淺析植物肉研究進展

李順秀，孫保劍，袁偉崗，劉賀，王笛，劉軍

山東禹王生態食業有限公司（禹城 251200）

植物肉顧名思義是以植物基材質為原料，制作的具有肉的形態、口感和味道的食品，近幾年發展尤為迅速，無論國內還是國外正在掀起植物肉的發展浪潮。隨著人類肉的需求逐年增加，動物蛋白已不能滿足人們的需要，而植物蛋白富含人體必需基酸，恰能補足這一缺口。人類生活質量逐年提高，人們正在追求綠色、營養、健康的食品，越來越多的人選擇植物基食品，如植物肉、植物奶、植物蛋。動物養殖業對環境的溫室效應、資源消耗、土地占有等負面影響日益加劇，也促使人們尋求新的食品代替動物肉，而植物肉順應這一趨勢，正在進入消費者的眼簾，將來也會走進千家萬戶的餐桌。從植物肉的定義、生產技術、生產企業現狀、產品更新迭代、優勢劣勢等不同角度進行論述，以期能夠為植物肉的研究和開發，提供借鑒和幫助。

1 植物肉現狀及存在問題

1.1 植物肉現狀

我國于2020年發布植物肉團體標準，將植物肉定義為用植物原料或其加工品及其他輔料、食品添加劑，經加工制成的具有類似動物肉質品質構、風味、形態等特征的食品[1]。其特點為制作原料來自于植物，在國內又被稱為人造肉、素肉等。

植物肉發展至今，已不同于傳統的素肉、豆制品類，該類食品沒有纖維化，距離真肉較遠，而現在的植物肉是通過特殊的加工技術改變蛋白的分子結構，復原出動物肉的口感及外觀形態。不同的飲食文化，導致中西方的植物肉形態、種類也有所不同，國內植物肉主要有素肉餅、素丸子、素火腿、素水餃、素雞塊等；在西方，植物肉產品主要有植物豬肉、牛肉、雞肉、肉漢堡、三明治等；休閑植物肉有手撕素肉、素牛肉干、素牛肉粒、素鮑魚等。

植物肉的主要原料是各類植物蛋白（表1）[2]，植物蛋白經過現代技術加工，分子層面，蛋白結構發生變化重組，產生肉類纖維的結構和肉的咀嚼感。植物蛋白來源十分豐富，可分為油料蛋白、谷物蛋白、豆類蛋白等。油料蛋白有大豆、花生、菜籽等，谷物蛋白有大米、小麥、小米等，豆類蛋白有大豆、豌豆、鷹嘴豆等。不同植物蛋白有不同制備工藝，且具有不同的功能特性，其在肉制品的應用也不同。

表1 植物蛋白的主要來源

大豆蛋白為植物肉制作常用原料，大豆中含有40%左右的蛋白質，在各類植物蛋白中，蛋白含量最高，氨基酸豐富，達18種之多，其比例較接近人體所需氨基酸的比例，特別是賴氨酸的含量特別高，除蛋氨酸和半胱氨酸外，其余氨基酸均達到或超過世界衛生組織推薦的必需氨基酸的標準需求量。大豆蛋白又分為大豆分離蛋白、濃縮蛋白、脫脂豆粉，大豆分離蛋白蛋白含量為90%，濃縮蛋白含量為70%，脫脂豆粉蛋白含量為50%。大豆分離蛋白由于蛋白含量較高，以及其良好的凝膠性、發泡性、保水保油性，應用比較廣泛[3]，但近幾年由于其價格上漲，由12 000元/t漲到25 000元/t，其應用受到限制，許多生產商不用或少用大豆分離蛋白，尋求價格便宜的濃縮蛋白或其他蛋白代替。

豌豆蛋白是一種非過敏原，常用來制作植物肉，蛋白質含量大于20%，脂肪含量低于2.5%，其中蛋白質中55%為球蛋白、20%為白蛋白，還含有少量谷蛋白。球蛋白中輔助性豌豆球蛋白占少量，大部分為豌豆球蛋白以及豆球蛋白。豆球蛋白中含有非常多的苯丙氨基酸、賴氨酸和含硫氨基酸，豌豆中維生素和礦物質含量很高，富含水溶性的B族維生素[4]。豌豆蛋白中有人體不能自身合成的8種必需氨基酸，比例相對較為均衡，豌豆蛋白可作為食品營養強化劑，按其功能特性的不同加入不同食品中，起到平衡營養的作用。其較好的溶解性，可應用于飲料、調味汁等流態類食品中；其良好的吸油保水性及凝膠成型性可替代部分肉蛋白，添加到火腿腸、午餐肉等肉制品中[5]谷阮粉。

谷阮粉又稱小麥蛋白，在谷物蛋白中占有重要位置，零膽固醇，膳食纖維含量較高，維生素、不飽和脂肪等成分也較多，是人類飲食重要的蛋白質資源。小麥蛋白與水混合后會立即恢復其原有的活性，呈膠體狀，具有很強的成團性、成膜性和形成立體網絡結構的能力。谷朊粉的蛋白質含量較高，利用這一特性可調節食品的蛋白質含量；另外，谷脫粉具有良好的黏彈性、延伸性、薄膜成型性、吸水性，被廣泛應用于各類食品中，如素雞、素腸、面包和面條等[6]。谷阮粉還是擠壓組織化蛋白的主要原料，蛋白含量通常為80%~85%，因其優良的功能特性和低廉的價格，得到廣泛應用。

花生蛋白近年來在植物肉中的應用也比較多，主要為球蛋白和伴球蛋白，氨基酸含量能夠滿足人體必需氨基酸的需要，消化率較高，在90%以上，無豆腥味和脹氣因子。傳統的花生粕蛋白變性程度較高，常被用作飼料或肥料，附加值較低，沒有得到充分的開發和利用。近年來，花生制油工藝得到改進，花生蛋白變性程度大幅下降，能夠獲得高質量的蛋白（氮溶解指數大于70%）。花生蛋白可以直接加工成為高蛋白食品，也可以添加到面制品、肉制品和奶粉等食品中[7]。

1.2 存在問題

植物肉雖呈發展強勁勢頭，全球市場呈上升趨勢，越來越得到消費者的認可，但毋庸置疑，也面臨著問題和挑戰。植物肉不僅要能夠提供營養健康的食品，同時還要具有吸引人的風味和口感，能夠刺激消費者的味蕾，最終目的是生產一種可持續的產品，能再現傳統肉類的所有感官屬性（外觀、質地、味道、氣味等），這也是植物肉亟待解決的問題。

目前植物肉的外觀、色澤與動物肉差距較大，雖然可以通過添加色素模仿動物肉的顏色，但沒有動物肉紅潤的光澤，不能激起消費者強烈的食欲。

植物肉的口味、口感與動物肉相比，還有一定差距，雖然可通過調味制成所需口味，但調味品和肉味香精，包埋效果差、香氣弱、粉味重，儲存及加工過程難以保留其“肉味”。且口感一般，無咀嚼骨頭、筋膜等特殊部位的口感[8]。

與傳統肉類相比，植物肉類的原料成本較高，對加工技術和功能性添加劑的要求和依賴性較強，導致生產成本較高，這制約了植物肉的發展。當前植物肉的生產成本比真肉高出很多，在美國，BeyondMeat和ImpossibleFoods的人造肉餅定價在12~16美元/磅（約合人民幣92~123元/500 g），國內HaoFood素雞排480 g售價42.8元（44.58元/500 g），植物家Herotein 210 g售價29.9元（合人民幣71.19元/500 g），而豬肉的價格僅18元/500 g。

2 植物肉應用及發展

2.1 植物肉發展歷程

植物肉發展美國較早，麥迪遜食品公司于1922年，用大豆為主要原料，制作出以“大豆素肉”命名的食品，率先提出素肉概念，開始了植物肉的研發與生產；1937年，又推出無肉漢堡，1947年造出一種可食用的大豆蛋白纖維。在20世紀60年代，擠壓技術興起，制得含水量20%~40%的低水分拉絲大豆蛋白。在20世紀90年代，高水分擠壓技術逐漸興起，該條件下的植物大豆素肉產品組織化程度高，彈性強，質地更接近畜禽肉[9]。21世紀，美國2家植物肉公司Beyondmeat和ImpossibleFoods相繼成立，推出漢堡、牛排、肉碎等現代意義上的植物肉產品。

國內植物肉產品從最初的面制品、豆制品到現在真正的植物肉，也經歷不同的換代歷程。

第1代產品可為小麥制品，如面筋、辣條等。面筋是把面粉中的淀粉和其他雜質全部洗掉，剩下的即是面筋，辣條則是以小麥粉和其他谷物為原料，采用單螺桿擠壓設備制作而成。該產品只是口感筋道，有點像肉，但外形和口味還談不上肉。制作難度低，可以在家制作。

第2代為豆腐、素雞、素魚之類的食品，該類食品以大豆為原料，經磨漿、煮漿、凝固而成，制作工藝簡單，稱為豆制品，外形上已向肉邁進，但不論是色澤、口味、口感，與真肉差距較大。

第3代植物肉是通過螺桿擠壓機，先以植物蛋白為原料，在高溫高壓條件下，制造出拉絲蛋白，經過浸泡、脫水、拆絲、鹵煮、調味等工藝，得到具有與動物肉類似的形態、口味、咀嚼感的產品。此時的植物肉初具肉的形態、風味、口感，具有類似肉的絲狀纖維結構，可制成雞肉、豬肉、牛肉等不同風味的產品。但該產品還具有較重的豆腥味，給消費者帶來不愉悅感。

第4代產品是用擠壓設備，增大含水量，降低膨化度制作的拉絲蛋白，稱為濕法工藝拉絲蛋白或高濕拉絲蛋白。高濕拉絲蛋白含水量在50%以上，具有濃密的絲狀纖維結構，在口感和風味方面與真肉的質地、口感、色澤、口味都十分接近，甚至還具有肉的血色。該產品可通過醛脫氫酶降解異味分子物質，去除豆腥味；可通過谷氨酰胺轉氨酶使植物肉的蛋白絲緊密粘合成肉排；通過提取血紅素基因片段植入酵母，可大量生成血紅素，賦予植物肉鮮亮的肉的色澤。

第5代產品為細胞培養肉，從動物身上提取干細胞，加入專用培養基，在一定的培養條件下，培育成肌干細胞，進而再培養出肌肉組織。該產品并非嚴格意義上的植物肉，但作為一種新型的肉的替代品，發展勢頭不可小覷。不需飼料，不需要屠宰牲畜，可以吃上與動物肉一樣的肉，且不含激素，不含抗生素，潛力巨大。其由于成本較高，還未得到規模化生產。國內從事細胞培養肉的有3家企業，有香港AvantMeats公司、南京周子未來食品公司、上海CellX公司。細胞肉的生產，體外細胞培養基的成本最高，占整個培養成本的70%以上。2021年底，以色列的FutureMeat公司宣稱每塊雞肉的成本降至1.7美元，折合人民幣每克0.1元。

2.2 植物肉生產技術

植物蛋白與動物蛋白在分子結構上有著本質區別，動物蛋白含有纖維狀的2類蛋白，即肌球蛋白和肌動蛋白，這2類蛋白賦予動物肉特有的功能特性。植物蛋白，如花生蛋白、大豆蛋白、豌豆蛋白、大米蛋白等多為球狀蛋白，這類蛋白的結構更加復雜，與纖維狀蛋白有很大不同。因此如果用植物蛋白做出肉狀的質構，需要把植物蛋白的分子結構進行重新排列，形成同向均勻的纖維結構，該過程也叫蛋白組織化，通常有以下幾種方式。

2.2.1 靜電紡絲

靜電紡絲技術是在高電壓條件下，溶液中的聚合物，產生長徑比較高的納米纖維。生產植物肉過程中，該技術要求蛋白質及其他聚合物溶液需滿足一定條件，如高溶解度、黏度、表面張力、導電性等，否則溶液不能形成泰勒錐，并被吸引到金屬收集器中[10]。

2.2.2 擠壓技術

擠壓技術仍是生產植物肉的主流技術，主要設備為雙螺桿擠壓機，配好的物料經過螺桿的擠壓作用，通過各式各樣的模具，便可以形成特定形狀及組織狀態的產品。雙螺桿擠壓技術的特點是占地面積小、易操作、產能高、無污染、營養損失少等[11]，利用擠壓技術可使植物蛋白擠壓成類似肉的纖維結構，叫作組織蛋白和拉絲蛋白。組織蛋白含量較低，通常在60%以下，內部孔隙較大，成絲較少，肉感較低，通常被用作輔料添加到肉餡中。拉絲蛋白含量較高，通常在60%以上，絲感強、肉感強，可通過鹵制工藝加工成最終的植物肉產品被直接食用。

擠壓技術被廣泛研究多年，可分為低水分拉絲蛋白和高水分拉絲蛋白，低水分拉絲蛋白水分在13%以下，易保存，使用時需先復水；高水分拉絲蛋白水分在50%~70%，纖維程度強，彈性高，使用時不用復水，需要冷凍保存[12]。高水分拉絲蛋白形成致密、未膨脹或幾乎不膨脹的鏈，在釋放到大氣中之前需要冷卻到100 ℃左右或以下，以避免水蒸發、膨脹不受控制[13]。Wittek等[14]研究表明，高水分擠壓工藝和產品設計必須考慮多相動力學，分子結構的研究很重要，因為它會影響系統中的流變特性和水動力學，各向異性結構的形成是由具有局部不同水濃度的多相系統引起的。Osen等[15]發現，通過在高水分（＞40%）和高溫（＞100 ℃）下擠出，可獲得這些肉類類似物所需的各向異性產品結構；冷卻模具可防止基體膨脹，并有助于形成各向異性結構。

2.2.3 食品打印技術

3D打印是以數字模型為基礎，將材料逐層堆積制造產品的快速成型技術，利用計算機將數字模型分解成若干層平面切片，逐層打印疊加，便可進行生產[16]。食品領域中可用的3D打印技術通常包括4種類型：擠壓式打印、選擇性燒結印刷、黏合劑噴射和噴墨打印[17]。徐書潔[18]研究出3D打印配方，大豆組織蛋白和大豆分離蛋白的比例為30 g和3 g，另外添加6.5 g馬鈴薯淀粉、0.6 g魔芋膠、0.5 g牛肉香精、0.3 g食鹽、7.5 g水分、0.2 g復合磷酸鹽。通過使用TG酶改善產品的質構，并通過正交試驗確定TG酶最佳使用參數。

2.2.4 鹵制蒸煮技術

鹵制技術為中國獨具特色肉制品生產技術，被應用于植物肉生產中，焦文靜[19]研究3種加工工藝，先鹵后炸、先炸后鹵、鹵制烘烤3種生產工藝，直接鹵制烘烤的香氣及口感較前2種工藝較差，優勢是產品的保質期較長，隨著時間的延長，風味及口感變得更柔。李雪蓮等[20]利用大豆蛋白和魔芋制作素火腿腸，斷截面有顯著的纖維絲質感，柔韌性較強，口感比較純正，質地較好，可以給人以適宜的咀嚼感覺。不經高溫滅菌的產品，在0~5 ℃冷藏可儲藏6個月；經高溫滅菌火腿腸在常溫下，保質期為3個月。趙知微[21]研究以大豆組織蛋白制作素肉餅，復水溫度40 ℃，復水時間30 min，配方為水23%、油17%、大豆分離蛋白5%、馬鈴薯淀粉8%、魔芋膠1.5%、小麥蛋白6%。素食肉餅的最佳烹飪條件為溫度100 ℃、時間20 min。

2.3 植物肉國內外發展現狀

2019年全球十大突破性技術中，就包括人造植物牛肉肉排技術[22]。全球人造肉發展潛力空間大，據Marketsand Markets報告，全球人造肉行業市場規模逐漸擴大，2019年全球人造肉市場規模達121億美元，預計2025年達279億美元。一方面全世界肉類消費量不斷增加，現有的肉制品將不能滿足未來人口的需求，另一方面在環境保護和健康推動下，世界上素食者的數量正在增加，人們對植物產品的興趣也在增加。因此，對肉類替代品的需求很大。初創科技公司和大型肉類公司都加入植物肉類行業。美國在全球市場上占有很大份額，巴西、中國等企業也進入植物肉市場[23]。

植物肉的發展國外早于國內，美國市場發展比較成熟，老牌公司如泰森、嘉吉、JBS、荷美食品等公司，初創公司如BeyondMeat、ImpossibleFood、GoodCatch等公司。2019年，美國BeyondMeat植物肉公司在納斯達克交易所上市[24]。上市首日，股價上漲163%，成為植物肉界的標志性事件，刺激全球植物肉市場的蓬勃發展和資本的涌入，也影響我國植物肉的發展。國內加入植物肉賽道同樣既有老牌的食品企業，如煙臺雙塔、浙江百草味、雙匯、金鑼、金字火腿等，初創企業也蜂擁而出，如星期零、珍肉、庖丁造肉、HeyMaet等（表2）。同時國外公司也紛紛在中國布局，推出自主品牌和產品，如BeyondMeat在國內推出別樣肉客品牌，雀巢推出佳植肴品牌，聯合利華推出植卓肉匠品牌（表3），可以看出2020年是植物肉爆發的1年，據不完全統計，僅2020年，初創公司成立就有6家，外企布局中國3家。

表2 初創公司成立一覽表

表3 外企布局中國一覽表

雖然國外的植物肉生產早于國內，技術也比較成熟，但國內的技術發展較快，不少國內企業也擁有自己代表性的核心技術，如：陜西佰鴻集團擁有“細胞無血清培養”“干細胞的3D擴增”“肉ECM的分泌誘導”“肉的3D打印成型”技術；星期零公司將植物油脂進行定向氧化，能產生動物脂肪的風味，并且溫度不同，風味也不同，香味逼真，使得植物肉風味更加飽滿；江蘇好植健康公司通過特異定向酶解技術，生產的蛋白肽小肽含量、過敏因子和不良寡糖去除率都達到國際先進水平；杭州健康科技有限公司突破五花肉技術難關，研發蛋白多級擠壓重組技術，蛋白與多糖定向組裝技術，多級生物酶耦合技術等。

2.4 國內外專利布局

從國際相關論文發表數量來看，美國發表的植物肉類論文總數遠遠領先，達到66篇，遠遠高于第2位的德國（35篇）和第3位的荷蘭（33篇）。中國以19篇文章排名第四，與中國幾乎相當的是加拿大（18篇）。植物肉類相關的研究機構主要是科研院所和大學。荷蘭瓦赫寧根大學和研究中心排名第一，有25篇相關權威論文，第二名是美國密蘇里大學，共有11篇文章，第三和第四是中國農業科學院和德國卡爾斯魯厄理工學院，共有8篇和7篇文章[25]。國外專利，在已公開的國際人造肉專利中，2001—2003年平均申請量較低，此后美國、澳大利亞、非洲、日本等國家相繼申請專利，2013年之后隨著人造肉商品化市場的推進以及技術的升級，以美國和日本為首的國際專利申請量逐年上升，至2017年人造肉國際專利申請量最高，達到22件[26]。

國內2000—2003年，年平均專利申請量處于較低水平，我國的首個植物基肉2002年在武漢研制成功，并獲國家生物技術專利[27]；2004—2015年，國內企業植物肉方面的專利數量開始逐步提升，同一時期，國外企業研發投入開始增加，并在中國進行專利的申請；2016年后，人造肉專利申請出現快速增長趨勢，2016年申請量達到36件，2017年、2018年國內已公開申請的數量已達到20件以上。植物蛋白肉技術、人造肉商品化技術、細胞培養肉技術，申請量占比分別為77%，17%和6%。CN201910702815.7公開一種提高動物細胞來源人造肉顏色品相的方法。CN201910702850.9公開一種谷氨酰胺轉氨酶復合酶及其在人造肉加工中的應用，提供了一種谷氨酰胺轉氨酶復合酶。CN201910702856.6公開一種提高動物細胞來源人造肉形態品相的方法。CN201910560121.4公開一種高生物價植物蛋白人造肉的生產方法，采用高生物價原料，經凍結、氣化工藝，產生纖維狀多孔組織蛋白，該人造肉口感良好，有肉類咀勁，營養豐富，是動物肉的優選替代品。

3 植物肉未來及展望

3.1 命名

理想的命名應該在進入消費者意識的瞬間，就能引起消費者注意，對新產品的信息能夠充分地表達，與傳統的肉類產品區別明顯。普通消費者對生物技術，尤其是食品中使用的生物技術常常持懷疑態度，一個不恰當的描述可能需要幾十年才能完全擺脫其負面影響。另外，消費者對于新產品的安全性具有很高的關注度，給新產品起一個與監管條文、標簽標識相同的名字對于提高消費者的接受度、減少消費者的疑慮具有積極作用[28]。在國內，植物肉通常與其他類似的名字混淆，如素肉、人造肉、替代肉等，被誤認為是一類食品。中國文化深厚，不同的名稱表達的含義不同，植物肉與動物肉相對，材料來源為植物，不含動物性成分；人造肉與天然肉相對，包含植物肉、細胞培養肉；素肉與葷肉相對，不含動物成分，也不含海鮮成分，蟲卵及其他非素成分。不同名稱對消費者形成不同的直覺沖擊，也影響產品的市場。人造肉冠以“人造”二字，不利于得到消費者的認同，會被消費者認為添加各種成分經人工制造而成，不健康，降低消費者的購買欲。素肉會被認為給專門吃素的人群食用的，而大部分消費者是非素人群，也不利于產品的銷售。植物肉或植物蛋白肉的名字給人以綠色健康的感覺，因此最為合適。

3.2 發展優勢

3.2.1 保護環境

植物肉生產可節約大量土地、糧食、水等自然資源。有數據顯示，如果全世界植物肉能夠代替10%的動物肉，CO2的排放將減少1.76億 t，可節約86億 t的水。家禽家畜的飼養業對環境不太友好，消耗太多的土地和飼料。尤其是牛肉，不但飼料轉化率最低，而且牛反芻產生的甲烷是一種溫室氣體，其溫室效應是二氧化碳的25倍[29]。

3.2.2 安全保障

動物的培育、生長、養殖容易受病疫、國際貿易關系、繁殖周期、食品安全等影響，植物肉不會有瘟疫問題，不受動物的生產周期限制，生產過程中也無需要抗生素和激素，過程短而可控，所以將來更適合規模化生產，安全程度更高，更有利于人體健康，有力促進環境保護。

3.2.3 政策

國家發改委發布的《“十四五”生物經濟發展規劃》中提出：發展合成生物學技術，探索研發“人造蛋白”等新型食品……實現食品工業迭代升級，降低傳統養殖業帶來的環境資源壓力。這對植物肉的發展具有積極的促進作用。

3.2.4 消費者理念的轉變

隨著人民生活水平的不斷提升，人們對健康、疾病認識的提高，傳統肉制品對人的吸引力正逐漸降低，越來越多的消費者轉向替代飲食。以植物為原料富含蛋白質的植物肉制品正在逐漸受到人們的歡迎，并將受到想要吃肉但害怕肥胖的年輕人和環保人士的廣泛歡迎[30]。

4 結語

植物肉不僅營養、健康，還能夠減輕牲畜對環境和人類健康的負面影響，植物肉的前景不可估量。不久的將來，植物肉營養成分與動物來源的肉類幾乎相似，能夠產生肉質的質地、多汁性、口感和風味。盡管這樣，植物肉還存在一些問題，如昂貴的價格，口感、口味距肉差距較大等，人們對食品添加劑的擔憂，因此，植物肉仍處于市場培育階段，面臨許多技術挑戰。中國的植物蛋白肉食品需要以獨特的飲食文化為基礎，發展多樣化的植物蛋白肉食，并逐步發展成各種中餐。植物肉可以看作是一個新的食品，讓消費者多一個選擇，而不是取代動物肉，人們食肉的習慣根深蒂厚，許多人對植物肉還很陌生，尤其是在我國，人們剛從溫飽解脫出來不久，不要妄想使人們放棄動物肉，但植物肉代替一定比例的動物肉可以實現，未來可以預見，動物肉與植物肉會達到一個合理的平衡點。