高水分挤压技术在植物肉生产中的应用

张彬

[摘要]本文从植物肉的发展背景出发，探讨了高水分挤压技术的基本原理，阐述了国内外高水分挤压技术生产植物蛋白肉的原料配方及工艺参数，分析了该技术在植物肉生产领域的发展瓶颈，并对未来发展趋势进行了展望。

[关键词]植物肉;高水分挤压技术;双螺杆挤压机

中图分类号：TS201.21 文献标识码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.202008

近两年星巴克、肯德基等外资餐饮企业相继推出“植物肉”这一新菜单，由此掀起了植物肉加工的热潮。植物肉主要利用生物合成、生物化学、基因工程、现代发酵等现代食品加工技术，一般是以优质植物蛋白为主要原料，通过添加植物脂肪、植物色素以及其他植物性成分，以最大限度地模拟真实肉品的外观和口感。高水分挤压技术是国际上新兴的植物蛋白重组技术[1]，采用该技术制得的产品质地致密、口感细腻，类似于动物肌肉的纤维状组织，且无需复水即可直接食用。因以上优势，高水分挤压技术被广泛应用于植物肉加工领域。

1 高水分挤压技术

1.1 高水分挤压技术的原理

目前植物肉的生产主要通过挤压技术和3D打印技术实现。挤压技术是指食品物料在挤压机内受机械力的作用向模口方向流动，产生高温、高压、高剪切力等作用，当高温物料通过模口时压力剧降，物料水分由液态变成气态而瞬间蒸发，食品物料发生质构重组，低水分物料（含水量20%～25%）形成表观膨胀，易干燥，呈海绵形态的膨化制品;高水分物料（含水量40%～70%）形成带状或丝状，具有纤维状组织结构的模拟肉制品。其中高水分物料对应的挤压工艺被称为高水分挤压技术[1]，该技术伴随着双螺杆挤压机在食品工业中的广泛应用而兴起。

1.2 高水分挤压技术的产品特点

目前应用于高水分挤压技术的挤压机主要是同向、完全啮合、梯形螺纹的双螺杆挤压机[2]。其生产的产品纤维化程度较高、质地均匀、富有弹性和韧性，可作为烹饪主菜进行炒、煮、炖、烤、炸等多种形式的加工，且产品无需复水即可直接食用，营养成分和生理活性成分损失少。

2 高水分挤压技术生产植物肉的主要工艺

2.1 产品配方选择

蛋白质是植物肉的主要成分，其种类和含量能显著影响植物肉的品质。郑荣生[3]研究发现大豆蛋白含量在53%～60%时，植物肉纤维结构较好;张氽[4]发现花生蛋白含量在34%～63%，纤维化程度随蛋白含量的增加呈先升高后降低趋势;张丙虎[5]发现小麦蛋白含量在64%～68%，纤维化程度随蛋白含量的增加逐渐降低。杨耸等[6]进一步研究了氮溶解指数（NSI值）、粒度及大豆蛋白7S/11S比值等因素对高水分挤压纤维化产品的特性影响，发现较高的NSI值和较低粒径范围（0.076～0.136mm）原料的挤压产品纤维化结构较好，提高大豆蛋白中11S的含量能有效提高产品的品质。

碳水化合物是植物肉的重要组成部分，能够影响产品质地、粘稠度、凝胶性和稳定性，研究发现纤维素比淀粉更能有效地提高产品的持水性和稳定性。

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块脂肪，魔芋凝胶也可作为脂肪代替品，应用于植物蛋白肉产品生产[7]。

调味剂和着色剂等作为植物肉至关重要的配方，在影响植物蛋白肉的风味和色泽方面发挥着重要作用。目前能够模拟肉类香气的主要有还原糖、氨基酸、硫氨素和核苷酸等，Yang X等[8]利用大豆组织蛋白和毕赤酵母合成的大豆血红蛋白高度还原肉制品的血腥味。

2.2 工艺操作参数设置

目前双螺杆挤压机在植物肉生产中的研究主要集中于挤压温度、螺杆转速等方面。寻崇荣等[9]以大豆分离蛋白和谷朊粉作为挤压原料，以天然呈味粉末油脂为香气调味料生产持香型仿肉制品，得到最佳工艺参数为谷朊粉质量20%、挤压温度150℃、螺杆转速300r/min，但是生产出来的仿肉制品风味值只保留了不到一半。孙志欣等[10]以大豆分离蛋白、谷朊粉、低温脱脂豆粕为主要原料生产组织化大豆蛋白产品，优化操作工艺参数后得出，在物料水分含量55%、机筒温度150℃、螺杆转速208r/min、分离蛋白含量34%的条件下，挤压制得的大豆组织化产品感官质量和组织结构均较为理想。孙莹等[11]以大豆分离蛋白和谷朊粉为原料，设置挤压温度138.9℃～141.5℃、螺杆转速313～363 r/min，在此条件下制得的纤维仿真鸡肉经卤制、腌制、烘烤后蛋白质损失率极低，且营养价值明显高于鸡肉。高培栋等[12]以松柏、大豆分离蛋白、谷朊粉等为原料制备松柏复合素肉，通过建立数学模型优化高水分挤压技术工艺参数为物料含水率61%、挤压温度152℃、螺杆转速248r/min，在此条件下制得的素肉产品在内部结构上基本与牛肉一致。杨勇等[13]以高直链玉米淀粉、大豆分离蛋白、谷朊粉为原料生产素肉产品，发现操作参数对素肉的持水性和持油性影响较大，当双螺旋挤压机喂料速度为30g/min、螺杆转速为120r/min、挤压温度为140℃时，素肉的持水性和持油性最好。

少数研究者研究了双螺旋挤压机结构部件对植物肉产品的影响。郎珊珊[14]采用双螺杆挤压膨化机生产组织化花生蛋白，发现螺杆模头对植物蛋白挤压组织化影响非常明显，最佳模头结构参数为模头直段长径比5∶1、锥段角度40°、锥段长度27mm，在此条件下生产出的花生蛋白的组织化度最优。

3 高水分挤压技术的发展瓶颈

挤压机的操作过程连续而复杂，包含输送、混合（破碎）、压缩、剪切、加热熔融、均压、成型等过程，原料因素、挤压机因素、操作因素等变量都会影响挤压效果。由于挤压机的“黑箱”特性，高水分挤压技术的确切机理尚不清楚，并且目前国内外尚未制定植物肉产品的相关标准，导致目前高水分挤压技术在植物肉生产时的输入参数（原料特性、辅料组成和添加顺序、水分含量、温度、螺杆转速、进料速度、机筒温度、螺杆结构和模头结构等）、中间参数（扭矩、压力、单位机械能耗和停留时间分布）、输出参数（产品产量、产品特性、色泽、风味和营养价值）[15]难以取得一致性，生产的产品质量参差不齐，难以满足人们对“仿肉制品”的期望。

4 结 论

随着人们消费水平和肉类消费量的不断攀升，植物肉作为肉类产品替代品已成为现阶段工业化生产的大趋势。高水分挤压技术作为植物肉生产的重要技术之一，在模拟植物蛋白代肉食品方面将会占据独特的市场份额。随着挤压技术的不断进步以及双螺杆挤压机的不断改进，植物肉制品的口感将无限接近肉制品，营养价值也将比肩甚至可能超过肉制品，人类饮食结构将在此推动下迎来新的变革。

参考文献

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[2]朱国洪，彭超英，尹国.食品挤压技术及最新研究进展[J].食品与发酵工业，2000，26（4）：59-62.

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[4]张汆.花生蛋白挤压组织化技术及其机理研究[D].咸阳：西北农林科技大学，2007.

[5]张丙虎.小麦谷朊粉挤压组织化特性研究[D].北京：中国农业科学院，2010.

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[10]孙志欣，于国萍，朱秀清，等.高湿挤压技术生产组织化大豆蛋白工艺的优化研究[J].大豆科技，2009（3）：44-48.

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[12]高培栋，赵楠，关凯方，等.高湿挤压技术制作松柏复合素肉的工艺研究[J].食品工业科技，2017（5）：258-263.

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[14]郎珊珊.组织化花生蛋白挤压模头结构参数优化[J].中国油脂，2018，43（5）：154-156.

[15]刘志东，陈雪忠，黄洪亮，等.高湿挤压技术的研究进展[J].食品工业科技，2012，33（7）：424-426+430.