植物蛋白高湿挤压组织化综述

许淼杰， 张莹莹， 栾广忠

(西北农林科技大学食品科学与工程学院；粮油功能化加工陕西省高校工程研究中心，杨凌 712100)

目前，全球粮食生产和消费方式正面临严峻挑战。人口激增、土地、粮食和水资源的短缺导致粮食问题不断加剧。联合国世界粮食计划署(WFP)指出，“2020年全球至少将有约2%的人口陷入危机级别或重度粮食不安全状况。在新冠疫情的阴霾下，全球粮食体系暴露出更多缺陷，只有建立一个更加公平、更加可持续和更有韧性的粮食体系，才能在2030年前保障全球约85亿人的健康粮食需求[1]”。根据世界粮农组织(FAO)预测，2030年肉类需求量将提升约七成；2050年，全球人口将突破90亿，届时要求粮食产量至少提升七成，尤其是蛋白制品[2]。

目前，以经济、健康且环境友好型的方式满足人们对蛋白质的需求是全球粮食安全面临的最大挑战之一。传统肉类生产不仅严重依赖环境，且产生的大量温室气体进一步危害生态环境，并非可持续的蛋白质来源。此外，人们对动物福利保护和自然资源稀缺的意识日益增强，加之人们对植物蛋白健康功能的认识逐渐加深，素食已成为一种生活理念和发展趋势[3]。

因此，为适应市场需求，以植物蛋白为基础的肉类替代产品应用而生，其中，组织化植物蛋白(TVP)因其优于传统动物蛋白的营养优势而备受关注。

1 组织化植物蛋白技术

组织化植物蛋白即“植物肉”，是人造肉的一种。蛋白质的组织化是指通过挤压等技术手段使蛋白质发生变性使其获得质构特性的过程[4]。目前大豆分离蛋白、大豆浓缩蛋白、脱脂豆粉以及谷朊粉等是较为常用的组织化植物蛋白原料[5]。组织化植物蛋白加工形成的人造肉类产品，具有与动物肉类相似的肌肉纤维结构、高吸水能力和高持水能力。其口感、外观及风味类似肉类，但拥有低脂肪、低热量和零固醇等特点，是改善饮食结构的优秀平价食物资源[6-9]。

随着人们对组织化植物蛋白的需求持续增加，加工生产组织化植物蛋白的技术手段也在不断升级和改进。目前主要的加工方法有热凝固、挤压和纤维纺丝等[10]，其中挤压技术用于生产组织化植物蛋白已有50多年的历史，近些年高湿挤压技术(HME)因其能生产出高质量的组织化植物蛋白成为了人们关注及研究的焦点。

2 食品高湿挤压技术

2.1 食品挤压技术发展进程

食品挤压技术大致可分为几个发展阶段：在1940年以前，人们主要通过单螺杆挤出机制造挤压产品，例如生产灌肠和意大利面(pasta)。第二阶段即挤压膨化阶段，在1940-1980年，单螺杆的高温短时(HTST)挤压技术成为热门的食品加工技术，生产出了方便食品、零食和营养食品。20世纪80年代，在日本和法国研究人员合作研发下，开发了具有特殊冷却模头的双螺杆挤压机，并以大豆分离蛋白为原料，在物料含水量高于45%的条件下进行了挤压组织化试验，这是挤压技术新阶段的开始。由于双螺杆挤压机可以处理单螺杆挤压机无法实现的高水分物料的挤压操作，至此双螺杆挤出机开始逐步取代单螺杆挤出机。20世纪90年代，新的挤出技术，例如超临界流体挤出(SCFX)，开始应用于生产植物蛋白肉类类似物或淀粉基材料。挤压和3D打印的结合也大大提高了挤压技术的自动化程度，目前制药领域已有应用[11]。此外，利用挤压技术开发天然可降解包装材料也成为研究热点[12]。在组织化植物蛋白的生产加工中，高湿挤压是现阶段最佳工艺技术。

2.2 高湿挤压技术优势

高湿挤压技术最大特点是物料水分含量较高，虽然国际上对“高湿”尚无明确标准，但一般认为物料湿度大于40%。高湿挤压与低湿挤压主要技术特征的对比见表1。

表1 高湿挤压与低湿挤压技术特征比较

在高湿挤压过程中，原料填入双螺杆挤压机与加入的水混合。混合物通过螺杆的热机械运动被剪切、软化，挤压机尾部的冷却模组，使蛋白质重排、层化并趋于坚固，形成纤维化组织，最终得到类似于肉制品的人造肉产品。由于高湿挤压系统具有冷却模具，可在相对较低的温度下使蛋白形成纤维结构从而导致产品营养成分损失少。其最大优势是加工生产的组织化蛋白产品例如蛋白面、素鸡、素肉等具有丰富的纤维和致密的结构、富有弹性和韧性，且含水量较高，不需二次复水就可直接食用，质地均匀一致与肉的质感相近。

图1 高湿挤压技术功能分区示意图

2.3 高湿挤压设备——双螺杆挤压机

在物料水分含量较高的条件下，单螺杆挤压机不再适用。双螺杆挤压机具有更高效的加工能力，更低的能耗，淀粉糊化更完全，且可以在更宽泛的湿度条件下(5%～95%)完成挤压[13]。相较于单螺杆，双螺杆挤压机与物料接触更充分，输送效率更高。且在高湿条件下，由于物料黏性小，摩擦低，双螺杆挤压机输送能力更优越。此外，双螺杆挤压机应用场景更广泛，不仅可以处理黏性、油滑物料，还可以处理不同颗粒范围的物料，且具备自洁能力，清机更加便捷。

用于高湿挤压的双螺杆挤压机一般可分为五个主要功能区：进料区、混合区、熔融区、模口和较长的冷却区，绘制示意图见图1。进料区始终处于室温，螺杆由输送元件组成，作用是将物料输送至下一个区域，此区域物料功能性质基本没有改变。在混合区，螺杆通常配有捏合元件，注入的液体与物料混合后，通过螺杆的搅拌形成均质“面团”，注入液体的温度一般低于80 ℃[8]。在熔融区，螺杆上含有更多捏合元件，此区域是核心功能区，是产品获得合适纹理必需的过程，温度通常高于130 ℃。模头部分是控制熔体流动行为的关键，模口的形状、大小都对产品最终形态产生影响。物料通过模具时，由于压力的骤降，水分的蒸发以及模口的剪切应力等的共同作用下，形成特定的形状。模具可以提供垂直于挤出方向的剪切应力，促进大分子的分离，便于形成纤维结构[14]。冷却区是产品成型的关键区域，一般冷却区域温度略低于75 ℃，经过特殊设计的冷却区可在物料挤出前增加其黏度，提供组织化所需的黏弹性。冷却模具使接触金属表面的物料挤出速度远远小于内部的流动速度，导致熔体层流，产生了类似于肉类的分层特征。蛋白质分子重排和交联，形成类似动物肉的纤维结构[15]。

2.4 基于分子结构的蛋白质组织化机理研究

食品挤压技术是一门艺术，可以将挤压机比作“盲盒”。原料组分的复杂性、发生物理化学变化的不确定性都导致挤压过程的控制、产品的设计大多仍基于经验[16]。通常认为挤压使蛋白质重新排列形成具有同方向均匀的纤维状结构，在高温、剪切力等条件下使蛋白重新组合形成纤维蛋白体系。从分子角度，蛋白质在高湿挤压过程中，分子链展开、结合、聚集和交联，也可能会出现降解或氧化[17]。图2表示挤压过程中蛋白质的构象变化，参考Zhang等[8]并有改动。

图2 挤压过程中蛋白质的构象变化

2.4.1 物料在不同功能区内的分子结构变化

在混合区，原料中蛋白质分子链顺着螺杆推进方向展开，暴露出疏水性氨基酸。进入熔融区后，物料受到剪切、高压及高温等的综合作用形成连续的、塑化状态的“熔融体”并不断熔合，分离。此时蛋白质发生变性，剪切力与高温促进了蛋白质间的相互作用和蛋白质与水的相互作用，同时一部分蛋白质分子链由于强剪切力而降解[18]。除了蛋白变性，物料中的淀粉在此阶段开始糊化，导致物料黏度上升，由于氢键的作用，新的分子聚合物结构形成。当温度持续升高，剪切作用继续增强，熔融体的黏度开始降低。当熔融状态的物料被传送到冷却模中，突然释放的热量和压力使得蛋白质分子发生重排和交联，最终使物料形成类似肌肉质地的各向异性纤维结构[2]，充分的冷却过程确保了熔体在冷却区内的层流[15]。

2.4.2 分子相互作用

在挤压过程中，维持蛋白质初始构象的相互作用例如二硫键、静电作用、疏水键及氢键等均发生了变化，但主要化学键如肽键没有发生变化[19-21]。二硫键对组织化蛋白形成、产品性质影响最大，疏水相互作用、静电作用和氢键也对纤维形成有重要贡献。然而对花生蛋白组织化的研究发现，促使形成组织化结构的主要作用力为非共价键，二硫键次之[22]。其他大分子间的相互作用也对产品起到不同效果的影响，例如脂类在挤压过程中形成过氧化物等分解产物，一方面与蛋白形成共价化合物聚集体，另一方面可诱导蛋白质分子间聚合及交联。再如水分子在挤压过程中，影响了球蛋白定向伸展，改变了二硫键与氢键、二硫键与疏水作用之间协同作用等，最终影响了蛋白质分子的聚合程度[23]。总之，挤压过程中化学变化复杂且各不相同，仍需更多研究阐明挤压过程中分子构象的变化。

3 加工原料

3.1 蛋白质

在组织化植物蛋白生产过程中，蛋白的选择至关重要[9]。不同类型的植物蛋白以及原料间的配比都直接影响到最终产品的性能。大豆蛋白、小麦蛋白、花生蛋白、豌豆蛋白以及玉米蛋白等都能应用于高湿挤压制造组织化蛋白中。整体而言，为了形成纤维结构，通常需要蛋白质质量分数在50%～70%之间。选择原料的原则主要包括资源可获得性、感官、营养及致敏性等因素。

最常见的植物蛋白原料是大豆蛋白，大量研究使用大豆蛋白作为挤压原料，魏益民，张波等[5, 7]先后研究了高水分大豆蛋白组织化生产工艺和机理并对工艺参数进行优化。当蛋白含量越高，组织化纤维化程度越高，产品的拉伸强度、抗剪切力越强，但润滑程度有所下降。提高大豆11S球蛋白的含量，在一定程度上可以提高挤压纤维化产品的品质。高氮溶解指数的原料蛋白，其产品纤维结构更加明显；此外大豆蛋白的粒度也对产品质地有影响。

谷朊粉具有良好的黏弹性，在热及压力下表现出热固性，且蛋白质交联能形成网络结构，在组织化植物蛋白中应用广泛。大豆分离蛋白、谷朊粉混合物在剪切变形和加热条件下(95 ℃)即可生成纤维结构[24]。研究表明热处理对小麦面筋聚合有显著影响，在温度高于75℃下发生且随着热机械处理的增加而增加，压力、单位机械能耗(SME)影响不显著[25]。添加一定比例(20%～40%)的谷朊粉，产品在质构、持香、感官评价等方面都有提升[6, 9, 24]。

近年来，出于风味、纤维结构及致敏性等方面的考虑，更多种类的植物蛋白用于高湿挤压加工组织化蛋白。高湿挤压技术适用于羽扇豆这种高蛋白、高膳食纤维及低糖的豆类[26]。豌豆蛋白在挤压作用下，蛋白质分子间作用力发生改变，稳定性、凝胶强度都有增强。且豌豆蛋白能吸收更多脂肪，可提高产品品质[27]。豌豆蛋白与小麦面筋蛋白混合挤压后产生明显的纤维形态，且强度类似于煮熟的鸡肉[28,29]。花生蛋白具有独特风味，其可溶性蛋白质和氮溶解指数高，被认为是新型的人造肉原料蛋白，也有更多研究关注[30-32]。玉米蛋白与淀粉可形成类似小麦面筋的结构，也具有加工潜力。研究表明，挤压工艺可使玉米醇溶蛋白的结构特性发生改变，物性得以改善，持水力、吸油性和黏度均有不同程度的增加[33]，即玉米醇溶蛋白制作肉类似产品亦有可能。

3.2 碳水化合物

碳水化合物在高湿挤压过程中也发挥重大作用。小分子碳水化合物如葡萄糖可以与游离氨基酸参与美拉德反应，影响产品的颜色和味道[34]。大分子碳水化合物例如淀粉和粗纤维对产品纤维结构的形成起主要作用。淀粉在热机械加工下，发生降解和糊化，此过程破坏了分子内二硫键、增强疏水相互作用和增加表观黏度从而稳定了新构象，促进蛋白质分子的聚集。但随着淀粉质量分数的增大(0%～8%)，产品纤维度降低，硬度和咀嚼性都显著降低[31]。杨勇等[9]以大豆分离蛋白、谷朊粉为原料，以产品的持水性和持油性最优为目标，确定了直链玉米淀粉的最优添加量为3%。在挤压过程中，适量添加碳水化合物和外源多糖可以改善蛋白质的纤维结构，以达到理想效果，但添加量不宜过多。

3.3 脂肪

脂肪的添加，可以降低摩擦，使物料更容易挤出，使产品表面更光滑且提升产品的风味。有研究表明，脂质在挤压过程中通过与淀粉或蛋白质形成复合物而起到增塑剂的作用，蛋白质-脂质相互作用使得纤维结构更稳定。Vaz等[35]认为，脂肪添加量为2%～10%时最适宜。脂肪在形成网络结构的过程中，发挥的作用比温度和湿度更大，产品随着油脂含量的增加逐渐变软，咀嚼度下降，但当脂肪含量过高时会导致物料发生滑动，不利于充分剪切，甚至发生喷射现象。

4 加工条件及模型建立

在高湿挤压过程中机筒温度、螺杆转速、喂料速度、包括模头、螺杆配置等都是控制组织化蛋白质量的关键点[36]。

4.1 温度

研究认为影响大豆组织蛋白组织化度的最主要因素是温度。双螺杆挤压机拥有多个功能区，不同分区的温度对产品品质均有影响。例如模头的温度可以影响扭矩、压力和比机械能等，从而改变产品质地[2]，一般不低于100 ℃；再如冷却区的温度直接影响挤出物的流速分布，从而影响产品纤维结构[37]，一般应低于75 ℃。熔融区的温度是改变蛋白质构象的关键因素，直接影响挤出产品最终质量。

熔融区温度对不同植物蛋白的影响也不同，就大豆分离蛋白而言，只有在熔融温度高于130 ℃时才能形成纤维状结构[38]，当温度从130 ℃上升至160 ℃，组织化程度先增加后下降，这与形成的二硫键连接先增加后减少有关[39]。众多研究表明，当温度为150 ℃时，挤出产品综合品质最优[5-7, 9, 11, 19]。

对于花生蛋白，有研究指出当温度高于140 ℃时，能形成明显的纤维结构，150 ℃时，其组织化蛋白硬度和弹性增加；继续升高温度时，其硬度和弹性开始下降[30]。但羽扇豆蛋白在温度130 ℃至180 ℃的区间内，挤出物没有显著变化[27]。小麦面筋蛋白，在130 ℃以下不能完全变性形成纤维结构[4]。当不同植物蛋白混合时，例如豌豆、小麦蛋白的混合原料，在120 ℃挤压时，产生明显纤维形态，当140 ℃时，有良好性质[28]，其他众多研究温度设定在150 ℃左右时，产品拥有最佳性质。整体而言，高湿挤压物料水分较高，其温度较低水分挤压低，熔融区温度可参考控制在150 ℃左右。

4.2 水分含量

水分在挤压过程中起多种作用，一方面可降低物料的玻璃化转变温度，改善物料流动性，便于后续加工；另一方面能减少摩擦，降低黏度，同时还可在高温高压下气化，快速熟化食品。总之，水既是聚合物塑化剂又是润滑剂、导热剂[40]。水分在挤压过程中与蛋白发生水合、变性、交联、聚合，影响组织化蛋白的纤维结构。水分也影响温度、压力等参数，影响物料流变学特性进而影响产品性质[4]。

在一定范围内，水分含量增加，将使得更多疏水基团暴露，导致NSI降低。同时，水分促进了蛋白的伸展变性，有利于组织化的形成，使得产品组织化程度、黏附性、持水能力增强[41]。含水量的增加将导致蛋白质的反应率显著增加，二硫键、氢键和疏水相互作用将促进高度纤维结构的形成。陈锋亮等[40]研究，大豆分离蛋白物料含水率 28%～60%时，随着水分含量的升高纤维状和多孔状结构越明显，组织化度越大。但当水分含量过高，则导致体系内蛋白原料所受剪切减弱，减弱蛋白聚集体之间的交联作用，影响最终产品的品质。同时较高的水分含量也会导致水-蛋白体系不均，在模口出现“喷射”现象，不利于稳定加工。由于使用原料、设备以及具体参数条件有所差别，水分含量对最终产品品质影响结果也不尽相同。同时水分与其他工艺条件的协同作用研究还不够深入，在高、低水分含量的界定上，尽管有学者测定挤压组织化蛋白自由水含量试图对水分临界值进行划分，但有待进一步研究。

4.3 喂料速度与螺杆转速

喂料速度与螺杆转速相辅相成，它们决定了物料在螺杆的分布与在每个功能区的作用时间。康立宁等[42]在研究中指出，进料速度对产品的质构化程度、硬度、咀嚼性、颜色、吸水能力均有影响，但喂料速度取决于机械设备，不同设备应选择不同进料速度。螺杆的旋转提供系统的剪切力，并将物料向前推进。当螺杆转速提高时，物料混合效果提高，分散相可以更好的分散于连续相，且形成更薄的纤维结构，且蛋白分子进一步变性，黏度降低，模头压力降低。不同螺杆转速对最终产品的影响不同；原料组分不同，最佳螺杆转速选择也不同。有研究将螺杆的转速从60 r/min提升至180 r/min时，产品的硬度和咀嚼性都提升，但是组织化程度却有下降[7]。杨勇等[9]以直链玉米淀粉、大豆分离蛋白、谷朊粉为原料确定螺杆转速120 r/min时，产品持水性持油性最佳；寻崇荣等[6]以大豆分离蛋白，谷朊粉为原料，螺杆转速300 r/min时，产品性能达到最佳。

除了这些参数外，改变模头的孔径、形状，调整螺杆构型、啮合元件的长度、间距、角度等都可以改变剪切力从而影响纤维结构的强度。加工条件对组织化蛋白的影响是综合的、复杂的、协同的。如今，越来越多的研究希望明确系统参数包括扭矩、压力、单位机械能等与过程参数、目标的数学关系，构建新的分析模型，这对高湿挤压技术生产组织化蛋白具有积极意义。

注：“O”“R”“C”和“P”分别表示操作参数、响应参数、构象变化和产品质量，“F”是指功能关系。图3 一种新的挤压过程系统分析模型

4.4 系统分析模型

挤压参数可以分为3类，包括过程参数(输入参数)即原料的特性与组成，添加物料顺序，水分含量与温度，螺杆转速与进料速度，机筒温度与螺杆结构和模头形状等；系统参数(中间参数)即压力、扭矩、SME和停留时间分布等；以及产品产量、产品特性、色泽、风味和营养价值等的目标参数(输出参数)。过程参数直接决定了系统参数，系统参数影响目标参数，三者存在着数学关系[22, 43]。康立宁等[42]研究了大豆蛋白高水分挤压组织化过程中工艺参数对系统压力和扭矩的影响，Zhang等[30]研究了花生蛋白在高湿挤压下系统响应参数与挤出物的质量间的联系。Valerie等[4, 33]讨论了机械能输入、挤出机压力与机筒温度的关系影响，而后建立了一个经验模型，将小麦蛋白在挤压过程中聚合反应描述为时间、温度和剪切速率的函数，为挤出工艺设计提供建议。Zhang等[8]提出了一个新的系统分析模型，如图3所示。肖志刚等[44]建立模型，利用模糊数学评价法优化素肉饼工艺及其品质研究。

5 品质特性与评价

5.1 质构变化

高湿挤压工艺生产出的组织化蛋白拥有良好的质地与类肉的感官。通过扫描电子显微镜观察其切片表面较为平整，有明显的片层状、纤维拉伸与多层纤维结构，且结构较为紧密，空隙较少。这种结构便于水分和油的保持[2, 9]。通过激光共聚焦扫描显微镜同样发现沿着剪切流方向拉长的蛋白质结构域，在产品中表现出纤维排列[38]。对比挤压纤维状组织蛋白与普通组织蛋白，挤出的纤维状组织蛋白条纹更清晰、质地更细腻、表面更光滑，纹理按挤出方向呈条状分布，从横切面观察内部气孔更细密。弹性、回复性等指标更为均匀，豆腥味低，质感更接近肉类。此外异性指数表示材料的各向异性结构和纤维化程度，可以量化肉类替代品的质地和感官特征[2]。

不同参数条件对产品品质亦有显著影响。纯SPI挤出物拥有均匀且较硬质地结构，而在SPI中添加其他成分(如淀粉或纤维)会产生更细纤维，形成各向异性结构，且当温度于140～160 ℃时，在平行方向，挤出物拉伸强度增加。如图4所示，使用豌豆蛋白、大豆分离蛋白与小麦蛋白混合，在不同温度下挤压形成的组织结构也不相同。Palanisamy等[26]研究表明过少(40%)或过多(68%)的含水量都不适合纤维网络结构的形成。在较低的水分含量下，蛋白质没有完全水合以参与蛋白质交联反应，且挤出物质地较硬。在较高的水分含量下，蛋白质变性减少，黏度降低可能也会减少蛋白质相互作用和交联，导致无法形成理想结构。如图5所示，不同含水量和温度的条件下，通过SEM观察到组织结构存明显的差异[45]。螺杆转速影响组织蛋白的断裂模式，如图6所示[25]。故在一定范围内提高螺杆转速可以加强蛋白质的组织化，从而形成致密的层状结构。

图4 豌豆、大豆分离蛋白与小麦蛋白不同温度下挤压结构[28]

图5 在不同进料含水量和挤压温度 下的TSP的扫描电子显微镜图像

图6 不同温度、螺杆速度下产生的大豆浓缩蛋白的断裂模式

5.2 营养品质

除了质构、微观结构等物理方面发生了变化，挤压过程还对产品在营养功能上有所改善。研究指出通过高湿挤压技术可以改变膳食纤维含量和纤维溶解度，可溶性纤维质量分数增加211%，不溶性纤维减少7.8%[46]。挤压后的淀粉发生糊化，总链、直链淀粉含量都有所下降，淀粉消化率显著提升。高温和剪切作用的也使得蛋白质消化率提高。但由于非酶促褐变反应和热交联，温度过高也会降低蛋白质的消化率[26]。肖志刚等[47]研究了挤压过程对不同谷物蛋白功能性质的影响，对于小米蛋白、玉米醇溶蛋白在一定条件下溶解度降低[48]，而花生蛋白溶解度有所上升。

挤压过程对豆类、谷物中的抗营养因子如肌醇六磷酸、单宁等起到有效的减少作用[49]。物料湿度、螺杆转速和温度等不同条件对抗营养因子的降解效果不同。总体而言，较高的湿度、较慢的转速和较低的机桶温度有助于抗营养因子的降解。总之，高湿挤压这种较为温和的挤压方式使得一些营养物质更好的保留、提高蛋白质和淀粉消化率、增加可溶性膳食纤维、降低脂质氧化、提升维生素、矿物质的保留率[50]。

6 总结与展望

6.1 前景与挑战

世界众多著名企业家、投资机构和互联网巨头等涌入人造肉市场，在短短几年内诸多人造肉企业迅速发展并吸金颇多，其产品市场份额也在迅猛提升。我国《“健康中国2030”规划纲要》和《中国居民膳食指南(2021)》的先后出台，将居民健康提升至国家战略地位，指南还指出我国居民大豆等植物蛋白摄入不足，提倡以植物性食物为主，减少脂肪胆固醇摄入。进一步加深利用植物蛋白生产替代动物蛋白制品已在社会各界达成共识。随着人们对植物基食品的关注与了解，以及高湿挤压加工技术的进步，植物蛋白生产人造肉产品的发展潜力愈发巨大。

目前在产品品质、设备开发、加工工艺、系统研究等方面存在问题亟待解决。在产品品质方面，尽管植物基人造肉已具备类似动物肉的纤维与质地，但在弹性、咀嚼性方面仍有区别，特别是在汁水、鲜嫩口感等方面。其次，人造肉的风味与动物肉仍存差距，一方面豆腥味的处理技术仍需改善，另一方面，动物肉特有的芳香物质还不能很好复刻。除产品本身，设备的升级与开发也成为必然的趋势。虽然当下设备已具备了加工出优良品质组织化蛋白的能力，但一些设备缺乏稳定、精准的控制，导致产品品质不稳定，同时缺乏数据的监控体系对挤压过程机理的研究也带来不便。设备的升级将进一步促进挤压机理的研究，当下关于挤压过程的理论研究还较为浅显，只有少量研究关注参数间的关系，模型的建立等。除此之外，高湿度产品的保存、产品评价标准的建立等都是当前亟待解决的问题。

6.2 未来发展趋势

面对未来食品的发展趋势，利用合成生物学、人工智能，增材制造等技术，为人类提供更健康、更安全、更营养、更美味的食品，是当下食品从业人员的更高追求。人造肉技术作为其中最具代表性的食品加工技术，正迅猛发展。未来高湿挤压组织化技术研究应主要集中在几个方面：

一是优化现有原料配比，开发新型植物挤压原料。目前除大豆蛋白外的其他植物蛋白，例如花生蛋白、豌豆蛋白、大米蛋白、蚕豆蛋白、玉米蛋白等利用不够充分。其添加可丰富产品的营养组成，优化产品的营养结构，提高产品营养品质。同时，优化原料配比，探究开发提高产品组织化的天然添加剂如多糖、纤维素、天然酶类物质等。

二是挤压设备的升级与提升装备控制性。目前已有越来越多新型挤压设备，但仍存在例如参数的实时监测、系统参数的可视化等技术难题需要攻克。特别是螺杆、啮合元件等众多设备器件的设计也有优化的必要。总之设备的优化可以进一步提高挤出过程中控制的精准性，对最终产品的优化起决定性作用。

三是进一步探究挤压过程机理与研究构建科学的模型。挤压过程伴随着复杂的物理化学变化，其中机理分析仍具有巨大的挑战。同时由于挤出过程是在动态平衡下连续进行的，过程参数之间也相互影响，找到工艺优化的规律也极具挑战，探索物料在螺杆机内的变化机理，以及建立系统的分析模型分析各参数间的内在联系与数学函数，开发软件模拟挤压工作，对原材料性能、挤压参数、部件的构象变化以及挤出物的质量评估等，是构建和完善高湿挤压基础理论及工程体系的基础，更是该技术研究的核心。