由于其蛋白含量不高，不能直接作為替代蛋白，需要進一步加工提純，例如大豆分離蛋白、大豆濃縮蛋白等。除大豆外，猴頭菇是真菌蛋白的一種重要來源，其特點為含有豐富的膳食纖維。牛肉作為優質蛋白的主要來源之一，常被用來模仿其組成成分、質構及口感。菌絲蛋白、猴頭菇[9]、大豆[10]和牛肉[11]中各組成成分分析見表2。

由表2可知，菌絲蛋白作為一種發酵蛋白，展現出高蛋白含量、高纖維含量的優良特性，其蛋白含量達到干重的56.65%，遠高于大豆（38.01%）和猴頭菇（15.04%）。因此，菌絲蛋白可直接作為蛋白來源添加在植物基食品中。除蛋白外，菌絲蛋白含有豐富的膳食纖維（32.95%），其含量分別是猴頭菇的5.4倍、大豆的1.5倍。膳食纖維對人體健康起著重要作用，例如控制體重[12]、防止便秘[13]、防治結腸癌[14]、降血糖[15]、降血脂[16]等。相比于動物蛋白和植物蛋白，菌絲蛋白含有少量的脂肪和可降解碳水化合物，因此含有更低的熱量[5]。研究表明，高膽固醇攝入易引起多種心血管疾病和癌癥等[17]，真菌和植物來源的蛋白均不含膽固醇，因此，菌絲蛋白是一種低膽固醇健康飲食的理想選擇。

2.2 氨基酸組成分析

氨基酸組成可以直觀反映蛋白的營養價值，菌絲蛋白、猴頭菇[18]、大豆[19]和牛肉[20]蛋白中氨基酸組成如表3所示。

表3 菌絲蛋白、猴頭菇、大豆和牛肉中氨基酸組成Table 3 Amino acids component of mycoprotein，Hericium erinaceus，soybean and beef %

必需氨基酸是衡量蛋白質營養價值的重要指標，由表3可知，菌絲蛋白中必需氨基酸含量與猴頭菇、大豆蛋白相似，但從單個氨基酸含量分析，相較于大豆蛋白和猴頭菇，菌絲蛋白中氨基酸各組分含量更均衡，與牛肉中蛋白的氨基酸組成接近。其中，谷氨酸含量最高，占氨基酸總量的20.73%，其次為天冬氨酸，占氨基酸總量的10.65%。蛋氨酸作為一種必需氨基酸，其除能合成蛋白外，還是人體內硫磺的主要來源，參與多種含硫分子的合成，具有保護組織、修飾DNA和保持細胞正常運轉等功能。菌絲蛋白中蛋氨酸含量達到0.94%，為大豆的1.62倍。半胱氨酸作為另一種含硫氨基酸，在菌絲蛋白中占比達到1.97%，約為大豆蛋白的5倍，明顯高于其在牛肉中的占比（1.45%）。亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸作為支鏈氨基酸能夠明顯增加蛋白的合成，降低蛋白的分解，具有促進肌肉合成和預防肌肉減少的功能[21]。菌絲蛋白中支鏈氨基酸（亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸）含量（17.98%）與其在大豆蛋白中的占比（17.63%）無明顯差別。抗氧化氨基酸包括蛋氨酸、半胱氨酸、組氨酸、賴氨酸和酪氨酸，能夠清除超氧陰離子自由基、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基和 2，2'-聯氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸[2，2'-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid），ABTS]陽離子自由基等[22]。菌絲蛋白中抗氧化氨基酸占比達到15.34%，高于猴頭菇、大豆蛋白中的占比（分別為12.90%、14.73%）。鮮味氨基酸包括谷氨酸、天冬氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸、甘氨酸和酪氨酸6種[23]，菌絲蛋白中鮮味氨基酸在總氨基酸中占比高達44.76%，明顯高于其在大豆（39.72%）和牛肉（36.13%）中的占比。因此，菌絲蛋白是一種理想氨基酸來源。

2.3 牛肉餅中蛋白和膳食纖維含量分析

不同含量菌絲蛋白的牛肉餅中蛋白質、膳食纖維含量如圖1所示。

圖1 不同含量菌絲蛋白的牛肉餅中蛋白含量和膳食纖維含量Fig.1 Protein and dietary fiber content of beef patty with different amount of mycoprotein

在仿肉產品中，優質蛋白含量的最低標準為10%。從圖1可知，添加20%菌絲蛋白沒有明顯降低牛肉餅中蛋白質含量；添加50%菌絲蛋白的牛肉餅中蛋白質含量約為12%，能夠達到優質蛋白含量的標準。膳食纖維含量隨菌絲蛋白質含量的增加而增加。研究表明，我國每日人均膳食纖維攝入量僅為11 g[24]，遠低于世界衛生組織建議量每人每天25 g～35 g。因此，菌絲蛋白能夠成為優質蛋白和膳食纖維的新來源。

2.4 牛肉餅微觀結構分析

圖2為牛肉餅的微觀結構。

圖2 牛肉餅微觀結構Fig.2 Micro structure of beef patty

由圖2可知，菌絲蛋白呈現出纖維狀、多孔結構。未添加菌絲蛋白的牛肉餅為實體顆粒，空隙少，而添加菌絲蛋白牛肉餅表現出蜂窩狀多孔結構，可能是肉餅呈現出蓬松感的主要原因。研究發現，膳食纖維粒徑越小，對水分、油脂的束縛減弱，導致其持水性、吸油性能力降低[25]。由于菌絲體的長度大于10 μm，屬于大分子膳食纖維，因此具有優良的吸水性和吸油性。菌絲纖維中豐富的親水物質能充分地吸收水分，并能與吸收水分的蛋白結合形成更大的空間網絡結構，加固牛肉餅的網絡結構，能有效地阻止牛肉餅加工過程中水分和油脂的丟失，增加牛肉餅的多汁感。

2.5 質構分析

利用食品物性分析儀對不同菌絲蛋白含量的牛肉餅在油炸后進行硬度、黏性、彈性和咀嚼性測試，測試結果如圖3所示。

圖3 不同含量菌絲蛋白牛肉餅的硬度、黏性、彈性和咀嚼性Fig.3 The hardness，viscosity，springiness and chew properties of beef patty with different amount of mycoprotein

硬度是評價仿肉品質的重要指標之一，是一種與使產品變形或穿透產品所需的力有關的機械質地特性，是食品保持形狀的內部結合力。由圖3A可知，牛肉餅的硬度隨菌絲蛋白含量的提高而增加。梁雯雯等[26]發現魚糜制品中添加1.5%褐藻膳食纖維后硬度增加2.5倍；陶春生等[27]發現添加6%膳食纖維可以使面條硬度提高1.5倍，原因是膳食纖維中的親水基團增加了其吸水性，使面粉的吸水量減少，影響面筋網絡的形成，從而增加產品的硬度。菌絲蛋白是一種纖維與蛋白的結合體，纖維中的親水基團被蛋白包圍，吸水性在一定程度上減弱，因此，添加菌絲蛋白的牛肉餅硬度沒有明顯增加。

由圖3B可知，菌絲蛋白的加入使牛肉餅的黏性顯著增加（p＜0.05），添加50%菌絲蛋白牛肉餅的黏性增加了2倍，黏性增加的主要原因可能是菌絲纖維結合黃原膠形成網絡結構，使黃原膠的黏性得以充分發揮。

牛肉餅的彈性與內部分子間的內聚力有較大的關系，由圖3C可知，與樣品S0相比，添加20%和50%菌絲蛋白后牛肉餅的彈性顯著增加（p＜0.05），可能是菌絲纖維的加入豐富了網絡結構，使大分子物質之間的相互作用增強，形成高黏度的凝膠，類似地，楊玲芝等[28]發現在魚糜中添加膳食纖維能顯著增加其彈性。

從圖3D可以看出，添加菌絲蛋白后牛肉餅的咀嚼性顯著提高（p＜0.05），可能是菌絲纖維的加入使牛肉餅結構更緊致，長絲狀纖維能有效地模仿肌肉細胞，使牛肉餅呈現類似真肉的咀嚼感。因此，添加菌絲蛋白可以有效地改善牛肉餅的特性。

2.6 感官評價

目前，市售植物肉主要以大豆蛋白為主[1]，大豆蛋白加工處理不當容易產生豆腥味，影響消費者的喜愛度。圖4為不同含量菌絲蛋白牛肉餅的感官評價結果。

圖4 不同含量菌絲蛋白牛肉餅的感官評價Fig.4 Flavor evaluation of beef patty containing different amount of mycoprotein

由圖4可知，添加20%菌絲蛋白可以明顯降低牛肉餅的豆腥味，添加50%菌絲蛋白牛肉餅的豆腥味進一步降低，同時可接受度有了明顯提高。隨著菌絲蛋白加入量的增加，牛脂肪香味增加，可能是由菌絲蛋白中少量不飽和脂肪酸引起，在烹飪過程中，不飽和脂肪酸被氧化產生醇、醛、酮類化合物，豐富了脂肪香味。烤肉香味的主要來源是含硫化合物，由于菌絲蛋白中含有豐富的含硫氨基酸，提高菌絲蛋白的含量，可以有效地增加牛肉餅的烤肉香。綜上，菌絲蛋白替代牛肉餅中50%大豆蛋白為最佳替代方案。

3 結論

菌絲蛋白替代大豆蛋白能有效地改善牛肉餅的形態、組織、口味，提高牛肉餅的黏性、彈性和咀嚼性，并有效降低豆腥味，結合感官評價結果，菌絲蛋白替代牛肉餅中50%大豆蛋白能最大程度地改善牛肉餅特性，并擁有最佳接受度。