王玉翔，鄭召君，劉元法*

（江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122）

蛋白質(zhì)對(duì)人體的重要性毋庸置疑，它是人體六大營(yíng)養(yǎng)素之一，是人體結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)，也是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者。動(dòng)物蛋白，如肉、蛋、奶及其制品，是傳統(tǒng)觀念中蛋白質(zhì)的主要來(lái)源。隨著人們對(duì)健康飲食的重視，全球人口數(shù)量和蛋白質(zhì)消費(fèi)需求的不斷增長(zhǎng)，以及一部分人的宗教信仰影響，植物蛋白在蛋白質(zhì)消費(fèi)市場(chǎng)和科研領(lǐng)域的地位逐漸提升。豆類（大豆、豌豆、蠶豆等）、谷類（小麥、玉米、小米等）、種子（藜麥、蕎麥等）、油籽（油菜籽、花生、葵花籽等）都是常見(jiàn)的植物蛋白來(lái)源。然而，植物蛋白往往存在氨基酸組成不平衡、風(fēng)味和口感不佳、生物利用度較低以及功能性較差等缺陷，這阻礙了植物蛋白產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。改變植物蛋白分子結(jié)構(gòu)是提升植物蛋白口感、提高植物蛋白生物利用度和改善植物蛋白功能性的有效方式。

植物蛋白纖維化是一種改變天然植物蛋白分子結(jié)構(gòu)的技術(shù)。植物蛋白分子經(jīng)人工纖維化處理后，其直徑在納米級(jí)[1]至微米級(jí)[2]之間，纖維的宏觀外表與動(dòng)物肉的肌原纖維類似，呈現(xiàn)出良好的形態(tài)和性質(zhì)，如高縱橫比、高表面積體積比、明確的分子取向、各種功能特性和高機(jī)械強(qiáng)度[1]。目前植物蛋白纖維已經(jīng)在食品領(lǐng)域得到了多方面的應(yīng)用，并仍有進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的空間。本文圍繞植物蛋白纖維，對(duì)植物蛋白纖維化的理論依據(jù)和實(shí)際需求進(jìn)行簡(jiǎn)述，重點(diǎn)闡述了植物蛋白纖維的制備技術(shù)及其在食品領(lǐng)域的應(yīng)用，以期為植物蛋白纖維的制造與大規(guī)模推廣提供參考。

1 植物蛋白纖維概述

纖維結(jié)構(gòu)的蛋白在自然界中廣泛存在，但大多數(shù)都屬于動(dòng)物蛋白，如肌原蛋白（肌肉中肌原纖維的成分之一）、膠原蛋白（動(dòng)物結(jié)締組織的主要成分）、絲蛋白（蠶絲等物質(zhì)的主要成分）以及彈性蛋白（主要存在于韌帶和脈管壁的彈性纖維的成分之一）。它們承擔(dān)了機(jī)械骨架、結(jié)構(gòu)組成、載體和信號(hào)傳遞等功能[3]。而植物蛋白分子以球蛋白為主，這使得蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)較為緊湊，疏水氨基酸殘基被封閉于蛋白質(zhì)分子內(nèi)部，降低了蛋白酶的生物可及性，也阻礙了蛋白質(zhì)更大范圍的應(yīng)用。將植物蛋白質(zhì)分子通過(guò)各種方式轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維結(jié)構(gòu)，能夠改善植物蛋白的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和功能特性，是提升植物蛋白附加值、擴(kuò)大植物蛋白市場(chǎng)的上佳選擇。

雖然天然植物蛋白多以球蛋白的形式存在，但蛋白質(zhì)分子的高級(jí)結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是由多肽鏈盤曲折疊以及各亞基空間排布形成的。因此，只要打破組成天然蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵，其中的多肽鏈就能在一定條件下重新排列，通過(guò)適當(dāng)?shù)睦砘幚?，就能夠改變天然植物蛋白的分子結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)分子經(jīng)歷展開(kāi)、降解、共價(jià)鍵和非共價(jià)鍵的聚集等過(guò)程，形成直徑在納米到微米不等的高縱橫比纖維狀結(jié)構(gòu)，即植物蛋白纖維。

2 植物蛋白纖維制備技術(shù)

淀粉樣原纖維、螺桿擠壓、剪切、濕法紡絲、靜電紡絲、溶液吹氣紡絲（solution blow spinning，SBS）等技術(shù)已被開(kāi)發(fā)用于生產(chǎn)植物蛋白纖維。植物蛋白自身的特性及植物蛋白纖維的應(yīng)用方向是選擇合適纖維制造技術(shù)的依據(jù)。植物蛋白纖維的具體形態(tài)可通過(guò)X射線衍射[4]、硫黃素T熒光[5]、剛果紅染色[6]以及常見(jiàn)的圓二色光譜、傅里葉變換紅外光譜、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡等方法進(jìn)行鑒定和表征。

2.1 淀粉樣原纖維

植物蛋白淀粉樣原纖維是蛋白質(zhì)分子通過(guò)自組裝形成的。它最初被認(rèn)為是人類神經(jīng)退行性疾病中的病理聚集體[7]，如在阿爾茨海默病患者腦組織中發(fā)現(xiàn)的β-淀粉樣蛋白和Tau蛋白[8]。然而，目前越來(lái)越多的研究認(rèn)為形成淀粉樣原纖維是所有蛋白質(zhì)的共同特性[9]。通常，將植物蛋白在高于其變性溫度、低pH值和低鹽離子強(qiáng)度條件下攪拌加熱數(shù)小時(shí)即可得到淀粉樣原纖維。Cao Yiping等[9]在總結(jié)了大量文獻(xiàn)后，認(rèn)為植物蛋白纖維的標(biāo)準(zhǔn)制備條件可定為：80～90 ℃、pH 2、不加鹽離子條件下300 r/min磁力攪拌5～24 h。目前已經(jīng)成功用于制備植物蛋白淀粉樣原纖維的原料有小麥、玉米、大豆、豌豆、馬鈴薯、花生、藜麥、莧菜等[9]。在制備過(guò)程中，天然狀態(tài)下呈球狀的蛋白質(zhì)分子由于外界條件發(fā)生改變，分子鏈逐漸伸展，暴露出原本封閉在內(nèi)的疏水氨基酸基團(tuán)，這些基團(tuán)由于其疏水性易相互聚集，進(jìn)而傾向于形成熱力學(xué)穩(wěn)定性較高的淀粉樣原纖維結(jié)構(gòu)[10]。通常纖維的直徑在納米級(jí)，而長(zhǎng)度在微米級(jí)。圖1展示了蛋白質(zhì)淀粉樣原纖維的形成過(guò)程。

圖1 蛋白質(zhì)淀粉樣原纖維形成過(guò)程示意圖[3]Fig.1 Schematic diagram of the formation process of protein amyloid-like fibrils[3]

淀粉樣原纖維的分子排列主要與植物蛋白本身的性質(zhì)和制備時(shí)的具體條件有關(guān)，如酸堿度、溫度、鹽離子強(qiáng)度和蛋白質(zhì)濃度等，但大體上呈雙重β-折疊結(jié)構(gòu)，其外表類似一個(gè)拉鏈，蛋白質(zhì)分子側(cè)鏈基團(tuán)互相交叉，形成拉鏈的“齒”。單個(gè)β-折疊結(jié)構(gòu)由主鏈氫鍵連接，穩(wěn)定性較差，而維持雙重β-折疊結(jié)構(gòu)的力較多（表1）。因此，淀粉樣原纖維非常穩(wěn)定，能夠在人體內(nèi)部甚至體外的惡劣條件下存在[11]。

表1 維持雙重β-折疊結(jié)構(gòu)的力及其作用[8]Table 1 Roles of forces in maintaining dual β-sheet structure[8]

2.2 螺桿擠壓

螺桿擠壓是目前最為成熟同時(shí)也是應(yīng)用最廣泛的植物蛋白纖維制備技術(shù)，采用螺桿擠壓機(jī)即可進(jìn)行操作，可用于生產(chǎn)組織化植物蛋白（textured vegetable protein，TVP）。螺桿擠壓技術(shù)可分為低水分（low moisture，LM）擠壓（水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%～40%）和高水分（high moisture，HM）擠壓（水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%～80%）兩種[12]，擠壓后的LM-TVP呈多孔的海綿狀，HM-TVP則呈與動(dòng)物肉類似的纖維狀，因此HM-TVP被廣泛用于制造植物蛋白纖維。高水分植物蛋白擠壓采用雙螺桿擠壓機(jī)，大豆蛋白、豌豆蛋白、花生蛋白和小麥面筋蛋白都是常見(jiàn)的原料。在擠出過(guò)程中，肽鍵通常不發(fā)生改變[13]，但氫鍵、二硫鍵和疏水相互作用會(huì)在溫度變化和剪切力的作用下斷裂或生成。如圖2所示，根據(jù)需要確定好物料配方及擠壓參數(shù)后，物料在室溫下進(jìn)料并被輸送至混合區(qū)[14]；物料與水在混合區(qū)混合，氫鍵斷裂，蛋白質(zhì)分子鏈逐漸展開(kāi)，暴露出原本封閉在蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的疏水氨基酸基團(tuán)[15]；在熔融區(qū)的高溫條件（＞130 ℃）下，蛋白質(zhì)分子內(nèi)二硫鍵斷裂，形成分子間二硫鍵，若T＞150 ℃，新形成的分子間二硫鍵也將斷裂[16]，高溫使料液熔化并發(fā)生各種理化反應(yīng)，料液黏度增加[13]，強(qiáng)剪切力使蛋白質(zhì)分子鏈發(fā)生降解；冷卻模具溫度約為70 ℃，在該溫度下蛋白質(zhì)分子發(fā)生重排和交聯(lián)，形成纖維結(jié)構(gòu)[17]。

圖2 低水分?jǐn)D壓（A）和高水分?jǐn)D壓（B）的不同功能區(qū)以及擠壓過(guò)程中蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)變化（C）[12]示意圖Fig.2 Schematic diagrams of different functional areas of low moisture extrusion (A) and high moisture extrusion (B) and changes of protein molecular structure during extrusion (C)[12]

螺桿擠壓后植物蛋白纖維的性質(zhì)與擠壓過(guò)程中的工藝參數(shù)（溫度、水分含量、喂料速率和螺桿轉(zhuǎn)速），蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物的比例，谷氨酰轉(zhuǎn)氨酶、卡拉膠等添加劑的使用，以及植物蛋白自身性質(zhì)有關(guān)。對(duì)HM-TVP而言，為保證TVP的良好質(zhì)構(gòu)，同時(shí)確保纖維結(jié)構(gòu)的順利形成，物料的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)在50%～70%較為合適[18]；脂肪在TVP制備過(guò)程中起到了增塑劑的作用，使TVP表面更加光滑，質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)在2%～10%；小分子碳水化合物參與美拉德反應(yīng)，進(jìn)而影響TVP的顏色和味道，淀粉或粗纖維則在TVP纖維結(jié)構(gòu)的形成中起作用，額外添加量不應(yīng)超過(guò)10%[12]?？紤]到料液的黏度和蛋白質(zhì)變性問(wèn)題，大多數(shù)HM-TVP所需的溫度在130～150 ℃左右，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在60%左右。如圖2所示，合格的HM-TVP表面光滑，有一定韌性，并且有明顯的纖維結(jié)構(gòu)。

2.3 剪切

采用剪切的方式制造植物蛋白纖維能夠?qū)崿F(xiàn)成型過(guò)程中對(duì)纖維微觀結(jié)構(gòu)的控制。剪切的設(shè)備稱為剪切單元，基于流變儀的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。在剪切和高溫的共同作用下，蛋白質(zhì)可以排列成纖維結(jié)構(gòu)[19]，其形成原理與螺桿擠壓中的纖維結(jié)構(gòu)形成原理類似。最初的剪切裝置類似錐板流變儀，但這種裝置剪切速率不恒定，且容量有限，植物蛋白纖維的質(zhì)量和產(chǎn)量均有較大缺陷。所以科研人員又開(kāi)發(fā)出“Couette Cell”裝置，如圖3所示，其外形類似同心圓柱流變儀，內(nèi)筒角速度恒定，外筒靜止，內(nèi)外筒均采用油浴加熱，樣品位于兩個(gè)圓柱體之間的剪切區(qū)內(nèi)，測(cè)溫點(diǎn)位于1/2H處。將植物蛋白、水、鹽和麩質(zhì)以一定比例混合后，取約200 g樣品用填縫槍填料。工藝參數(shù)：90～110 ℃加熱5～25 min，轉(zhuǎn)速5～50 r/min，在該條件下可獲得良好的纖維結(jié)構(gòu)[20]。

圖3 “Couette Cell”的水平和垂直橫截面[20]Fig.3 Horizontal and vertical cross-sections of “Couette Cell”[20]

與螺桿擠壓相比，剪切法生產(chǎn)的植物蛋白對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的控制更精細(xì)，性能更優(yōu)良。但由于生產(chǎn)能力受限于剪切區(qū)體積（已發(fā)表文獻(xiàn)中裝置的最大剪切區(qū)體積為7 L[21]），并且相關(guān)研究人員和設(shè)備都集中于荷蘭瓦赫寧根大學(xué)，目前仍屬于新興技術(shù)，其具體機(jī)理處在探索階段，尚未大規(guī)模推廣使用。

2.4 濕法紡絲

濕法紡絲植物蛋白纖維是在液體環(huán)境中形成的，其設(shè)備主要由蛋白質(zhì)溶液、噴絲頭、凝固浴和洗滌槽組成。如圖4所示，將蛋白質(zhì)溶液直接由噴絲頭噴出至凝固浴中，凝固浴中裝有無(wú)法溶解蛋白質(zhì)溶液的溶劑，使蛋白質(zhì)溶液凝固為直徑數(shù)十至數(shù)百微米的長(zhǎng)絲，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)或溶劑蒸發(fā)可除去長(zhǎng)絲上殘留的大部分溶劑[22]，形成的植物蛋白纖維經(jīng)過(guò)理化處理、洗滌和干燥，可進(jìn)一步除去加工中的化學(xué)物質(zhì)，同時(shí)增強(qiáng)纖維的機(jī)械強(qiáng)度和分子取向。是否對(duì)其進(jìn)行理化處理和洗滌與纖維的應(yīng)用領(lǐng)域和聚合物溶液組成有關(guān)[23]，對(duì)食品領(lǐng)域的應(yīng)用而言，需要保證其產(chǎn)品的安全性，因此必須進(jìn)行進(jìn)一步處理。與其他植物蛋白纖維制造技術(shù)相比，濕法紡絲纖維具有直徑大、分子排列水平高、穩(wěn)定性好、高強(qiáng)度和高剛性的特點(diǎn)[3]。

圖4 濕法紡絲加工植物蛋白纖維示意圖[2]Fig.4 Schematic diagram of the preparation of plant protein fiber by wet spinning[2]

溶解植物蛋白的溶液是具有高度分子纏結(jié)的黏性溶液。在苛刻的條件下（如使用還原劑、變性劑或極端的酸堿和熱條件），蛋白質(zhì)分子的氫鍵和二硫鍵被破壞[3]，使其能夠形成長(zhǎng)絲。蛋白質(zhì)溶液中的溶劑是根據(jù)植物蛋白的性質(zhì)和用途決定的，目前常見(jiàn)的用于濕法紡絲的植物蛋白種類及相應(yīng)溶劑列于表2?？梢钥闯?，濕法紡絲在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常需要加入不可食用溶劑，產(chǎn)生大量的化學(xué)廢液，且產(chǎn)量較小，因此在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用存在較多限制。

表2 濕法紡絲植物蛋白纖維形成條件Table 2 Wet spinning conditions for the formation of plant protein fiber

2.5 靜電紡絲

通過(guò)靜電紡絲能夠制造納米尺度的植物蛋白纖維[28]。靜電紡絲對(duì)植物蛋白溶液的要求十分嚴(yán)格，第一，所選擇的蛋白質(zhì)需要在相應(yīng)溶劑中有高度的可溶性，其濃度足夠使蛋白質(zhì)分子發(fā)生纏結(jié)；第二，溶液必須有合適的黏度、導(dǎo)電性和表面張力。靜電紡絲大致可分為實(shí)驗(yàn)室規(guī)模紡絲、高效紡絲和特殊紡絲模式。實(shí)驗(yàn)室規(guī)模紡絲包括點(diǎn)-板靜電紡絲、線-板靜電紡絲和板-板靜電紡絲3 種；高效紡絲包括多噴頭靜電紡絲和無(wú)噴頭靜電紡絲；特殊紡絲包括近場(chǎng)靜電紡絲、同軸靜電紡絲和離心靜電紡絲[29]。點(diǎn)-板靜電紡絲如圖5所示，將帶電的蛋白質(zhì)溶液裝入注射器中，其電荷斥力能夠克服表面張力，進(jìn)而從注射器針頭中噴出，形成泰勒錐。從泰勒錐中會(huì)紡出一根細(xì)絲，在電力作用下逐漸伸長(zhǎng)，并隨著溶劑的蒸發(fā)固化成纖維，收集器上帶有與纖維相反的電荷，使纖維能夠以網(wǎng)狀的形式沉積在上面[30]。

圖5 靜電紡絲裝置示意圖[31]Fig.5 Schematic diagram of the electrospinning device[31]

蛋白質(zhì)的靜電紡絲需要克服很多困難。為了紡絲的順利進(jìn)行，蛋白質(zhì)需要在溶液中有較好的溶解度，使蛋白纖維能夠相互纏結(jié)[28]。然而植物蛋白常見(jiàn)的球狀結(jié)構(gòu)存在相互作用較小，不利于互相纏結(jié)的問(wèn)題，因此需要選擇合適的植物蛋白和相應(yīng)的溶劑。能否實(shí)現(xiàn)植物蛋白靜電紡絲的決定因素包括蛋白質(zhì)溶液的表面張力、電導(dǎo)率、黏度、溶液濃度、介電常數(shù)和揮發(fā)性[32]，這些因素會(huì)影響植物蛋白纖維的宏觀外表、纖維直徑、分子排列方向和機(jī)械強(qiáng)度。同時(shí)，考慮到食品行業(yè)的需求，靜電紡絲過(guò)程應(yīng)盡量減少有害化學(xué)試劑的使用，玉米醇溶蛋白是靜電紡絲中常見(jiàn)的植物蛋白[33]，因?yàn)榭捎糜谑称返囊掖己鸵宜釋?duì)醇溶蛋白的溶解效果好。SPI[34]和莧菜分離蛋白[35]也被用于靜電紡絲，但為達(dá)到合適的溶解度，不可避免地需要用到六氟異丙醇和甲酸等有毒化學(xué)試劑，這嚴(yán)重限制了靜電紡絲在食品領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，科研人員正在進(jìn)一步嘗試采用更加安全的化學(xué)試劑，甚至直接用水作為溶劑[36]。

2.6 溶液吹氣紡絲

SBS是一種新興的植物蛋白纖維制造技術(shù)，起源于靜電紡絲和傳統(tǒng)熔噴技術(shù)的結(jié)合，能夠制備納米級(jí)到微米級(jí)的纖維[37]，可看作靜電紡絲的升級(jí)版技術(shù)。如圖6所示，SBS裝置由高壓氣源、壓力調(diào)節(jié)器、溶液注射器、同心噴嘴和滾筒收集器組成。蛋白質(zhì)溶解在揮發(fā)性溶劑中，由注射泵進(jìn)入內(nèi)噴嘴被泵送，而壓縮氣體則流動(dòng)在蛋白質(zhì)溶液周圍，通過(guò)外噴嘴被噴出。當(dāng)溶液被噴出后，由于阻力、升力和高速氣體的湍流流動(dòng)，溶液穩(wěn)定性極差，會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈的拉伸和變薄[3]；由于溶劑的迅速蒸發(fā)，植物蛋白纖維在空氣中固化[38]。與靜電紡絲相比，SBS具有成本低、無(wú)需電場(chǎng)、設(shè)備簡(jiǎn)單、過(guò)程簡(jiǎn)潔、易于規(guī)?；a(chǎn)等特點(diǎn)[39]。但同靜電紡絲相比，由于溶液噴出后的不穩(wěn)定性，SBS生產(chǎn)的植物蛋白纖維直徑相對(duì)不均勻。

圖6 SBS裝置示意圖[37]Fig.6 Schematic diagram of SBS device[37]

SBS對(duì)植物蛋白和溶劑的要求與靜電紡絲類似，例如使用甲酸溶解的SPI[38]、醋酸溶解的玉米醇溶蛋白[40]等。植物蛋白纖維的最終性質(zhì)和產(chǎn)量與蛋白溶液黏度、溶液推進(jìn)速率、氣壓、噴嘴形狀和噴射距離有關(guān)[39]。蛋白質(zhì)溶液濃度過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致溶液無(wú)法形成纖維，而是呈液滴狀直接從噴嘴中噴出[40]；濃度過(guò)高則會(huì)使溶液黏彈性和表面張力過(guò)強(qiáng)[41]。溶液推進(jìn)速率過(guò)慢會(huì)使纖維不連續(xù)；過(guò)快則使溶劑蒸發(fā)不完全。氣壓過(guò)低會(huì)使噴嘴尖端出現(xiàn)膜脹效應(yīng)，導(dǎo)致射流直徑大于噴嘴直徑；過(guò)高會(huì)使纖維拉伸不足。噴嘴形狀和大小會(huì)對(duì)氣流速度產(chǎn)生影響，噴射距離則是溶劑是否蒸發(fā)完全的決定性因素之一[39]。

3 植物蛋白纖維在食品領(lǐng)域的應(yīng)用

由于出眾的質(zhì)地、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和功能特性，植物蛋白纖維在食品領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。常見(jiàn)的應(yīng)用方向有直接食用、作為食品添加劑使用和用于活性物質(zhì)包埋等。圖7列舉了在實(shí)驗(yàn)室條件下制得或已經(jīng)投入市場(chǎng)的植物蛋白纖維產(chǎn)品。

圖7 實(shí)驗(yàn)室或商品化植物蛋白纖維產(chǎn)品Fig.7 Laboratory-made or commercial plant protein fiber products

3.1 直接食用

可直接食用的植物蛋白纖維要求植物蛋白本身適宜作為食物、制備完成的纖維形態(tài)良好以及加工過(guò)程中不添加不可食用的化學(xué)試劑。因此，目前只有通過(guò)螺桿擠壓和剪切兩種技術(shù)制備的植物蛋白纖維被直接用作食品。剪切技術(shù)存在相關(guān)設(shè)備和技術(shù)人員上缺乏以及生產(chǎn)力不足的問(wèn)題，目前仍處于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，因此螺桿擠壓是目前唯一能夠工業(yè)化生產(chǎn)的可食用植物蛋白纖維制備技術(shù)。

通過(guò)高水分?jǐn)D壓技術(shù)生產(chǎn)的HM-TVP有類似動(dòng)物肉的纖維結(jié)構(gòu)和質(zhì)地，能夠直接作為肉類類似物食用，也就是俗稱的“植物肉”。經(jīng)驗(yàn)證，以花生蛋白[18]、大豆?jié)饪s蛋白/小麥面筋蛋白[45]、豌豆蛋白/小麥面筋蛋白[46]為原料生產(chǎn)的HM-TVP在質(zhì)構(gòu)和纖維的微觀結(jié)構(gòu)上與雞肉相似。為了使植物肉制品顏色更加逼真，加工中還會(huì)使用曲紅等色素或來(lái)源于大豆的血紅蛋白使產(chǎn)品呈現(xiàn)類似牛排內(nèi)部的粉紅色。對(duì)素食主義者、宗教人士和心腦血管疾病高危人群[47]而言，植物肉可替代或部分替代動(dòng)物肉作為日常食物。但對(duì)于廣大普通消費(fèi)者而言，目前植物肉主要存在的問(wèn)題在于：1）對(duì)肉類的口感、質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味和氣味的模擬不夠逼真，產(chǎn)品口感相對(duì)粗糙；2）價(jià)格與動(dòng)物肉相比無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)；3）在制作過(guò)程中加入了一定量的添加劑，可能不利于消費(fèi)者接受。因此，植物肉的生產(chǎn)技術(shù)仍有較大的提升空間。生產(chǎn)植物肉的知名國(guó)際企業(yè)有Beyond Meat和Impossible Foods等，中國(guó)第一個(gè)高水分組織化植物蛋白生產(chǎn)線也已經(jīng)在2021年正式投產(chǎn)。

3.2 改善食物質(zhì)構(gòu)

用于改善食物質(zhì)構(gòu)的植物蛋白纖維同樣要求植物蛋白本身適宜食用以及保證加工全過(guò)程的安全性，植物蛋白淀粉樣原纖維能夠滿足上述要求。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)由溶液轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維形態(tài)時(shí)，其促進(jìn)分子纏結(jié)的能力增加，單個(gè)顆粒直徑增加，進(jìn)而使溶液黏度上升和凝膠強(qiáng)度增加，因此植物蛋白淀粉樣原纖維可作為增稠劑和膠凝劑使用[9]。Zhang Yehui等[42]以米糠白蛋白為原料制備淀粉樣原纖維，發(fā)現(xiàn)纖維的添加可使米糠蛋白溶液的黏度提升一個(gè)數(shù)量級(jí)，且溶液穩(wěn)定性不受干擾。與天然蛋白質(zhì)相比，淀粉樣原纖維能夠在更低的濃度下形成凝膠。Munialo等[48]對(duì)由不同濃度的豌豆蛋白淀粉樣原纖維制備的凝膠進(jìn)行了儲(chǔ)能模量（G’）和損耗模量（G”）的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)當(dāng)豌豆蛋白質(zhì)量濃度由40 mg/mL提升至160 mg/mL時(shí)，其G’由22 Pa迅速提升至2 058 Pa，表明凝膠強(qiáng)度顯著增加；而G”與G’的比值則一直保持在0.18～0.22之間，表明其凝膠化狀態(tài)較為穩(wěn)定。

3.3 活性物質(zhì)包埋

許多生物活性食品在普通貯存條件下穩(wěn)定性較差，或存在溶解性差、生物利用度不佳等問(wèn)題，包埋是有效的解決方式[49]。目前能被用于食品包埋的植物蛋白纖維制備技術(shù)有靜電紡絲、SBS和濕法紡絲，但考慮到包埋效率、化學(xué)試劑添加和工藝難度，通常采用靜電紡絲技術(shù)。靜電紡絲技術(shù)能夠制備食品級(jí)納米纖維膜，可在制備過(guò)程中負(fù)載需要包埋的活性物質(zhì)。Moomand等[44]以30%的裝載量（即魚油質(zhì)量為玉米醇溶蛋白粉末質(zhì)量的30%）制備包埋魚油的玉米醇溶蛋白靜電紡絲，發(fā)現(xiàn)25 ℃下貯存4 d后未包埋魚油的過(guò)氧化物生成量達(dá)900 μmol/L，包埋魚油僅為150 μmol/L，表明包埋可顯著提升魚油的氧化穩(wěn)定性。Jia Xiwen等[50]將豌豆分離蛋白與普魯蘭多糖溶液混合溶解后進(jìn)行靜電紡絲，制得的納米纖維膜展現(xiàn)出比豌豆分離蛋白和普魯蘭多糖粉末更好的熱穩(wěn)定性。精油等抗菌活性物質(zhì)對(duì)光、熱和氧氣的高度敏感性以及自身的高揮發(fā)性使其在食品中的應(yīng)用存在限制，可以采用靜電紡絲植物蛋白纖維進(jìn)行包埋。將孜然精油和玉米醇溶蛋白溶解在冰醋酸中，使孜然精油體積分?jǐn)?shù)分別為2.5%、5%、10%和20%，玉米醇溶蛋白質(zhì)量濃度為0.27 g/mL，制備的含有不同劑量孜然精油的玉米醇溶蛋白電紡纖維對(duì)金黃色葡萄球菌、蠟狀芽孢桿菌、大腸桿菌和腸球菌均有很強(qiáng)的抗菌活性，且抗菌效果隨精油濃度增加而增強(qiáng)[51]。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)水平和科技水平的提高，健康、成本、宗教等因素使得植物蛋白在蛋白質(zhì)市場(chǎng)上擁有越來(lái)越重要的地位。植物蛋白纖維制備技術(shù)使球狀植物蛋白分子轉(zhuǎn)化為絲狀纖維結(jié)構(gòu)，改善了植物蛋白的質(zhì)地、營(yíng)養(yǎng)和功能性，拓展了植物蛋白在食品領(lǐng)域的應(yīng)用，如作為肉類類似物、增稠劑、膠凝劑和活性包埋材料等，有著良好的發(fā)展前景和市場(chǎng)價(jià)值。

目前植物蛋白纖維的大規(guī)模應(yīng)用仍存在許多限制。淀粉樣植物蛋白纖維尚未被允許進(jìn)入市場(chǎng)，因?yàn)槟承┑矸蹣永w維在體外實(shí)驗(yàn)中顯示出細(xì)胞毒性[52]，所以要對(duì)更多不同來(lái)源的植物蛋白淀粉樣纖維進(jìn)行動(dòng)物和臨床水平的安全性驗(yàn)證，并建立使用規(guī)范。剪切法制備的植物蛋白纖維性能優(yōu)良，但生產(chǎn)效率不足和生產(chǎn)設(shè)備及技術(shù)人員缺乏的問(wèn)題仍待解決。對(duì)于濕法紡絲和SBS，需要尋找食品級(jí)植物蛋白溶劑，探索新的植物蛋白和溶劑配方。靜電紡絲對(duì)植物蛋白溶劑的選擇范圍相較濕法紡絲和SBS更廣，但同時(shí)存在生產(chǎn)效率低和生產(chǎn)成本高的問(wèn)題，目前主要應(yīng)用于功能性成分的包埋，這些成分被包埋后可用作高附加值食品的包裝。螺桿擠壓法制備的植物蛋白纖維雖然能夠?qū)崿F(xiàn)一定規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，但其質(zhì)構(gòu)與風(fēng)味和動(dòng)物肉相比仍有一定差距。可以通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)，并添加一定比例的小麥面筋蛋白、油脂、多糖、谷氨酰轉(zhuǎn)氨酶和堿等物質(zhì)促進(jìn)植物蛋白纖維的形成，使其更好地模擬動(dòng)物肉的纖維感。還可以添加一定量的植物油，如椰子油、葵花籽油等[53]模擬動(dòng)物肉的油脂感，以及采用淀粉、麥芽糊精、果膠等多糖模擬脂肪的口感[54]。

若想實(shí)現(xiàn)植物蛋白纖維從實(shí)驗(yàn)室走向工廠，從工業(yè)、醫(yī)療領(lǐng)域走向食品領(lǐng)域，食品安全、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本是科研人員必須要解決的問(wèn)題。今后對(duì)植物蛋白纖維的研究可從如下方面著手：1）植物蛋白纖維制備工藝的標(biāo)準(zhǔn)化；2）食品級(jí)植物蛋白溶劑的探索；3）與3D打印等方法結(jié)合改善植物蛋白纖維的質(zhì)構(gòu)、形態(tài)及理化特性；4）通過(guò)酶解、發(fā)酵等方法改善植物蛋白纖維不良風(fēng)味；5）植物蛋白纖維營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及其影響因素的探究。植物蛋白纖維的優(yōu)良性能與巨大潛力，值得更加深入地研究，以使其在各個(gè)領(lǐng)域有更加廣泛的應(yīng)用。