浅析植物肉研究进展

李顺秀，孙保剑，袁伟岗，刘贺，王笛，刘军

山东禹王生态食业有限公司（禹城 251200）

植物肉顾名思义是以植物基材质为原料，制作的具有肉的形态、口感和味道的食品，近几年发展尤为迅速，无论国内还是国外正在掀起植物肉的发展浪潮。随着人类肉的需求逐年增加，动物蛋白已不能满足人们的需要，而植物蛋白富含人体必需基酸，恰能补足这一缺口。人类生活质量逐年提高，人们正在追求绿色、营养、健康的食品，越来越多的人选择植物基食品，如植物肉、植物奶、植物蛋。动物养殖业对环境的温室效应、资源消耗、土地占有等负面影响日益加剧，也促使人们寻求新的食品代替动物肉，而植物肉顺应这一趋势，正在进入消费者的眼帘，将来也会走进千家万户的餐桌。从植物肉的定义、生产技术、生产企业现状、产品更新迭代、优势劣势等不同角度进行论述，以期能够为植物肉的研究和开发，提供借鉴和帮助。

1 植物肉现状及存在问题

1.1 植物肉现状

我国于2020年发布植物肉团体标准，将植物肉定义为用植物原料或其加工品及其他辅料、食品添加剂，经加工制成的具有类似动物肉质品质构、风味、形态等特征的食品[1]。其特点为制作原料来自于植物，在国内又被称为人造肉、素肉等。

植物肉发展至今，已不同于传统的素肉、豆制品类，该类食品没有纤维化，距离真肉较远，而现在的植物肉是通过特殊的加工技术改变蛋白的分子结构，复原出动物肉的口感及外观形态。不同的饮食文化，导致中西方的植物肉形态、种类也有所不同，国内植物肉主要有素肉饼、素丸子、素火腿、素水饺、素鸡块等；在西方，植物肉产品主要有植物猪肉、牛肉、鸡肉、肉汉堡、三明治等；休闲植物肉有手撕素肉、素牛肉干、素牛肉粒、素鲍鱼等。

植物肉的主要原料是各类植物蛋白（表1）[2]，植物蛋白经过现代技术加工，分子层面，蛋白结构发生变化重组，产生肉类纤维的结构和肉的咀嚼感。植物蛋白来源十分丰富，可分为油料蛋白、谷物蛋白、豆类蛋白等。油料蛋白有大豆、花生、菜籽等，谷物蛋白有大米、小麦、小米等，豆类蛋白有大豆、豌豆、鹰嘴豆等。不同植物蛋白有不同制备工艺，且具有不同的功能特性，其在肉制品的应用也不同。

表1 植物蛋白的主要来源

大豆蛋白为植物肉制作常用原料，大豆中含有40%左右的蛋白质，在各类植物蛋白中，蛋白含量最高，氨基酸丰富，达18种之多，其比例较接近人体所需氨基酸的比例，特别是赖氨酸的含量特别高，除蛋氨酸和半胱氨酸外，其余氨基酸均达到或超过世界卫生组织推荐的必需氨基酸的标准需求量。大豆蛋白又分为大豆分离蛋白、浓缩蛋白、脱脂豆粉，大豆分离蛋白蛋白含量为90%，浓缩蛋白含量为70%，脱脂豆粉蛋白含量为50%。大豆分离蛋白由于蛋白含量较高，以及其良好的凝胶性、发泡性、保水保油性，应用比较广泛[3]，但近几年由于其价格上涨，由12 000元/t涨到25 000元/t，其应用受到限制，许多生产商不用或少用大豆分离蛋白，寻求价格便宜的浓缩蛋白或其他蛋白代替。

豌豆蛋白是一种非过敏原，常用来制作植物肉，蛋白质含量大于20%，脂肪含量低于2.5%，其中蛋白质中55%为球蛋白、20%为白蛋白，还含有少量谷蛋白。球蛋白中辅助性豌豆球蛋白占少量，大部分为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、赖氨酸和含硫氨基酸，豌豆中维生素和矿物质含量很高，富含水溶性的B族维生素[4]。豌豆蛋白中有人体不能自身合成的8种必需氨基酸，比例相对较为均衡，豌豆蛋白可作为食品营养强化剂，按其功能特性的不同加入不同食品中，起到平衡营养的作用。其较好的溶解性，可应用于饮料、调味汁等流态类食品中；其良好的吸油保水性及凝胶成型性可替代部分肉蛋白，添加到火腿肠、午餐肉等肉制品中[5]谷阮粉。

谷阮粉又称小麦蛋白，在谷物蛋白中占有重要位置，零胆固醇，膳食纤维含量较高，维生素、不饱和脂肪等成分也较多，是人类饮食重要的蛋白质资源。小麦蛋白与水混合后会立即恢复其原有的活性，呈胶体状，具有很强的成团性、成膜性和形成立体网络结构的能力。谷朊粉的蛋白质含量较高，利用这一特性可调节食品的蛋白质含量；另外，谷脫粉具有良好的黏弹性、延伸性、薄膜成型性、吸水性，被广泛应用于各类食品中，如素鸡、素肠、面包和面条等[6]。谷阮粉还是挤压组织化蛋白的主要原料，蛋白含量通常为80%~85%，因其优良的功能特性和低廉的价格，得到广泛应用。

花生蛋白近年来在植物肉中的应用也比较多，主要为球蛋白和伴球蛋白，氨基酸含量能够满足人体必需氨基酸的需要，消化率较高，在90%以上，无豆腥味和胀气因子。传统的花生粕蛋白变性程度较高，常被用作饲料或肥料，附加值较低，没有得到充分的开发和利用。近年来，花生制油工艺得到改进，花生蛋白变性程度大幅下降，能够获得高质量的蛋白（氮溶解指数大于70%）。花生蛋白可以直接加工成为高蛋白食品，也可以添加到面制品、肉制品和奶粉等食品中[7]。

1.2 存在问题

植物肉虽呈发展强劲势头，全球市场呈上升趋势，越来越得到消费者的认可，但毋庸置疑，也面临着问题和挑战。植物肉不仅要能够提供营养健康的食品，同时还要具有吸引人的风味和口感，能够刺激消费者的味蕾，最终目的是生产一种可持续的产品，能再现传统肉类的所有感官属性（外观、质地、味道、气味等），这也是植物肉亟待解决的问题。

目前植物肉的外观、色泽与动物肉差距较大，虽然可以通过添加色素模仿动物肉的颜色，但没有动物肉红润的光泽，不能激起消费者强烈的食欲。

植物肉的口味、口感与动物肉相比，还有一定差距，虽然可通过调味制成所需口味，但调味品和肉味香精，包埋效果差、香气弱、粉味重，储存及加工过程难以保留其“肉味”。且口感一般，无咀嚼骨头、筋膜等特殊部位的口感[8]。

与传统肉类相比，植物肉类的原料成本较高，对加工技术和功能性添加剂的要求和依赖性较强，导致生产成本较高，这制约了植物肉的发展。当前植物肉的生产成本比真肉高出很多，在美国，BeyondMeat和ImpossibleFoods的人造肉饼定价在12~16美元/磅（约合人民币92~123元/500 g），国内HaoFood素鸡排480 g售价42.8元（44.58元/500 g），植物家Herotein 210 g售价29.9元（合人民币71.19元/500 g），而猪肉的价格仅18元/500 g。

2 植物肉应用及发展

2.1 植物肉发展历程

植物肉发展美国较早，麦迪逊食品公司于1922年，用大豆为主要原料，制作出以“大豆素肉”命名的食品，率先提出素肉概念，开始了植物肉的研发与生产；1937年，又推出无肉汉堡，1947年造出一种可食用的大豆蛋白纤维。在20世纪60年代，挤压技术兴起，制得含水量20%~40%的低水分拉丝大豆蛋白。在20世纪90年代，高水分挤压技术逐渐兴起，该条件下的植物大豆素肉产品组织化程度高，弹性强，质地更接近畜禽肉[9]。21世纪，美国2家植物肉公司Beyondmeat和ImpossibleFoods相继成立，推出汉堡、牛排、肉碎等现代意义上的植物肉产品。

国内植物肉产品从最初的面制品、豆制品到现在真正的植物肉，也经历不同的换代历程。

第1代产品可为小麦制品，如面筋、辣条等。面筋是把面粉中的淀粉和其他杂质全部洗掉，剩下的即是面筋，辣条则是以小麦粉和其他谷物为原料，采用单螺杆挤压设备制作而成。该产品只是口感筋道，有点像肉，但外形和口味还谈不上肉。制作难度低，可以在家制作。

第2代为豆腐、素鸡、素鱼之类的食品，该类食品以大豆为原料，经磨浆、煮浆、凝固而成，制作工艺简单，称为豆制品，外形上已向肉迈进，但不论是色泽、口味、口感，与真肉差距较大。

第3代植物肉是通过螺杆挤压机，先以植物蛋白为原料，在高温高压条件下，制造出拉丝蛋白，经过浸泡、脱水、拆丝、卤煮、调味等工艺，得到具有与动物肉类似的形态、口味、咀嚼感的产品。此时的植物肉初具肉的形态、风味、口感，具有类似肉的丝状纤维结构，可制成鸡肉、猪肉、牛肉等不同风味的产品。但该产品还具有较重的豆腥味，给消费者带来不愉悦感。

第4代产品是用挤压设备，增大含水量，降低膨化度制作的拉丝蛋白，称为湿法工艺拉丝蛋白或高湿拉丝蛋白。高湿拉丝蛋白含水量在50%以上，具有浓密的丝状纤维结构，在口感和风味方面与真肉的质地、口感、色泽、口味都十分接近，甚至还具有肉的血色。该产品可通过醛脱氢酶降解异味分子物质，去除豆腥味；可通过谷氨酰胺转氨酶使植物肉的蛋白丝紧密粘合成肉排；通过提取血红素基因片段植入酵母，可大量生成血红素，赋予植物肉鲜亮的肉的色泽。

第5代产品为细胞培养肉，从动物身上提取干细胞，加入专用培养基，在一定的培养条件下，培育成肌干细胞，进而再培养出肌肉组织。该产品并非严格意义上的植物肉，但作为一种新型的肉的替代品，发展势头不可小觑。不需饲料，不需要屠宰牲畜，可以吃上与动物肉一样的肉，且不含激素，不含抗生素，潜力巨大。其由于成本较高，还未得到规模化生产。国内从事细胞培养肉的有3家企业，有香港AvantMeats公司、南京周子未来食品公司、上海CellX公司。细胞肉的生产，体外细胞培养基的成本最高，占整个培养成本的70%以上。2021年底，以色列的FutureMeat公司宣称每块鸡肉的成本降至1.7美元，折合人民币每克0.1元。

2.2 植物肉生产技术

植物蛋白与动物蛋白在分子结构上有着本质区别，动物蛋白含有纤维状的2类蛋白，即肌球蛋白和肌动蛋白，这2类蛋白赋予动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、大米蛋白等多为球状蛋白，这类蛋白的结构更加复杂，与纤维状蛋白有很大不同。因此如果用植物蛋白做出肉状的质构，需要把植物蛋白的分子结构进行重新排列，形成同向均匀的纤维结构，该过程也叫蛋白组织化，通常有以下几种方式。

2.2.1 静电纺丝

静电纺丝技术是在高电压条件下，溶液中的聚合物，产生长径比较高的纳米纤维。生产植物肉过程中，该技术要求蛋白质及其他聚合物溶液需满足一定条件，如高溶解度、黏度、表面张力、导电性等，否则溶液不能形成泰勒锥，并被吸引到金属收集器中[10]。

2.2.2 挤压技术

挤压技术仍是生产植物肉的主流技术，主要设备为双螺杆挤压机，配好的物料经过螺杆的挤压作用，通过各式各样的模具，便可以形成特定形状及组织状态的产品。双螺杆挤压技术的特点是占地面积小、易操作、产能高、无污染、营养损失少等[11]，利用挤压技术可使植物蛋白挤压成类似肉的纤维结构，叫作组织蛋白和拉丝蛋白。组织蛋白含量较低，通常在60%以下，内部孔隙较大，成丝较少，肉感较低，通常被用作辅料添加到肉馅中。拉丝蛋白含量较高，通常在60%以上，丝感强、肉感强，可通过卤制工艺加工成最终的植物肉产品被直接食用。

挤压技术被广泛研究多年，可分为低水分拉丝蛋白和高水分拉丝蛋白，低水分拉丝蛋白水分在13%以下，易保存，使用时需先复水；高水分拉丝蛋白水分在50%~70%，纤维程度强，弹性高，使用时不用复水，需要冷冻保存[12]。高水分拉丝蛋白形成致密、未膨胀或几乎不膨胀的链，在释放到大气中之前需要冷却到100 ℃左右或以下，以避免水蒸发、膨胀不受控制[13]。Wittek等[14]研究表明，高水分挤压工艺和产品设计必须考虑多相动力学，分子结构的研究很重要，因为它会影响系统中的流变特性和水动力学，各向异性结构的形成是由具有局部不同水浓度的多相系统引起的。Osen等[15]发现，通过在高水分（＞40%）和高温（＞100 ℃）下挤出，可获得这些肉类类似物所需的各向异性产品结构；冷却模具可防止基体膨胀，并有助于形成各向异性结构。

2.2.3 食品打印技术

3D打印是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造产品的快速成型技术，利用计算机将数字模型分解成若干层平面切片，逐层打印叠加，便可进行生产[16]。食品领域中可用的3D打印技术通常包括4种类型：挤压式打印、选择性烧结印刷、黏合剂喷射和喷墨打印[17]。徐书洁[18]研究出3D打印配方，大豆组织蛋白和大豆分离蛋白的比例为30 g和3 g，另外添加6.5 g马铃薯淀粉、0.6 g魔芋胶、0.5 g牛肉香精、0.3 g食盐、7.5 g水分、0.2 g复合磷酸盐。通过使用TG酶改善产品的质构，并通过正交试验确定TG酶最佳使用参数。

2.2.4 卤制蒸煮技术

卤制技术为中国独具特色肉制品生产技术，被应用于植物肉生产中，焦文静[19]研究3种加工工艺，先卤后炸、先炸后卤、卤制烘烤3种生产工艺，直接卤制烘烤的香气及口感较前2种工艺较差，优势是产品的保质期较长，随着时间的延长，风味及口感变得更柔。李雪莲等[20]利用大豆蛋白和魔芋制作素火腿肠，断截面有显著的纤维丝质感，柔韧性较强，口感比较纯正，质地较好，可以给人以适宜的咀嚼感觉。不经高温灭菌的产品，在0~5 ℃冷藏可储藏6个月；经高温灭菌火腿肠在常温下，保质期为3个月。赵知微[21]研究以大豆组织蛋白制作素肉饼，复水温度40 ℃，复水时间30 min，配方为水23%、油17%、大豆分离蛋白5%、马铃薯淀粉8%、魔芋胶1.5%、小麦蛋白6%。素食肉饼的最佳烹饪条件为温度100 ℃、时间20 min。

2.3 植物肉国内外发展现状

2019年全球十大突破性技术中，就包括人造植物牛肉肉排技术[22]。全球人造肉发展潜力空间大，据Marketsand Markets报告，全球人造肉行业市场规模逐渐扩大，2019年全球人造肉市场规模达121亿美元，预计2025年达279亿美元。一方面全世界肉类消费量不断增加，现有的肉制品将不能满足未来人口的需求，另一方面在环境保护和健康推动下，世界上素食者的数量正在增加，人们对植物产品的兴趣也在增加。因此，对肉类替代品的需求很大。初创科技公司和大型肉类公司都加入植物肉类行业。美国在全球市场上占有很大份额，巴西、中国等企业也进入植物肉市场[23]。

植物肉的发展国外早于国内，美国市场发展比较成熟，老牌公司如泰森、嘉吉、JBS、荷美食品等公司，初创公司如BeyondMeat、ImpossibleFood、GoodCatch等公司。2019年，美国BeyondMeat植物肉公司在纳斯达克交易所上市[24]。上市首日，股价上涨163%，成为植物肉界的标志性事件，刺激全球植物肉市场的蓬勃发展和资本的涌入，也影响我国植物肉的发展。国内加入植物肉赛道同样既有老牌的食品企业，如烟台双塔、浙江百草味、双汇、金锣、金字火腿等，初创企业也蜂拥而出，如星期零、珍肉、庖丁造肉、HeyMaet等（表2）。同时国外公司也纷纷在中国布局，推出自主品牌和产品，如BeyondMeat在国内推出别样肉客品牌，雀巢推出佳植肴品牌，联合利华推出植卓肉匠品牌（表3），可以看出2020年是植物肉爆发的1年，据不完全统计，仅2020年，初创公司成立就有6家，外企布局中国3家。

表2 初创公司成立一览表

表3 外企布局中国一览表

虽然国外的植物肉生产早于国内，技术也比较成熟，但国内的技术发展较快，不少国内企业也拥有自己代表性的核心技术，如：陕西佰鸿集团拥有“细胞无血清培养”“干细胞的3D扩增”“肉ECM的分泌诱导”“肉的3D打印成型”技术；星期零公司将植物油脂进行定向氧化，能产生动物脂肪的风味，并且温度不同，风味也不同，香味逼真，使得植物肉风味更加饱满；江苏好植健康公司通过特异定向酶解技术，生产的蛋白肽小肽含量、过敏因子和不良寡糖去除率都达到国际先进水平；杭州健康科技有限公司突破五花肉技术难关，研发蛋白多级挤压重组技术，蛋白与多糖定向组装技术，多级生物酶耦合技术等。

2.4 国内外专利布局

从国际相关论文发表数量来看，美国发表的植物肉类论文总数远远领先，达到66篇，远远高于第2位的德国（35篇）和第3位的荷兰（33篇）。中国以19篇文章排名第四，与中国几乎相当的是加拿大（18篇）。植物肉类相关的研究机构主要是科研院所和大学。荷兰瓦赫宁根大学和研究中心排名第一，有25篇相关权威论文，第二名是美国密苏里大学，共有11篇文章，第三和第四是中国农业科学院和德国卡尔斯鲁厄理工学院，共有8篇和7篇文章[25]。国外专利，在已公开的国际人造肉专利中，2001—2003年平均申请量较低，此后美国、澳大利亚、非洲、日本等国家相继申请专利，2013年之后随着人造肉商品化市场的推进以及技术的升级，以美国和日本为首的国际专利申请量逐年上升，至2017年人造肉国际专利申请量最高，达到22件[26]。

国内2000—2003年，年平均专利申请量处于较低水平，我国的首个植物基肉2002年在武汉研制成功，并获国家生物技术专利[27]；2004—2015年，国内企业植物肉方面的专利数量开始逐步提升，同一时期，国外企业研发投入开始增加，并在中国进行专利的申请；2016年后，人造肉专利申请出现快速增长趋势，2016年申请量达到36件，2017年、2018年国内已公开申请的数量已达到20件以上。植物蛋白肉技术、人造肉商品化技术、细胞培养肉技术，申请量占比分别为77%，17%和6%。CN201910702815.7公开一种提高动物细胞来源人造肉颜色品相的方法。CN201910702850.9公开一种谷氨酰胺转氨酶复合酶及其在人造肉加工中的应用，提供了一种谷氨酰胺转氨酶复合酶。CN201910702856.6公开一种提高动物细胞来源人造肉形态品相的方法。CN201910560121.4公开一种高生物价植物蛋白人造肉的生产方法，采用高生物价原料，经冻结、气化工艺，产生纤维状多孔组织蛋白，该人造肉口感良好，有肉类咀劲，营养丰富，是动物肉的优选替代品。

3 植物肉未来及展望

3.1 命名

理想的命名应该在进入消费者意识的瞬间，就能引起消费者注意，对新产品的信息能够充分地表达，与传统的肉类产品区别明显。普通消费者对生物技术，尤其是食品中使用的生物技术常常持怀疑态度，一个不恰当的描述可能需要几十年才能完全摆脱其负面影响。另外，消费者对于新产品的安全性具有很高的关注度，给新产品起一个与监管条文、标签标识相同的名字对于提高消费者的接受度、减少消费者的疑虑具有积极作用[28]。在国内，植物肉通常与其他类似的名字混淆，如素肉、人造肉、替代肉等，被误认为是一类食品。中国文化深厚，不同的名称表达的含义不同，植物肉与动物肉相对，材料来源为植物，不含动物性成分；人造肉与天然肉相对，包含植物肉、细胞培养肉；素肉与荤肉相对，不含动物成分，也不含海鲜成分，虫卵及其他非素成分。不同名称对消费者形成不同的直觉冲击，也影响产品的市场。人造肉冠以“人造”二字，不利于得到消费者的认同，会被消费者认为添加各种成分经人工制造而成，不健康，降低消费者的购买欲。素肉会被认为给专门吃素的人群食用的，而大部分消费者是非素人群，也不利于产品的销售。植物肉或植物蛋白肉的名字给人以绿色健康的感觉，因此最为合适。

3.2 发展优势

3.2.1 保护环境

植物肉生产可节约大量土地、粮食、水等自然资源。有数据显示，如果全世界植物肉能够代替10%的动物肉，CO2的排放将减少1.76亿 t，可节约86亿 t的水。家禽家畜的饲养业对环境不太友好，消耗太多的土地和饲料。尤其是牛肉，不但饲料转化率最低，而且牛反刍产生的甲烷是一种温室气体，其温室效应是二氧化碳的25倍[29]。

3.2.2 安全保障

动物的培育、生长、养殖容易受病疫、国际贸易关系、繁殖周期、食品安全等影响，植物肉不会有瘟疫问题，不受动物的生产周期限制，生产过程中也无需要抗生素和激素，过程短而可控，所以将来更适合规模化生产，安全程度更高，更有利于人体健康，有力促进环境保护。

3.2.3 政策

国家发改委发布的《“十四五”生物经济发展规划》中提出：发展合成生物学技术，探索研发“人造蛋白”等新型食品……实现食品工业迭代升级，降低传统养殖业带来的环境资源压力。这对植物肉的发展具有积极的促进作用。

3.2.4 消费者理念的转变

随着人民生活水平的不断提升，人们对健康、疾病认识的提高，传统肉制品对人的吸引力正逐渐降低，越来越多的消费者转向替代饮食。以植物为原料富含蛋白质的植物肉制品正在逐渐受到人们的欢迎，并将受到想要吃肉但害怕肥胖的年轻人和环保人士的广泛欢迎[30]。

4 结语

植物肉不仅营养、健康，还能够减轻牲畜对环境和人类健康的负面影响，植物肉的前景不可估量。不久的将来，植物肉营养成分与动物来源的肉类几乎相似，能够产生肉质的质地、多汁性、口感和风味。尽管这样，植物肉还存在一些问题，如昂贵的价格，口感、口味距肉差距较大等，人们对食品添加剂的担忧，因此，植物肉仍处于市场培育阶段，面临许多技术挑战。中国的植物蛋白肉食品需要以独特的饮食文化为基础，发展多样化的植物蛋白肉食，并逐步发展成各种中餐。植物肉可以看作是一个新的食品，让消费者多一个选择，而不是取代动物肉，人们食肉的习惯根深蒂厚，许多人对植物肉还很陌生，尤其是在我国，人们刚从温饱解脱出来不久，不要妄想使人们放弃动物肉，但植物肉代替一定比例的动物肉可以实现，未来可以预见，动物肉与植物肉会达到一个合理的平衡点。