植物蛋白发酵肉在发酵和贮藏过程中的营养品质变化

周鑫1,马宁2,王鑫1,王恰2,汪洋2,刘业学2,田晓静2,王稳航2 *

(1. 天津二商迎宾肉类食品有限公司,天津 300385;2. 天津科技大学 食品科学与工程学院,天津 300457)

摘 要: 采用乳酸菌制备植物蛋白发酵肉,研究其在发酵过程中理化性质、营养成分以及贮藏期间感官品质的变化。结果表明,发酵过程中植物蛋白发酵肉pH 值和还原糖含量呈下降趋势,总酸含量呈上升趋势。同时,在发酵过程中,大豆组织蛋白逐渐降解,发酵产品35 kDa 附近和11~25 kDa 的条带明显减弱,蛋白质二级结构变得更为松散,可溶性蛋白含量逐渐减少,多肽与氨基酸含量逐渐增加。此外,尺寸排阻色谱结果表明,发酵样品中分子量低于1 000 Da的多肽或氨基酸占比上升,蛋白质被分解为更小分子量的多肽或氨基酸。贮藏期间植物蛋白发酵肉pH 值与感官评分不断降低,14 d 后出现明显酸败,风味不再被接受,但乳酸菌活菌数一直保持在较高水平。因此,综合考虑该植物蛋白发酵肉的保质期可定为4 ℃下贮藏14 d 左右。综上所述,发酵赋予植物蛋白发酵肉更优的营养品质和更长的保质期。

关键词: 大豆组织蛋白;植物蛋白发酵肉;发酵过程;贮藏过程;营养品质

植物蛋白肉是以大豆蛋白、玉米蛋白、小麦蛋白等植物蛋白为原料,通过与其他植物性辅料进行复配而获得的一种与真实肉类具有类似外观、质地和风味的合成肉制品[1]。相较于传统肉制品,植物蛋白肉具有环境友好、绿色健康、资源可持续、营养配比合适等优势[2],极大程度上释放了农业用地资源[3],缓解了畜牧业所造成的全球变暖压力[4]。植物蛋白肉的营养比例可调控性使得其可以从人类个体需求方面去构建营养框架,对人的饮食平衡和身体健康起着至关重要的作用[5-6]。然而,目前植物蛋白肉的发展仍处于起步阶段,基础研究匮乏,产品形式单一,市场接受度低,营养评价体系空白。因此,亟需开展关于植物蛋白肉的各项研究。

发酵被定义为微生物在有氧或者无氧的环境下进行生命活动,将复杂的有机物自然分解为简单化合物的过程[7]。发酵不仅能够赋予食品独特的香气、风味和质地,提高消化率,降解某些过敏原、毒素以及抗营养因子等[8-9],还能将食物中的化学物质(如多酚)转变为更具生物活性或更容易被利用的形式,使其营养多元化。此外,发酵还可以改变食品作为材料时在物理功能方面的特性,使其成为制作配方食品的成分[10]。作为一种传统的食品加工方式,发酵是一个温和且耗能较少的过程,它不需要复杂的设备与流程,具有简洁、经济方便等特点,经过发酵的食品在营养价值与整体品质上都具有一定的优势。此外,发酵过程中还会产生细菌素,抑制病原微生物的生长,提高食品的安全性。同时,发酵还能产生众多的生物活性物质,在预防糖尿病、心血管疾病等慢性病以及预防癌症等重大疾病中发挥重要作用。

近年来,在植物基食品的基础上运用生物技术生产植物基发酵食品逐渐成为未来食品发展的一个重要方向。乳酸菌发酵的植物蛋白产品具有脂肪含量低、热量低和无胆固醇等特点,且不含乳糖,是乳糖不耐症患者的良好选择[11]。同时,乳酸菌发酵可去除某些植物蛋白原料本身不愉悦的风味,提升产品的风味与营养价值。然而,目前植物基发酵产品发展尚未打破固有的传统观念,仅局限于植物基发酵酸奶[12]、植物基发酵饮料[13]、植物基发酵饲料等[14],关于植物蛋白发酵肉产品的研究鲜见报道。

因此,以植物优质蛋白大豆组织蛋白为主体,通过添加乳酸菌发酵剂进行发酵,探究大豆组织蛋白产品(植物蛋白发酵肉)在发酵过程中理化性质和营养品质的变化,同时观察植物蛋白发酵肉发酵成熟后贮藏过程中的品质变化,旨在解析发酵对植物蛋白发酵肉带来的影响,以期丰富植物蛋白肉产品形式,并为植物蛋白肉行业的未来发展提供新方向和新思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大豆组织蛋白:福建省漳州素宝食品有限公司。制备混合发酵剂所用植物乳杆菌(Lactobacillus plantarumL. p)与戊糖片球菌(Pediococcus pentosaceusP. p)菌株由天津科技大学生物工程学院提供。

MRS 琼脂培养基、MRS 肉汤(均为生化试剂):青岛海博生物技术有限公司;三丁酸甘油酯(分析纯):上海麦克林生化科技股份有限公司;3,5-二硝基水杨酸(分析纯):上海源叶生物科技有限公司;二喹啉甲酸(bicinchoninic acid,BCA)蛋白浓度试剂盒(生化试剂):上海碧云天生物技术有限公司;还原型谷胱甘肽(生化试剂):北京索莱宝生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

高速冷冻离心机(DZ5-WZ):湘仪离心机仪器有限公司;真空冷冻干燥机(LGJ 0.5):美国Thermo Electron 公司;紫外分光光度计(UV 3600 Plus):日本岛津公司;高效液相色谱(1260 Infinity Ⅱ Prime):德国安捷伦公司;傅里叶变换红外光谱仪(VECTOR 22):德国布鲁克仪器公司。

1.3 方法

1.3.1 植物蛋白发酵肉产品加工工艺流程

工艺流程:大豆组织蛋白→添加辅料→添加混合发酵剂→混合均匀→压制成型→密封、恒温发酵→沥干水分→成品。

工艺要点:1)大豆组织蛋白放入玻璃罐中,每罐加入100 mL 纯净水;2)每罐依次加入1.5 g 食盐、2.0 g白砂糖、2.0 g 葡萄糖、0.8 g 鸡精、1.25 g 辣椒面、1.25 g花椒粉、1.25 g 孜然粉、0.5 g 五香粉与0.5 g 姜粉; 3)每罐中加入1.5 g 混合发酵剂(植物乳杆菌∶戊糖片球菌=1∶1),37 ℃恒温发酵,对照组每罐中加入10 g 脱脂乳冻干粉;4)发酵结束后,捞出罐中的大豆组织蛋白,沥干多余水分直至大豆组织蛋白质量为原始质量的3 倍,然后压制成型,密封,得到植物蛋白发酵肉;5)依照上述方法,分别制备发酵0、1、2、3 h 的样品备用。

1.3.2 植物蛋白发酵肉发酵过程中微生物数量变化

发酵过程中各个时间段样品的菌落总数采用GB 4789.2—2022《食品安全国家标准 食品微生物学检验菌落总数测定》方法检测。

各时间段样品中乳酸菌数采用GB 4789.35—2023《食品安全国家标准 食品微生物学检验 乳酸菌检验》方法检测。

1.3.3 植物蛋白发酵肉发酵过程中理化性质变化

1.3.3.1 还原糖

采用3,5-二硝基水杨酸(3,5-dinitrosalicylic acid,DNS)比色法测定样品发酵液中还原糖含量。

1.3.3.2 pH 值

准确称取发酵0、1、2、3 h 的样品3 g 并剪碎置于100 mL 烧杯中,加入27 mL 蒸馏水,室温振荡30 min后用滤纸过滤,使用pH 计测定滤液的pH 值。

1.3.3.3 总酸

参照GB 12456—2021《食品安全国家标准 食品中总酸的测定》中酸碱指示剂滴定法,检测发酵0、1、2、3 h样品的总酸含量。

1.3.4 植物蛋白发酵肉发酵过程中营养品质的变化

1.3.4.1 蛋白质降解

采用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfate -polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)与尺寸排阻色谱来反映发酵过程中不同样品的蛋白质降解情况。

SDS-PAGE 方法:发酵不同时间的样品被配制成2 mg/mL 的蛋白溶液,静置5 min,取上清液120 µL 加入30 µL 上样缓冲液,混匀后沸水浴5 min,冷却后依次加入电泳凝胶的凹槽中,每个样品上样量为12 µL,Marker 上样量为7 µL。电泳仪于80 V 电压下运行30 min 左右,至每个泳道中的条带都完全从浓缩胶进入分离胶中,电压升至120 V,运行约2 h 至条带到达分离胶底部。拆下电泳仪并小心剥离胶体,用考马斯亮蓝染色液浸泡胶体约2 h,再用脱色液对胶体进行脱色,直至分离胶上出现清晰的样品条带。

尺寸排阻色谱方法:采用高效液相色谱分析方法,以乙腈∶水∶三氟乙酸为45∶55∶0.1 的体积比配制流动相,使用TSK-GEL G2000 SWXL 色谱柱(7.8 mm×30 cm),设置色谱柱温度30 ℃,进样量10 µL,以0.5 mL/min的流速等度洗脱,运行45 min,在220 nm 波长下收集数据。以标准溶液得到的数据绘制出标准洗脱曲线,再根据标准曲线计算样品溶液中分子量分布情况。

1.3.4.2 蛋白质结构变化

精确称取不同时间段的冻干样品1.0 mg 置于玛瑙研钵中,分别与150 mg 溴化钾混合,研磨至粉末挂壁,收集粉末至压片机中加压45 s,取出样品薄片放入傅里叶变换红外光谱仪中,在样品分辨率为4 cm-1、扫描范围为4 000~400 cm-1的条件下进行32 次连续扫描,得到各样品的红外谱图。选取各样品1 700~1 600 cm-1 范围内的谱图进行处理及分析。

1.3.4.3 可溶性蛋白含量

取0.2 g 发酵过程中不同时间段的冻干样品,分别溶于10 mL 蒸馏水中,室温下振荡溶解10 min,于8 000 r/min 离心10 min 后快速吸出上清液,用蛋白质定量试剂盒(bicinchoninic acid,BCA)检测各个样品中可溶性蛋白的含量。

1.3.4.4 多肽含量

采用双缩脲法测定样品中多肽的含量。

1.3.4.5 氨基酸含量

样品中氨基酸含量采用Venusil AA 氨基酸分析柱(4.6 mm×250 mm)分析,在柱温40 ℃、进样量10 µL、波长254 nm 下用A、B 两种流动相梯度洗脱45 min,收集数据后以正亮氨酸为内标进行氨基酸组成分析。流动相A 为7.6 g 无水乙酸钠完全溶解于925 mL 超纯水中,添加微量冰醋酸使pH 值降至6.5,加入70 mL乙腈摇匀;流动相B 为800 mL 乙腈与200 mL 超纯水均匀混合,两种流动相均需用0.45 µm 滤膜进行过滤。按如下公式计算样品溶液中各氨基酸含量(C,µg/mL)。

式中:f1 为样品溶液各氨基酸峰面积/内标物峰面积;f2为混合氨基酸标准溶液各氨基酸峰面积/内标物峰面积;C0 为氨基酸标准溶液中各氨基酸浓度,µg/mL。

1.3.5 植物蛋白发酵肉贮藏过程中品质变化

1.3.5.1 乳酸菌数及pH 值

样品乳酸菌数及pH 值的测定参照1.3.2 和1.3.3的方法。

1.3.5.2 感官评价

选择接受过系统化感官培训的12 名食品专业学生成立感官评定小组,分别就外观、色泽、气味、质地、滋味5 个方面对植物蛋白发酵肉产品进行评分并汇总,评分标准如表1 所示。

表1 植物蛋白发酵肉产品感官评分标准
Table 1 Sensory scoring standard for fermented plant-protein meat products

项目外观色泽评分标准植物蛋白肉块紧实无分裂,切面整齐,无粘连植物蛋白肉块紧实,切面较整齐,无明显粘连植物蛋白肉块较紧实,略有分裂,切面较整齐,略显粘连植物蛋白肉块松散不紧实,切面不整齐,明显粘连色泽均匀饱满,有明显光泽色泽均匀,较有光泽色泽较为均匀,略有光泽色泽不均匀,暗淡无光泽得分16~20 11~<16 6~<11 1~<6 16~20 11~<16 6~<11 1~<6

续表1 植物蛋白发酵肉产品感官评分标准
Continue table 1 Sensory scoring standard for fermented plantprotein meat products

项目气味质地滋味评分标准明显发酵香味,无豆腥味,无异味有发酵香味,几乎无豆腥味,无异味发酵香味不明显,略有豆腥味,有酸败味无发酵香味,豆腥味大,酸败味重坚实有弹性,软硬适中,咀嚼性好有弹性,软硬适中,咀嚼性较好弹性较差,偏软或偏硬,咀嚼性较好弹性较差,过软或过硬,咀嚼性较差咸淡适中,酸味可口,滋味舒适咸淡较为合适,稍微过酸或略酸,滋味较好过咸或过淡,过酸或几乎不酸,滋味一般过咸或过淡,过酸或不酸,滋味较差得分16~20 11~<16 6~<11 1~<6 16~20 11~<16 6~<11 1~<6 16~20 11~<16 6~<11 1~<6

1.4 数据分析

所有试验数据均由至少3 组平行试验得出。使用SPSS Statistics 26.0 软件对所得数据进行统计分析与差异性比较,结果以平均值±标准差的形式表示。使用Origin 2021 软件将数据结果可视化,并对尺寸排阻色谱图像进行积分分析。

2 结果与分析

2.1 植物蛋白发酵肉产品直观图

植物蛋白发酵肉产品直观图如图1 所示。

图1 产品直观图
Fig.1 Pictorial diagram of product

由图1 可知,从外观来看,发酵组产品相较于对照组产品表面平整,颜色浅而透亮,更能激发消费者食欲。

2.2 植物蛋白发酵肉发酵过程中微生物数量变化

植物蛋白发酵肉发酵过程中微生物数量变化见图2。

图2 发酵过程中微生物数量变化
Fig.2 Microbial quantity change during fermentation

由图2 可知,随着发酵时间延长,发酵组与对照组菌落总数和乳酸菌数都在小范围内上下波动。在整个加工过程中,发酵组的乳酸菌数始终与菌落总数处于同一数量级(109 CFU/g),并且它们的波动趋势也基本一致,说明加入的乳酸菌发酵剂在发酵过程中占据绝对优势,乳酸菌数几乎等同于菌落总数。而对照组菌落总数高于乳酸菌数,并且计数平板上的菌落形态各异,如褶皱突起菌落、卵圆形黏稠菌落,证实了大豆组织蛋白产品本身、所用调料、容器表面含有一定数量的杂菌。此外,发酵组计数平板上除乳酸菌外没有其它菌落,说明添加乳酸菌作为发酵剂可以抑制原料中杂菌的生长。

2.3 植物蛋白发酵肉发酵过程理化性质的变化

植物蛋白发酵肉发酵过程中还原糖含量、pH 值和总酸含量变化见图3。

图3 发酵过程中还原糖含量、pH 值和总酸含量变化
Fig.3 Changes in reducing sugar content, pH value, and total acid content during fermentation

在发酵产品制作过程中,添加了葡萄糖作为发酵剂菌粉生长繁殖的能量来源,菌株进行生长代谢,葡萄糖就会被消耗。而葡萄糖属于还原糖的一种,还原糖含量的变化在一定程度上反映了发酵液中葡萄糖的消耗情况。由图3A 可知,发酵组发酵液中还原糖含量从(28.50±0.08) mg/mL 降到了(18.29±0.10) mg/mL,对照组发酵液中还原糖含量略有下降。这与上述微生物数量的变化情况相一致。说明发酵组中发酵剂菌粉的生长代谢旺盛,大量消耗葡萄糖进行生长繁殖,而对照组中微生物的生长繁殖迟缓。

由图3B 可知,随着发酵时间延长,发酵组pH 值急剧下降,由6.88±0.04 降至5.00±0.03,对照组样品pH 值由6.89±0.03 略下降至6.61±0.02。这是因为发酵组中乳酸菌发酵剂的添加,使得乳酸菌成为环境中的绝对优势菌,并且乳酸菌在生长繁殖过程中会代谢葡萄糖生成酸性代谢产物[15],在体系中解离出H+使环境pH 值急剧下降。对照组由于其原料本身附着的微生物或加工过程中的微生物侵染,会导致其在发酵过程中也会产生一定量的酸性物质,从而导致pH 值的略微下降。

pH 值表示的是有效酸度,仅反映已离解的酸的浓度。而总酸则是指食品中包含的所有酸性成分的总量,包括乳酸和其他的酸性成分[16]。由图3C 可知,随着发酵时间的延长,发酵组与对照组总酸含量均升高,尤其是在2~3 h 阶段,发酵组的总酸含量明显上升。发酵组由于两种乳酸菌进行兼性异型乳酸发酵,将碳水化合物分解产生乳酸[15],总酸含量升高。而对照组总酸含量上升可能是由于原料或容器表面存在的杂菌在发酵过程中也会产生部分酸性物质,导致总酸含量升高。

2.4 植物蛋白发酵肉发酵过程中营养品质的变化

2.4.1 蛋白质降解

2.4.1.1 SDS-PAGE

发酵过程中SDS-PAGE 结果见图4。

图4 发酵过程中SDS-PAGE
Fig.4 SDS-PAGE during fermentation

图4 清晰地展现出样品中11~245 kDa 分子量蛋白质的分布情况。大豆蛋白包括多种大分子蛋白质,这些蛋白质的分子量从几千到几十万道尔顿不等[17],而原始植物蛋白肉样品在48 kDa 及以下才开始出现明显条带,说明大豆组织蛋白在生产时大分子蛋白质被降解。在加工过程中,随着发酵时间延长,发酵组产品35 kDa 附近条带、11~25 kDa 条带明显减弱,而对照组相应条带无变化。这可能是由于植物蛋白发酵肉在发酵过程中,分子量大小为35 kDa 或11~25 kDa 的蛋白质部分被降解,但也可能是由于可溶性蛋白减少所导致的条带强弱发生变化。

2.4.1.2 尺寸排阻色谱

尺寸排阻色谱是常用的蛋白质及肽分子质量测定方法[18]。对尺寸排阻色谱所得数据进行分析得到图5,显示了发酵过程中样品小分子量蛋白质或肽的分布情况。

图5 发酵过程中分子量分布变化
Fig.5 Changes in molecular weight distribution during fermentation

由图5 可知,随着发酵时间延长,发酵组样品中高于10 000 Da 分子量的蛋白或肽段占比逐渐降低,低于1 000 Da 分子量的多肽或氨基酸占比上升,这说明上述SDS-PAGE 中35 kDa 和11~25 kDa 附近的条带减弱是由于蛋白质被分解成了更小分子量的多肽或氨基酸。而对照组则是高于10 000 Da 分子量的蛋白或多肽占比逐渐增加。据报道,分子量较小的生物肽一般具有较好的生理活性。因此,结合图5 的结果可知,随着发酵的进行,蛋白质被分解为分子量更低的小分子肽和氨基酸,在一定程度上提升了产品的功能特性和营养价值。

2.4.2 蛋白质二级结构变化

发酵过程中蛋白质二级结构变化见图6。

图6 发酵过程中蛋白质二级结构变化
Fig.6 Changes in protein secondary structure during fermentation

蛋白质的二级结构指的是在蛋白质肽链主链骨架当中,不同的肽段通过各自之间的相互作用形成氢键,之后沿同一主轴进行旋绕折叠而形成的规则或不规则的局部空间结构,二级结构包括α-螺旋、β-折叠、β-转角与无规则卷曲几个不同单元。傅里叶变换红外光谱谱图中位于1 700~1 600 cm-1 的酰胺I 带主要是键的伸缩振动,能够反映蛋白质二级结构的变化[19]

龙国徽等[20]研究表明,β-折叠含量与蛋白质的体外消化率呈显著负相关,相关系数为-0.615(p<0.194)。β-折叠结构中大量氢键的存在使蛋白酶的酶解作用受到阻碍,这便是影响消化率的主要因素。王京[21]也指出,α-螺旋含量高,β-折叠含量低,蛋白质结构呈现更为舒展、松散的状态,反之蛋白质结构则更规则、有序。由图6 可以看出,β-折叠是大豆蛋白二级结构中占比最高的,这是豆类蛋白共有的特点[21]。发酵过程中,发酵组各部分蛋白结构占比略有变化,到3 h 发酵结束时,α-螺旋含量由4% 增加至5%,β-折叠含量由75%减少至74%左右,说明发酵使产品的蛋白质结构变松散,有助于蛋白质的消化吸收。对照组则相反,表现为α-螺旋含量降低1%,β-折叠含量增加1%,蛋白结构变得致密。蛋白质的二级结构主要受氢键、范德华力、疏水相互作用以及静电相互作用等作用力的影响[22],发酵组与对照组样品二级结构出现不同的变化可能是乳酸菌发酵生成乳酸,体系pH 值降低,对氢键稳定性及静电作用造成影响引起的[23]

2.4.3 可溶性蛋白含量变化

发酵过程中发酵组与对照组样品可溶性蛋白含量的变化见图7。

图7 发酵过程中可溶性蛋白含量变化
Fig.7 Changes in soluble protein content during fermentation

由图7 可知,对照组加工过程中可溶性蛋白含量在(25.88±0.35)~(28.20±1.04) mg/g 间波动,而发酵组样品中可溶性蛋白含量不断减少,从(28.44±1.31) mg/g降至(20.56±1.58) mg/g。起初,发酵组与对照组样品可溶性蛋白含量无显著差异,从发酵2 h 开始到发酵结束,二者存在显著差异。Ren 等[24]用副干酪乳杆菌和植物乳杆菌共同发酵诱导大豆蛋白凝胶,也发现可溶性蛋白含量降低。原因可能是乳酸菌分泌的蛋白酶将大分子量的蛋白降解为多肽[25],导致可溶性蛋白含量减少;也可能是大豆蛋白的等电点在4.5 左右,发酵过程中pH 值不断降低,逐渐靠近等电点,导致蛋白分子表面电荷减少,分子间静电排斥减弱,疏水作用增强,形成聚集沉淀[26]

2.4.4 多肽含量的变化

发酵过程中样品多肽含量变化见图8。

图8 发酵过程中多肽含量变化
Fig.8 Changes in polypeptide content during fermentation

由图8 可以看出,发酵组与对照组样品多肽含量均随发酵时间的延长而增加,并且从2 h 开始,两组样品的多肽含量差异显著。乳酸菌可以产生菌株特异性肽酶,将样品蛋白分解产生多肽,造成多肽含量的升高。黄威等[27]利用微生物发酵菜籽粕,发现发酵5 d内,菜籽粕中多肽含量先升高后降低,原因是0~3 d 营养物质充足,微生物将蛋白分解成肽,发酵后期营养物质缺乏,微生物则优先利用肽以供生长。本试验中多肽含量未下降可能是发酵时间短,体系中的营养物质仍然富足。

2.4.5 氨基酸含量变化

发酵过程中各样品氨基酸组成情况见表2。

表2 发酵过程中氨基酸含量变化
Table 2 Changes in amino acid content during fermentation

氨基酸种类天门冬氨酸(Asp)谷氨酸(Glu)丝氨酸(Ser)甘氨酸(Gly)组氨酸(His)精氨酸(Arg)苏氨酸(Thr)丙氨酸(Ala)脯氨酸(Pro)酪氨酸(Tyr)缬氨酸(Val)蛋氨酸(Met)半胱氨酸(Cys)异亮氨酸(Ile)亮氨酸(Leu)苯丙氨酸(Phe)赖氨酸(Lys)对照组/(mg/g)0 h 62.02 107.67 24.69 18.48 13.49 2.59 32.07 24.09 32.29 23.60 24.16 2.50 1.73 26.46 43.80 31.19 36.60 1 h 61.09 105.76 25.02 18.95 13.45 2.81 32.23 24.57 33.07 23.60 25.00 1.70 1.83 27.25 44.66 31.49 35.87 2 h 64.88 111.75 27.10 19.97 14.26 2.90 33.83 25.75 34.24 24.58 25.34 2.45 1.61 27.33 45.95 32.90 38.33 3 h 62.19 109.08 26.98 18.80 13.53 3.04 32.62 25.09 34.11 24.45 24.64 2.04 1.89 27.21 45.44 32.48 36.11发酵组/(mg/g)0 h 67.01 115.01 27.97 19.15 14.26 3.60 34.35 26.74 33.75 24.79 25.93 2.22 1.74 27.43 45.63 33.02 39.48 1 h 71.52 107.46 30.83 21.60 15.04 4.71 37.87 28.83 37.13 28.10 29.03 1.67 2.38 31.83 51.11 36.89 40.50 2 h 67.75 116.18 28.32 19.59 14.67 3.84 35.45 27.81 36.42 26.18 26.83 1.85 2.03 29.37 48.48 35.11 39.05 3 h 74.80 130.36 31.44 24.70 16.35 2.66 37.38 30.21 39.53 28.19 29.76 4.16 2.18 32.84 54.79 38.49 45.57

由表2 可知,发酵组与对照组样品中各氨基酸含量均处于动态变化中,两组样品都是谷氨酸(Glu)含量最高,天门冬氨酸(Asp)次之。除了发酵组的精氨酸(Arg)、对照组的蛋氨酸(Met)和赖氨酸(Lys)在加工后含量略显降低,其余氨基酸的含量经加工后都有所增加,并且发酵样品各氨基酸的增幅远大于对照样品。值得一提的是,除色氨酸(Trp)未检测外,发酵组样品中其余7 种人体必需氨基酸的含量均显明显上升,表明发酵能够提高植物蛋白肉的营养价值,增强植物蛋白肉产品的市场竞争力。

乳酸菌除了产生分解蛋白的酶以外,还产生降解肽成为更小的寡肽和游离氨基酸的酶[25],将样品蛋白彻底分解生成氨基酸。Ren 等[24]指出,乳酸菌分泌的多种细胞外蛋白酶将大豆蛋白分解,提供了大量氨基酸,特别是必需氨基酸。刘静洁等[28]表示发酵能够优化氨基酸组成比例,提高产品营养价值。同时,氨基酸作为醇类、醛类、酯类和酮酸等挥发性风味物质的前体,间接参与了产品整体风味的形成[29]。对于加工后含量减少的氨基酸,可能是乳酸菌利用这些氨基酸进行蛋白质的合成以维持自身生命活动,这种现象也在其他的研究中被观察到,如Hwang 等[30]发现乳酸菌在生长繁殖过程中会大量利用精氨酸。

2.5 植物蛋白发酵肉产品贮藏过程中品质变化

贮藏期间发酵产品乳酸菌数、pH 值与感官评分变化见图9。

图9 贮藏期间发酵产品乳酸菌数、pH 值与感官评分变化
Fig.9 Changes in lactic acid bacteria, pH value, and sensory scores of fermented products during storage

从图9A 可以发现,贮藏18 d 内发酵产品的乳酸菌数不断波动,振荡上升,18 d 内乳酸菌数都在109 CFU/g以上,可以保持较高的菌活。GB 19302—2010《食品安全国家标准 发酵乳》规定,发酵后产品中乳酸菌数应大于等于1×106 CFU/g(mL),以此作为参考,本试验的发酵产品在18 d 贮藏过程中乳酸菌数均达标。

由图9B 可知,随着贮藏时间的延长,发酵产品的pH 值与感官评分大体上都呈现下降的趋势。在0~10 d产品外观无太大变化,但在气味方面发酵味越来越重,并且口感越来越酸。从12 d 开始明显有不新鲜气味,产品内吸附的汤汁变浑浊,口感极酸,不易被接受。在14 d 之后感官评分不及格,酸败味刺鼻,无法被接受。综合发酵产品贮藏期间pH 值、感官评分与乳酸菌数的变化,考虑本发酵产品在4 ℃下贮藏期为14 d 左右。

3 结论

本文主要分析了植物蛋白发酵肉在发酵和贮藏过程中理化性质和营养品质的变化。结果表明,在发酵过程中,原料中的蛋白质和碳水化合物在乳酸菌的代谢作用下生成丰富的游离氨基酸、有机酸和活性肽等,导致发酵产品的pH 值降低,总酸含量升高。同时,通过SDS-PAGE 和尺寸排阻色谱观察到发酵过程中蛋白出现降解,小于1 000 Da 分子量的多肽或氨基酸占比明显上升,进而引起可溶性蛋白、多肽、氨基酸含量等相关指标的变化。此外,观察到蛋白质二级结构变得更为松散,更易于消化吸收。总体而言,发酵赋予了植物蛋白肉产品更高的营养价值与更好的感官特征。在贮藏期间,发酵产品随放置时间的延长,品质不断下降,在14 d 后口感风味不再被大众接受,但产品的乳酸菌活菌数一直保持较高水平,因此拟定本发酵产品的货架期为4 ℃下14 d 左右。这些研究结果可以为植物蛋白肉发酵产品的产业化发展提供数据,为植物基食品行业的未来发展提供新方向和新思路。

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Changes in Nutritional Quality of Fermented Plant-protein Meat During Fermentation and Storage

ZHOU Xin1, MA Ning2, WANG Xin1, WANG Qia2, WANG Yang2,LIU Yexue2, TIAN Xiaojing2, WANG Wenhang2 *
(1. Tianjin Er-shang Yingbin Meat Food Co., Ltd., Tianjin 300385, China; 2. College of Food Science and Engineering, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China)

Abstract: Using lactic acid bacteria to prepare fermented plant-protein meat, this study investigated the changes in its physicochemical properties and nutritional components during fermentation and sensory quality during storage. The results showed that the pH value and reducing sugar content of the fermented plant-protein meat represented a decreasing trend, while the total acid content showed an increasing trend during fermentation. Meanwhile, soybean tissue protein gradually degraded during fermentation, with noticeable weakening of the bands around 35 kDa and 11-25 kDa, indicating a loosening of the secondary protein structure, a gradual decrease in soluble protein content, and an increase in polypeptide and amino acid content. Additionally, the results of size-exclusion chromatography demonstrated an increased proportion of polypeptides or amino acids with a molecular weight below 1 000 Da, showing that proteins were broken down into smaller molecular weight polypeptides or amino acids. During storage, the pH value and sensory scores of the fermented plant proteinmeat continuously decreased, with significant rancidity occurring after 14 days, making the flavor unacceptable. However, the viable count of lactic acid bacteria remained at a high level. Therefore, considering all factors, the shelf life of this fermented product could be set at around 14 days when stored at 4 ℃. In conclusion, fermentation imparted better nutritional quality and a longer shelf life to fermented plant-based meat.

Key words: soybean tissue protein; fermented plant-protein meat; fermentation process; storage process; nutritional quality

DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2024.17.012

作者简介:周鑫(1983—),男(汉),高级工程师,硕士,研究方向:食品科学与工程。

*通信作者:王稳航,男,研究员,博士,研究方向:食品科学与工程。

引文格式:

周鑫,马宁,王鑫,等. 植物蛋白发酵肉在发酵和贮藏过程中的营养品质变化[J]. 食品研究与开发,2024,45(17):86-94.

ZHOU Xin, MA Ning, WANG Xin, et al. Changes in Nutritional Quality of Fermented Plant-protein Meat During Fermentation and Storage[J]. Food Research and Development,2024,45(17):86-94.

加工编辑:张岩蔚

收稿日期:2024-04-11