食品挤压技术在植物肉中的应用浅析

孙保剑，王笛，蔡中胜，田田，刘军，王洪彩

山东禹王生态食业有限公司（禹城 251200）

植物肉是指利用植物原料制成的肉类替代品，旨在模仿动物肉的外观、质地和口感，以满足减少对动物资源的依赖以及促进可持续食品发展的需求。植物肉的发展背景源于对健康、环境和动物福利的关注，以及对可持续食品的追求。食品挤压技术是植物肉产业发展的关键技术之一。它可以提高植物肉产品的品质和可接受度，推动植物肉在市场上的竞争力。植物肉是由蛋白质和其他原料混合而成，通过挤压技术可以将混合物转化为具有肉质质感的形态。在植物肉的制备过程中，挤压技术可使混合物的纤维结构得到破坏和重构，从而使植物肉的质感更加接近于真正的肉类。同时，挤压技术还能将混合物中的空气排出，使植物肉具有更加均匀的口感和质感。

随着植物肉市场的不断扩大和消费者对植物肉的认可度提高，挤压膨化技术将发挥更重要的作用，推动植物肉产业发展。植物肉的发展受益于科技进步和创新。随着食品科学和技术的发展，人们可以更好地理解食物的成分和结构，并利用技术手段模仿和改良动物肉的特性。通过挤压、膨化、纤维重组等技术，植物肉可以获得更接近动物肉的质地、纹理和口感，使消费者能够享受到更好的食用体验。基于此，对植物肉挤压技术的研究进展进行综述，为相关研究和产业发展提供参考。

1 植物肉挤压技术发展历程

植物肉挤压技术源于挤压机的发展，20世纪30年代，单螺杆挤压机问世，它开始用于生产膨化玉米；二战期间，日本人用于生产压缩军粮，此时的挤压方法还是冷挤压技术。50年代，美国将挤压膨化技术应用于饲料工业，主要用于加工宠物食品，对动物饲料进行预处理以改进消化性和适口性。60年代，双螺杆挤压机出现，并用于食品加工领域[1]，此时热挤压技术开始出现，并用于生产大豆组织蛋白，挤压技术开始应用于植物肉领域。我国从70年代开始研究食品挤压技术和挤压加工机械。1980年，北京食品研究所制造出自热式谷物膨化挤压机。1982年无锡轻工业大学从法国Clextral公司引进一台BC-45型双螺杆挤压机，开始了对挤压加工技术的研究。1996年，可视化双螺杆挤压机由北京化工大学研制成功。进入21世纪，挤压膨化技术得到空前发展，国内涌现出数百家挤压机制造商，如湖南富马科食品工程技术有限公司、济南真诺机械有限公司、济南大亿膨化机械有限公司、山东赛百诺机械有限公司等，国外公司如瑞士布勒、德国莱斯特瑞兹和科倍隆等公司纷纷在中国设立子公司。挤压设备的发展也促进植物肉行业的发展，涌现出多家拉丝蛋白生产商，如浙江百川公司、河南品正公司、台湾普罗维生公司等。

2 植物肉挤压技术发展现状

2.1 挤压膨化技术的原理

挤压膨化技术是一种通过将植物蛋白料经过挤压和膨化的过程，使其结构发生改变并获得所需的质地和纹理，该技术的主要原理包括挤压和膨化2个过程[2]。在挤压过程中，植物蛋白料经过挤压机的螺杆作用下，产生剪切和压缩力，使蛋白质分子排列紧密；通过膨化过程，物料在高温高压下迅速膨胀，通过模具挤出时，外部压力急剧下降，产品内部水分迅速蒸发，形成具有多孔结构和肉类质感的产品[3]。

2.2 挤压膨化设备

挤压膨化所用的主要设备为螺杆挤压机，螺杆挤压机又分为单螺杆挤压机，双螺杆挤压机，三螺杆及多螺杆挤压机，常用的为单螺杆挤压机和双螺杆挤压机。单螺杆挤压机具有一根整体螺杆，靠螺杆和机筒的摩擦力带动原料前行，因此物料中的脂肪含量不宜过高，否则由于摩擦力减小，很难挤出产品，影响生产[4]。双螺杆挤压机螺杆（图1）由2根同向或逆向螺杆啮合组成，螺杆不是一个整体，由不同的积木式螺旋组合而成，有输送螺旋、开槽螺旋、捏合块等[5]。积木式螺旋给用户提供多样的发挥使用空间，用户可组成多种多样的螺杆组合，可生产出各种不同的产品，因此，不同的设备、不同产品、不同用户，产品的生产工艺各不相同。

图1 双螺杆组成

单螺杆挤压机的优势是成本低，操作简单，1台单螺杆挤压机的价格为5～10万元，而1台双螺杆挤压机价格为30～80万元。单螺杆挤压机缺点是产能低，每小时产能50～150 kg，需要对原料进行更多的前期处理和混合，且螺杆不能在线清洗。而双螺杆挤压机不仅能够自清洗，且强制物料输送，不受脂肪含量的影响，产能高，每小时100～300 kg。

现代挤压系统（图2）已不是单独的螺杆挤压机，而是由一系列系统组成的生产线，包括原料贮存系统、自动称量系统、混料系统、真空输送系统、挤压系统、干燥系统、包装系统等，并实现自动化生产，可一键设置产品配方，系统根据配方自动上料，自动称量，自动混料，自动挤压及干燥和包装。

图2 现代挤压系统

2.3 工艺参数

挤压膨化技术的工艺参数对最终产品的品质和特性具有重要影响。在工艺参数优化方面，影响挤压膨化技术效果的主要参数包括挤压温度、挤压速度、挤压压力等[6]。通过对这些参数的优化调节，可以实现产品质地、纹理和口感的改善。

挤压温度是影响挤压膨化效果的重要因素之一。适当的挤压温度可以促进蛋白质的凝胶化和交联反应，从而增加产品的弹性和咀嚼性。过高的挤压温度可能导致蛋白质的变性和破坏，降低产品质量。因此，需通过实验和优化确定最佳的挤压温度范围。

挤压速度也对挤压膨化效果有一定影响。适当的挤压速度可使物料在挤压过程中充分受力，实现良好的蛋白质结构重排和形变。过快的挤压速度可能导致蛋白质结构未能完全调整，影响产品质量。因此，需要在挤压速度和挤压温度之间进行协调调节，以获得最佳的挤压效果。

挤压压力是控制产品形状和纹理的关键参数之一。适当的挤压压力可使物料充分受力，实现理想的形状和结构。过高的挤压压力可能导致产品过度致密和变形，影响口感和咀嚼性。因此，需要根据具体的植物蛋白物料和产品要求来确定适宜的挤压压力。

一个完美的产品是上述因素综合作用的结果，不同原料、不同设备、不同环境，工艺条件会截然不同。豌豆蛋白、大豆蛋白、小麦蛋白、大米蛋白、淀粉等为常用原料，其熟化温度不同，不同的原料组合，其最佳生产条件又会不同。如挤压温度150 ℃时，豌豆凝胶的耐热耐剪切能力最强，稳定性、糊化度和熟化度最高，口感更为细腻爽滑，易于咀嚼[7]。大豆蛋白在水分65%、温度190 ℃时，产品口感最佳[8]。花生蛋白的最佳挤压温度为140 ℃[9]。

2.4 膨化抑制剂的应用

膨化抑制剂是指能减少挤压膨化过程中气泡生成和膨化度的添加剂。在植物肉挤压膨化过程中，由于蛋白质的含水量和组成特性，容易产生气泡并导致过度膨化。为控制膨化度和改善产品质地，可以引入膨化抑制剂调节挤压膨化过程。

常见的膨化抑制剂包括膨化抑制蛋白、多糖类物质、脂肪类物质等。膨化抑制蛋白是一种能与植物蛋白质发生相互作用的蛋白质，通过与蛋白质分子形成交联或凝胶结构，可以阻碍气泡的形成和膨化过程。多糖类物质如纤维素和胶原蛋白等，具有吸水性和黏性，可以吸附水分并增加物料的黏性，从而抑制气泡的生成。脂肪类物质能够在挤压膨化过程中形成脂质包裹层，减少气体的扩散和气泡的生成。

在应用膨化抑制剂时，需根据具体的植物蛋白物料和产品要求进行合理选择和配比。通过控制添加剂的种类、用量和加工条件等因素，可以实现对挤压膨化过程的调控，进而改善产品的膨化度和口感。

2.5 低水分挤压技术和高水分挤压技术

挤压技术按生产时水分的高低可分为低水分挤压技术和高水分挤压技术，相应的产品分为低水分拉丝蛋白（图3）和高水分拉丝蛋白（图4）。2种拉丝蛋白都是以大豆分离蛋白、小麦蛋白、豌豆蛋白、脱脂豆粉等为原料，在螺杆挤压机中，在高温高压条件下挤压生成。低水分挤压，单螺杆设备和双螺杆设备都可以完成，高水分挤压只能靠双螺杆设备完成。

图3 低水分挤压产品

图4 高水分挤压产品

低水分拉丝蛋白含水约10%，由于其水分较低，易于储存，需要先复水，再脱水后使用。低水分拉丝蛋白，常用于制作各种食品和食品配料，如植物肉制品、素肉制品、肉类替代品等[10]。高水分拉丝蛋白利用挤压和拉伸的工艺，将各类植物性蛋白制成具有拉丝纹理和质地的产品，含水约50%。由于水分较高，需要冷冻储存，使用时需先解冻。高水分拉丝蛋白的质地柔软且具有弹性，使其在口中更易咀嚼和咬断，提供更好的口感体验。由于不需要复水，可直接制成终端产品，因此使用更为方便，市场潜力比较大[11]。

3 植物肉挤压技术面临的挑战与展望

尽管挤压膨化技术在植物肉生产中取得显著进展，但仍面临一些挑战，包括工艺参数的优化、添加剂的选择和应用、产品稳定性和保质期等方面。未来的研究可进一步探索更加精确的工艺控制和添加剂配方，以提高产品的品质、稳定性和可持续性。未来的挤压膨化技术发展方向如下。

3.1 精细化和智能化

随着数字技术和智能化技术的不断发展，双螺杆挤压机也朝着智能化、精细化方向发展。如采用先进的计算机模拟技术和控制系统，可以实现对挤出过程的精确控制和优化[12]。

3.2 多功能化和模块化

在满足传统食品生产需求的同时，双螺杆挤压机也在向多功能化和模块化方向发展。如同一台双螺杆挤压机可以用于生产多种不同的食品产品，并且可通过更换模具等方式快速实现生产线的转换。

3.3 可持续化和环保化

随着环保意识的不断提高，双螺杆挤压机也在向可持续化和环保化方向发展。如采用先进的节能技术和环保材料，可以减少能源消耗和废弃物的产生，从而实现可持续发展。

4 结语

食品挤压技术由于具有成本低、产能高、保持食品营养的特点，在植物肉生产中起着不可替代的作用。随着科学技术的不断进步和消费者对植物肉的需求增加，挤压技术在植物肉制备中的应用前景非常广阔。它可为植物肉提供更多的创新和发展空间，使其在市场上更具竞争力。同时，挤压技术的进一步改进和创新为植物肉的质量、口感和可持续性带来更大提升，也必将推动植物肉产业的快速发展。