肖志刚， 霍金杰， 江睿生， 李 航， 苏 爽，高育哲

(沈阳师范大学粮食学院，沈阳 110034)

随着人口的增长和可支配收入的提高，导致了全球肉类消费的增加[1]。然而与高水平肉类消费相关的健康、社会和环境问题引发了减少肉类摄入量的呼吁[2,3]，因而以植物蛋白为主的肉类类似物受到越来越多的关注[4]。肉类类似物指具有丰富纤维结构不含动物源性蛋白质但是融入肉类特征的食品[5]。最常用生产肉类类似物方法是双螺杆挤压法，对由植物蛋白为主的原料进行高温剪切连续加热，打破分子结构重新聚集，再经过冷却端模头冷凝成型。肉类类似物缓解了生态、伦理、社会福利等方面的问题，因而越来越多的人更倾向于减少肉类衍生物的摄入[6]。

目前制备肉类类似物常用的原料有大豆分离蛋白、豌豆蛋白、花生蛋白、小麦面筋蛋白，这些蛋白因为良好的功能性质广泛地用于工业生产中。大豆分离蛋白是最为常用的原料[7]，其在水合和溶解度、界面性质、风味结合、黏度、凝胶化、结构和肉类类似物形成等方面具有重要的结构-功能关系[8，9]，食用大豆分离蛋白改善脂质代谢和心血管健康等方面问题[10]。考虑到营养和功能的全面性，在选用大豆分离蛋白作原料的同时加入其他类蛋白质[11]。小麦面筋蛋白含有能促进组织化蛋白纤维取向的两类蛋白，即谷蛋白和麦醇溶蛋白，因而常用做组织化大豆分离蛋白的添加成分[12-14]。

Pietsch等[15]研究了工艺参数对产生的小麦面筋聚合的影响，挤压机螺杆段蛋白分子结构的变化对后续所有机制起着决定性作用，而不同螺杆转速对素肉饼的质构特性和结构特性的影响鲜有人报道。螺杆转速对蛋白质分子产生强烈的剪切、拉伸和挤压作用，使蛋白质颗粒破裂，分子质量降低[16]。经过机筒内反应，通过冷却模具，蛋白质分子和小的聚集物排列并凝固成一个具有层状和纤维状的纹理三维的交联网络[17]。本研究通过调节不同的螺杆转速，改善素肉饼的质构特性，并探究不同的螺杆转速对素肉饼的质构特性及结构特性的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大豆分离蛋白(蛋白质质量分数92.80%)、小麦面筋蛋白(蛋白质质量分数70.88%)、ANS、PBS。

1.2 仪器与设备

DS 56-Ⅲ型双螺杆挤压膨化机，CR-400色彩色差计，CT3质构仪，Q200差示扫描量热仪，Nicolet is10傅里叶红外光谱仪，S4800 扫描电子显微镜。

1.3 方法

1.3.1 素肉饼的制备

按3∶7的质量百分比配置谷朊粉和大豆分离蛋白，调节螺杆转速分别为200、240、280、320、360r/min，进料区喂料速度设定6 kg/h，温度20 ℃，加热区段温度分别设定为60、80、120、140、150、150 ℃；冷却端模头设定45 ℃，注水口设定喂水速度13 kg/h；挤压蒸煮制备的植物蛋白肉基料先标记放入冰箱冷冻。以1 kg的水为基准，加入7 g肉蔻，9 g大料，1.5 g香叶，11 g桂皮，6 g食用盐，3 g鸡精，2 g五香粉，8 g糖，16 g酱油，5 g牛肉香膏，煮沸，加入直径5 cm的圆形基料，卤煮15 min，浸泡2 h。

1.3.2 质构特性的测定

样品切成长20 mm，宽20 mm，高5 mm的长方体小块，设置质构仪操作参数：TPA 模式，探头选用 TA-5，测试前速度 1.0 mm/s，测试速度 1.0 mm/s，测试后速度 1.0 mm/s，下压程度 10%。记录素肉饼的硬度、内聚性、弹性指数、胶着性、咀嚼性的数值。

1.3.3 感官评价

感官评价小组在进行评价以前经过严格的培训。素肉饼冷却到室温，标上1个3位数的随机码，大家将随机码写在打分量表上，然后用9分快乐量表(1～9分从非常不喜欢到非常喜欢)对颜色、口感、质地和整体可接受性方面进行评价，间隔休息期间提供无盐咸饼干和双蒸馏去离子水清洁口腔，为了公平公正均保持沉默[18]。

1.3.4 扫描电子显微镜观察

用锋利刀片切取1 mm厚片状素肉饼样品，经冷冻干燥，放在样品台上，样品喷金粉30 s，通过S-4800 型扫描电镜观察并照相(2 kV)。

1.3.5 二级结构的测定

取经冷冻干燥处理的素肉饼，研磨粉碎过100目筛，少量样品放入傅里叶变换红外光谱仪中扫描。扫描条件：光谱扫描范围400～4 000 cm-1，分辨率4 cm-1，信号扫描累加64 次。利用分峰软件PeakFit 4.12进行图谱处理。

1.3.6 热特性的测定

取经冷冻干燥处理的素肉饼，研磨粉碎过100目筛，称取5 mg的样品于铝盒中，密封压盖后用差式扫描量热仪扫描。以空铝盒为对照，设置氮气流速40 mL/min，扫描温度30～200 ℃，以10 ℃/min的速率进行升温。利用Universal配套软件(V3.83)分析处理数据。

1.3.7 表面疏水性的测定

采用ANS探针法测定素肉饼的表面疏水性，参考Kato[19]的方法加以改进，1.6 g的素肉饼粉末加入15 mL磷酸盐缓冲溶液(0.01 mol/L，pH 7.2)，10 000r/min均质1 min，室温25 ℃磁力搅拌2 h，10 000 r/min高速离心20 min，取上清液依次配置5个不同浓度梯度的蛋白质溶液，分别加入40 μL ANS溶液，避光静置15 min，激发波长390 nm，发射波长470 nm，扫描夹缝10 nm，扫描速率10 nm/s，记录470 nm处素肉饼粉末溶液的光度值，通过Excel软件进行线性回归分析，计算表面疏水性。

2 结果与分析

2.1 不同螺杆转速制备的素肉饼质构特性分析

螺杆转速对素肉饼质构特性的影响结果如表1，可以看出，随着螺杆转速的增加，硬度呈现出先增加后降低的趋势，在螺杆为280 r/min的时候，硬度达到了1 413.33 g，在此条件下制作的素肉饼纤维结构明显，这可能是因为螺杆转速280 r/min的条件下，挤压输入的能量，使得物料混合蒸煮达到最理想的状态；而逐渐增加的螺杆转速可能破坏了蛋白分子间的结构，分子基团打开发生熔融现象，使分子聚集呈现出松散状态，因而素肉饼的硬度越来越小。与此同时，胶着性和咀嚼性也表现出同样的变化趋势。弹性指数和内聚性随着螺杆转速的逐渐增加，发生了不为明显的变化。

表1 不同螺杆转速素肉饼的质构特性

2.2 不同螺杆转速制备的素肉饼感官评价

图1是素肉饼的感官评价图，可以看出，口感和外观的得分值相对较低，感官评价人员认为素肉饼与肉的咀嚼性存在一定的差异性，这可能是因为素肉饼中缺乏动物脂肪，难以比拟肉的口感，也缺乏肉的质感；外观的评分普遍也不高，可能是因为素肉饼的表观没有肉类所固有的自然芳香的感觉，素肉饼偏深褐色，当螺杆转速为200 r/min时，外观略微粗糙，螺杆转速低，纤维状结构也不明显，可能是挤压机筒的能量摄入不够，无法达到高压状态以形成致密的纤维丝结构；当螺杆转速为280 r/min时，感官评分人员认为素肉饼嚼劲好，咸度适中；与螺杆转速较低制备的素肉饼对比，纤维结构明显；当螺杆转速过高时，纤维丝致密，调味料不易渗入，纤维结构致密，含有略微的豆腥味，可以考虑在挤压加工基料的过程中，加入氯化钠、碳酸氢钠等调节味道的物质，刘艳香等[22]已经做了类似的实验，并且表明氯化钠、碳酸氢钠的添加有助于改善素肉的品质特性等。

图1 不同螺杆转速下素肉饼的感官评分

2.3 不同螺杆转速制备的素肉饼微观形貌图

图2是不同螺杆转速素肉饼的横截面微观形貌图，当螺杆转速为200 r/min的时候，素肉饼的横截面较为平整，结构紧凑，无凸起结构；当螺杆转速达到280 r/min的时候，素肉饼的表面呈不规则形态，出现层状结构；小麦面筋蛋白在机筒内发生熔融，经过模头冷却形成更为凝聚的纤维结构，表现出更类似肉的纤维结构；随着螺杆转速的增加，机筒里的能量越来越高，快速的螺杆转动对蛋白分子的破坏能力更强，因而当螺杆转速达到360r/min的时候，横截面出现断裂沟壑现象，高强度的螺杆转速使得分子内部高速运转，形成分子量较大的聚合物[23]。

图2 不同螺杆转速素肉饼横截面的微观形貌图

表2 不同螺杆转速素肉饼的二级结构

2.4 不同螺杆转速制备的素肉饼二级结构分析

对不同螺杆转速素肉饼红外光谱进行去卷积、二阶导数求导，结果见表2。可以看出，当螺杆转速为240 r/min，α螺旋含量少，这表明在此条件下，素肉饼主要依赖于分子内的氢键相互作用，相对比螺杆转速为200 r/min的时候，α螺旋发生解链，原子密堆积结构减少，β折叠部分发生了以氢键相连的平行排布，使得代表反向折叠片层的β1含量增加，无规则卷曲的含量增加了1.22%，分子向更为松散的结构转变[24]；当螺杆转速为280 r/min的时候，β1的含量降低了1.87%，α螺旋的含量增加了3.30%，当螺杆转速达到了320 r/min的时候，β1的含量多，无规则卷曲的含量略微的下降，这可能是因为随着螺杆转速的增加，β1和无规则卷曲不稳定，因而会发生相互转化。

2.5 不同螺杆转速制备的素肉饼热特性分析

螺杆转速对素肉饼热特性的影响结果如表3所示，可以看出，素肉饼的变性温度在117.78～36.11 ℃之间，变性热焓值在13.81～23.29 J/g之间。当螺杆转速为200 r/min时，素肉饼的变性温度在124.48 ℃，随着螺杆转速的增加，素肉饼的变性温度先变大后减小，当螺杆转速240 r/min的时候，素肉饼的变性温度达到了最大为136.11 ℃，较螺杆转速360r/min的时候提高了15.56%，这表明，在螺杆转速为240 r/min的时候，素肉饼的热稳定性最好；当螺杆转速为240 r/min的时候，热焓值ΔH也较大为20.11J/g，此条件下蛋白分子天然构象稳定，氢键数量多，焓值的作用力强[25,26]；而当螺杆转速为280 r/min的时候，焓值表现出了最小的值，说明在这个条件下，部分氢键发生断裂，表面疏水作用增强，素肉饼从有序构向无序结构发生转变[27,28]，而当螺杆转速增加到360 r/min的时候，热焓值较280r/min的时候提高了68.64%，此时的变性温度较280 r/min的时候降低了10.8 ℃，说明螺杆转速较高的条件下，素肉饼的稳定性差，因而在117.78 ℃发生热变性；而热焓却表现出了最大值为23.29 J/g，说明在螺杆转速为360 r/min的时候，素肉饼的分子间氢键作用力较大，受热过程中氢键断裂产生的吸热反应剧烈，可能是过高的螺杆转速使得素肉饼的分子聚集程度大，因而分子具有较高的焓值。

表3 不同螺杆转速素肉饼的热特性参数

2.6 不同螺杆转速制备的素肉饼表面疏水性分析

表面疏水性用于测定蛋白构象的变化，表征蛋白内部疏水基团的变化[29]，由图3可以看出，随着螺杆转速的增加，表面疏水性先减小后变大，螺杆转速为200 r/min的时候，疏水基团暴露，疏水相互作用减弱，表面疏水性表现出较大的数值；而随着螺杆转速的增加，在240～320 r/min的这个区间范围内，素肉饼内部的疏水相互作用增加，表面疏水性较低，这个时候素肉饼主要靠疏水相互作用维持；而当螺杆转速达到360 r/min的时候，表面疏水性最大，此时有利于蛋白质无定形或纤维状聚集体的形成[30]，蛋白分子聚集程度较大，主要依赖氢键相互作用。

图3 不同螺杆转速下素肉饼的表面疏水性

3 结论

螺杆转速对素肉饼的质构特性和结构特性有着很大的影响，随着螺杆转速逐渐增加，硬度和咀嚼性表现出先增大后降低的趋势。经感官评定，螺杆转速为280 r/min的条件制备的素肉饼整体可接受程性最大，硬度为1 413.33 g，咀嚼性为12.95 mJ；从结构特性来看，因氢键发生断裂，表面疏水作用增强，素肉饼从有序结构向无序结构发生转变，此条件下素肉饼的纤维结构最为明显。