張學(xué)文，曾艷，董婷，孟潔，孫媛霞*

（1.工業(yè)酶國(guó)家工程研究中心，中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所，天津 300308；2.國(guó)家合成生物學(xué)創(chuàng)新中心，天津 300308；3.天津美康食品有限公司，天津 300300）

隨著全球人口的增長(zhǎng)和社會(huì)的快速發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)食品的數(shù)量和品質(zhì)都提出了新的要求。傳統(tǒng)食品的生產(chǎn)和加工對(duì)人體健康和地球環(huán)境有著深遠(yuǎn)影響。未來(lái)食品是一種利用前沿技術(shù)高效制造滿足消費(fèi)者對(duì)安全、營(yíng)養(yǎng)、感官等方面?zhèn)€性化需求的食品。植物基食品由于營(yíng)養(yǎng)健康、綠色可持續(xù)、對(duì)環(huán)境友好等備受青睞。植物肉是一種利用植物來(lái)源的蛋白替代真肉的仿肉，因其具有更豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，越來(lái)越受到消費(fèi)者的喜愛(ài)。目前，應(yīng)用于植物肉中的蛋白主要來(lái)源于大豆?jié)饪s蛋白、大豆分離蛋白、豌豆蛋白、小麥蛋白和花生蛋白等，其中，大豆蛋白是最主要的替代蛋白[1]。大豆蛋白存在天然的豆腥味，使其在植物肉中的應(yīng)用受到限制，因此，開(kāi)發(fā)更多優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)資源才能緩解蛋白質(zhì)資源短缺的現(xiàn)狀。

植物替代蛋白的高效和低成本制備是市場(chǎng)化應(yīng)用的前提。目前，植物蛋白的主要來(lái)源是農(nóng)產(chǎn)品加工的副產(chǎn)物，如大豆粕、豌豆粕等，然而這并不能滿足植物蛋白多樣化的需求。植物替代蛋白的主要加工技術(shù)有低水分?jǐn)D壓、高水分?jǐn)D壓和3D打印等[2]。低水分?jǐn)D壓和高水分?jǐn)D壓是在高溫、高剪切力的作用下將植物蛋白的空間結(jié)構(gòu)破壞，蛋白質(zhì)鏈解聚和變性，并展開(kāi)、團(tuán)聚形成熔融體，進(jìn)而發(fā)生聚集、交聯(lián)，最終形成組織化蛋白[3]，但組織化結(jié)構(gòu)嚴(yán)重依賴于原料的組成[4]。真菌是一種潛力較大的優(yōu)質(zhì)蛋白來(lái)源，但真菌蛋白開(kāi)發(fā)較少。菌絲蛋白是通過(guò)發(fā)酵鐮刀菌（Fusarium venenatum）獲得，其作為真菌蛋白，具有蛋白含量高、氨基酸均衡、富含膳食纖維等優(yōu)勢(shì)[5]。通過(guò)發(fā)酵后處理去除細(xì)胞內(nèi)核糖核酸（ribonucleic acid，RNA），并添加蛋清、色素、風(fēng)味物質(zhì)來(lái)模仿真肉的質(zhì)地和外觀，其市場(chǎng)價(jià)格與動(dòng)物肉相似。菌絲蛋白含有豐富的蛋白質(zhì)和膳食纖維，同時(shí)具有天然的纖維狀結(jié)構(gòu)，可直接替代植物蛋白應(yīng)用于植物肉中，改善植物肉的特性。目前對(duì)菌絲蛋白的外觀、質(zhì)地和口感的研究較少，同時(shí)，現(xiàn)有的生產(chǎn)成本較高。因此，除降低菌絲蛋白的生產(chǎn)成本之外，從質(zhì)地、口感、色澤等方面開(kāi)發(fā)具有更高仿真性的蛋白肉，能有效提高菌絲蛋白肉對(duì)消費(fèi)者的吸引力。

在仿肉制品中，蛋白含量及來(lái)源、纖維含量與形態(tài)對(duì)仿肉制品的品質(zhì)有決定性影響，本研究通過(guò)添加不同比例的菌絲蛋白用于替代植物肉餅中的大豆蛋白，測(cè)定植物肉餅的理化性質(zhì)及感官特性變化，研究添加菌絲蛋白對(duì)植物肉餅品質(zhì)的影響，為真菌蛋白的開(kāi)發(fā)和利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆蛋白、飲用水、玉米油、黃原膠、甲基纖維素、醬油、食用鹽、甜菜紅、牛肉香精等原料：市售；總膽固醇（total cholesterol，TC）含量檢測(cè)試劑盒：北京索萊寶科技有限公司；α-淀粉酶（5 U/mg）：美國(guó)Sigma-Aldrich公司；其他化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

TMS-PRO食品物性分析儀：美國(guó)FTC有限公司；ASM-M10A多功能和面機(jī)：易訊播科技（深圳）有限公司；L9/13型馬弗爐：德國(guó)納博熱有限公司；N/C2100S凱氏定氮儀：美瑞泰克科技（天津）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 菌絲蛋白基本組成成分的測(cè)定

菌絲蛋白：通過(guò)對(duì)鐮刀菌發(fā)酵獲得，具體發(fā)酵條件參照相關(guān)專利[6]。菌絲蛋白各組分依據(jù)美國(guó)分析化學(xué)家協(xié)會(huì)（association of official analytical chemists，AOAC）提出的方法[7]進(jìn)行測(cè)定。蛋白含量測(cè)定方法依據(jù)AOAC 979.09進(jìn)行；脂肪測(cè)定方法依據(jù)AOAC 996.06進(jìn)行；膽固醇測(cè)定方法依據(jù)AOAC 994.10進(jìn)行；膳食纖維測(cè)定方法依據(jù)AOAC 991.43進(jìn)行；灰分測(cè)定方法依據(jù)AOAC 930.30進(jìn)行；碳水化合物測(cè)定方法依據(jù)FDA 21 CFR 101.9進(jìn)行；氨基酸組成檢測(cè)方法依據(jù)GB 5009.124—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中氨基酸的測(cè)定》[8]進(jìn)行。

1.3.2 牛肉餅的基礎(chǔ)配方

250 g/kg大豆蛋白粉、15 g/kg鹽、120 g/kg玉米油、10 g/kg黃原膠、60 g/kg淀粉、30 g/kg醬油、2 g/kg甜菜紅、0.5 g/kg牛肉香精、65%水（以成品中含水量計(jì)算）。

1.3.3 牛肉餅制作工藝流程

原料混合→腌制→模具成型→冷凍貯存

工藝要點(diǎn)：原料混合充分?jǐn)嚢? min～10 min，25℃下放置30 min～60 min，使原料充分吸水、吸油。-20℃冷凍后的肉餅以170℃油炸4 min為最佳，油炸后的肉餅立即進(jìn)行質(zhì)地和感官評(píng)價(jià)。

1.3.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

按照牛肉餅的基本配方及工藝流程，設(shè)計(jì)菌絲蛋白的添加量分別為大豆蛋白添加量的20%、50%和100%（分別記作樣品S20、樣品S50、樣品S100），并以不添加菌絲蛋白（只含有大豆蛋白）為對(duì)照組（記作樣品S0）。

1.4 指標(biāo)測(cè)定

1.4.1 微觀結(jié)構(gòu)

將冷凍干燥后的肉餅進(jìn)行切片（3 mm×3 mm），并在樣品表面覆蓋鉑金涂層。用掃描電子顯微鏡將樣品放大200倍到3 000倍，觀察表面微觀形態(tài)。

1.4.2 仿肉質(zhì)構(gòu)特性分析

利用食品物性分析儀對(duì)牛肉餅進(jìn)行全質(zhì)構(gòu)分析（texture profile analysis，TPA），將樣品用 50 mm 圓盤探頭以“二次壓縮”模式進(jìn)行質(zhì)地剖面分析。測(cè)量參數(shù)：壓縮比80%、測(cè)量速度1 mm/s、觸發(fā)力0.15 N、間隔時(shí)間5 s。分析硬度、彈性、黏性和咀嚼性4個(gè)指標(biāo)，每個(gè)樣品平行測(cè)定4次。

1.4.3 風(fēng)味感官評(píng)價(jià)

感官評(píng)定小組由10位品嘗人員組成，評(píng)定方法采用10分制，按照牛肉香氣、烤肉香、牛脂肪香、豆腥味和可接受度5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。評(píng)定由每個(gè)成員單獨(dú)進(jìn)行，互不接觸交流，樣品評(píng)定間隙用清水漱口。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 風(fēng)味感官評(píng)價(jià)指標(biāo)Table 1 Flavor sensory evaluation index

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Excel 2019進(jìn)行處理，并使用SPSS Statistics 24.0進(jìn)行差異顯著性分析，顯著性差異水平p＜0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌絲蛋白營(yíng)養(yǎng)成分分析

植物蛋白來(lái)源豐富，例如大豆、豌豆、小麥、燕麥等，由于其蛋白含量不高，不能直接作為替代蛋白，需要進(jìn)一步加工提純，例如大豆分離蛋白、大豆?jié)饪s蛋白等。除大豆外，猴頭菇是真菌蛋白的一種重要來(lái)源，其特點(diǎn)為含有豐富的膳食纖維。牛肉作為優(yōu)質(zhì)蛋白的主要來(lái)源之一，常被用來(lái)模仿其組成成分、質(zhì)構(gòu)及口感。菌絲蛋白、猴頭菇[9]、大豆[10]和牛肉[11]中各組成成分分析見(jiàn)表2。

由表2可知，菌絲蛋白作為一種發(fā)酵蛋白，展現(xiàn)出高蛋白含量、高纖維含量的優(yōu)良特性，其蛋白含量達(dá)到干重的56.65%，遠(yuǎn)高于大豆（38.01%）和猴頭菇（15.04%）。因此，菌絲蛋白可直接作為蛋白來(lái)源添加在植物基食品中。除蛋白外，菌絲蛋白含有豐富的膳食纖維（32.95%），其含量分別是猴頭菇的5.4倍、大豆的1.5倍。膳食纖維對(duì)人體健康起著重要作用，例如控制體重[12]、防止便秘[13]、防治結(jié)腸癌[14]、降血糖[15]、降血脂[16]等。相比于動(dòng)物蛋白和植物蛋白，菌絲蛋白含有少量的脂肪和可降解碳水化合物，因此含有更低的熱量[5]。研究表明，高膽固醇攝入易引起多種心血管疾病和癌癥等[17]，真菌和植物來(lái)源的蛋白均不含膽固醇，因此，菌絲蛋白是一種低膽固醇健康飲食的理想選擇。

2.2 氨基酸組成分析

氨基酸組成可以直觀反映蛋白的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，菌絲蛋白、猴頭菇[18]、大豆[19]和牛肉[20]蛋白中氨基酸組成如表3所示。

表3 菌絲蛋白、猴頭菇、大豆和牛肉中氨基酸組成Table 3 Amino acids component of mycoprotein，Hericium erinaceus，soybean and beef %

必需氨基酸是衡量蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo)，由表3可知，菌絲蛋白中必需氨基酸含量與猴頭菇、大豆蛋白相似，但從單個(gè)氨基酸含量分析，相較于大豆蛋白和猴頭菇，菌絲蛋白中氨基酸各組分含量更均衡，與牛肉中蛋白的氨基酸組成接近。其中，谷氨酸含量最高，占氨基酸總量的20.73%，其次為天冬氨酸，占氨基酸總量的10.65%。蛋氨酸作為一種必需氨基酸，其除能合成蛋白外，還是人體內(nèi)硫磺的主要來(lái)源，參與多種含硫分子的合成，具有保護(hù)組織、修飾DNA和保持細(xì)胞正常運(yùn)轉(zhuǎn)等功能。菌絲蛋白中蛋氨酸含量達(dá)到0.94%，為大豆的1.62倍。半胱氨酸作為另一種含硫氨基酸，在菌絲蛋白中占比達(dá)到1.97%，約為大豆蛋白的5倍，明顯高于其在牛肉中的占比（1.45%）。亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸作為支鏈氨基酸能夠明顯增加蛋白的合成，降低蛋白的分解，具有促進(jìn)肌肉合成和預(yù)防肌肉減少的功能[21]。菌絲蛋白中支鏈氨基酸（亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸）含量（17.98%）與其在大豆蛋白中的占比（17.63%）無(wú)明顯差別?？寡趸被岚ǖ鞍彼?、半胱氨酸、組氨酸、賴氨酸和酪氨酸，能夠清除超氧陰離子自由基、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基和 2，2'-聯(lián)氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸[2，2'-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid），ABTS]陽(yáng)離子自由基等[22]。菌絲蛋白中抗氧化氨基酸占比達(dá)到15.34%，高于猴頭菇、大豆蛋白中的占比（分別為12.90%、14.73%）。鮮味氨基酸包括谷氨酸、天冬氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸、甘氨酸和酪氨酸6種[23]，菌絲蛋白中鮮味氨基酸在總氨基酸中占比高達(dá)44.76%，明顯高于其在大豆（39.72%）和牛肉（36.13%）中的占比。因此，菌絲蛋白是一種理想氨基酸來(lái)源。

2.3 牛肉餅中蛋白和膳食纖維含量分析

不同含量菌絲蛋白的牛肉餅中蛋白質(zhì)、膳食纖維含量如圖1所示。

圖1 不同含量菌絲蛋白的牛肉餅中蛋白含量和膳食纖維含量Fig.1 Protein and dietary fiber content of beef patty with different amount of mycoprotein

在仿肉產(chǎn)品中，優(yōu)質(zhì)蛋白含量的最低標(biāo)準(zhǔn)為10%。從圖1可知，添加20%菌絲蛋白沒(méi)有明顯降低牛肉餅中蛋白質(zhì)含量；添加50%菌絲蛋白的牛肉餅中蛋白質(zhì)含量約為12%，能夠達(dá)到優(yōu)質(zhì)蛋白含量的標(biāo)準(zhǔn)。膳食纖維含量隨菌絲蛋白質(zhì)含量的增加而增加。研究表明，我國(guó)每日人均膳食纖維攝入量?jī)H為11 g[24]，遠(yuǎn)低于世界衛(wèi)生組織建議量每人每天25 g～35 g。因此，菌絲蛋白能夠成為優(yōu)質(zhì)蛋白和膳食纖維的新來(lái)源。

2.4 牛肉餅微觀結(jié)構(gòu)分析

圖2為牛肉餅的微觀結(jié)構(gòu)。

圖2 牛肉餅微觀結(jié)構(gòu)Fig.2 Micro structure of beef patty

由圖2可知，菌絲蛋白呈現(xiàn)出纖維狀、多孔結(jié)構(gòu)。未添加菌絲蛋白的牛肉餅為實(shí)體顆粒，空隙少，而添加菌絲蛋白牛肉餅表現(xiàn)出蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)，可能是肉餅呈現(xiàn)出蓬松感的主要原因。研究發(fā)現(xiàn)，膳食纖維粒徑越小，對(duì)水分、油脂的束縛減弱，導(dǎo)致其持水性、吸油性能力降低[25]。由于菌絲體的長(zhǎng)度大于10 μm，屬于大分子膳食纖維，因此具有優(yōu)良的吸水性和吸油性。菌絲纖維中豐富的親水物質(zhì)能充分地吸收水分，并能與吸收水分的蛋白結(jié)合形成更大的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，加固牛肉餅的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能有效地阻止牛肉餅加工過(guò)程中水分和油脂的丟失，增加牛肉餅的多汁感。

2.5 質(zhì)構(gòu)分析

利用食品物性分析儀對(duì)不同菌絲蛋白含量的牛肉餅在油炸后進(jìn)行硬度、黏性、彈性和咀嚼性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同含量菌絲蛋白牛肉餅的硬度、黏性、彈性和咀嚼性Fig.3 The hardness，viscosity，springiness and chew properties of beef patty with different amount of mycoprotein

硬度是評(píng)價(jià)仿肉品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，是一種與使產(chǎn)品變形或穿透產(chǎn)品所需的力有關(guān)的機(jī)械質(zhì)地特性，是食品保持形狀的內(nèi)部結(jié)合力。由圖3A可知，牛肉餅的硬度隨菌絲蛋白含量的提高而增加。梁雯雯等[26]發(fā)現(xiàn)魚(yú)糜制品中添加1.5%褐藻膳食纖維后硬度增加2.5倍；陶春生等[27]發(fā)現(xiàn)添加6%膳食纖維可以使面條硬度提高1.5倍，原因是膳食纖維中的親水基團(tuán)增加了其吸水性，使面粉的吸水量減少，影響面筋網(wǎng)絡(luò)的形成，從而增加產(chǎn)品的硬度。菌絲蛋白是一種纖維與蛋白的結(jié)合體，纖維中的親水基團(tuán)被蛋白包圍，吸水性在一定程度上減弱，因此，添加菌絲蛋白的牛肉餅硬度沒(méi)有明顯增加。

由圖3B可知，菌絲蛋白的加入使牛肉餅的黏性顯著增加（p＜0.05），添加50%菌絲蛋白牛肉餅的黏性增加了2倍，黏性增加的主要原因可能是菌絲纖維結(jié)合黃原膠形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使黃原膠的黏性得以充分發(fā)揮。

牛肉餅的彈性與內(nèi)部分子間的內(nèi)聚力有較大的關(guān)系，由圖3C可知，與樣品S0相比，添加20%和50%菌絲蛋白后牛肉餅的彈性顯著增加（p＜0.05），可能是菌絲纖維的加入豐富了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使大分子物質(zhì)之間的相互作用增強(qiáng)，形成高黏度的凝膠，類似地，楊玲芝等[28]發(fā)現(xiàn)在魚(yú)糜中添加膳食纖維能顯著增加其彈性。

從圖3D可以看出，添加菌絲蛋白后牛肉餅的咀嚼性顯著提高（p＜0.05），可能是菌絲纖維的加入使牛肉餅結(jié)構(gòu)更緊致，長(zhǎng)絲狀纖維能有效地模仿肌肉細(xì)胞，使牛肉餅呈現(xiàn)類似真肉的咀嚼感。因此，添加菌絲蛋白可以有效地改善牛肉餅的特性。

2.6 感官評(píng)價(jià)

目前，市售植物肉主要以大豆蛋白為主[1]，大豆蛋白加工處理不當(dāng)容易產(chǎn)生豆腥味，影響消費(fèi)者的喜愛(ài)度。圖4為不同含量菌絲蛋白牛肉餅的感官評(píng)價(jià)結(jié)果。

圖4 不同含量菌絲蛋白牛肉餅的感官評(píng)價(jià)Fig.4 Flavor evaluation of beef patty containing different amount of mycoprotein

由圖4可知，添加20%菌絲蛋白可以明顯降低牛肉餅的豆腥味，添加50%菌絲蛋白牛肉餅的豆腥味進(jìn)一步降低，同時(shí)可接受度有了明顯提高。隨著菌絲蛋白加入量的增加，牛脂肪香味增加，可能是由菌絲蛋白中少量不飽和脂肪酸引起，在烹飪過(guò)程中，不飽和脂肪酸被氧化產(chǎn)生醇、醛、酮類化合物，豐富了脂肪香味。烤肉香味的主要來(lái)源是含硫化合物，由于菌絲蛋白中含有豐富的含硫氨基酸，提高菌絲蛋白的含量，可以有效地增加牛肉餅的烤肉香。綜上，菌絲蛋白替代牛肉餅中50%大豆蛋白為最佳替代方案。

3 結(jié)論

菌絲蛋白替代大豆蛋白能有效地改善牛肉餅的形態(tài)、組織、口味，提高牛肉餅的黏性、彈性和咀嚼性，并有效降低豆腥味，結(jié)合感官評(píng)價(jià)結(jié)果，菌絲蛋白替代牛肉餅中50%大豆蛋白能最大程度地改善牛肉餅特性，并擁有最佳接受度。