《JOURNAL OF FOOD QUALITY》：Textural Effects of Substituting Beef With Soy Proteins in Burger Patties
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通过用植物蛋白部分替代牛肉制成的混合肉饼（hybrid patties）是一种有前景的策略，可在保持传统肉制品功能属性的同时减少肉类消费。由于消费者的接受度在很大程度上受质构（texture）影响，因此评估此类替代如何改变产品外观和结构完整性至关重要。然而，当
通过用植物蛋白部分替代牛肉制成的混合肉饼（hybrid patties）是一种有前景的策略，可在保持传统肉制品功能属性的同时减少肉类消费。由于消费者的接受度在很大程度上受质构（texture）影响，因此评估此类替代如何改变产品外观和结构完整性至关重要。然而，当牛肉被复杂的多组分植物系统而非单一植物蛋白替代时，质构变化的结构基础仍知之甚少。本研究探讨了大豆基多组分肉类类似物（meat analog）在全替代范围内对牛肉汉堡肉饼的质构、微观结构（microstructure）和凝胶行为（gelation behavior）的影响。牛肉分别以0%、25%、50%、75%和100%的比例被一种混合物替代，该混合物包含大豆分离蛋白（isolated soy protein, SPI）和组织化大豆蛋白（texturized soy protein, TSP）、小麦面筋（wheat gluten, WG）、椰子油、菜籽油和甲基纤维素（methylcellulose, MC）。随着替代水平的增加，硬度（hardness）、内聚性（cohesiveness）、胶黏性（gumminess）、咀嚼性（chewiness）和剪切力（shear force）逐渐降低，但硬度在25%替代时得以保持。所有配方的蒸煮损失（cooking loss）相似，而牛肉含量较高的肉饼在蒸煮过程中直径收缩和厚度增加更为明显。微观结构分析显示，随着替代增加，基质变得松散、粗糙，肉与植物蛋白之间的相互作用减少，这导致了所观察到的质构变化。流变学测量显示，随着牛肉含量降低，储能模量（storage modulus, G′）下降，网络形成向更高温度偏移，表明凝胶结构较弱。总的来说，这些结果表明，大豆基混合肉饼的质构局限性源于被破坏的、弱交联的蛋白质网络。通过解析复杂多组分类似物在0%–100%完整替代范围内的质构-结构关系，这项工作为靶向配方策略和混合肉制品的优化提供了机制基础。
减少肉类消费的呼声因健康、社会、伦理和环境问题而日益高涨，植物基饮食已被证实可降低Ⅱ型糖尿病和心血管疾病风险，并减少碳足迹。然而，从以肉类为中心的饮食习惯完全转向严格素食或纯素食在现实社会背景下颇具挑战，而转向弹性素食或半素食则更为可行。植物蛋白此前多以低浓度（2%-5%）用作肉类填充剂，主要出于功能性和成本考虑；现今混合肉制品（以20%-50%植物蛋白替代）的目标是在解决可持续性和消费者健康问题的同时，保持肉类特有的功能和感官特性。但消费者对混合肉制品的口感、质地和营养方面常感不满，其根源在于植物蛋白与肌原纤维蛋白在结构上的根本差异——后者通过热诱导凝胶化形成连续三维网络，而前者（如大豆蛋白）呈球状构象，凝胶与乳化特性不同。以往对牛肉替代的研究多集中于单一植物蛋白源（如豆类粉），而对复杂多组分植物类似物系统的质构和结构影响缺乏系统认识。研究人员因此开展本研究，旨在探讨大豆基多组分肉类类似物在0%-100%全替代范围内，对牛肉汉堡肉饼的凝胶网络形成、微观结构、力学特性及质构的影响，以期为混合肉制品的配方优化提供机制基础。该研究成果发表于《JOURNAL OF FOOD QUALITY》。
为开展研究，研究人员采用以下主要技术方法。以瘦牛肉（64.38%水分、17.44%蛋白质、15.70%脂肪）为肉基，与含大豆分离蛋白、两种粒径的组织化大豆蛋白（TSP1、TSP2）、小麦面筋、甲基纤维素、椰子油和菜籽油的植物基类似物按不同比例混合制饼。蒸煮损失及直径/厚度变化评估持水性和尺寸稳定性；质构剖面分析（texture profile analysis, TPA）和剪切力测试量化力学特性；组织学染色（苏木精-伊红和过碘酸-雪夫染色）用于微观结构观察；动态流变学测定储能模量（G′）和损耗模量（G″）以表征凝胶行为。统计采用单因素方差分析（ANOVA）和Tukey检验，并计算效应量η2。
3.1 外观、蒸煮损失和尺寸变化：人眼观察显示，植物蛋白比例增加使熟制肉饼颜色逐渐变浅，低替代水平下可见组织化蛋白颗粒，可能影响消费者感知。所有配方的蒸煮损失无显著差异（p值范围0.070-1.000，η2=0.262），说明替代不改变失水总量。但尺寸变化显著：高牛肉含量肉饼的直径收缩和厚度增加更明显（p<0.001，η2分别为0.792和0.873），这归因于肉蛋白热变性收缩，植物蛋白比例升高减弱了此效应。
3.2 TPA和剪切力测试：纯牛肉（100%）硬度最高（42.5 N），75%牛肉样品与纯牛肉硬度无显著差异（p=0.161），表明肌原纤维蛋白足以维持硬度；但当牛肉降至50%及以下时，硬度显著下降（50%为28.3 N），0%和25%牛肉样品之间也有显著差异。其他TPA参数（弹性、内聚性、胶黏性、咀嚼性、恢复性）均随替代增加而显著降低（η2=0.560-0.850），且纯牛肉组显著高于所有混合组。剪切力同样随替代增加而下降（纯牛肉13.7 N，0%牛肉6.0 N，η2=0.860），杨氏模量和剪切作功亦呈现类似趋势。这些结果均指向植物蛋白与肉蛋白之间的不利相互作用，削弱了蛋白质网络稳定性。
3.3 微观结构：苏木精-伊红染色显示，纯牛肉样品呈均匀、致密的纤维状肌肉结构；组织化大豆蛋白呈海绵状结构。混合样品（25%-75%牛肉）中，植物蛋白的掺入导致结构破坏，形成密度较低、较粗糙的基质，空隙增多，肌纤维与组织化蛋白间相互作用减少。过碘酸-雪夫染色显示，牛肉含量低于75%的样品出现更大、更明显的紫色区域，证实碳水化合物（主要来自组织化大豆蛋白）的存在。较松散的网络和空隙增加与前述较软质地一致，可能降低消费者的“肉感”感知。
3.4 动态流变学：加热至46°C过程中，所有样品G′下降，与脂肪融化有关；50%-100%牛肉样品在46-55°C间出现G′小幅上升，指示肌原纤维蛋白交联开始，100%牛肉在70°C达G′峰值，形成强凝胶网络。而植物蛋白比例高的样品G′整体较低，0%牛肉样品在20-72°C持续下降，凝胶化温度移至更高范围且网络强度减弱。冷却阶段所有样品G′回升，但混合样品仍低于纯牛肉。G′始终高于G″，表明样品呈类固体行为，但植物蛋白替代削弱了凝胶形成能力。
讨论指出，弱交联的蛋白质网络是混合肉饼质构变软的根本原因，蒸煮损失差异不显著表明替代物可用于保持产品重量，但尺寸收缩差异反映不同蛋白的热行为不同。研究中采用的多组分类似物与单一蛋白试验结果不同，提示复杂系统的交互效应需特化设计。总体而言，实现与传统牛肉饼完全一致的质构仍具挑战，未来需优化配方（如改进组织化技术、增强肉-植物蛋白互作、改善凝胶特性）并进行感官消费者评价，以桥接仪器测量与感知接受度。研究结论明确：植物基类似物的掺入降低了硬度、内聚性、咀嚼性和剪切力，导致质地变软；蒸煮损失相似及尺寸变化表明加工过程可接受，但微观结构显示弱网络形成；流变学指出凝胶温度升高、网络强度降低。因此，混合产品在模拟牛肉质地方面仍存在困难，建议以功能性和感官优化为未来重点。
