高水分挤压豌豆分离蛋白和小麦面筋蛋白植物蛋白素肉饼的品质特性研究

俎新宇 赵亚男 陈星烁 张树成 赵秀兰 赵祥忠 梁艳

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.05.008

引文格式：俎新宇，趙亚男，陈星烁，等.高水分挤压豌豆分离蛋白和小麦面筋蛋白植物蛋白素肉饼的品质特性研究[J].中国调味品，2024，49（5）：47-51，64.

ZU X Y， ZHAO Y N， CHEN X S， et al. Study on quality characteristics of high-moisture extruded pea protein isolate and wheat gluten protein plant protein vegetarian meat patty[J].China Condiment，2024，49（5）：47-51，64.

摘要：采用双螺杆挤压机将豌豆分离蛋白（PPI）和小麦面筋蛋白（WGP）按照不同比例在水分含量为60%的条件下挤压，制备植物组织蛋白，然后经深加工制备100%植物蛋白素肉饼，考察不同原料配比对植物蛋白素肉饼品质特性的影响。通过与市售牛肉饼对比，结果显示，植物蛋白素肉饼的烹饪损失率降低了10%，持水率增加了34%，直径、厚度变化率也显著降低。在豌豆分离蛋白∶小麦面筋蛋白为7∶3（P70W30）的比例下植物蛋白素肉饼与市售牛肉饼的质构特性相似度最高，且比市售牛肉饼更有嚼劲。感官品评显示豌豆分离蛋白∶小麦面筋蛋白为7∶3（P70W30）最符合大众消费者对产品的品质要求。所有比例的产品均无豆腥味。总的来说，该研究成功制备了比市售牛肉饼营养价值更高、品质特性相似的植物蛋白素肉饼，为高水分挤压植物组织蛋白在植物蛋白素肉饼中的应用提供了参考。

关键词：植物蛋白；肉类类似物；高水分挤压；植物蛋白素肉饼；品质特性

中图分类号：TS201.21      文献标志码：A      文章编号：1000-9973（2024）05-0047-05

Study on Quality Characteristics of High-Moisture Extruded Pea Protein Isolate

and Wheat Gluten Protein Plant Protein Vegetarian Meat Patty

ZU Xin-yu1， ZHAO Ya-nan1， CHEN Xing-shuo1， ZHANG Shu-cheng2， ZHAO Xiu-lan3，

ZHAO Xiang-zhong1*， LIANG Yan1*

（1.School of Food Science and Engineering， Qilu University of Technology （Shandong Academy of

Sciences）， Jinan 250353， China; 2.Yantai Shuangta Food Co.， Ltd.， Zhaoyuan 265404，

China; 3.School of Public Health， Shandong University， Jinan 250100， China）

Abstract： A twin-screw extruder is used to prepare plant tissue proteins by extruding pea protein isolate （PPI） and wheat gluten protein （WGP） with different ratios under the condition of the moisture content of 60%， and then 100% plant protein vegetarian meat patty is prepared by deep processing. The effects of different raw material ratios on the quality characteristics of plant protein vegetarian meat patty are investigated. By comparing with commercially available beef patty， the results show that the cooking loss rate of plant protein vegetarian meat patty decreases by 10%， the water holding capacity increases by 34%， and the change rates of diameter and thickness significantly decrease. At the ratio of pea protein isolate to wheat gluten protein of 7∶3（P70W30）， the similarity in texture characteristics between plant protein vegetarian meat patty and commercially available beef patty is the highest， and it is more chewy than commercially available beef patty. Sensory evaluation shows that pea protein isolate to wheat gluten protein of 7∶3 （P70W30） meets the quality requirements of consumers for the product best. All ratios of products have no beany flavor. Overall， plant protein vegetarian meat patty with higher nutritional value than commercially available beef patty and similar quality characteristics is prepared

收稿日期：2023-12-12

基金项目：山东省重点研发计划（2020CXGC010604）

作者简介：俎新宇（1999—），男，硕士研究生，研究方向：蛋白质工程。

*通信作者：赵祥忠（1969—），男，副教授，硕士，研究方向：海洋食品与生物技术；

梁艳（1984—），女，副教授，博士，研究方向：蛋白质工程。

in this study， which has provided references for the application of high-moisture extruded plant tissue proteins in plant protein vegetarian meat patty.

Key words： plant protein; meat analogue; high-moisture extrusion; plant protein vegetarian meat patty; quality characteristics

肉类是蛋白质和几种重要营养素的膳食来源，然而，过度食用加工肉类会提高患某些癌症、心血管疾病和糖尿病的风险[1]。如今人们对健康和可持续食品的认识度逐渐升高，目前许多城市和国家对汉堡等方便食品的需求量不断增加，利用更健康的植物蛋白来替代肉类中的蛋白质可以降低患高血压和糖尿病等的风险[2]。因此，为了满足消费者这一需求，用于模仿传统肉类的植物蛋白素肉饼是一个合适的选择[3]。

目前，关于植物蛋白素肉饼的加工研究较多。例如，Hidayat等[4]研究了植物组织蛋白对牛肉香肠品质特性的影响，结果发现植物蛋白香肠提高了牛肉香肠的保水能力并降低了烹饪损失率，且保持了产品良好的感官接受度。关于植物蛋白素肉饼的研究，Taylor等[5]研究利用30%乳清蛋白和20%大豆蛋白制备植物肉饼，制备的植物肉饼中只有约50%的成分由植物组织蛋白组成。Bakhsh等[1]和Kassama等[6]研究发现在牛肉饼中加入部分植物组织蛋白可以改善牛肉饼的硬度、内聚性和韧性。目前大豆分离蛋白、豌豆蛋白和小麦面筋蛋白被广泛用于生产植物组织蛋白，因为它们能够模仿与真正肉类相似的色泽和质构，且比真肉有更高的营养价值。Samard等[7]将大豆分离蛋白和小麦面筋蛋白在40%水分含量下混合挤压生产100%植物蛋白素肉饼，虽然与真肉饼有一定的相似度，但是豆腥味难以去除，且持水率较低。近年来的研究中豌豆蛋白和小麦面筋蛋白在植物组织蛋白制备中被广泛使用，这是由于小麦面筋蛋白在高温、高水分挤压下能够形成致密的网状结构，锁住水分，且没有大豆分离蛋白的豆腥味和致敏性[8]。Shen等[9]研究了添加豌豆蛋白对牛肉饼理化特性的影响，结果证实豌豆蛋白的功能属性延续到了最终产品中且添加植物蛋白可以减少烹饪损失并且提高产品质量。

尽管有大量关于植物组织蛋白生产和应用的研究，但是很少有关于高水分挤压组织蛋白在植物蛋白素肉饼中的应用研究，高水分挤压的植物蛋白肉无需复水处理步骤即可拆丝生产加工成植物蛋白素肉饼。目前还没有高水分挤压法基于豌豆蛋白和小麦面筋蛋白在100%植物蛋白素肉饼中的应用研究。本研究的目的是基于豌豆分离蛋白和小麦面筋蛋白通过高水分挤压得到植物组织蛋白，再加工成100%植物蛋白素肉饼，对不同蛋白原料比例对最终植物蛋白素肉饼产品色泽、持水率、烹饪损失率和质构等特性的影响进行综合研究，并且将其与市售的牛肉饼作对比，为后续不同植物蛋白原料植物蛋白素肉饼的开发提供了参考。

1  材料和方法

1.1  材料和试剂

豌豆分离蛋白（PPI，纯度≥90%）：烟台双塔食品有限公司；小麦面筋蛋白（WGP，纯度≥90%）：封丘县华丰粉业有限公司；复合磷酸盐（CP，纯度≥90%）：江苏燕科生物工程有限公司；菜籽油：高安市清河油脂有限公司。

1.2  仪器与设备

AHT36实验双螺杆挤出机  山东真诺智能设备有限公司；Scientz-18N真空冷冻干燥机   宁波新芝生物科技股份有限公司；EZ-Test生物力学测试仪  日本岛津公司；NR10QC色差仪  深圳市三恩时科技有限公司；ZBJ-400B斩拌机  潍坊华杰机械有限公司；拆丝机  诸城市晟兴机械科技有限公司。

1.3  方法

1.3.1  植物组织蛋白的制备

通過同向旋转的实验双螺杆挤出机进行，挤出机由给料机、高温挤压区（分为7个加热区间）和冷却模具组成。冷却模具尺寸为70 mm×100 mm×1 800 mm（宽×高×长）。螺杆长度为125 cm，螺杆直径为4 cm（L/D=31.25）。原料混合物由PPI和WGP以不同比例混合而成，详细样品比例见表1，向其中加入1%的复合磷酸盐作为保水剂。使用给料机将混合均匀的样品原料以10 kg/h的速率进料到挤出机中。通过入口以15 kg/h的恒定流量将水注入挤压机中，以获得最终产品中约60%（湿基）的水分含量。螺杆速度设置为800 r/min，从进料到模具的7个区域中筒体温度设置为40，60，80，120，140，160，150 ℃。使用循环水进行冷却，并将冷却模具末端温度设置为50 ℃。从冷却模具的末端收集挤出物，然后将挤出物冷却至室温，使用真空密封器真空包装在塑料袋中，后续进行拆丝处理。

1.3.2  植物蛋白素肉饼的加工工艺

植物蛋白素肉饼的生产工艺流程：高水分植物组织蛋白→拆丝→复配增稠剂→添加辅料→搅拌→成型→速冻→金属探测→包装→成品。

该加工工艺使用本实验室研发的工艺进行。挑选成型好、色度黄色的植物组织蛋白使用拆丝机进行拆丝，拆丝机转速为35 Hz，丝长度为3～5 cm，拆丝结束后加入复配增稠剂、冰水和菜籽油，使用斩拌机在转速3 600 r/min条件下斩拌8 min，全程控制温度小于8 ℃，斩拌结束后将物料运输到肉排成型机中生产植物蛋白素肉饼，最终样品经过速冻和金属探测后真空包装，保存在-20 ℃冰箱中以备后续测试。产品配料表见表2。

1.3.3  色度分析

使用色度计对植物蛋白素肉饼样品的色度进行测量分析。在测量之前，使用白色校准瓦片进行校准。参数表示为L*值（亮度）、a*值（红色或绿色）和b*值（黄色或蓝色）。在随机选择的位置对每个样品进行10次测量。标准白板的L0*值、a0*值和b0*值分别为95.13，－0.64，0.68。

1.3.4  烹饪损失率

根据Samard等[10]的方法并适当改进来测定植物蛋白素肉饼的烹饪损失率。通过分析生肉饼和熟肉饼样品的质量差异来确定肉饼样品的烹饪损失率。每个样品均测量3次并取平均值。烹饪损失率的计算见公式（1）。

烹饪损失率（%）=生肉饼质量（g）－熟肉饼质量（g）生肉饼质量（g）×100%。 （1）

1.3.5  持水率

持水率根据Heywood等[11]的方法进行，将每个样品取10 g在110 ℃下干燥至恒重以测定生肉饼和熟肉饼的水分含量，每个样品均测量3次并取平均值。持水率的计算见公式（2）。

持水率（%）=熟肉饼质量（g）×熟肉饼含水率（%）生肉饼质量（g）×生肉饼含水率（%）×100%。（2）

1.3.6  直径和厚度变化

植物蛋白素肉饼的直径和厚度参考Gisandro等[12]的方法进行测定，测定了生肉饼和熟肉饼的直径和厚度，每个样品测量3次并取平均值，按照公式（3）和公式（4）计算。

直径的变化（%）=生肉饼直径（mm）－熟肉饼直径（mm）生肉饼直径（mm）×100%。（3）

厚度的变化（%）=生肉饼厚度（mm）－熟肉饼厚度（mm）生肉饼厚度（mm）×100%。（4）

1.3.7  硬度分析

使用生物力学测试仪进行硬度的测定，分析了不同比例的PPI和WGP混合原料加工成的植物蛋白素肉饼煮熟后样品的硬度，将样品切割成30 mm×7 mm×30 mm（宽×高×长）的长方体，使用疲劳弹性测试的球形探头以0.5 mm/s的速度下压样品，将样品压缩至厚度的50%，维持下压状态60 s，使球形探头感受产品的回弹力，取下压至样品厚度的40%时探头感受到的力为样品的硬度。

1.3.8  嫩度、咀嚼性分析

煮熟的植物蛋白素肉饼的咀嚼性和剪切力使用Warner-Bratzler试验来测定，Warner-Bratzler试验可以通过测试样品的最大剪切力来反映植物蛋白肉样品的嫩度和咀嚼性。根据Novakovic＇ 等[13]的方法并进行改进，评估样品的嫩度和咀嚼性。将挤出物切割成15 mm×7 mm×50 mm（宽×高×长）的长方体。使用沃布氏切刀沿着挤出方向以1 mm/s的速度切割样品。产品的嫩度用切割强度F表示，产品的咀嚼性用剪切能（剪切过程中切割强度在切割过程中的积分）表示。每次分析重复3次，以测量每个样品的切割强度（n=3）。

1.3.9  感官品评

挑选20名感官品评人员对植物蛋白素肉饼烹饪后成品的硬度、咀嚼性、拉丝效果、风味与市售熟牛肉饼外观和品质的相似度进行评分。品评间隔用漱口水漱口来减小实验误差。感官品评标准见表3。

1.3.10  统计分析

采用IBM SPSS 24.0软件对植物组织蛋白、生蛋白素肉饼和熟蛋白素肉饼进行分析。使用方差分析（ANOVA）和皮尔逊相关系数（r）对所有数据进行分析，显著性水平P＜0.05表示差异显著。使用Origin 2021软件绘图。

2  结果和分析

2.1  色度分析

植物蛋白素肉饼的外观颜色影响着消费者的接受程度，不同原料配比对制备的植物组织蛋白拆丝处理后生产的植物蛋白素肉饼色泽的影响见表4，选取了市售牛肉饼作为对照。

由表4可知，随着原料中WGP比例的增加，植物蛋白素肉饼产品的亮度显著增加（P＜0.05），这是原料谷脘粉本身的白色导致的，但是影响不明显，先前报道了原料颜色对植物组织蛋白颜色的影响，但是以植物组织蛋白为原料生产的植物蛋白素肉饼中添加了复合增稠剂和菜籽油，为了模拟红肉，复合增稠剂中添加了植物衍生的红色色素，这些配料会对产品的颜色产生影响，从而降低原料本身对产品色澤的影响。P70W30样品的色泽和市售的产品最相似，总体来说，拆丝后的组织蛋白原料本身的颜色对最终植物蛋白素肉饼产品的颜色影响不大，不同原料配比制备的植物蛋白素肉饼产品色泽相差不大，都与市售牛肉饼的色泽相似。

2.2  烹饪损失率

植物蛋白素肉饼在烹饪前后保持内部水分和其他汁水的能力是产品的基本特性。任何烹饪方式做熟的素肉饼的外观和质地都直接受烹饪损失的影响[14]，它主要是由烹饪过程中液体（水和脂肪）的损失引起的[15]。先前的研究发现植物蛋白素肉饼的烹饪损失率和不同的变量有关，例如烹饪时间、温度、方法以及配方中的各种成分[16-17]。本研究以不同原料配比加工而成的植物蛋白素肉饼的烹饪损失率见表5，选取了市售牛肉饼作为对照和参考样本。

由表5可知，不同原料配比加工而成的植物蛋白素肉饼的烹饪损失率没有明显差异，烹饪损失率都稳定在11%左右，原因可能是加热后蛋白质的疏水残基暴露出来，加热后的蛋白素肉饼与水的亲水性相互作用减少，导致了水的泄露，这些现象在本实验的高水分挤压生产的植物组织蛋白中发生。Wi等[18]的研究也证实了原料中高水分含量的原料蒸煮损失率高。但是其烹饪损失率（约10%～12%）均显著低于市售牛肉饼（P＜0.05），该研究结果和不同挤压条件对植物蛋白素肉饼烹饪损失率的研究结果一致，所有植物蛋白加工而成的肉饼均比市售肉饼的烹饪损失率低，这可能是由于植物蛋白素肉饼内有着更少的油脂，从而减少了脂质和水分之间的疏水相互作用，提高了乳液的稳定性，减少了烹饪损失[19]。

2.3  持水率

由表5可知不同原料配比的植物蛋白素肉饼的持水率，不同原料配比的植物蛋白素肉饼的持水率（约46%～57%）显著高于市售牛肉饼的持水率（38.57±1.04）%（P＜0.05），这些研究结果与Samard等[7]的研究结果类似，他们在肉饼中加入了大豆分离组织蛋白原料，也增加了产品的保水性，这可能是纹理化的组织蛋白可以结合水和脂肪，从而导致产品的持水率比市售牛肉饼的持水率高。产品的持水率随着WGP比例的增加而增加，这是因为隨着WGP占比的增加，植物蛋白素肉饼中蛋白的孔隙率增加，多孔结构导致其可以吸收更多的水分，WGP在高温条件下热变形后形成的网状结构也可以锁住水分，从而增加产品的持水率，使产品更鲜嫩多汁。

2.4  直径和厚度的变化

由表5可知植物蛋白素肉饼烹饪前后直径和厚度的变化，所有原料配比的植物蛋白素肉饼直径和厚度的变化均显著低于对照的市售肉饼（P＜0.05）。烹饪后的熟植物蛋白素肉饼的形状更接近生肉饼，但是随着WGP比例的增加，肉饼的厚度变化减少，这是因为植物组织蛋白在高水分挤压过程中高温下形成致密的网状结构，生产的植物蛋白素肉饼即使在高温下烹饪，这些致密的结构也会使组织产品的形状发生变化，从而导致熟植物蛋白素肉饼的厚度变化小。总的来说，这些结果表明植物蛋白素肉饼比市售的肉饼在烹饪后有着更好的保持形态的能力。

2.5  质构特性分析

质构特性无疑是植物素肉饼产品最关键的属性，因为模仿真实肉饼的理想质构是肉类类似物的主要任务[20]。不同原料比例的植物蛋白素肉饼的硬度、嫩度和咀嚼性见表6。

由表6可知，随着WGP添加比例的不断增加，植物蛋白素肉饼的硬度显著增加（P＜0.05），先前的研究证实了WGP占比的增加使植物组织蛋白的硬度也增加。样品P70W30的硬度与市售牛肉饼最相似。产品的嫩度值随着WGP比例的增加而增加，嫩度值的增加代表着嫩度的降低，所有产品的嫩度值均高于市售牛肉饼的嫩度值，这说明植物蛋白素肉饼在嫩度方面还需要提升，没有完全模仿真正肉类的嫩度。咀嚼性代表咀嚼产品达到吞咽状态所需要的能量，在本研究中用剪切力和剪切距离的乘积作为产品的咀嚼性指标。所有不同原料配比的植物蛋白素肉饼的咀嚼性均高于市售牛肉饼，表明植物蛋白素肉饼拥有更好的嚼劲。除了植物组织蛋白对蛋白素肉饼的质构特性有影响外，加工肉饼的其他配料例如复合增稠剂等也会对其质构产生影响。总的来说，样品P70W30与市售牛肉饼的质构特性最相似。植物蛋白素肉饼使得肉饼的咀嚼性提升，这类产品更适合年轻人食用。

2.6  感官品评

感官品评可以使消费者更直观地对产品的外观和品质做出评价[21]。不同原料比例生产的100%植物蛋白素肉饼的感官分析结果见图1，雷达图提供了不同样品在6个特征方面的感官评分。主观感官品评得分结果和机器客观测试结果相似。

由图1可知，样品P70W30有着与市售牛肉饼最高的相似度和最高的消费者可接受度，而且该样品的咀嚼性也是最好的，表明添加适当比例的WGP可以增加产品的咀嚼性，又不会使产品变硬。当WGP添加过量时，例如样品P30W70会使产品过硬从而增加感官品评实验人员的咀嚼力和咀嚼次数。该比例原料生产的产品不适合老年群体。样品P100W0没有添加小麦面筋蛋白，产品过软，但是感官品评结果显示该产品与市售牛肉饼相似，其原因可能是烹饪使其表面看起来不那么软，但咀嚼度很小，使产品鲜嫩，这类食品适合老年群体。不同原料比例的添加会导致产品的品质特性不同。所有的样品在感官品评中均无豆腥味，表明利用PPI和WGP为原料生产植物蛋白素肉饼可以消除大豆分离蛋白带来的豆腥味。总的来说，可以根据不同人群的需要来调节原料的比例，但是显然P70W30符合大众消费者的审美和口味。

3  结论

本研究以不同比例的PPI和WGP为原料，通过高水分挤压制备了植物组织蛋白，利用其为主要原料加工制备了植物蛋白素肉饼，研究了原料配比对植物蛋白素肉饼品质特性的影响。通过与市售牛肉饼进行比较，结果发现植物蛋白素肉饼的烹饪损失率降低了10%，持水率增加了34%，烹饪后直径、厚度变化率也显著降低。在P70W30比例下植物蛋白素肉饼与市售牛肉饼的质构特性相似度最高，且比市售牛肉饼更有嚼劲。该研究成功制备了比市售牛肉饼营养价值更高、品质特性更好的植物蛋白素肉饼，为高水分挤压植物组织蛋白在植物蛋白素肉饼中的应用提供了参考，未来更多种混合原料植物蛋白素肉饼还需进一步探索。

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