近年来,现代植物蛋白肉发展迅速,相比传统肉制品,植物肉在满足消费者健康饮食需求、节约生产要素和降低产出污染等方面具有发展优势[1-2]。人造肉、植物肉逐渐成为研究者关注的焦点[3]。植物肉全称植物基人造肉,具有高蛋白、零胆固醇、低脂、高膳食纤维、零抗生素等特点。植物肉与普通猪肉相比,降低了45%脂肪含量与40%的热量,而蛋白质含量增加了50%[4]。植物蛋白肉是加工过的方便食品,富含优质蛋白质、维生素和矿物质,并且含有大量膳食纤维、天然抗氧化剂和植物化学物质,同时具有较低的饱和脂肪酸含量和较高的不饱和脂肪酸含量且不含胆固醇,在质地和外观上与动物肉类相似。开发健康、美味的植物仿肉食品,能够满足消费者的需求,也可减少肉类的摄入量,更加环保[5]。而且植物蛋白肉是一种由全植物源成分构成的新型食品,无动物激素的摄入风险,可减轻传统畜牧业带来的资源消耗负担,其部分替代动物肉符合新时代国民对饮食健康的迫切需求,也是实现我国膳食结构均衡化、多元化的途径之一[6]。但植物性肉类替代品仍面临挑战,例如模仿肉类质地和风味的技术尚未成熟,较差的质地以及不良的风味直接影响着消费者的接受程度。酵母蛋白无豆腥味,并且酵母菌株可以合成牛肉香精,极大增强了植物蛋白肉的“肉味”[7],而且酵母蛋白具有较高的蛋白质含量,氨基酸种类丰富[8]。本文将不同比例的酵母抽提物添加到植物肉中,通过质构、红外、色泽、流变等指标表征植物肉的宏观结构、微观结构和风味变化[9],以期为酵母抽提物在植物肉中的应用提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
大豆分离蛋白（蛋白质50%、脂肪7.8%、碳水化合物5%）：安徽天祥瑞食品科技有限公司；小麦谷朊粉（蛋白质83%、脂肪1%、碳水化合物4%、钠3%）：封丘县华丰粉业有限公司；复合磷酸盐（纯度99%）：徐州市恒远化工有限公司；酵母抽提物：安琪酵母股份有限公司；戊二醛（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；磷酸盐缓冲液、乙醇（均为分析纯）：麦克林化学试剂有限公司。
1.2 试验设备
双螺杆挤压机 （HT36）：济南真诺机械有限公司；物性测试仪（TA.XT.plus）：厦门超技仪器设备有限公司；电子舌（C-Tongue）：上海保圣实业发展有限公司；色差仪（NR10QC+）：深圳市三恩时科技有限公司；真空冷冻干燥机（Scientz-18N）：宁波新芝生物科技股份有限公司；傅里叶变换红外光谱仪（Nicolet iS 10）：美国Thermo公司；扫描电子显微镜（Hitachi S4800）：日本日立公司；流变仪（RH-20）：上海保圣实业发展有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 植物蛋白肉的高水分挤压
挤压试验在双螺杆挤压机中进行[10],大豆分离蛋白与小麦谷朊粉按质量比为7∶3,另外加入1%的复合磷酸盐,搅拌混合后的原料与酵母抽提物按质量比0%、2%、4%、6%、8% 制备基料,设定湿法挤压机螺杆转速为320 r/min,挤压机1、2、3、4、5、6区温度设置为40、60、80、120、160、150 ℃[11]。在挤压机筒顶部安装一块冷却模具,设置60 ℃的冷却温度,并对挤压样品含水量进行控制。将配制好的基质分批放入给料筒内,待挤压条件稳定后,采集挤压样品,并对部分样品进行质构分析。将剩余的试样进行冷冻干燥,研磨成粉后过80 目筛,于-20 ℃冰箱中保存,用于后续分析。
1.3.2 植物蛋白肉的质构特性测定
将添加不同比例酵母抽提物的植物蛋白肉裁剪为20 mm×20 mm×10 mm的长方体,置于仪器测试台中央,选用P50探头,测定样品的硬度、弹性、咀嚼性的数值,设置仪器测试条件：全质构分析（texture profile analysis,TPA）模式,测试前速度1.0 mm/s,测试中速度1.0 mm/s,测试后速度5.0 mm/s,测定压缩比50%,下压两次,间隔时间5 s,触发力5 g。每个样品平行测定3 次,取平均值[12]。
1.3.3 植物蛋白肉的微观结构分析
通过扫描电子显微镜观察植物蛋白肉的微观结构。将植物蛋白肉切片（15 mm×10 mm×5 mm）,并进行冷冻干燥。然后用戊二醛（2.5%）固定24 h。然后,用0.1 mol/L磷酸盐缓冲液洗涤样品,并用30%、50%、70%、80%、90%和100%的分级乙醇系列脱水。用临界点干燥器干燥后,用金颗粒涂覆样品。然后放在扫描电子显微镜下扫描并观察样品横截面的微观结构,图像分别以100、300和1 500的放大倍数拍摄。
1.3.4 植物蛋白肉的色泽测定
采用色差仪对植物蛋白肉的色泽进行测定,随机测定同一样品的9 个不同部位,取平均值,记录特征值L*、a*和b*的数值,L*代表亮度（0=黑色,100=白色）,-a*/+a*表示绿色或红色,-b*/+b*表示蓝色或黄色,标准白板的L0*、a0*和b0*分别为97.02、-0.015和1.45。ΔE表示样品与白板的色差,数值越大差别越大,计算公式如下[13]。
1.3.5 植物蛋白肉的风味分析通过电子舌对酵母抽提物添加量为0%、2%、4%、6%、8%的植物蛋白肉样品进行滋味检测鉴别。
1.3.6 傅里叶变换红外光谱扫描
将冷冻干燥的植物蛋白肉粉末与KBr以1∶100的质量比混合,然后压缩成颗粒[14]。将颗粒放入光谱仪,在0～4 000 cm-1的波数范围内收集,扫描次数为64,分辨率为4 cm-1。为计算植物蛋白肉的二级结构,使用Omnic软件在曲线拟合程序上进行酰胺I带（1 700～1 600 cm-1）拟合分析[15]。
1.3.7 植物蛋白肉的流变特性测定
将植物蛋白肉冻干后的粉末以20%的比例分散在蒸馏水中,搅拌1 h后在4 ℃冰箱中放置过夜。将分散液装入流变仪平行板（直径50 mm）正下方,在25 ℃下进行剪切试验[16]。剪切速率范围为1～100 s-1。
1.4 数据处理
采用SPSS 26.0对试验数据进行显著性分析,数据以平均值±标准差的形式表示,P<0.05表示差异显著。采用Origin 2018软件进行数据绘图。
2 结果与分析
2.1 植物蛋白肉视觉表面、横截面、宏观结构
图1分别显示了具有不同添加量酵母抽提物的植物蛋白肉的视觉表面、横截面和宏观结构。
图1 植物蛋白肉的视觉表面、横截面及宏观结构
Fig.1 Visual surface，cross-section，and macrostructure of vegetable protein meat
（a） 视觉表面；（b） 横截面；（c） 宏观结构。
如图1（a）所示,与对照（0%酵母抽提物）相比,添加酵母抽提物后植物蛋白肉的表面变得更粗糙。同时,随着酵母抽提物的加入,植物蛋白肉的颜色更白,这与颜色测量结果一致。由图1（c）可知,酵母抽提物对植物蛋白肉的宏观结构有影响,随着酵母抽提物的加入,植物肉的拉丝变得更加良好,其中酵母抽提物添加量为4%的植物蛋白肉拉丝最好。然而,当酵母抽提物的添加量达到8%（干基）时,植物肉的拉丝效果有减弱现象,这可能是添加了过量的酵母抽提物破坏了植物肉纤维结构导致的。
综上,从宏观角度对不同复配比例的植物肉进行比较可以发现,适当比例的酵母蛋白对植物肉纤维结构有明显的改善作用。
2.2 酵母抽提物添加量对植物蛋白肉质构特性的影响
酵母抽提物添加量对植物蛋白肉的质构影响见表1。
表1 酵母抽提物添加量对植物蛋白肉的质构影响
Table 1 Effect of yeast extract addition amounts on texture of vegetable protein meat
注：同列不同字母表示差异显著（P<0.05）。
酵母抽提物添加量/%0 2 4 6 8硬度/g 4 924.59±2.28e 6 959.28±1.10c 9 162.36±0.55a 8 924.42±1.32b 6 745.62±1.15d咀嚼性2 140.42±0.60e 3 104.31±1.00c 4 194.52±1.13a 4 112.61±1.22b 3 039.47±1.02d内聚性/g 0.42±0.01b 0.45±0.02a 0.46±0.01a 0.45±0.02a 0.44±0.01a回复性0.11±0.02a 0.13±0.01a 0.12±0.01a 0.12±0.01a 0.12±0.02a
从表1可以看出,硬度在酵母抽提物添加量为4%时最高,咀嚼性也是在酵母抽提物添加量为4%时最高,内聚性是在酵母抽提物添加量为4%时最高,回复性则是在酵母抽提物添加量为2%时最高。综合来看,植物蛋白肉中酵母抽提物添加量为4%时各方面数值较好。并且从不同复配比例植物肉特点来看,酵母抽提物的添加提高了植物肉的硬度和咀嚼度。由表1可知,在适当范围内提高酵母抽提物添加量有利于改善植物肉质地。
2.3 酵母抽提物添加量对植物蛋白肉微观结构的影响
图2显示了通过扫描电子显微镜分析的植物蛋白肉的微观结构。
图2 植物蛋白肉的微观结构
Fig.2 Microstructure of vegetable protein meat
（a）放大100倍；（b）放大300倍；（c）放大1 500倍。
由图2可知,未添加酵母抽提物的植物蛋白肉很难找到纤维结构。随着酵母抽提物添加量从2%（干基）增加到4%,植物蛋白肉的纤维结构明显增强。而随着酵母抽提物添加量从4%（干基）增加到8%,植物蛋白肉的纤维结构明显减弱,这可能是较多的蛋白质聚集并阻碍了纤维结构的形成。以上结果证实,适当添加酵母抽提物可以改善植物蛋白肉的纤维结构,这与宏观视觉结果一致。
2.4 酵母抽提物添加量对植物蛋白肉色泽的影响
色泽是植物蛋白肉产品的一个重要特性,它影响着产品的品质以及消费者对产品的接受度[17]。酵母抽提物添加量对植物蛋白肉色泽的影响见表2。
表2 酵母抽提物添加量对植物蛋白肉色泽的影响
Table 2 Effect of yeast extract on color of vegetable protein meat
注：同列不同字母表示差异显著（P<0.05）。
酵母抽提物添加量/%0 2 4 6 8 L*值54.14±0.70a 50.11±1.23b 54.30±0.78a 54.58±1.81a 52.29±2.91ab a*值5.08±0.42b 6.83±0.55a 7.36±0.61a 7.00±0.71a 6.47±0.21a b*值15.48±0.45b 15.94±0.52ab 17.10±1.25a 17.42±0.93a 16.84±0.27ab ΔE 45.29±0.61b 49.45±1.05a 46.02±1.24ab 45.84±2.06b 47.70±2.66ab
如表2所示,酵母抽提物对植物蛋白肉的色泽有明显影响。酵母抽提物添加量为4%和6%时,L*值、a*值和b*值均较大,ΔE值较小,说明植物蛋白肉的颜色与标准白板的颜色区别更大。随着酵母抽提物添加量的增加,植物肉b*值整体呈上升趋势,这可能是酵母抽提物本身是黄色导致的。植物蛋白肉的色泽较深则不易被食用染料覆盖和着色,这会降低消费者的接受程度[18]。结果表明酵母抽提物提高了植物蛋白肉的亮度和白度,有利于植物蛋白肉的进一步着色。
2.5 酵母抽提物添加量对植物蛋白肉风味的影响
采用电子舌分析不同酵母抽提物添加量的植物蛋白肉,结果如图3所示。在图3中,第一主成分（PC1）和第二主成分（PC2）的累积贡献率为97.1%,大于80.0%,表明主成分可以反映样品的整体信息。由图3可以看到样品的数据点相对集中,说明样品的电子舌测定结果的稳定性相对较高,而不同样品的数据点分布于4 个象限,表明样品的滋味差异性明显。这表明酵母抽提物对植物蛋白肉的风味影响较大,通过加入酵母抽提物来掩盖植物蛋白肉的豆腥味有很大可行性。
图3 不同酵母抽提物添加量的植物蛋白肉电子舌分析结果
Fig.3 Result of analysis of electronic tongue of vegetable protein meat with different addition amount of yeast extract
2.6 酵母抽提物添加量对植物蛋白肉二级结构的影响
不同酵母抽提物添加量的植物蛋白肉的红外图谱如图4所示。
图4 酵母抽提物添加量对植物蛋白肉红外图谱的影响
Fig.4 Effect of yeast extract addition amounts on infrared pattern of vegetable protein meat
由图4可以看出,在波数一定的情况下,随着酵母抽提物添加量的增加,植物蛋白肉的红外透过率也相应的增加。在800、1 250、1 600、1 700 cm-1和3 000 cm-1附近分别观察到5 个主要特征吸收峰。约800 cm-1和1 700 cm-1处的峰是一个宽峰,主要是由于—OH、—NH和—CH的伸缩振动[19]；在1 600 cm-1处出现一个尖峰,主要是由饱和C上的—CH伸缩振动引起的[20]。
傅里叶变换红外光谱被广泛用于检测蛋白质的二级结构。本研究通过去卷积、二阶导数拟合和高斯曲线拟合,根据酰胺带（1 700～1 600 cm-1）计算植物蛋白肉中蛋白质的二级结构,结果如表3所示。
表3 酵母抽提物添加量对植物蛋白肉二级结构的影响
Table 3 Effect of yeast protein addition amounts on secondary structure of vegetable protein meat
注：同列不同字母表示差异显著（P<0.05）。
β-转角含量/%33.66±0.71a 33.71±0.07a 30.84±2.14b 32.53±1.01ab 32.24±0.62ab酵母抽提物添加量/%0 2 4 6 8 β-折叠含量/%41.38±1.29a 40.90±0.65a 40.45±1.21a 40.95±1.56a 40.60±1.05a无规则卷曲含量/%9.14±0.28b 9.31±0.51b 12.54±2.82a 10.87±1.38ab 9.90±0.29ab α-螺旋含量/%15.82±0.38a 16.00±0.06a 16.17±0.18a 15.65±1.02a 16.27±0.17a
由表3可知,所有植物蛋白肉中β-折叠含量均高于无规则卷曲、α-螺旋和β-转角含量,这表明添加酵母抽提物的植物蛋白肉主要以β型结构存在。β-折叠代表蛋白质分子中氢键的相互作用,而分子内β-折叠与分子内氢键相连,β-折叠被认为是最稳定的结构[21-22],且无规则卷曲含量均较少,这表明添加了少量酵母抽提物的植物蛋白肉中的二级结构有序,使得植物蛋白肉拉丝性较好。由表3还可以看出,添加了不同酵母抽提物的植物蛋白肉的二级结构中的有序结构较空白来说略微减少,这可能是由于酵母抽提物的添加促进蛋白质分子链的拉伸并使它们更加无序。
2.7 酵母抽提物添加量对植物蛋白肉流变特性的影响
不同酵母抽提物添加量挤压样品溶液的黏度随剪切速率的变化如图5所示。
图5 酵母抽提物添加量对植物蛋白肉表观黏度的影响
Fig.5 Effect of yeast extract addition amounts on apparent viscosity of vegetable protein meat
由图5可知,剪切速率从0升高到100 s-1的过程中,溶液的黏度逐渐降低。当剪切速率在0～20 s-1时,黏度急剧下降,而剪切速率在20～100 s-1时,黏度降低的速率变慢,并逐渐趋于平缓,这是典型的剪切稀化行为,可能与在剪切作用下分子内或分子间相互作用的破坏有关系[23]。在相同的剪切速率下,溶液黏度随酵母抽提物添加量的增加而减少,出现这种结果可能是因为蛋白质聚集体的形成,如小球体发挥润滑作用从而导致黏度下降。
3 结论
本研究将大豆蛋白和酵母抽提物进行复合高水分挤压,系统研究了原料复配比例对植物蛋白肉品质特性的影响。宏观结构、微观结构和质地结果表明,酵母抽提物添加量为4%时植物肉的品质最佳。在此比例下得到的复合植物蛋白肉结构紧密,成型性较好,有光泽,有较高的硬度和咀嚼性,有较强的结构稳定性,溶液的黏度有所提高,并对拉丝效果有显著的改善作用。因此,酵母抽提物可以成为生产植物肉的一种很有前途的原料。考虑到酵母抽提物在植物肉生产中的应用潜力,应进行进一步的详细研究,以确定酵母抽提物在高水分挤压过程中对其他植物蛋白的影响。
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