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工程7(2021)674研究食物安全及健康-检讨肉制品加工、质量、安全与验收孙翠霞a,焦戈a,何俊a,甘仁友b,方亚鹏a,a上海交通大学农业与生物学院食品科学与工程系,上海200240b中国农业科学院都市农业研究所,成都610213阿提奇莱因福奥文章历史记录:收到2018年2019年12月1日修订2020年1月3日接受2020年10月29日网上发售保留字:肉制品加工质量安全验收A B S T R A C T全球人口的快速增长导致对含蛋白质产品的需求不断增加。肉制品是最常见的高蛋白食物来源,但会影响环境,引起动物福利问题,并引起公众健康问题。消费者健康和食品安全对食品行业至关重要科学家和食品工业都在积极寻找植物蛋白来替代动物源蛋白。植物蛋白具有良好平衡的氨基酸组成,并且通过开发健康、高蛋白、低饱和脂肪、不含胆固醇和营养类似的肉类产品而显示出替代肉类的巨大潜力。一般来说,人造肉配方经过专门设计,加工条件经过优化,以获得真正动物肉的质地和口感。本文重点介绍植物性肉类类似物,并涵盖有关加工,产品,质量,营养和结构修饰等方面。产品安全意识和消费者接受度也进行了讨论。提出了非肉类产品未来研究的挑战和前景©2020 THE COUNTORS.Elsevier LTD代表中国工程院出版,高等教育出版社有限公司。这是一篇CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)中找到。1. 介绍蛋白质是人体营养的重要组成部分。蛋白质的供应在营养和环境方面都是至关重要的.肉,如作为优质蛋白质的主要来源,已被人类广泛食用。然而,饲养牲畜是为了生产肉类,在此期间使用了大量的土地和水资源,导致温室气体排放增加和严重的环境影响[1食源性病原体经常在肉类中发现,并导致数百万种疾病[4]。此外,红肉的摄入会导致缺血性心脏病,加重肥胖症的流行,并增加关节炎[5]和结直肠癌[6]的风险。因此,越来越多的人出于健康原因宁愿少吃肉或完全不吃肉。为了减少环境问题,缓解公众健康问题,并使粮食生产可持续发展,正在创造传统动物产品的替代品。替代动物产品有许多常见的术语,包括肉类类似物,肉类替代品,肉类仿制品,肉类替代品,肉类替代品,人造肉,人造肉,*通讯作者。电子邮件地址:ypfang@sjtu.edu.cn(Y. Fang)。无肉人造肉和人造动物肉术语生命周期评估的结果表明,肉类类似物的温室气体排放量显著降低,因此可以为动物源性肉类提供环境友好的替代品[9]。根据来源不同,人造肉可分为两大类:人工养殖肉和植物性人造肉。培养肉被描述为养殖肉在清洁和受控的环境中生长,因此保证没有牛海绵状脑病和口蹄疫。美国谷歌公司的创始人谢尔盖·布林为马斯特里赫特大学利用牛肉干细胞生产人造肉的然而,这项研究仍处于实验室阶段。此外,生产一公斤“人造肉”的成本约为1万美元细胞培养在能量、水和原料消耗方面被认为是低效的这种人工培养的肉类由于生物学知识有限,消费者接受度较低https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.10.0112095-8099/©2020 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。可从ScienceDirect获取目录列表工程杂志首页:www.elsevier.com/locate/engC. 孙,J.盖,J.He等人工程7(2021)674675干细胞[12]。植物性肉制品是主要由植物来源的蛋白质组成的食品。近年来,作为一种健康和异国情调的食品,优质植物性肉类替代品越来越受到消费者的关注。以植物为原料的人造肉在工业化国家特别受欢迎.本文就植物性肉类替代品的质量、加工和安全技术进行综述。2. 来源和产品蛋白质是生长和维持人体功能的有价值的食物成分关于人类蛋白质营养,有各种各样的来源:谷物,如小麦,大米,玉米和大麦;油籽,如油菜和油菜籽;以及食用豆类,如大豆,豌豆和鹰嘴豆[14,15]。不同的物理化学、结构和功能特性取决于不同的蛋白质类型。目前用于生产肉类替代品的主要蛋白质成分是大豆蛋白、小麦面筋和豌豆蛋白[16]。大豆蛋白,包括大豆分离蛋白和大豆浓缩蛋白,是结构化植物蛋白产品的主要成分,因为其丰富、低成本、水合后的肉样质地和高质量的氨基酸组成,其提供与动物蛋白类似的蛋白质质量[17,18]。大豆蛋白在预防心血管疾病方面也具有潜在的作用。例如,美国食品和药物管理局批准了一项健康声明,即每天25克大豆蛋白可以降低胆固醇并降低冠心病的风险[19]。基于肉类的肉类类似物不仅具有高蛋白质水平和与肉类相当的营养价值,而且由于掺入了任选的组分,还含有很少或不含胆固醇和脂肪[20]。然而,大豆蛋白由于其抗营养因素和过敏潜力而具有许多缺点[21]。作为一种大的二硫键连接的蛋白质组装体,小麦面筋在历史上一直是用于生产肉类类似物的主要基础成分,因为它可以形成三维网络。这有助于形成一个成功的协会,并提供了基本的一致性,在肉类模拟产品[22,23]。小麦过敏,作为儿童食物过敏的最常见原因之一,通常始于幼儿期[24]。豌豆蛋白因其低过敏性、高营养价值以及良好的乳化和泡沫稳定能力而最有希望用于肉类类似物的应用[25]。豌豆基结构被认为比大豆基产品更软且弹性更小,因为它们的胶凝能力较弱[26]。应该指出的是,虽然植物蛋白是良好的蛋白质来源,但它们中的许多缺乏一种或多种必需氨基酸。因此,出于营养和功能目的,在人造肉生产中鼓励存在额外的蛋白质来源,如乳清蛋白和蛋清[27]。这是一个众所周知的事实,即功能和营养的indi-单一的蛋白质是有限的,并且可以通过将它们与其他成分组合来实现协同效应也就是说,肉类似物的质量取决于样品组成。在模拟肉块中添加小麦面筋可以改善几乎所有的感官特性[28,29]。大豆纤维掺入(5%角叉菜胶(ICGN)具有很强的保湿能力ICGN的添加改善了质构特性,并且ICGN浓度的增加导致更多纤维和更少汁的产品,具有改善的总体接受度。在先前的研究中,具有1.5%ICGN的大豆蛋白肉类似物最受小组成员的喜爱[31]。此外,在人造肉食谱中添加维生素(维生素B12)和微量元素(铁和钙)可能进一步有助于健康饮食,特别是纯素食者饮食,大大提高消费者的接受度。应该提到的是,精制,如腌制,翻滚,烟熏,面包涂层,填料,油炸和烧烤,会影响植物基肉类类似物的营养价值。然而,这些步骤是必要的,因为将基础成分转移到公认的食品中至关重要。因此,它们是消费者接受的一个重要方面[32,33]。与绞细牛肉相比,肉类类似物具有更高的多不饱和脂肪酸、钾、钙和磷,在家庭烹饪后生物价值的变化可以忽略不计[34]。基于植物的肉类类似物通常被切割成特定形状,市场上商业产品的期望尺寸范围为6至20 mm[35]。拥有相对成熟的植物性肉制品加工技术的公司正在涌现,如Beyond Meat(美国)、Vegetarian Butcher(荷兰)和Impossible Foods(美国)。Beyond Meat是一个典型的例子,它始于Fu-hung Hsieh和Harold Huff在密苏里大学进行的植物性食品研究。他们研究了如何设计基于植物的肉类类似物以获得更多的商业认可。Beyond Meat以植物烤鸡肉条起家,现已将其产品扩展到调味碎牛肉类似物和传统谷物馅饼。比尔·盖茨(Bill Gates)是BeyondMeat的粉丝,Twitter的先驱Biz Stone和Evan Williams都投资了该公司。除了具有与真正肉类相似的质地和风味外,商业肉类模拟产品还具有诱人的健康益处。例如,与动物性牛肉相比,如表1所示,无磷Beyond Burger的蛋白质和铁含量更高,饱和脂肪含量更低,不含胆固醇[36]。另一个值得注意的例子是Impossible Foods(美国),其口号是“植物 + 科 学 = 肉 类 ” 。 许 多 投 资 者 , 如 Khosla Ventures , HorizonsVentures,Open Philanthropy Project和淡马锡(由新加坡政府支持),都为该公司提供了资金。他们的科学家,农民和厨师团队已经确定了自然重现碎牛肉外观,香气,质地和风味的方法和成分,并成功创造了一种代表性的肉类模拟产品-不可能的汉堡。与牛肉制成的汉堡相比,Impossible Burger不含胆固醇,与传统的80/20碎牛肉相比,具有更多的生物可利用蛋白质(31%),铁(25%)和脂肪(18%)。各种加工肉类替代品作为方便产品以冷冻、新鲜、防腐和灭菌形式出售[38]。在不久的将来,可能会利用这些基础开发3. 处理生产人造肉的早期方法是纤维纺纱技术,该技术是在20世纪80年代开发的。将碱性蛋白质溶液通过挤压机挤压成酸性挤压基,导致沉淀成细丝,所述细丝使用粘合材料组装成仿肉产品[39]。然而,纺丝工艺复杂,需要高度浓缩的植物蛋白溶液,并且对于生产来说非常昂贵。表1Beyond Burger和动物牛肉的营养成分比较组件Beyond Burger动物性牛肉蛋白质(g)2019铁(%DV)2512饱和脂肪(g)59胆固醇(mg)080总脂肪(g)2223每日价值百分比(% DV)是一份食物中的营养素对人类日常饮食的贡献。C. 孙,J.盖,J.He等人工程7(2021)674676大规模应用[40]。近年来,占主导地位的技术一直是热塑性挤出工艺。作为食品工业中生产即食早餐谷物和婴儿食品的众所周知的方法,挤出加工具有高生产率和能源效率。通常,植物蛋白,通常是脱脂形式的,与水、碳水化合物、盐、调味剂和可食用的脂质材料混合,然后在高温和不同湿度条件下进料到双螺杆挤出机中,以形成肉样纤维结构,如图1所示。 1 [41]。为了生产理想的产品并提高消费者的接受度,通过控制和优化组成和加工参数,将肉类模拟物设计为无限接近真实肉类的感官品质,例如质地、味道、风味、颜色和口腔感觉[42]。通过“干挤压”(水分30%)制成的肉类类似物同时,在高水分条件(40%- 80%)下的高水分挤出(HME)工艺提供了更复杂的配方,并且不需要所有成分都具有高溶解度,从而实现了更强大和更具成本效益的技术[46]。最近,已经开发了一种简单的加热库埃特剪切单元装置(图2),其中大豆蛋白悬浮液和小麦面筋在线性拉伸流动中胶凝,以产生纤维产品[47]。这种技术使得有可能从热湿工艺转移到批量工艺中的模拟纹理生产[48]。因此,具有高温剪切单元的剪切诱导结构化方法已用于形成纤维状大豆蛋白结构[49]。已经开发了一种封闭腔流变仪,以确定的方式和挤出样条件改变热应力和机械应力,允许加工少量食品(约6 g水合小麦面筋)[50]。4. 食品安全和消费者接受度如前所述,消费者健康和食品安全对食品行业至关重要。大豆食品在中国和日本等东亚国家的传统消费已有两千多年的历史,表明其食用安全在过去的几十年里,大豆衍生产品已扩展到西方国家,成为人类饮食的经济优质植物蛋白来源[51]。然而,研究也引起了人们的担忧,大豆饮食可能对人类的认知功能和情绪产生不利影响[52,53]。根据欧洲消费者研究,肉类替代品在四个主要消费群体中特别受欢迎:①减少肉类消费并寻求健康均衡营养的消费者;②关注动物福利、可持续性和道德的消费者;③以服从为导向和成本意识的消费者;以及以放纵和创新为导向的消费者[33,54,55]。大豆配方食品经常被描述为对牛奶有不良反应。然而,10%肠结肠炎和大豆过敏的其他临床表现与牛奶过敏重叠[56,57]。玉米醇溶蛋白无麸质蛋白具有良好的仿肉制品特性,可有效避免过敏问题,具有开发前景。此外,基于大豆的肉类类似物必须面对消费者对大豆转基因(GM)的担忧。尽管在过去的二十年里,用于改变植物蛋白质的物理和营养特性的转基因技术已经取得了相当大的血红素是一种含铁分子,在动物肌肉中含量丰富,并负责真正肉类的颜色和风味[58]。作为基于植物蛋白质的人造肉产品(如Impossible Burger)的关键成分,血红素通过基因工程酵母生产,简单地将大豆豆血红蛋白基因添加到酵母菌株中,通过发酵培养酵母,并从酵母中分离血红素[59,60]。添加植物性血红素可以增强肉类类似物的强烈肉味、香气和烹饪特性但是,还需要进行进一步的测试来确认其安全性。5. 挑战在宏观层面上,天然肉具有视觉上可感知的肌肉纤维,直径在微米范围内[61]。人造肉的微观结构决定了替代品在质地、水分和风味方面是否具有与肉类相似的品质[62]。一般来说,肉类替代品-图1.一、用于将蛋白质材料HME成纤维肉类似物的双螺杆挤出机的方案复制自Ref。[41]经美国化学学会许可,©2008。C. 孙,J.盖,J.He等人工程7(2021)674677图二.剪切诱导蛋白质材料形成纤维状肉类似物。SPI:大豆分离蛋白。经Elsevier Ltd.许可,转载自参考文献[23],©2015年。由目前的挤压工艺获得的肉制品与肉不同,因为它们缺乏肉的纤维结构、咬力和多汁的口感因此,人造肉生产的最大挑战是获得真实动物肉的质地和咬感,这可能需要对肉类替代品配方进行特殊设计并优化加工条件。寻求更低成本的优质植物蛋白来源和所选食品成分的组合以制备仿肉产品至关重要。目前的节能挤压工艺,允许大规模生产的食品零售应加快,并有前途的技术纤维结构需要进一步开发。6. 观点基于植物的肉类类似物的开发被认为是改善人类健康,保护自然资源和维护动物福利的好方法。肉类类似物富含蛋白质、维生素和矿物质,但通常缺乏膳食纤维。作为正常生理/生化过程的必需营养成分,膳食纤维可以作为脂肪替代品添加到食品中,这可以增加产品的食用膳食纤维可以预防糖尿病、肠易激因此,添加膳食纤维的人造肉产品因其广泛的益处而广受欢迎。许多食用成分除了具有营养价值外,还具有防病治病的作用,属于药食同源的范畴。中国国家卫生委员会已批准80多种产品在纳米技术中,“自下而上”的方法是指通过简单构建块的相互作用和自组装来开发高度有序的超分子结构。蛋白质能够在部分变性条件下(例如低pH和热处理)经由成核依赖性途径自组装成原纤维。因此,除了热处理和机械处理(如挤压工艺)外,“自下而上”的方法也可用于肉类类似物的工程设计。随着肉类替代品选择的增加,我们可以享受美味健康的食物,而不会对地球造成伤害。确认本研究得到了国家自然科学基金的资助(31901641和31972023),由上海市科学技术委员会资助(18JC 1410801和19YF 1422400),由上海交通大学青年研究启动基金资助(18X100040057)和上海交通大学第20期大学生创新实践计划(IPP 20192)。遵守道德操守准则孙翠霞、葛娇、何军、甘仁友和方亚鹏声明,他们没有利益冲突或财务冲突需要披露。引用[1] Gerber PJ,Vellinga TV,Steinfeld H.解决畜牧业增长对环境影响的问题和备选办法。肉类科学2010;84(2):244-7.[2] 2050年的资源前景:到2050年,土地、水和作物产量需要增加多少?载于:粮农组织2050年如何养活世界专家会议记录; 2009年6月24日至26日;意大利罗马; 2009年。[3] 埃文斯·N,亚伍德·R。畜牧业和景观。J Landscape Res 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