植物肉生產原料、技術及產品特性研究進展

代欣欣

（廣州華商職業學院酒店管理學院，廣東 廣州 511300）

隨著經濟社會的發展及人們生活水平的提高，對肉類消費需求日益增加，而供應肉類的畜禽業因水土資源缺乏和生態環境壓力難以持續擴張。集約化的畜禽業也為病原體的傳播提供了理想的條件，增加了流行病的風險；另外，養殖動物被喂食抗生素，目前占全球抗生素消耗量的2/3以上[1]。種種資源環境和公共衛生等問題，都促使人類需要減少真實肉類消費。目前，替代蛋白質包括植物肉，已成為減少真實肉類消費最有前途的方法之一。植物肉利用植物成分模擬肉制品的感官體驗，與養殖動物相比，種植植物產生的有害排放、消耗的水資源、占用的土地等都大幅度減少，且易于批量生產，成本較低。植物肉的另一個潛在優勢是能減少關鍵生產原料成分供應和價格的波動。因為禽流感、豬流感和新型冠狀病毒肺炎等流行病，很容易造成動物產品原料成分供應鏈的中斷，從而使得許多動物產品很容易受到原料成分價格和可用性波動的影響。另外，植物肉富含蛋白質、膳食纖維、低脂肪、零膽固醇，有助于控制人體質量、膽固醇和血壓水平，從而降低便秘、冠心病、心臟病、癌癥等慢性疾病風險。所以，植物肉是一種很有前景的健康食品[2]，值得食品研究者開發探索。

1 植物肉的概念

2020年團體標準T/CIFST 001—2020《植物基肉制品》中提出了植物肉的概念，即以植物原料（如豆類、谷物類等，也包括藻類及真菌類等）或其加工品作為蛋白質、脂肪的來源，添加或不添加其他輔料、食品添加劑（含營養強化劑），經加工制成的具有類似畜、禽、水產等動物肉制品質構、風味、形態等特征的食品。蛋白質和脂肪均來源于植物原料，不能添加動物來源的蛋白質和脂肪，配方設計以其所模擬動物肉制品的營養組成為基礎，應提升蛋白質品質，適當增加蛋白質含量，降低總脂肪及鈉含量。趙婧等[3]則提到，植物肉主要是以植物蛋白為原料，通過高水分擠壓、3D打印、靜電紡絲等技術來生產具有類似肉類結構、口感和風味的動物肉替代品。植物肉應盡可能準確地模擬真實肉類獨特的物理化學和感官特性，同時又保持與肉類大致相似的營養特征。

2 植物肉的生產原料

2.1 植物蛋白類

用于植物肉生產的蛋白質需要滿足一些特殊的功能性才能獲得所需產品的屬性，如可擠出性、凝膠性、質構、乳化性、結合性、融合性、黏附性和黏連性，這些屬性的相對重要性取決于被模擬植物肉的類別，如漢堡、香腸、碎肉、整塊肌肉等。目前市場上的植物肉產品采用最多的植物替代蛋白為大豆蛋白、豌豆蛋白和小麥蛋白。

大豆是目前植物肉產品中最常用的蛋白質來源，主要因為大豆價格低廉、蛋白質質量高、功能多樣、產量高和產出率穩定[4]。大豆蛋白主要由球蛋白組成，其中7S（β-伴大豆球蛋白）和11S（甘氨酸）是主要的蛋白類型[5]。大豆蛋白一般具有良好的結構、膠凝作用、乳化作用和流體穩定性。但在植物肉生產加工過程中，它們的結構和聚集狀態會發生改變，從而導致上述特性發生改變。大豆蛋白很容易通過擠壓和剪切細胞加工方法進行結構化，這有利于生產具有半固態纖維結構的植物肉類似物。在擠壓或剪切細胞加工過程中，大豆蛋白經常與其他蛋白質或碳水化合物結合，以獲得所需的結構[6]。

豌豆蛋白由于其產量豐富、低成本、多功能性和低致敏性，也常被用來制作植物肉。最重要的豌豆球蛋白是7S豌豆球蛋白和11S豌豆球蛋白，均為球狀蛋白。豌豆蛋白可以形成凝膠，但一般低于大豆蛋白的凝膠性能，所以得到的產品比以大豆蛋白為原料的產品更柔軟且彈性更小[7]。豌豆蛋白有較好的乳化性、發泡性和流體穩定性，在擠壓和細胞剪切加工過程中也會形成各向異性纖維結構[8]。部分豌豆蛋白在口感上不僅可以代替脂肪增添絲滑感，還可以提高咀嚼性，豐富口感[9]。

小麥蛋白中的谷蛋白，如麥醇溶蛋白和麥谷蛋白，因其獨特的結構和功能特性也常用于制作植物肉。谷蛋白是一種明顯的疏水蛋白，水溶性較低，這對谷蛋白在植物肉制作中的功能性表現至關重要。小麥蛋白中的麥醇溶蛋白分子呈球狀，相對分子質量較小（25 000～100 000），具有延伸性，但彈性小；麥谷蛋白分子為纖維狀，相對分子質量較大（100 000以上），具有彈性，但延伸性小。這兩者的共同作用使得小麥蛋白具有其他植物蛋白所沒有的獨特黏彈性。谷蛋白在擠壓過程的高套筒溫度下會產生各向異性結構，有助于模擬肉類的結構和質地[10]。

從營養上看，使用單一品種的蛋白質往往無法滿足人體的營養需求；從加工上看，單一品種蛋白質在加工品質，如凝膠性、質構、乳化性、結合性等方面也會有所缺陷，所以在制作植物肉時可以混合多種蛋白組分。Jie等[11]研究發現，大豆蛋白和小麥蛋白按照一定比例混合可以得到纖維化程度更高的產品。同時為了豐富植物肉中的氨基酸組成，也會添加綠豆蛋白。張金闖[12]采用花生和大豆混合植物蛋白體系制備植物肉，提高了植物蛋白肉的膠凝能力，擠出物形成了更為致密的結構和光滑的表面。美國Gardein公司用大豆蛋白濃縮物、大豆分離蛋白、豌豆蛋白制作植物肉丸；加拿大Omnipork公司用大豆蛋白和香菇發酵的豌豆及米蛋白制作植物肉餅；中國金字火腿股份有限公司用大豆蛋白和小麥蛋白制作植物肉餅等[13]，這說明混合植物蛋白在植物肉制作中已具有可行性并真正發揮實效。

另外，除了大豆、豌豆、小麥等常見的植物蛋白外，果蔬花卉藥材中的南瓜籽、番茄籽、西瓜籽、山藥、龍須菜；堅果，如花生、芝麻、核桃；谷物中的大米、小米、黑米；食用菌中的金針菇、猴頭菇；藻類中的小球藻、螺旋藻、紫球藻等都含有豐富的植物蛋白，挖掘這些蛋白質資源應用于植物肉的制作，將帶來巨大的營養價值和經濟價值[14-17]。

2.2 脂類

植物肉制作中添加脂類，對于獲得理想的理化、感官和營養特性非常重要[18]。根據產品的不同，脂肪含量可能從低于5%到超過20%[19]。準確地模擬動物脂肪組織的功能特性，特別是質構特征比較困難。陸地動物的脂肪通常含有相對較高水平的飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸，往往會在冰箱和室溫下部分結晶。當其被加熱時，脂肪晶體融化，脂質相變成液體，導致脂肪組織軟化。這種脂肪相的熔融和結晶有助于構成真實肉制品的質構特征。所以，選擇一種植物脂質相去準確模擬真實肉制品脂質相的熔融和結晶行為非常重要。但大多數植物來源的脂類含有相對較高水平的不飽和脂肪酸，室溫下是液態的。因此，它們不能模仿動物脂肪在加熱融化后形成半固態質構的能力。而具有相對較高熔點的植物來源固體脂類，如椰子油、可可脂、乳木果脂和棕櫚油，通常與液態油，如葵花油或菜籽油混合，來獲得理想的固態脂肪含量。當用植物來源的固體脂類去制作植物肉時，最終產品的飽和脂肪酸含量可能會高于真實的肉制品。此外，模擬動物的脂肪組織時，達到相似的硬度非常重要的，但也要考慮材料的彈性[20]。

2.3 黏合劑

黏合劑的主要作用在于作為不同成分間的附著劑或相似成分間的黏結劑，來提高產品的流體穩定性[18]。黏合劑往往是高分子質量的親水分子，其官能團能使它們與植物肉中各種成分相互作用。蛋白質、甲基纖維素、果膠、淀粉、卡拉膠、黃原膠及交聯酶類等都可以用作植物肉黏合劑。

馬鈴薯蛋白有相對其他植物蛋白更低溫度下的展開和膠凝性，能更好地模擬真實肉中肌纖維蛋白的熱變性行為[21]。甲基纖維素是通過化學方法將甲基附著在纖維素上而形成，通常從木漿或棉花中獲得。甲基纖維素在加熱超過52 ℃時形成可逆凝膠，這是由于甲基之間的疏水吸引力強度增強導致[22]。甲基纖維素表面同時具有非極性（甲基）和極性（羥基），這意味著它可以在環境中與疏水和親水物質相互作用，從而發揮黏合性。果膠是一組常存在于植物細胞壁之間的聚合物，提取后，果膠成分的功能屬性可以通過化學或酶的修飾來改變甲基化程度。高甲氧基果膠可以在酸性條件和高糖條件下形成凝膠；而低甲氧基果膠可以在鈣離子存在下形成凝膠[23]。淀粉在加熱（糊化）和冷卻（老化）時可以吸收水分并形成凝膠。一些淀粉，如木薯粉和土豆淀粉，其糊化溫度類似于肉蛋白的變性溫度[22]。不同的卡拉膠具有不同的分子和功能屬性，κ-和ι-卡拉膠在加熱后，分別在鉀離子或鈣離子存在下冷卻到40～70 ℃，可以形成熱可逆凝膠。相比之下，λ-卡拉膠不可形成凝膠，但仍可作為增稠劑和黏合劑使用。黃原膠是由黃單胞桿菌以碳水化合物為主要原料經微生物發酵獲得的，當其并入食物基質時，可以通過形成具有小孔的三維網絡與水結合。谷氨酰胺轉氨酶是一種食品級交聯酶，通常使用微生物發酵方法獲得。通過添加足夠的谷氨酰胺轉氨酶，在最佳pH值（5～8）和溫度（25～50 ℃）條件下進行共價交聯，然后通過加熱食物基質超過75 ℃可以使酶失活[22]。谷氨酰胺轉氨酶已被廣泛用于制作植物肉的黏合劑和膠凝劑。

2.4 著色劑

真正的肉類和肉制品可能會根據不同產品類別表現出不同的顏色，如紅色、粉色、米色和棕色等。生肉在加熱時，由于肌紅蛋白的降解，在高溫下的顏色會從紅色變成棕色。其他肉制品，如博洛尼亞香腸，都是略帶粉紅色的淺米色。用于制作植物肉結構的成分，如蛋白質、多糖、脂類等，并不容易表現出類似真實肉類的顏色，因此需要用著色劑來模仿肉類和肉制品的顏色。大多數植物肉生產商更喜歡使用天然著色劑，可用于制作植物肉的天然紅色著色劑有熱穩定性和熱不穩定性2 種。

熱穩定性紅色著色劑：類胡蘿卜素（如番茄紅素和牙黃素）和鐵氧化物可用于植物肉制作中產生熱穩定的紅色[18]。這些化合物不溶于水，它們必須溶解在油相中（類胡蘿卜素）或以小顆粒的形式分散在產品配方中（鐵氧化物）。通常不同的天然色素組合使用較易獲得所需的顏色，例如，氧化鐵紅和β-胡蘿卜素混合使用會產生一種類似亞硝基肌紅蛋白的顏色，這是腌肉制品的主要顏色。

熱不穩定性紅色著色劑：植物肉生產中，最好使用一種在加熱過程中能從紅色變成棕色的著色劑，以模擬許多真實肉類在烹飪過程中的顏色變化。含有天然色素甜菜紅色素或甜菜苷的紅甜菜提取物或榨汁可以達到這一目的。這種色素在烹飪過程中容易降解，因此可以用作植物肉制作中的熱不穩定性紅色著色劑[24]。它在植物肉中的大多數pH值環境下，即pH 3～7中是相對穩定的，所以它在烹飪前的貯藏過程中不容易褪色。

2.5 調味劑

用于制作植物肉的植物提取成分大都沒有肉味，而且許多植物蛋白還攜帶異味物質，如醛、醇、酮、酸、吡嗪、硫化物、皂苷及酚類化合物，有時還有生物堿。單純去除異味能增強植物肉成分的感官接受度，但不能產生肉味。所以需要開發來自植物提取物的、能提供肉味的調味劑。一般可以通過以下方法來獲得此類調味劑。

風味前體物[25]：風味前體物與含血紅素鐵的蛋白質，如豆血紅蛋白混合，在烹飪過程中可以催化植物肉肉味的形成。常用的風味前體物包括氨基酸，如半胱氨酸、谷氨酸或賴氨酸；不飽和脂類，如油酸或亞油酸；糖，如葡萄糖或核糖；核苷酸，如一磷酸肌苷或一磷酸鳥苷；以及硫胺素、乳酸等。

美拉德反應：烹飪過程中產生風味最重要的反應是美拉德反應。為使得食物中能發生這種反應，還原糖和氨基酸需要在最佳的水分活度（約0.7）條件下。有研究[26]表明，將半胱氨酸和核糖混合物在145 ℃下加熱20 min，可以產生多種化合物以提供植物肉的肉味，如2-糠基硫醇、2-甲基-3-巰基呋喃、2-噻吩-甲基硫醇和乙基硫醇。

水解：水解植物蛋白是植物原料產生類似肉風味的最古老的技術之一。一般用微生物發酵、酶或酸來誘發蛋白質水解，通過Strecker降解反應或含硫氨基酸分解產生各種揮發性化合物。此外，還可以產生谷氨酸，從而提供許多肉制品特有的鮮味[27]。

3 植物肉組織結構的形成方法

真正的肉類和海鮮產品是半固體材料，并帶有多種蛋白質組成的纖維內部結構，這些纖維結構強烈影響產品特有的物理化學和感官屬性。因此，植物肉生產主要的挑戰就是使用植物蛋白來模擬這種纖維結構[28]。植物中發現的大多數蛋白都是儲藏蛋白，單個儲藏蛋白往往是球狀蛋白，具有近似直徑幾納米的球狀結構[29]。需要通過食品加工技術將這些球狀蛋白轉化為一個類似肌肉纖維質地的三維各向異性纖維結構。植物肉組織結構形成技術主要有擠壓技術、細胞剪切技術、靜電紡絲和3D打印等。靜電紡絲是將植物蛋白溶解于堿性溶液中，擠入酸性溶液形成纖維狀[30]。但加工過程中會產生有毒物質，且成本較高，所以逐漸被淘汰[31]。3D打印是近幾年新興的技術手段，植物蛋白通過噴頭擠出，冷卻后形成層狀的植物蛋白肉，但由于整個加工過程中擠壓力較小，不能形成致密的結構[31]，且擠出式3D打印的疊層沉積方式，產品多為層狀的各向異性結構，且各向異性結構的形成依賴于擠出物在接收盤上的定向排列，因此3D打印的植物肉制品與真實肉制品的纖維狀結構還存在一定差距[3]，所以該法應用并不廣泛。目前，植物肉組織結構形成使用較多的技術是擠壓和細胞剪切。

3.1 擠壓

擠壓是目前生產植物肉最常見的方法，它廣泛使用的原因一是因為它將幾個操作單元結合在一個設備中：混合、加熱和結構化；二是因為它可以連續運行，有利于大規模生產。擠壓機包含3 個主要部分：一個電機（額定功率為幾百千瓦）；嵌入溫控桶的單段或雙段螺桿；以及一個最終材料擠出的模具。嚙合雙段螺桿擠壓機常用于生產植物肉，在該設備中，溫控桶的2 個螺桿在同一方向上相互旋轉。質量或體積給料器用于將粉狀蛋白質注入擠壓機的給料部分，而泵用于將物料引入下一環節，可在桶段的開始或結束處添加油[32]。螺桿元件被設計用于完成擠壓過程中的不同任務：輸送、混合、揉捏、壓縮和剪切。擠壓機內的螺桿和其他元件根據其設計和直徑來完成不同的任務[33]。Samard等[34]研究表明，螺桿設計可用于低水分和高水分擠壓。

低水分組織化植物蛋白產品是通過擠壓低水分（＜50%）富含蛋白質的粉末而產生的。生產低水分組織化植物蛋白使用的是一個較短的成型模具，最簡單的幾何機構是孔噴嘴。在這種模具中，通過模具出口處的降壓來使得蛋白質組織化，通常從2 000～10 000 kPa降至環境壓力。材料被水化和加熱，超過玻璃化轉變溫度，形成一種橡膠狀物質，隨后溫度進一步升高，超過變性溫度時，再轉變為可流動的熔體。當材料離開模具時，壓力突然下降，熱蛋白通過閃蒸分散膨脹。水分快速蒸發導致蛋白質分子排列成各向異性結構。經溫度突然下降和20%左右水分的去除，在低于材料玻璃化轉變溫度時，擠壓機中可流動熔體固化，這使得蛋白質分子間形成新鍵。這些低水分組織化植物蛋白通常在擠出后再經過干燥，以提高其貨架期。

高水分組織化植物蛋白是通過擠壓高水分（約50%～70%）富含蛋白質的粉末而獲得的。這通過附加一個冷卻模具來實現，以防止在模具出口處的快速降壓，從而將水分保留在蛋白質結構中。這一過程通常被稱為“高濕度擠壓”或“濕擠壓”[35]。組織化蛋白從冷卻模具上切割下來后，運輸至下一步加工（如冷凍、切碎、腌制或油炸）。

最靠近模具壁的蛋白質分子冷卻得更快，這使得它們更快與近鄰形成相互吸引力，從而使它們黏度增加，移動得更慢。另外，壁面剪切應力也減慢了它們的速度。朝向中間部分的材料流動得更快，冷卻得也更慢，從而形成了各向異性結構。但蛋白質在較低溫度下沉淀時，會促進這種現象的發生，因為較低溫度會導致材料內部形成富含蛋白質和蛋白質耗盡的區域，也稱為旋節相分離[36]。這種相分離中斷了蛋白質與蛋白質間相互作用的形成，從而促進了各向異性結構的形成。

3.2 細胞剪切

擠壓的一個缺點是，可以產生組織化蛋白樣品的厚度會受到模具冷卻效率的限制。相比擠壓，細胞剪切中的參數更容易控制（如剪切速率、溫度和壓力）。細胞剪切的另一個優點是，所生產植物肉的尺寸更接近于動物產品的全切肉，如牛肉或魚，特別是其厚度。

將粉狀植物蛋白物質（通常是濃縮物或分離物）與水和多糖（如需要）混合，然后將漿液轉移到干物質含量約為45%的細胞中，然后在高溫下剪切材料，以獲得所需的結構[37]。細胞剪切中有2 種幾何形狀用來設計制作植物肉：疊錐和疊圓柱[38]。疊錐設計包括1 個上錐進入下錐形的腔體，2 個圓錐通常是不銹鋼制成的。下椎體被加熱并能旋轉，而上椎體是靜止的。首先，待加工的材料被放入下錐體，然后將上椎體放入到這種材料中，2 個椎體之間形成一個確定的間隙，這是蛋白質混合物被剪切的地方。剪切細胞被密封，以減少加工過程中水分的蒸發。疊圓柱設計是將待加工材料混合，放入下面圓柱，然后將上面圓柱放入其中。材料在2 個圓柱間狹窄的間隙中被剪切，間隙的尺寸被控制。這種類型的細胞剪切設計帶有一個帶蓋的蒸汽加熱的固定外缸和一個使用驅動軸旋轉的加熱內缸，當內圓柱缸旋轉時，蛋白質分散體被剪切和加熱[39]。由椎體或圓柱體的剪切作用產生的速度梯度有利于纖維或層狀結構的形成。纖維結構的形成也取決于所使用的成分，不同蛋白質之間或蛋白質與多糖之間的熱力學不相容性被認為是細胞剪切加工過程中形成各向異性結構的主要驅動因素[38]。由于細胞剪切中椎體間或圓柱體間的間隙高度可以調整，因此可以生產出更厚的植物蛋白塊，從而能更真實地模擬從真實肉類或魚類產品中提取的全切肉蛋白質[18]。細胞剪切技術被認為是一種很有前途的批量生產結構化植物蛋白的方法。

4 植物肉產品的關鍵特性

4.1 顏色

植物肉的外觀是消費者用來評估其質量和可取性的第一個感官印象，因此，植物肉的顏色應該被設計成準確地模擬特定真實肉類基礎產品的外觀。食品制備過程中，肉制品的顏色以特定的方式發生變化。例如，牛排從生肉時的亮紅色/粉紅色變成煮熟時的亞光棕色，而雞胸肉則從生肉時的亮粉色變成煮熟時的米色。這些都是由于產品在特定的時間和溫度范圍內發生了熱誘導化學反應。烹飪過程中肉制品顏色的變化也受到不同成分物理狀態和結構組織變化的控制，改變了肉制品的光散射程度[40]。烹飪前，生肉的整個肌肉組織有帶有粉紅色到紅色（取決于不同的動物）的光澤和不透明外觀。

食物的顏色和亮度常用三色坐標來量化，如國際照明委員會提出的CIELAB系統[41]。該系統利用亮度值（L*）、紅度值（a*）和黃度值（b*）3 個參數來確定材料的光學特性。當開發植物肉產品時，首先需要量化被模擬的真實肉的L*、a*和b* 3 個顏色參數，才能使得植物肉產品更接近真實肉類顏色，從而提升消費者對植物肉產品的接受度。通過添加一種或多種天然色素和/或通過控制如脂肪滴、油滴、碎片或顆粒的大小和濃度，可以獲得與真實動物肉類相似顏色和亮度的植物肉產品[42]。Ou Mingjuan等[43]還研究了一種細胞培養法，用膠紅酵母、紫紅曲霉、植物乳桿菌等多菌株固態發酵法來生產大豆蛋白植物肉，植物乳桿菌能促進紫紅曲霉的生長，最終增強發酵大豆蛋白的顏色。同時，發酵產物可以在顏色、質構、風味等方面在一定程度上模擬真實肉的顏色和光澤，為植物肉的發展帶來了新的思路。

另外，許多植物蛋白成分天然呈淺米色或棕色，可以模擬真正的雞肉顏色。然而，在蛋白質擠壓過程中，由于相對高的溫度引發了化學反應，如美拉德或焦糖化反應，導致蛋白質的棕色加深[44]。因此，在選擇適當的成分和擠壓條件時，應考慮到這些顏色的變化。對于紅肉類似物，如植物性牛肉產品，通常需要使用熱敏性和或在烹飪過程中改變顏色的著色劑。

4.2 質地

植物肉的質地屬性在決定其加工過程、質量屬性、保質期和感官特性方面起著非常重要的作用[45]。植物肉的質地通常具有典型的流變學特征，即當被施加合適的壓力時，它們會產生諸如彎曲或變形的機械反應。而植物肉比較典型的流變學特性便是強凝膠性。蛋白質聚集形成的三維網絡結構是構成許多軟固體動物食品流變學特性的重要因素，如被發現存在于酸乳和奶酪中的酪蛋白網絡、存在于煮熟雞蛋中的球蛋白網絡和存在于肉類和海鮮中的肌原纖維蛋白網絡。因此，生物聚合物，如蛋白質/或多糖，經常被用來模擬植物肉的網絡結構，來獲得類似真實肉的質地屬性[46]。含有強黏附性的蛋白質，如谷蛋白，可以促進更接近真實肉的質地和紋理形成[47]。

動物性食品中的某些成分也有助于形成理想的質地，如肉類和海鮮中的脂肪組織。因此，結構相似的成分經常用來模擬植物肉中這些元素所產生的質地屬性，如脂肪滴和脂肪晶體。另外，植物肉的質地屬性也取決于將不同結構成分結合在一起的物理/化學相互作用的性質，最重要的物理相互作用是氫鍵、疏水吸附、范德華吸附和鹽橋。結構組分間也可能通過化學或酶反應形成共價鍵，如蛋白質之間的二硫鍵往往比物理相互作用更強、更堅固[48]。植物肉的質地和感官屬性可以通過添加黏合劑來控制，即通過將不同成分結合在一起和提升持水性來增加產品的硬度和多汁性[18]。此外，研究發現，60%、65%或70%含水量對植物肉產品的質地感官屬性有重要影響，而所使用的擠壓溫度的影響相對較小[49]。

4.3 流體穩定性

理想情況下，植物肉應能在生產、貯藏和制備過程中保留流體，這些流體有助于形成產品的質地、可烹飪性和多汁性[50]。通常，這些流體主要包括水，但是也可能包括溶解的蛋白質、碳水化合物、鹽和脂滴。構成植物肉流體穩定性一個最重要的因素就是持水能力，植物肉制作中常用于增強產品持水性的物質是黏合劑，如甲基纖維素、柑橘片或其他水膠體[51]。

植物肉的持水能力通常是因纏結和/或交聯的生物聚合物所組成的三維網絡形成的，這些三維網絡主要通過3 種機制持水：1）水-生物聚合物混合效應；2）離子效應（如鹽類）；3）網絡彈性變形效應[52]。水-生物聚合物的混合效應取決于水和生物聚合物分子之間相互作用的性質，如氫鍵、疏水相互作用和靜電相互作用，以及生物聚合物網絡的表面積。離子效應是由于生物聚合物網絡內外的離子，如礦物離子濃度的差異，導致了滲透壓。這種濃度梯度可能是由于反離子優先吸引到凝膠網絡中帶相反電荷的生物聚合物表面，如Na＋離子吸引到陰離子表面基團或Cl－離子吸引到陽離子表面基團。網絡的彈性變形效應是由生物聚合物網絡在被施加外力時對壓縮或擴展的機械阻力造成的。當生物聚合物分子之間的交聯數量增加時，生物聚合物網絡的持水能力通常會增加，因為這增加了凝膠的強度，從而使其更具機械抗壓縮性[52]。低水分擠壓的組織化大豆蛋白的持水性能在烹飪后會增加，主要是因為加熱后蛋白質展開和聚集增加導致蛋白質三維網絡增強，使得更多的水分儲留在植物肉中。另外，油的添加能增加未烹飪組織化蛋白的持水性能，從而減少烹飪損失[52]。

4.4 風味

肉制品的風味是各種揮發性和非揮發性分子作用的結果，這些分子存在于原始產品中，或在烹飪過程中通過一系列復雜的化學反應產生。通常，植物性食品或風味劑制造商會量化那些有助于產生真實肉類味道和香氣的風味分子的類型和濃度，然后利用這些信息去識別可以產生與真實肉類相同風味特性的植物性風味劑。這些植物性風味劑通常由風味劑生產商通過可控制的化學反應、發酵過程或通過識別出含有這些植物性風味物質的適合天然來源，如酵母、蘑菇或海藻等來制作。

許多用來制作植物肉，特別是蛋白質的植物性提取成分含有不良風味物質，一般由原料中蛋白質或其他成分的化學降解產生，如脂質氧化或水解反應[53]。或者，這些不良風味物質可能是由具有不良味道或香味成分相關的一些其他次要成分造成的[54]。為減少這些不良風味物質，原料生產商通過培育新的植物品種，開發新的加工技術來避免、去除或中和它們。例如，通過結合熱處理和紅外線處理降低脂肪氧化酶活性，從而降低鷹嘴豆種子中揮發性不良風味物質的濃度[55]。

4.5 營養價值

理想情況下，植物肉應比真實肉具有類似或更好的營養成分，意味著其含有相對平衡的宏亮營養素，含有足夠數量的生物微量營養素（維生素、礦物質）和高水平的膳食纖維，而且在人體腸道中消化得不會太快。此外，植物基食物對飽足感和飽腹感以及新陳代謝（如胰島素反應）的影響也很重要，因為這可能影響食物的消費總量，從而影響肥胖和糖尿病等慢性疾病。植物基食物對腸道微生物的影響也很重要，因為目前已知結腸中微生物的性質對人體健康有重大影響[42]。但目前的營養研究表明，植物肉可能會對人體營養產生有益和有害的影響。例如，植物肉會增加膳食纖維、鎂、葉酸、多不飽和脂肪酸和總鐵的攝入量，但可能導致VB12、VD、鐵、鋅和鈣的攝入不足，以及降低總蛋白的攝入量[56]。

目前提高植物肉營養價值和健康價值最常用的方法是營養強化和配方改良[42]。用微量營養素、營養品和膳食纖維（統稱為生物活性成分）強化植物肉時，應考慮如下因素：1）溶解性：生物活性成分的極性和溶解特性各不相同，根據其分子特性，它們可能在油、水、二者介質都存在或都不存在的情況下具有不同的溶解度，所以要確保生物活性劑溶解或分散在合適的介質中；2）化學穩定性：隨著時間推移或加工過程進行，許多微量營養素和營養品有化學降解的趨勢，這取決于溶液和環境條件，如pH值、溫度、溶劑極性、氧氣、光照和促氧化劑水平，因此，需要選擇更穩定的微量營養素或營養品形式，或設計出在貯藏和加工過程中能限制其降解的食品基質；3）食物基質相容性：任何微量營養素、營養品或膳食纖維都要與被引入的食物基質相容，特別是它不應對被營養強化的植物肉的外觀、質地、風味或保質期產生不利影響；4）生物利用率：實際被人體吸收的生物活性劑的濃度比原始食物中的濃度更重要，一些生物活性劑通常具有較低的生物利用度，因為它們的水溶性低、新陳代謝快或在人體腸道中的吸收差，在這些情況下，使用精心設計的輸送系統或食物基質來提高生物活性劑的生物利用度非常重要；5）其他因素：還需考慮用于強化植物肉的任何生物活性食品成分的監管狀況、成本、可持續性和標簽友好性。

植物肉在準確模擬目標取代動物性食品的外觀、感官和味道時，也可能含有過多的能量、脂肪、鹽和糖等對健康不利的元素。同時，植物肉可能是高度加工的食物，在胃腸道內快速消化，從而導致血糖水平升高，因此有必要對植物肉進行配方改良，以提高其營養水平[42]。1）降脂肪：脂肪在決定食物理想的物理化學和質地特性方面發揮著許多重要作用，有助于食物外觀、質地和口感的形成[57]。因此去除或降低脂肪含量會對產品質量產生不利影響，需要制定有效策略取代脂肪能夠提供的理想質地屬性。脂肪滴提供的質地屬性可以使用增加水相黏度的水膠體或食品級顆粒來模擬，如黃原膠、瓜爾豆膠、刺槐豆膠、微晶纖維素或蛋白質顆粒。脂肪相保持油溶性物質、維生素或其他物質的能力可以通過使用不可消化的脂質，如礦物油或糖脂肪酸酯，或使用低熱量的脂質，如沙拉脂而不是可消化的脂質來獲得。2）降糖：可以通過水膠體來取代植物肉中的淀粉。水膠體可以以分子形式使用，也可以轉化成模擬淀粉顆粒的微凝膠使用。因為其會降低熱量，不會導致血糖快速升高，促進健康的腸道微生物群，具有多種理想的生物活性作用。實際應用中，需要仔細地改良配方，以確保獲得產品理想質量。3）降鹽：植物蛋白通常是用鹽析法分離，所以往往含鹽量較高。長期攝入高水平的鹽與患高血壓和中風的風險增加有關。因此，降低植物肉中的鹽含量對提高其營養水平是有利的。研究人員提出了許多策略在不改變物理化學和感官屬性的前提下降低食物鹽含量，如隱形鹽還原、鹽味增強、多感官效應、鹽晶體設計和鈉替代等。Kuo等[58]生產了可以迅速溶解在唾液中的小空心鹽晶體，可以減少25%～50%的鹽卻提供同樣的鹽味。另一種策略是將鹽捕獲在可食用的小顆粒中，然后在口腔內突然釋放。一段時間內，口腔內鹽濃度的快速波動被認為比恒定的鹽濃度鹽味更強烈。因此，較少的總鹽用量可以用來產生相同的鹽味感知。4）降低消化率：淀粉和脂肪等宏量營養素的快速消化和吸收導致血糖和脂質水平快速升高，這可能導致新陳代謝失調。因此，制作植物肉時，降低宏量營養素的消化率很重要。如在不影響產品質量的前提下，可以使用緩慢消化或抗性淀粉來替代。一些植物成分，如膳食纖維或多酚，可以參與脂質消化的關鍵胃腸道成分結合，如酶、膽鹽或鈣，從而延緩消化過程。另外，減少植物成分加工可能也是有利的，如保持細胞壁完整可以削弱消化酶抵達相應底物，如植物組織內脂肪、淀粉或蛋白質的能力和速度[57]。

從植物中提取的食物成分可能含有與之相關的殺蟲劑或化肥，所以作物種植過程中需要合理使用殺蟲劑和化肥，或者通過適當的處理方法來降低食物成分中的殺蟲劑或化肥含量。藻類和微藻可以從其所處的環境水中吸收有害重金屬，如果成為食物鏈的一部分，也可能對身體造成嚴重損害，因此其種植需要遠離污染水域，并采用合適的檢測分析方法來確定其污染程度[59]。另外，一些植物成分也可能被細菌或各種霉菌毒素污染，制作植物肉時，這些植物食品成分應仔細處理、清潔和加工。

制作植物肉時還需考慮特定氨基酸的缺乏情況，以確保人群有足夠的氨基酸供應。目前有研究通過作物育種、基因工程和增加營養物質含量或減少抗營養素含量的加工方法，來提升植物肉中重要營養物質的含量和生物利用度。

5 結 語

以植物肉為代表的植物基食品受到越來越多人的青睞，其背后的科學研究和技術也正在迅速發展。但目前植物肉商業化和真正代替人們熟悉的真實肉制品還面臨著品種單一、制備低效、成本較高、加工過程難以精確化控制等問題，在風味和口感調控及營養和安全性評價等方面也面臨著巨大挑戰。目前更傾向于研究具有改進的功能屬性和可靠性的植物衍生成分以及通過結構設計原則來制造更多具有改進性或新穎性的植物食品。而這些食品的應用將有助于創造出更多樣化的高質量植物性食品，能準確地模擬真實的肉類，并且美味、實惠、方便、健康和具有可持續性。目前市場上比較成功的產品都是模擬用碎肉制成的產品，如漢堡、香腸、牛肉糜等，未來更重要的是研發創造更廣泛類別的植物肉，如牛排、雞胸肉、豬排和魚肉片等。未來也需要進一步研究如何設計出營養素相對平衡并能控制其消化率和生物利用度的植物肉，來增加消費者對植物肉的接受度，以及確定將更多的植物肉納入飲食對人類營養和健康的影響。