随着经济社会的发展及人们生活水平的提高，对肉类消费需求日益增加，而供应肉类的畜禽业因水土资源缺乏和生态环境压力难以持续扩张。集约化的畜禽业也为病原体的传播提供了理想的条件，增加了流行病的风险；另外，养殖动物被喂食抗生素，目前占全球抗生素消耗量的2/3以上[1]。种种资源环境和公共卫生等问题，都促使人类需要减少真实肉类消费。目前，替代蛋白质包括植物肉，已成为减少真实肉类消费最有前途的方法之一。植物肉利用植物成分模拟肉制品的感官体验，与养殖动物相比，种植植物产生的有害排放、消耗的水资源、占用的土地等都大幅度减少，且易于批量生产，成本较低。植物肉的另一个潜在优势是能减少关键生产原料成分供应和价格的波动。因为禽流感、猪流感和新型冠状病毒肺炎等流行病，很容易造成动物产品原料成分供应链的中断，从而使得许多动物产品很容易受到原料成分价格和可用性波动的影响。另外，植物肉富含蛋白质、膳食纤维、低脂肪、零胆固醇，有助于控制人体质量、胆固醇和血压水平，从而降低便秘、冠心病、心脏病、癌症等慢性疾病风险。所以，植物肉是一种很有前景的健康食品[2]，值得食品研究者开发探索。
2020年团体标准T/CIFST 001—2020《植物基肉制品》中提出了植物肉的概念，即以植物原料（如豆类、谷物类等，也包括藻类及真菌类等）或其加工品作为蛋白质、脂肪的来源，添加或不添加其他辅料、食品添加剂（含营养强化剂），经加工制成的具有类似畜、禽、水产等动物肉制品质构、风味、形态等特征的食品。蛋白质和脂肪均来源于植物原料，不能添加动物来源的蛋白质和脂肪，配方设计以其所模拟动物肉制品的营养组成为基础，应提升蛋白质品质，适当增加蛋白质含量，降低总脂肪及钠含量。赵婧等[3]则提到，植物肉主要是以植物蛋白为原料，通过高水分挤压、3D打印、静电纺丝等技术来生产具有类似肉类结构、口感和风味的动物肉替代品。植物肉应尽可能准确地模拟真实肉类独特的物理化学和感官特性，同时又保持与肉类大致相似的营养特征。
用于植物肉生产的蛋白质需要满足一些特殊的功能性才能获得所需产品的属性，如可挤出性、凝胶性、质构、乳化性、结合性、融合性、黏附性和黏连性，这些属性的相对重要性取决于被模拟植物肉的类别，如汉堡、香肠、碎肉、整块肌肉等。目前市场上的植物肉产品采用最多的植物替代蛋白为大豆蛋白、豌豆蛋白和小麦蛋白。
大豆是目前植物肉产品中最常用的蛋白质来源，主要因为大豆价格低廉、蛋白质质量高、功能多样、产量高和产出率稳定[4]。大豆蛋白主要由球蛋白组成，其中7S（β-伴大豆球蛋白）和11S（甘氨酸）是主要的蛋白类型[5]。大豆蛋白一般具有良好的结构、胶凝作用、乳化作用和流体稳定性。但在植物肉生产加工过程中，它们的结构和聚集状态会发生改变，从而导致上述特性发生改变。大豆蛋白很容易通过挤压和剪切细胞加工方法进行结构化，这有利于生产具有半固态纤维结构的植物肉类似物。在挤压或剪切细胞加工过程中，大豆蛋白经常与其他蛋白质或碳水化合物结合，以获得所需的结构[6]。
豌豆蛋白由于其产量丰富、低成本、多功能性和低致敏性，也常被用来制作植物肉。最重要的豌豆球蛋白是7S豌豆球蛋白和11S豌豆球蛋白，均为球状蛋白。豌豆蛋白可以形成凝胶，但一般低于大豆蛋白的凝胶性能，所以得到的产品比以大豆蛋白为原料的产品更柔软且弹性更小[7]。豌豆蛋白有较好的乳化性、发泡性和流体稳定性，在挤压和细胞剪切加工过程中也会形成各向异性纤维结构[8]。部分豌豆蛋白在口感上不仅可以代替脂肪增添丝滑感，还可以提高咀嚼性，丰富口感[9]。
小麦蛋白中的谷蛋白，如麦醇溶蛋白和麦谷蛋白，因其独特的结构和功能特性也常用于制作植物肉。谷蛋白是一种明显的疏水蛋白，水溶性较低，这对谷蛋白在植物肉制作中的功能性表现至关重要。小麦蛋白中的麦醇溶蛋白分子呈球状，相对分子质量较小（25 000～100 000），具有延伸性，但弹性小；麦谷蛋白分子为纤维状，相对分子质量较大（100 000以上），具有弹性，但延伸性小。这两者的共同作用使得小麦蛋白具有其他植物蛋白所没有的独特黏弹性。谷蛋白在挤压过程的高套筒温度下会产生各向异性结构，有助于模拟肉类的结构和质地[10]。
从营养上看，使用单一品种的蛋白质往往无法满足人体的营养需求；从加工上看，单一品种蛋白质在加工品质，如凝胶性、质构、乳化性、结合性等方面也会有所缺陷，所以在制作植物肉时可以混合多种蛋白组分。Jie等[11]研究发现，大豆蛋白和小麦蛋白按照一定比例混合可以得到纤维化程度更高的产品。同时为了丰富植物肉中的氨基酸组成，也会添加绿豆蛋白。张金闯[12]采用花生和大豆混合植物蛋白体系制备植物肉，提高了植物蛋白肉的胶凝能力，挤出物形成了更为致密的结构和光滑的表面。美国Gardein公司用大豆蛋白浓缩物、大豆分离蛋白、豌豆蛋白制作植物肉丸；加拿大Omnipork公司用大豆蛋白和香菇发酵的豌豆及米蛋白制作植物肉饼；中国金字火腿股份有限公司用大豆蛋白和小麦蛋白制作植物肉饼等[13]，这说明混合植物蛋白在植物肉制作中已具有可行性并真正发挥实效。
另外，除了大豆、豌豆、小麦等常见的植物蛋白外，果蔬花卉药材中的南瓜籽、番茄籽、西瓜籽、山药、龙须菜；坚果，如花生、芝麻、核桃；谷物中的大米、小米、黑米；食用菌中的金针菇、猴头菇；藻类中的小球藻、螺旋藻、紫球藻等都含有丰富的植物蛋白，挖掘这些蛋白质资源应用于植物肉的制作，将带来巨大的营养价值和经济价值[14-17]。
植物肉制作中添加脂类，对于获得理想的理化、感官和营养特性非常重要[18]。根据产品的不同，脂肪含量可能从低于5%到超过20%[19]。准确地模拟动物脂肪组织的功能特性，特别是质构特征比较困难。陆地动物的脂肪通常含有相对较高水平的饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸，往往会在冰箱和室温下部分结晶。当其被加热时，脂肪晶体融化，脂质相变成液体，导致脂肪组织软化。这种脂肪相的熔融和结晶有助于构成真实肉制品的质构特征。所以，选择一种植物脂质相去准确模拟真实肉制品脂质相的熔融和结晶行为非常重要。但大多数植物来源的脂类含有相对较高水平的不饱和脂肪酸，室温下是液态的。因此，它们不能模仿动物脂肪在加热融化后形成半固态质构的能力。而具有相对较高熔点的植物来源固体脂类，如椰子油、可可脂、乳木果脂和棕榈油，通常与液态油，如葵花油或菜籽油混合，来获得理想的固态脂肪含量。当用植物来源的固体脂类去制作植物肉时，最终产品的饱和脂肪酸含量可能会高于真实的肉制品。此外，模拟动物的脂肪组织时，达到相似的硬度非常重要的，但也要考虑材料的弹性[20]。
黏合剂的主要作用在于作为不同成分间的附着剂或相似成分间的黏结剂，来提高产品的流体稳定性[18]。黏合剂往往是高分子质量的亲水分子，其官能团能使它们与植物肉中各种成分相互作用。蛋白质、甲基纤维素、果胶、淀粉、卡拉胶、黄原胶及交联酶类等都可以用作植物肉黏合剂。
马铃薯蛋白有相对其他植物蛋白更低温度下的展开和胶凝性，能更好地模拟真实肉中肌纤维蛋白的热变性行为[21]。甲基纤维素是通过化学方法将甲基附着在纤维素上而形成，通常从木浆或棉花中获得。甲基纤维素在加热超过52 ℃时形成可逆凝胶，这是由于甲基之间的疏水吸引力强度增强导致[22]。甲基纤维素表面同时具有非极性（甲基）和极性（羟基），这意味着它可以在环境中与疏水和亲水物质相互作用，从而发挥黏合性。果胶是一组常存在于植物细胞壁之间的聚合物，提取后，果胶成分的功能属性可以通过化学或酶的修饰来改变甲基化程度。高甲氧基果胶可以在酸性条件和高糖条件下形成凝胶；而低甲氧基果胶可以在钙离子存在下形成凝胶[23]。淀粉在加热（糊化）和冷却（老化）时可以吸收水分并形成凝胶。一些淀粉，如木薯粉和土豆淀粉，其糊化温度类似于肉蛋白的变性温度[22]。不同的卡拉胶具有不同的分子和功能属性，κ-和ι-卡拉胶在加热后，分别在钾离子或钙离子存在下冷却到40～70 ℃，可以形成热可逆凝胶。相比之下，λ-卡拉胶不可形成凝胶，但仍可作为增稠剂和黏合剂使用。黄原胶是由黄单胞杆菌以碳水化合物为主要原料经微生物发酵获得的，当其并入食物基质时，可以通过形成具有小孔的三维网络与水结合。谷氨酰胺转氨酶是一种食品级交联酶，通常使用微生物发酵方法获得。通过添加足够的谷氨酰胺转氨酶，在最佳pH值（5～8）和温度（25～50 ℃）条件下进行共价交联，然后通过加热食物基质超过75 ℃可以使酶失活[22]。谷氨酰胺转氨酶已被广泛用于制作植物肉的黏合剂和胶凝剂。
真正的肉类和肉制品可能会根据不同产品类别表现出不同的颜色，如红色、粉色、米色和棕色等。生肉在加热时，由于肌红蛋白的降解，在高温下的颜色会从红色变成棕色。其他肉制品，如博洛尼亚香肠，都是略带粉红色的浅米色。用于制作植物肉结构的成分，如蛋白质、多糖、脂类等，并不容易表现出类似真实肉类的颜色，因此需要用着色剂来模仿肉类和肉制品的颜色。大多数植物肉生产商更喜欢使用天然着色剂，可用于制作植物肉的天然红色着色剂有热稳定性和热不稳定性2 种。
热稳定性红色着色剂：类胡萝卜素（如番茄红素和牙黄素）和铁氧化物可用于植物肉制作中产生热稳定的红色[18]。这些化合物不溶于水，它们必须溶解在油相中（类胡萝卜素）或以小颗粒的形式分散在产品配方中（铁氧化物）。通常不同的天然色素组合使用较易获得所需的颜色，例如，氧化铁红和β-胡萝卜素混合使用会产生一种类似亚硝基肌红蛋白的颜色，这是腌肉制品的主要颜色。
热不稳定性红色着色剂：植物肉生产中，最好使用一种在加热过程中能从红色变成棕色的着色剂，以模拟许多真实肉类在烹饪过程中的颜色变化。含有天然色素甜菜红色素或甜菜苷的红甜菜提取物或榨汁可以达到这一目的。这种色素在烹饪过程中容易降解，因此可以用作植物肉制作中的热不稳定性红色着色剂[24]。它在植物肉中的大多数pH值环境下，即pH 3～7中是相对稳定的，所以它在烹饪前的贮藏过程中不容易褪色。
用于制作植物肉的植物提取成分大都没有肉味，而且许多植物蛋白还携带异味物质，如醛、醇、酮、酸、吡嗪、硫化物、皂苷及酚类化合物，有时还有生物碱。单纯去除异味能增强植物肉成分的感官接受度，但不能产生肉味。所以需要开发来自植物提取物的、能提供肉味的调味剂。一般可以通过以下方法来获得此类调味剂。
风味前体物[25]：风味前体物与含血红素铁的蛋白质，如豆血红蛋白混合，在烹饪过程中可以催化植物肉肉味的形成。常用的风味前体物包括氨基酸，如半胱氨酸、谷氨酸或赖氨酸；不饱和脂类，如油酸或亚油酸；糖，如葡萄糖或核糖；核苷酸，如一磷酸肌苷或一磷酸鸟苷；以及硫胺素、乳酸等。
美拉德反应：烹饪过程中产生风味最重要的反应是美拉德反应。为使得食物中能发生这种反应，还原糖和氨基酸需要在最佳的水分活度（约0.7）条件下。有研究[26]表明，将半胱氨酸和核糖混合物在145 ℃下加热20 min，可以产生多种化合物以提供植物肉的肉味，如2-糠基硫醇、2-甲基-3-巯基呋喃、2-噻吩-甲基硫醇和乙基硫醇。
水解：水解植物蛋白是植物原料产生类似肉风味的最古老的技术之一。一般用微生物发酵、酶或酸来诱发蛋白质水解，通过Strecker降解反应或含硫氨基酸分解产生各种挥发性化合物。此外，还可以产生谷氨酸，从而提供许多肉制品特有的鲜味[27]。
真正的肉类和海鲜产品是半固体材料，并带有多种蛋白质组成的纤维内部结构，这些纤维结构强烈影响产品特有的物理化学和感官属性。因此，植物肉生产主要的挑战就是使用植物蛋白来模拟这种纤维结构[28]。植物中发现的大多数蛋白都是储藏蛋白，单个储藏蛋白往往是球状蛋白，具有近似直径几纳米的球状结构[29]。需要通过食品加工技术将这些球状蛋白转化为一个类似肌肉纤维质地的三维各向异性纤维结构。植物肉组织结构形成技术主要有挤压技术、细胞剪切技术、静电纺丝和3D打印等。静电纺丝是将植物蛋白溶解于碱性溶液中，挤入酸性溶液形成纤维状[30]。但加工过程中会产生有毒物质，且成本较高，所以逐渐被淘汰[31]。3D打印是近几年新兴的技术手段，植物蛋白通过喷头挤出，冷却后形成层状的植物蛋白肉，但由于整个加工过程中挤压力较小，不能形成致密的结构[31]，且挤出式3D打印的叠层沉积方式，产品多为层状的各向异性结构，且各向异性结构的形成依赖于挤出物在接收盘上的定向排列，因此3D打印的植物肉制品与真实肉制品的纤维状结构还存在一定差距[3]，所以该法应用并不广泛。目前，植物肉组织结构形成使用较多的技术是挤压和细胞剪切。
挤压是目前生产植物肉最常见的方法，它广泛使用的原因一是因为它将几个操作单元结合在一个设备中：混合、加热和结构化；二是因为它可以连续运行，有利于大规模生产。挤压机包含3 个主要部分：一个电机（额定功率为几百千瓦）；嵌入温控桶的单段或双段螺杆；以及一个最终材料挤出的模具。啮合双段螺杆挤压机常用于生产植物肉，在该设备中，温控桶的2 个螺杆在同一方向上相互旋转。质量或体积给料器用于将粉状蛋白质注入挤压机的给料部分，而泵用于将物料引入下一环节，可在桶段的开始或结束处添加油[32]。螺杆元件被设计用于完成挤压过程中的不同任务：输送、混合、揉捏、压缩和剪切。挤压机内的螺杆和其他元件根据其设计和直径来完成不同的任务[33]。Samard等[34]研究表明，螺杆设计可用于低水分和高水分挤压。
低水分组织化植物蛋白产品是通过挤压低水分（＜50%）富含蛋白质的粉末而产生的。生产低水分组织化植物蛋白使用的是一个较短的成型模具，最简单的几何机构是孔喷嘴。在这种模具中，通过模具出口处的降压来使得蛋白质组织化，通常从2 000～10 000 kPa降至环境压力。材料被水化和加热，超过玻璃化转变温度，形成一种橡胶状物质，随后温度进一步升高，超过变性温度时，再转变为可流动的熔体。当材料离开模具时，压力突然下降，热蛋白通过闪蒸分散膨胀。水分快速蒸发导致蛋白质分子排列成各向异性结构。经温度突然下降和20%左右水分的去除，在低于材料玻璃化转变温度时，挤压机中可流动熔体固化，这使得蛋白质分子间形成新键。这些低水分组织化植物蛋白通常在挤出后再经过干燥，以提高其货架期。
高水分组织化植物蛋白是通过挤压高水分（约50%～70%）富含蛋白质的粉末而获得的。这通过附加一个冷却模具来实现，以防止在模具出口处的快速降压，从而将水分保留在蛋白质结构中。这一过程通常被称为“高湿度挤压”或“湿挤压”[35]。组织化蛋白从冷却模具上切割下来后，运输至下一步加工（如冷冻、切碎、腌制或油炸）。
最靠近模具壁的蛋白质分子冷却得更快，这使得它们更快与近邻形成相互吸引力，从而使它们黏度增加，移动得更慢。另外，壁面剪切应力也减慢了它们的速度。朝向中间部分的材料流动得更快，冷却得也更慢，从而形成了各向异性结构。但蛋白质在较低温度下沉淀时，会促进这种现象的发生，因为较低温度会导致材料内部形成富含蛋白质和蛋白质耗尽的区域，也称为旋节相分离[36]。这种相分离中断了蛋白质与蛋白质间相互作用的形成，从而促进了各向异性结构的形成。
挤压的一个缺点是，可以产生组织化蛋白样品的厚度会受到模具冷却效率的限制。相比挤压，细胞剪切中的参数更容易控制（如剪切速率、温度和压力）。细胞剪切的另一个优点是，所生产植物肉的尺寸更接近于动物产品的全切肉，如牛肉或鱼，特别是其厚度。
将粉状植物蛋白物质（通常是浓缩物或分离物）与水和多糖（如需要）混合，然后将浆液转移到干物质含量约为45%的细胞中，然后在高温下剪切材料，以获得所需的结构[37]。细胞剪切中有2 种几何形状用来设计制作植物肉：叠锥和叠圆柱[38]。叠锥设计包括1 个上锥进入下锥形的腔体，2 个圆锥通常是不锈钢制成的。下椎体被加热并能旋转，而上椎体是静止的。首先，待加工的材料被放入下锥体，然后将上椎体放入到这种材料中，2 个椎体之间形成一个确定的间隙，这是蛋白质混合物被剪切的地方。剪切细胞被密封，以减少加工过程中水分的蒸发。叠圆柱设计是将待加工材料混合，放入下面圆柱，然后将上面圆柱放入其中。材料在2 个圆柱间狭窄的间隙中被剪切，间隙的尺寸被控制。这种类型的细胞剪切设计带有一个带盖的蒸汽加热的固定外缸和一个使用驱动轴旋转的加热内缸，当内圆柱缸旋转时，蛋白质分散体被剪切和加热[39]。由椎体或圆柱体的剪切作用产生的速度梯度有利于纤维或层状结构的形成。纤维结构的形成也取决于所使用的成分，不同蛋白质之间或蛋白质与多糖之间的热力学不相容性被认为是细胞剪切加工过程中形成各向异性结构的主要驱动因素[38]。由于细胞剪切中椎体间或圆柱体间的间隙高度可以调整，因此可以生产出更厚的植物蛋白块，从而能更真实地模拟从真实肉类或鱼类产品中提取的全切肉蛋白质[18]。细胞剪切技术被认为是一种很有前途的批量生产结构化植物蛋白的方法。
植物肉的外观是消费者用来评估其质量和可取性的第一个感官印象，因此，植物肉的颜色应该被设计成准确地模拟特定真实肉类基础产品的外观。食品制备过程中，肉制品的颜色以特定的方式发生变化。例如，牛排从生肉时的亮红色/粉红色变成煮熟时的亚光棕色，而鸡胸肉则从生肉时的亮粉色变成煮熟时的米色。这些都是由于产品在特定的时间和温度范围内发生了热诱导化学反应。烹饪过程中肉制品颜色的变化也受到不同成分物理状态和结构组织变化的控制，改变了肉制品的光散射程度[40]。烹饪前，生肉的整个肌肉组织有带有粉红色到红色（取决于不同的动物）的光泽和不透明外观。
食物的颜色和亮度常用三色坐标来量化，如国际照明委员会提出的CIELAB系统[41]。该系统利用亮度值（L*）、红度值（a*）和黄度值（b*）3 个参数来确定材料的光学特性。当开发植物肉产品时，首先需要量化被模拟的真实肉的L*、a*和b* 3 个颜色参数，才能使得植物肉产品更接近真实肉类颜色，从而提升消费者对植物肉产品的接受度。通过添加一种或多种天然色素和/或通过控制如脂肪滴、油滴、碎片或颗粒的大小和浓度，可以获得与真实动物肉类相似颜色和亮度的植物肉产品[42]。Ou Mingjuan等[43]还研究了一种细胞培养法，用胶红酵母、紫红曲霉、植物乳杆菌等多菌株固态发酵法来生产大豆蛋白植物肉，植物乳杆菌能促进紫红曲霉的生长，最终增强发酵大豆蛋白的颜色。同时，发酵产物可以在颜色、质构、风味等方面在一定程度上模拟真实肉的颜色和光泽，为植物肉的发展带来了新的思路。
另外，许多植物蛋白成分天然呈浅米色或棕色，可以模拟真正的鸡肉颜色。然而，在蛋白质挤压过程中，由于相对高的温度引发了化学反应，如美拉德或焦糖化反应，导致蛋白质的棕色加深[44]。因此，在选择适当的成分和挤压条件时，应考虑到这些颜色的变化。对于红肉类似物，如植物性牛肉产品，通常需要使用热敏性和或在烹饪过程中改变颜色的着色剂。
植物肉的质地属性在决定其加工过程、质量属性、保质期和感官特性方面起着非常重要的作用[45]。植物肉的质地通常具有典型的流变学特征，即当被施加合适的压力时，它们会产生诸如弯曲或变形的机械反应。而植物肉比较典型的流变学特性便是强凝胶性。蛋白质聚集形成的三维网络结构是构成许多软固体动物食品流变学特性的重要因素，如被发现存在于酸乳和奶酪中的酪蛋白网络、存在于煮熟鸡蛋中的球蛋白网络和存在于肉类和海鲜中的肌原纤维蛋白网络。因此，生物聚合物，如蛋白质/或多糖，经常被用来模拟植物肉的网络结构，来获得类似真实肉的质地属性[46]。含有强黏附性的蛋白质，如谷蛋白，可以促进更接近真实肉的质地和纹理形成[47]。
动物性食品中的某些成分也有助于形成理想的质地，如肉类和海鲜中的脂肪组织。因此，结构相似的成分经常用来模拟植物肉中这些元素所产生的质地属性，如脂肪滴和脂肪晶体。另外，植物肉的质地属性也取决于将不同结构成分结合在一起的物理/化学相互作用的性质，最重要的物理相互作用是氢键、疏水吸附、范德华吸附和盐桥。结构组分间也可能通过化学或酶反应形成共价键，如蛋白质之间的二硫键往往比物理相互作用更强、更坚固[48]。植物肉的质地和感官属性可以通过添加黏合剂来控制，即通过将不同成分结合在一起和提升持水性来增加产品的硬度和多汁性[18]。此外，研究发现，60%、65%或70%含水量对植物肉产品的质地感官属性有重要影响，而所使用的挤压温度的影响相对较小[49]。
理想情况下，植物肉应能在生产、贮藏和制备过程中保留流体，这些流体有助于形成产品的质地、可烹饪性和多汁性[50]。通常，这些流体主要包括水，但是也可能包括溶解的蛋白质、碳水化合物、盐和脂滴。构成植物肉流体稳定性一个最重要的因素就是持水能力，植物肉制作中常用于增强产品持水性的物质是黏合剂，如甲基纤维素、柑橘片或其他水胶体[51]。
植物肉的持水能力通常是因缠结和/或交联的生物聚合物所组成的三维网络形成的，这些三维网络主要通过3 种机制持水：1）水-生物聚合物混合效应；2）离子效应（如盐类）；3）网络弹性变形效应[52]。水-生物聚合物的混合效应取决于水和生物聚合物分子之间相互作用的性质，如氢键、疏水相互作用和静电相互作用，以及生物聚合物网络的表面积。离子效应是由于生物聚合物网络内外的离子，如矿物离子浓度的差异，导致了渗透压。这种浓度梯度可能是由于反离子优先吸引到凝胶网络中带相反电荷的生物聚合物表面，如Na＋离子吸引到阴离子表面基团或Cl－离子吸引到阳离子表面基团。网络的弹性变形效应是由生物聚合物网络在被施加外力时对压缩或扩展的机械阻力造成的。当生物聚合物分子之间的交联数量增加时，生物聚合物网络的持水能力通常会增加，因为这增加了凝胶的强度，从而使其更具机械抗压缩性[52]。低水分挤压的组织化大豆蛋白的持水性能在烹饪后会增加，主要是因为加热后蛋白质展开和聚集增加导致蛋白质三维网络增强，使得更多的水分储留在植物肉中。另外，油的添加能增加未烹饪组织化蛋白的持水性能，从而减少烹饪损失[52]。
肉制品的风味是各种挥发性和非挥发性分子作用的结果，这些分子存在于原始产品中，或在烹饪过程中通过一系列复杂的化学反应产生。通常，植物性食品或风味剂制造商会量化那些有助于产生真实肉类味道和香气的风味分子的类型和浓度，然后利用这些信息去识别可以产生与真实肉类相同风味特性的植物性风味剂。这些植物性风味剂通常由风味剂生产商通过可控制的化学反应、发酵过程或通过识别出含有这些植物性风味物质的适合天然来源，如酵母、蘑菇或海藻等来制作。
许多用来制作植物肉，特别是蛋白质的植物性提取成分含有不良风味物质，一般由原料中蛋白质或其他成分的化学降解产生，如脂质氧化或水解反应[53]。或者，这些不良风味物质可能是由具有不良味道或香味成分相关的一些其他次要成分造成的[54]。为减少这些不良风味物质，原料生产商通过培育新的植物品种，开发新的加工技术来避免、去除或中和它们。例如，通过结合热处理和红外线处理降低脂肪氧化酶活性，从而降低鹰嘴豆种子中挥发性不良风味物质的浓度[55]。
理想情况下，植物肉应比真实肉具有类似或更好的营养成分，意味着其含有相对平衡的宏亮营养素，含有足够数量的生物微量营养素（维生素、矿物质）和高水平的膳食纤维，而且在人体肠道中消化得不会太快。此外，植物基食物对饱足感和饱腹感以及新陈代谢（如胰岛素反应）的影响也很重要，因为这可能影响食物的消费总量，从而影响肥胖和糖尿病等慢性疾病。植物基食物对肠道微生物的影响也很重要，因为目前已知结肠中微生物的性质对人体健康有重大影响[42]。但目前的营养研究表明，植物肉可能会对人体营养产生有益和有害的影响。例如，植物肉会增加膳食纤维、镁、叶酸、多不饱和脂肪酸和总铁的摄入量，但可能导致VB12、VD、铁、锌和钙的摄入不足，以及降低总蛋白的摄入量[56]。
目前提高植物肉营养价值和健康价值最常用的方法是营养强化和配方改良[42]。用微量营养素、营养品和膳食纤维（统称为生物活性成分）强化植物肉时，应考虑如下因素：1）溶解性：生物活性成分的极性和溶解特性各不相同，根据其分子特性，它们可能在油、水、二者介质都存在或都不存在的情况下具有不同的溶解度，所以要确保生物活性剂溶解或分散在合适的介质中；2）化学稳定性：随着时间推移或加工过程进行，许多微量营养素和营养品有化学降解的趋势，这取决于溶液和环境条件，如pH值、温度、溶剂极性、氧气、光照和促氧化剂水平，因此，需要选择更稳定的微量营养素或营养品形式，或设计出在贮藏和加工过程中能限制其降解的食品基质；3）食物基质相容性：任何微量营养素、营养品或膳食纤维都要与被引入的食物基质相容，特别是它不应对被营养强化的植物肉的外观、质地、风味或保质期产生不利影响；4）生物利用率：实际被人体吸收的生物活性剂的浓度比原始食物中的浓度更重要，一些生物活性剂通常具有较低的生物利用度，因为它们的水溶性低、新陈代谢快或在人体肠道中的吸收差，在这些情况下，使用精心设计的输送系统或食物基质来提高生物活性剂的生物利用度非常重要；5）其他因素：还需考虑用于强化植物肉的任何生物活性食品成分的监管状况、成本、可持续性和标签友好性。
植物肉在准确模拟目标取代动物性食品的外观、感官和味道时，也可能含有过多的能量、脂肪、盐和糖等对健康不利的元素。同时，植物肉可能是高度加工的食物，在胃肠道内快速消化，从而导致血糖水平升高，因此有必要对植物肉进行配方改良，以提高其营养水平[42]。1）降脂肪：脂肪在决定食物理想的物理化学和质地特性方面发挥着许多重要作用，有助于食物外观、质地和口感的形成[57]。因此去除或降低脂肪含量会对产品质量产生不利影响，需要制定有效策略取代脂肪能够提供的理想质地属性。脂肪滴提供的质地属性可以使用增加水相黏度的水胶体或食品级颗粒来模拟，如黄原胶、瓜尔豆胶、刺槐豆胶、微晶纤维素或蛋白质颗粒。脂肪相保持油溶性物质、维生素或其他物质的能力可以通过使用不可消化的脂质，如矿物油或糖脂肪酸酯，或使用低热量的脂质，如沙拉脂而不是可消化的脂质来获得。2）降糖：可以通过水胶体来取代植物肉中的淀粉。水胶体可以以分子形式使用，也可以转化成模拟淀粉颗粒的微凝胶使用。因为其会降低热量，不会导致血糖快速升高，促进健康的肠道微生物群，具有多种理想的生物活性作用。实际应用中，需要仔细地改良配方，以确保获得产品理想质量。3）降盐：植物蛋白通常是用盐析法分离，所以往往含盐量较高。长期摄入高水平的盐与患高血压和中风的风险增加有关。因此，降低植物肉中的盐含量对提高其营养水平是有利的。研究人员提出了许多策略在不改变物理化学和感官属性的前提下降低食物盐含量，如隐形盐还原、盐味增强、多感官效应、盐晶体设计和钠替代等。Kuo等[58]生产了可以迅速溶解在唾液中的小空心盐晶体，可以减少25%～50%的盐却提供同样的盐味。另一种策略是将盐捕获在可食用的小颗粒中，然后在口腔内突然释放。一段时间内，口腔内盐浓度的快速波动被认为比恒定的盐浓度盐味更强烈。因此，较少的总盐用量可以用来产生相同的盐味感知。4）降低消化率：淀粉和脂肪等宏量营养素的快速消化和吸收导致血糖和脂质水平快速升高，这可能导致新陈代谢失调。因此，制作植物肉时，降低宏量营养素的消化率很重要。如在不影响产品质量的前提下，可以使用缓慢消化或抗性淀粉来替代。一些植物成分，如膳食纤维或多酚，可以参与脂质消化的关键胃肠道成分结合，如酶、胆盐或钙，从而延缓消化过程。另外，减少植物成分加工可能也是有利的，如保持细胞壁完整可以削弱消化酶抵达相应底物，如植物组织内脂肪、淀粉或蛋白质的能力和速度[57]。
从植物中提取的食物成分可能含有与之相关的杀虫剂或化肥，所以作物种植过程中需要合理使用杀虫剂和化肥，或者通过适当的处理方法来降低食物成分中的杀虫剂或化肥含量。藻类和微藻可以从其所处的环境水中吸收有害重金属，如果成为食物链的一部分，也可能对身体造成严重损害，因此其种植需要远离污染水域，并采用合适的检测分析方法来确定其污染程度[59]。另外，一些植物成分也可能被细菌或各种霉菌毒素污染，制作植物肉时，这些植物食品成分应仔细处理、清洁和加工。
制作植物肉时还需考虑特定氨基酸的缺乏情况，以确保人群有足够的氨基酸供应。目前有研究通过作物育种、基因工程和增加营养物质含量或减少抗营养素含量的加工方法，来提升植物肉中重要营养物质的含量和生物利用度。
以植物肉为代表的植物基食品受到越来越多人的青睐，其背后的科学研究和技术也正在迅速发展。但目前植物肉商业化和真正代替人们熟悉的真实肉制品还面临着品种单一、制备低效、成本较高、加工过程难以精确化控制等问题，在风味和口感调控及营养和安全性评价等方面也面临着巨大挑战。目前更倾向于研究具有改进的功能属性和可靠性的植物衍生成分以及通过结构设计原则来制造更多具有改进性或新颖性的植物食品。而这些食品的应用将有助于创造出更多样化的高质量植物性食品，能准确地模拟真实的肉类，并且美味、实惠、方便、健康和具有可持续性。目前市场上比较成功的产品都是模拟用碎肉制成的产品，如汉堡、香肠、牛肉糜等，未来更重要的是研发创造更广泛类别的植物肉，如牛排、鸡胸肉、猪排和鱼肉片等。未来也需要进一步研究如何设计出营养素相对平衡并能控制其消化率和生物利用度的植物肉，来增加消费者对植物肉的接受度，以及确定将更多的植物肉纳入饮食对人类营养和健康的影响。
[1]CHUNG J Y, BRYANT C J. Plant-based meats in China: a crosssectional study of attitudes and behaviours[J]. Journal of Human Nutrition and Dietetics, 2022, 36(3): 1095-1097. DOI:10.1111/jhn.13092.
[2]LIU Xinqi, XIA Shaoqi, ZHANG Chi. Research progress on biological activity and processing characteristics of soybean protein and peptides[J]. Journal of Food Science and Technology, 2020, 38(3): 1-10.DOI:10.3969/j.issn.2095-6002.2020.03.001.
[3]赵婧, 宋弋, 刘攀航, 等. 植物基替代蛋白的利用进展[J]. 食品工业科技, 2021, 42(18): 3. DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2021070082.
[4]HERREMAN L, NOMMENSEN P, PENNINGS B, et al. Comprehensive overview of the quality of plant- and animal-sourced proteins based on the digestible indispensable amino acid score[J]. Food Science and Nutrition, 2020, 8(10): 5379-5391. DOI:10.1002/fsn3.1809.
[5]GROSSMANN L, WEISS J. Alternative protein sources as techno-functional food ingredients[J]. Annual Review of Food Science and Technology, 2021, 12(1): 93-117. DOI:10.1146/annurev-food-062520-093642.
[6]MACDONALD R S, PRYZBYSZEWSKI J, HSIEH F H. Soy protein isolate extruded with high moisture retains high nutritional quality[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2009, 57(9): 3550-3555.DOI:10.1021/jf803435x.
[7]OSEN R, TOELSTEDE S, EISNER P, et al. Effect of high moisture extrusion cooking on protein-protein interactions of pea (Pisum sativum L.) protein isolates[J]. International Journal of Food Science Technology, 2015, 50(6): 1390-1396. DOI:10.1111/ijfs.12783.
[8]SCHREUDERS F K G, DEKKERS B L, BODNÁR I, et al. Comparing structuring potential of pea and soy protein with gluten for meat analogue preparation[J]. Journal of Food Engineering, 2019, 261: 32-39. DOI:10.1016/j.jfoodeng.2019.04.022.
[9]陈春梅, 王确, 周国强, 等. 植物蛋白及其产品应用的研究进展[J].现代食品, 2022, 28(20): 55-58. DOI:10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2022.20.014.
[10]KRINTIRAS G A, GÖBEL J, BOUWMAN W G, et al. On characterization of anisotropic plant protein structures[J]. Food Function, 2014,5(12): 3233-3240. DOI:10.1039/C4FO00537F.
[11]JIE H C, SIMON M L, ALLAN K H, et al. Effects of soy protein to wheat gluten ratio on the physicochemical properties of extruded meat analogues[J]. Food Structure, 2018, 11(2): 18-20. DOI:10.1016/j.foostr.2018.11.002.
[12]张金闯. 高水分挤压过程中花生蛋白构象变化及品质调控[D].北京: 中国农业科学院, 2019: 150-157.
[13]欧雨嘉, 郑明静, 曾红亮, 等. 植物蛋白肉研究进展[J]. 食品与发酵工业, 2020, 46(12): 299-305. DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.023823.
[14]王妙玲, 张彩猛, 李兴飞, 等. 水媒法燕麦分离蛋白的制备工艺[J].食品与发酵工业, 2021, 18(3): 25-27. DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.027014.
[15]张凡, 李书田, 王显瑞, 等. 小米分离蛋白提取方法优化及对蛋白组成的影响[J]. 中国食品学报, 2021, 22(2): 161-170. DOI:10.16429/j.1009-7848.2021.02.020.
[16]姚思含, 廖敏和, 康佳欣, 等. 酶辅助三相分离法同时提取亚麻籽油、亚麻籽蛋白和亚麻籽胶工艺优化[J]. 中国油脂, 2022, 47(3):14-15. DOI:10.19902/j.cnki.zgyz.1003-7969.210239.
[17]翟晓娜, 师建芳, 赵慧凝, 等. 菜籽饼粕蛋白的提取、功能特性及其在食品中应用的研究进展[J]. 食品工业科技, 2021, 42(12): 389-397.DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2020070065.
[18]KYRIAKOPOULOU K, KEPPLER J K, VANDERGOOT A J. Functionality of ingredients and additives in plant-based meat analogues[J].Foods, 2021, 10(3): 600. DOI:10.3390/foods10030600.
[19]BOHRER B M. An investigation of the formulation and nutritional composition of modern meat analogue products[J]. Food Science and Human Wellness, 2019, 8(4): 320-329. DOI:10.1016/j.fshw.2019.11.006.
[20]GONZALEZ-GUTIERREZ J, SCANLON M G. Chapter 5: rheology and mechanical properties of fats[M]//MARANGONI A G. Structure-function analysis of edible fats. Urbana: AOCS Press, 2018: 119-168.
[21]SCHMIDT J M, DAMGAARD H, GREVE-POULSEN M, et al. Gel properties of potato protein and the isolated fractions of patatins and prote ase inhibitors: impact of drying method, protein concentration,pH and ionic strength[J]. Food Hydrocolloids, 2019, 96: 246-258.DOI:10.1016/j.foodhyd.2019.05.022.
[22]PHILLIPS G O, WILLIAMS P A. Handbook of hydrocolloids[M].Woodhead Publishing, 2009: 710-723; 108-141. DOI:10.1533/9781845695873.807.
[23]BINDEREIF B, EICHHÖFER H, BUNZEL M, et al. Arabinan sidechains strongly affect the emulsifying properties of acid-extracted sugar beet pectins[J]. Food Hydrocolloids, 2021, 121: 106968.DOI:10.1016/j.foodhyd.2021.106968.
[24]CEJUDO-BASTANTE M, HURTADO N, DELGADO A, et al. Impact of pH and temperature on the colour and betalain content of Colombian yellow pitaya peel (Selenicereus megalanthus)[J]. Journal of Food Science and Technology, 2016, 53(5): 2405-2413. DOI:10.1007/s13197-016-2215-y.
[25]FRASER R, BROWN P O, KARR J, et al. Methods and compositions for affecting the favor and aroma profle of consumables:US9700067B2[P]. 2021-09.
[26]HOFMANN T, SCHIEBERLE P. Evaluation of the key odorants in a thermally treated solution of ribose and cysteine by aroma extract dilution techniques[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1995,43(8): 2187-2194. DOI:10.1021/jf00056a042.
[27]JO M N, LEE Y M. Analyzing the sensory characteristics and taste-sensor ions of MSG substitutes[J]. Journal of Food Science,2008, 73(5): S191-S198. DOI:10.1111/j.1750-3841.2008.00769.x.
[28]GROSSMANN L, WEISS J. Alternative protein sources as technofunctional food ingredients[J]. Annual Review of Food Science and Technology, 2021, 12(1): 93-117. DOI:10.1146/annurev-food-062520-093642.
[29]GUO Jian, YANG Xiaoquan, HE Xiuting, et al. Limited aggregation behavior of β-conglycinin and its terminating effect on glycinin aggregation during heating at pH 7.0[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2012, 60(14): 3782-3791. DOI:10.1021/jf300409y.
[30 MATTICE K D, MARANGONI A G. Comparing methods to produce fibrous material from zein[J]. Food Research International, 2019, 128:108804. DOI:10.1016/j.foodres.2019.108804.
[31]郭子鸣, 莫呈鹏, 王鲁峰. 植物蛋白肉的加工及品质特性研究进展[J]. 食品安全质量检测学报, 2023, 14(5): 88-89. DOI:10.19812/j.cnki.jfsq11-5956/ts.2023.05.003.
[32]KENDLER C, DUCHARDT A, KARBSTEIN H P, et al. Effect of oil content and oil addition point on the extrusion processing of wheat gluten-based meat analogues[J]. Foods, 2021, 10(4): 697.DOI:10.3390/foods10040697.
[33]MASKAN M, ALTAN A. Advances in food extrusion technology[M].Boca Raton: CRC Press, 2012. DOI:10.1201/b11286.
[34]SAMARD S, GU B Y, RYU G H. Effects of extrusion types, screw speed and addition of wheat gluten on physicochemical characteristics and cooking stability of meat analogues[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2019, 99(11): 4922-4931. DOI:10.1002/jsfa.9722.
[35]PIETSCH V L, BÜHLER J M, KARBSTEIN H P, et al. High moisture extrusion of soy protein concentrate: infuence of thermomechanical treatment on protein-protein interactions and rheological properties[J].Journal of Food Engineering, 2019, 251: 11-18. DOI:10.1016/j.jfoodeng.2019.01.001.
[36]SANDOVAL MURILLO J L, OSEN R, HIERMAIER S, et al.Towards understanding the mechanism of fibrous texture formation during high-moisture extrusion of meat substitutes[J]. Journal of Food Engineering, 2018, 242: 8-20. DOI:10.1016/j.jfoodeng.2018.08.009.
[37]DEKKERS B L, NIKIFORIDIS C V, VAN DER GOOT A J. Shearinduced fibrous structure formation from a pectin/SPI blend[J].Innovative Food Science and Emerging Technologies, 2016, 36: 193-200. DOI:10.1016/j.ifset.2016.07.003.
[38]CORNET S H V, SNEL S J E, SCHREUDERS F K G, et al. Thermomechanical processing of plant proteins using shear cell and high-moisture extrusion cooking[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition,2022, 62(12): 3270-3272. DOI:10.1080/10408398.2020.1864618.
[39]KRINTIRAS G A, GADEA D J, VAN DER GOOT A J, et al. On the use of the Couette cell technology for large scale production of textured soy-based meat replacers[J]. Journal of Food Engineering,2016, 169: 205-213. DOI:10.1016/j.jfoodeng.2015.08.021.
[40]TOLDRA F. Lawrie’s meat science[M]. 8th ed. Woodhead Publishing,2017.
[41]HUTCHINGS J B. Food color and appearance[M]. 2nd ed. Springer,1999. DOI:10.1016/S0963-9969(97)89646-9.
[42]MCCLEMEN D, GROSSMANN J. Next-generation plant-based foods[M]. Switzerland: Springer Cham, 2022.
[43]OU Mingjuan, LOU Jiamiao, LAO Lifeng, et al. Plant-based meat analogue of soy proteins by the multi-strain solid-state mixing fermentation[J]. Food Chemistry, 2023, 9: 135671. DOI:10.1016/j.foodchem.2023.135671.
[44]SAMARD S, RYU G H. A comparison of physicochemical characteristics, texture, and structure of meat analogue and meats[J].Journal of the Science of Food and Agriculture, 2019, 99(6): 2708-2715. DOI:10.1002/jsfa.9438.
[45]MCCLEMENTS D J, WEISS J, KINCHLA A J, et al. Methods for testing the quality attributes of plant-based foods: meat- and processed-meat analogs[J]. Foods, 2021, 10(2): 260. DOI:10.3390/foods10020260.
[46]MCCLEMENTS D J, GROSSMANN L. The science of plantbased foods: constructing next generation meat, fsh, milk, and egg analogs[J]. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety,2021, 20(4): 4049-4100. DOI:10.1111/1541-4337.12771.
[47]FIORENTINI M, KINCHLA A J, NOLDEN A A. Role of sensory evaluation in consumer acceptance of plant-based meat analogs and meat extenders: a scoping review[J]. Foods, 2020, 9(9): 1334.DOI:10.3390/foods9091334.
[48]MCCLEMENTS D J. Food emulsions: principles, practice, and techniques[M]. 2nd ed. Boca Raton: CRC Press, 2015. DOI:10.1016/j.foodhyd.2014.11.023.
[49]LIN S, HUFF H E, HSIEH F. Extrusion process parameters, sensory characteristics, and structural properties of a high moisture soy protein meat analog[J]. Journal of Food Science, 2002, 67(3): 1066-1072.DOI:10.1111/j.1365-2621.2002.tb09454.x.
[50]WI G, BAE J, KIM H, et al. Evaluation of the physicochemical and structural properties and the sensory characteristics of meat analogues prepared with various non-animal based liquid additives[J]. Foods,2020, 9(4): 461. DOI:10.3390/foods9040461.
[51]CORNET S H V, SNEL S J E, LESSCHEN J, et al. Enhancing the water holding capacity of model meat analogues through marinade composition[J]. Journal of Food Engineering, 2021, 290.DOI:10.1016/j.jfoodeng.2020.110283.
[52]CORNET S H V, SNEL S J E, LESSCHEN J, et al. Enhancing the water holding capacity of model meat analogues through marinade composition[J]. Journal of Food Engineering, 2021, 290: 120.DOI:10.1016/j.jfoodeng.2020.110283.
[53]COSSON A, OLIVEIRA CORREIA L, DESCAMP N, et al.Identifcation and characterization of the main peptides in pea protein isolates using ultra high-performance liquid chromatography coupled with mass spectrometry and bioinformatics tools[J]. Food Chemistry,2022, 367: 130747. DOI:10.1016/j.foodchem.2021.130747.
[54]ROLAND W S U, POUVREAU L, CURRAN J et al. Flavor aspects of pulse ingredients[J]. Cereal Chemistry, 2017, 94(1): 58-65.DOI:10.1094/CCHEM-06-16-0161-FI.
[55]SHARIATI-IEVARI S, RYLAND, EDEL A, et al. Sensory and physicochemical studies of thermally micronized chickpea (Cicer arietinum) and green lentil (Lens culinaris) fours as binders in low-fat beef burgers[J]. Journal of Food Science, 2016, 81(5): S1230-S1242.DOI:10.1111/1750-3841.13273.
[56]VATANPARAST H, ISLAM N, SHAFEE M, et al. Increasing plantbased meat alternatives and decreasing red and processed meat in the diet differentially affect the diet quality and nutrient intakes of canadians[J]. Nutrients, 2020, 12(7): 2034. DOI:10.3390/nu12072034.
[57]CHUNG C, SMITH G, DEGNER B, et al. Reduced fat food emulsions: physicochemical, sensory, and biological aspects[J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2016, 56(4): 650-685.DOI:10.1080/10408398.2013.792236.
[58]KUO W Y, LEE Y S. Effect of food matrix on saltiness perceptionimplications for sodium reduction[J]. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 2014, 13(5): 906-923.
[59]CAVALLO G, LORINI C, GARAMELLA G, et al. Seaweeds as a “Palatable” challenge between innovation and sustainability: a systematic review of food safety[J]. Sustainability, 2021, 13(14): 7652.DOI:10.3390/su13147652.
A Review of Recent Progress on Plant-Based Meat: Raw Materials, Processing Technologies, and Product Properties
代欣欣. 植物肉生产原料、技术及产品特性研究进展[J]. 肉类研究, 2023, 37(8): 61-69. DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20230423-031. http://www.rlyj.net.cn
DAI Xinxin. A review of recent progress on plant-based meat: raw materials, processing technologies, and product properties[J]. Meat Research, 2023, 37(8): 61-69. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20230423-031. http://www.rlyj.net.cn