劉雄偉，錢勝峰

江蘇豐尚油脂工程技術(shù)有限公司 (揚州 225127)

隨著國內(nèi)的肉類消費量的進一步增加，中國肉類產(chǎn)品的缺口總量將達到3 700萬t以上。由于動物疫情和此次新冠疫情的影響，國內(nèi)肉類市場難以依靠畜牧養(yǎng)殖業(yè)和肉制品加工生產(chǎn)進行彌補。在食品安全和人民追求健康的趨勢下，植物替代蛋白產(chǎn)品提供了更多的選擇。

大豆作為我國重要的植物蛋白資源，其經(jīng)過壓榨取油后的豆粕約90%用于飼料行業(yè)。隨著行業(yè)的發(fā)展，低溫壓榨后的豆粕在食品蛋白行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，尤其是近幾年，國內(nèi)涌現(xiàn)了大批的新型植物蛋白公司，大豆組織蛋白得到了快速發(fā)展，但是也暴露了一些問題，例如如何生產(chǎn)主流消費者認可的組織蛋白，如何生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)、彈性、吸水性都非常好的蛋白產(chǎn)品等。

1 擠壓組織化原理與組織蛋白分類特性

大豆組織蛋白的加工原理：首先從大豆等植物中低溫提取蛋白原料，然后將蛋白纖維通過物理粉碎，調(diào)節(jié)好水分和溫度，喂入擠壓膨化機，在擠壓機螺桿的劇烈揉搓、剪切、膨化等物理、化學(xué)作用下，蛋白質(zhì)分子在高溫高壓下重新定向排列重組，經(jīng)膨化凝固后，形成新的絲狀蛋白，經(jīng)過復(fù)水、攪拌、拆絲，然后添加脂類、色素、調(diào)味劑、微量礦物質(zhì)和維生素，混合、冷凍、成型后，形成口感上以假亂真的素肉制品。由于高壓處理和熱的作用，胰蛋白酶抑制素等生理有害特質(zhì)被破壞或抑制鈍化，使大豆組織蛋白健康環(huán)保，無不良豆腥味[1]。

大豆組織蛋白的種類較多，根據(jù)形狀可分為塊狀、粒狀、糝狀、柱狀、片狀等形式；根據(jù)組織化程度，可分為膨化型組織蛋白、拉絲蛋白、高水分仿真肉。膨化型組織蛋白組織化程度低，結(jié)構(gòu)特征為混合型蜂窩層狀；拉絲蛋白組織化程度較高，結(jié)構(gòu)特征為類似肌肉的絲狀；高水分組織蛋白組織化程度高、纖維狀結(jié)構(gòu)明顯，類似于純瘦肉的層狀和絲狀結(jié)構(gòu)，含水量同真瘦肉幾乎一樣。大豆組織蛋白主要有以下兩個特性：營養(yǎng)性，通常情況成品蛋白質(zhì)含量可達50%左右[2]，脂肪含量在1%左右，是理想的低脂高蛋白食品，就蛋白含量而言，它是肉的2倍多、雞蛋的3倍，牛奶的12倍，故享有“植物肉”之美譽；功能性，具有較強的吸水性和吸油性及食品加工上的各種功能特性，如水溶性、黏性、膠化性、乳化性等。

2 大豆組織蛋白加工方法與工藝

大豆組織蛋白加工主要有化學(xué)成絲法和擠壓法。

化學(xué)成絲法是蛋白含量99%以上的大豆分離蛋白溶解在堿溶液中，使許多次級鍵斷裂，從而形成一定黏度的蛋白液，然后透過數(shù)千個小孔的隔膜，擠入含食鹽的醋酸溶液中，使蛋白質(zhì)凝固析出[3]，形成絲狀，并延伸拉長，使蛋白質(zhì)分子重新定向重組排列，形成纖維，最后用粘合劑壓制，制得肉狀大豆組織蛋白。

擠壓法是將大豆蛋白原料喂入擠壓機膨化腔內(nèi)，在擠壓機壓力場、溫度場、剪切力場以及高能水分的共同作用下，蛋白鏈鍵發(fā)生斷裂，蛋白質(zhì)失去天然結(jié)構(gòu)，沿擠壓機出料方向定向重新排列，在拉絲模處受突然冷卻和模頭形狀的作用形成絲狀結(jié)構(gòu)，出模后切割型顆?；驂K狀，然后烘干冷卻后打包。

和化學(xué)法相比，擠壓法不需要化學(xué)試劑，不會產(chǎn)生大量廢水、廢液等污染物。擠壓法工藝相對簡單，可生產(chǎn)多種擠壓產(chǎn)品，以滿足不同人造肉產(chǎn)品的需要，同時，設(shè)備穩(wěn)定可靠，整線能耗低，單位成本低，可滿足大產(chǎn)量長時間生產(chǎn)需求，目前已基本實現(xiàn)工業(yè)化、連續(xù)化大生產(chǎn)，是大豆組織蛋白的主要生產(chǎn)方式。組織蛋白生產(chǎn)工藝流程及典型大豆組織蛋白生產(chǎn)工藝如圖1、圖2所示。

圖1 組織蛋白生產(chǎn)工藝流程圖

3 組織化蛋白在生產(chǎn)過程中的影響因素

3.1 原料

生產(chǎn)組織化植物蛋白的原料很多，主要有低溫脫脂豆粕、濃縮蛋白或分離蛋白，小麥面筋(谷朊粉)，淀粉，其它植物蛋白，如：豌豆蛋白和脫脂的花生粕、油菜粕等。

低溫脫脂豆粕由于其NSI值較高，脂肪含量低(小于1.5%)，在擠壓膨化成型時易成膠溶狀態(tài)，產(chǎn)品色澤較淺，有咀嚼感，成本較低，是目前廣泛使用的大豆組織蛋白原料。

大豆?jié)饪s蛋白和大豆分離蛋白也是生產(chǎn)組織蛋白的常用原料，除具有低溫粕的優(yōu)點外，還由于蛋白含量高，碳水化合物含量少，膨化時膠凝性好，但價格昂貴，一般只用作配料或在生產(chǎn)高端的大豆拉絲蛋白使用。

對于膨化型組織蛋白，一般要求原料中蛋白質(zhì)含量大于50%，氮溶解指數(shù)(NSI)不低于50，粗纖維≤3.5%，脂肪≤1%。

對于拉絲蛋白或高水分仿真肉，要求原料蛋白含量高，一般采用多種蛋白原料配比，其中要求大豆?jié)饪s蛋白具有高功能性，蛋白含量68%～72%，纖維含量≤3.5%；大豆分離蛋白要求高粘性、高溶解性、高功能性，蛋白含量90%～95%。而濃縮蛋白的添加量對組織蛋白的吸水性有顯著影響，如圖3所示。

圖2 典型大豆組織蛋白生產(chǎn)工藝圖

圖3 濃縮蛋白添加量對吸水性的影響

3.2 主要設(shè)備

擠壓膨化機是生產(chǎn)組織蛋白的核心設(shè)備，最常見的擠壓膨化機是單螺桿擠壓機和雙螺桿擠壓機。單螺桿擠壓機成本低、操作方便，但受其原理的局限，物料的混合揉搓剪切效果差，在進料口處，粉狀物料難以形成向前推進的摩擦力，容易產(chǎn)生打滑。一般應(yīng)用于原料單一、產(chǎn)量較大飼料、油料的膨化處理。

雙螺桿擠壓機是兩根并列的螺桿同時旋轉(zhuǎn)將物料推進，根據(jù)旋向分為同向雙螺桿和反向雙螺桿；根據(jù)嚙合分為嚙合雙螺桿和非嚙合雙螺桿[4]，其中，嚙合同向雙螺桿擠壓機應(yīng)用最廣。其主要優(yōu)點為：機筒內(nèi)物料流動是正位移輸送，螺桿可以高速運轉(zhuǎn)；物料沿著較長的“∞”字路徑流動，能夠接受更多的熔化熱；有較大的嚙合剪切作用，物料可更好的熔融和混合；具有自清潔作用，使更換物料品種和機器清理更為快捷方便；積木組合式螺桿，可利用不同結(jié)構(gòu)的螺桿元件配置不同的組合形式靈活應(yīng)用于多種食品的加工。

組織化蛋白一般采用嚙合同向雙螺桿擠壓膨化機，膨化機性能直接影響組織蛋白的品質(zhì)，比如組織蛋白的吸水性、彈性及絲狀組織結(jié)構(gòu)等。要求膨化機高剪切配置，模前高溫高壓，對于拉絲蛋白一般配有冷卻拉絲腔。

如圖4所示，在固體輸送段對物料進行輸送混合，在填充段物料剪切將形成微纖維，在熔體熔融段微纖維重新取向、粘連，在冷卻拉絲段纖維束被擠壓形成類層狀結(jié)構(gòu)。

圖4 組織蛋白擠壓過程示意圖

3.3 工藝參數(shù)

在組織蛋白生產(chǎn)過程中，整線設(shè)備工藝參數(shù)的控制也是高品質(zhì)組織蛋白產(chǎn)品的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。擠壓膨化工段工藝參數(shù)主要有物料水分含量、膨化腔溫度、喂料速度和螺桿轉(zhuǎn)速等，工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)與匹配將直接影響組織蛋白成品的質(zhì)量。

3.3.1工藝參數(shù)對組織蛋白結(jié)構(gòu)的影響

進入膨化機的物料水分的調(diào)節(jié)很關(guān)鍵，水分含量合適，擠壓膨化時物料進入順利，產(chǎn)品產(chǎn)量高，組織化效果好。根據(jù)我司膨化機在山東某客戶處擠壓試驗數(shù)據(jù)表明，普通組織蛋白進料水分為28%左右，對于拉絲蛋白及高水分組織蛋白，進料水分可達40%～50%。

在擠壓膨化過程中，膨化腔每段溫度的控制決定了各段膨化腔內(nèi)的壓力大小，因而也影響擠壓膨化后的大豆蛋白的組織結(jié)構(gòu)。在山東某客戶膨化機運行時，我們對膨化腔各區(qū)溫度進行了記錄：固體輸送段80 ℃～110 ℃，填充段110 ℃～130℃，熔體熔融段130 ℃～155 ℃，冷卻拉絲段90 ℃～100 ℃。

以上數(shù)據(jù)表明，較低溫度時，即溫度<130 ℃，蛋白質(zhì)產(chǎn)生熱變性而不發(fā)生組織化；較高溫度時，即溫度>130 ℃，蛋白質(zhì)開始發(fā)生組織化。在膨化機揉合填充段，物料被輸送后與加入的水充分混合均勻，溫度一般要低于130 ℃，若超過該溫度，蛋白質(zhì)變性嚴重，不能有效的組織化。在熔體熔融段，應(yīng)設(shè)為最高溫度，以使物料充分熔融，使蛋白分子鍵充分斷裂，形成蛋白熔融體，溫度一般為140 ℃～160 ℃。在冷卻拉絲段，應(yīng)充分冷卻，使蛋白分子沿流動方向定向排列重組，形成穩(wěn)定取向的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，溫度一般小于100 ℃。

原料的喂入量必須與擠壓膨化機的產(chǎn)能匹配，且需連續(xù)均勻喂入，喂料量過少或者斷料，將造成喂料速度與螺桿轉(zhuǎn)速不匹配，從而使膨化腔內(nèi)填充系數(shù)不夠，物料在腔內(nèi)停留時間過長，產(chǎn)品膨化不均勻，而且會產(chǎn)生焦糊、噴爆、堵機等現(xiàn)象。喂料量過大，將會產(chǎn)生反噴或過載停機現(xiàn)象。

3.3.2工藝參數(shù)對組織蛋白彈性的影響

膨化腔溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、喂料量和物料水分的匹配調(diào)節(jié)對組織蛋白彈性具有顯著影響。一般在較低的螺桿轉(zhuǎn)速、物料水分、喂料量和機筒溫度下，隨著各參數(shù)值的增加，產(chǎn)品彈性將升高，當(dāng)參數(shù)值升高到一定值時，產(chǎn)品彈性將下降。在螺桿轉(zhuǎn)速較高，喂料量較低，物料水分較高時，產(chǎn)品的彈性較大；在機筒溫度高于140 ℃時，產(chǎn)品彈性隨喂料量或物料水分的變化不大；在機筒溫度為130 ℃～140 ℃時，產(chǎn)品彈性隨著喂料量或物料水分的增加而增加。

3.3.3工藝參數(shù)對組織蛋白吸水性的影響

工藝參數(shù)對產(chǎn)品吸水率也有顯著影響。根據(jù)我們在山東客戶處的擠壓試驗數(shù)據(jù)，喂料量和物料水分對產(chǎn)品吸水率為正相關(guān)；螺桿轉(zhuǎn)速和機筒溫度在參數(shù)值較低時對產(chǎn)品吸水率為負相關(guān)，在轉(zhuǎn)速較高、溫度值較高時，吸水率隨參數(shù)值的升高而增加。

4 組織蛋白應(yīng)用

大豆組織蛋白廣泛應(yīng)用于西式肉制品，冷凍食品，寵物食品、方便食品及餐桌菜肴等領(lǐng)域。 未來，大豆組織蛋白將在植物肉制品中得到廣泛應(yīng)用。隨著蛋白原料的拓寬，從豆類、藻類到昆蟲中提取新的蛋白，以及工藝設(shè)備技術(shù)的突破，從追求最大的組織化度向追求最優(yōu)化的組織度轉(zhuǎn)變，從追求植物肉制品與真正肉類制品的結(jié)構(gòu)及感官品質(zhì)的相似到吃起來口感相似，從而生產(chǎn)出仿真肉(如牛肉、豬肉、雞肉)，組織蛋白的應(yīng)用面將不斷拓寬，大豆組織蛋白領(lǐng)域的前景也將越來越廣闊。