Optimization of Pea Protein Plant Meat Formulation by Response Surface Methodology and Its in Vitro Digestion Analysis
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摘要: 随着人们对健康饮食和环境保护意识的增强，植物肉产品在国内外得到迅速发展。本研究旨在探究豌豆组织蛋白与谷朊粉之比、红薯淀粉、菜籽油、红曲红添加量对植物肉感官评分、质构特性咀嚼性的影响。在单因素实验基础上，采用Box-Behnken响应面试验、质构分析对植物肉配方进行优化，并对最优配方进行理化指标测定和体外消化试验。结果表明，豌豆组织蛋白与谷朊粉之比为7:3（g/g）、红薯淀粉添加量6%、菜籽油添加量10%、红曲红添加量0.03%时最佳，此时得到感官综合评分为88.31分，质构分析咀嚼性为3.131；最优配方得到的植物肉蛋白质含量为15.70%、脂肪含量为2.33%、水分含量为57.79%；经质构分析，植物肉与猪肉里脊、牛肉、鸡肉除弹性外，硬度、粘结性、咀嚼性存在显著性差异（P<0.05）；体外消化分析结果显示，植物肉的蛋白质体外消化率为80.83%，牛肉蛋白质消化率为87.50%，两者差异性较小，说明植物肉具有较好的消化能力。以豌豆组织蛋白为原料的植物肉为进一步深入开发应用及其他相关产业提供了参考资料。Abstract: With the increasing awareness of healthy diet and environmental protection, plant-based meat products have been rapidly developed at home and abroad. The objective of this study was to examine how the ratio of pea tissue protein to gluten, along with the additions of sweet potato starch, rapeseed oil, and red yeast red, affected the sensory scores and chewiness of plant-based meat. On the basis of single factor experiments, the plant-based formula was optimized using Box Behnken response surface methodology and texture analysis, and the optimal formula was tested for physicochemical indicators and in vitro digestion tests. The results showed that the ratio of pea tissue protein to gluten was 7:3 (g/g), along with 6% sweet potato starch, 10% rapeseed oil, and 0.03% safflower red, resulted in plant-based meat with favorable sensory scores (88.31) and chewability (3.131). The protein content of the plant-based meat obtained from the optimal formula was 15.70%, the fat content was 2.33%, and the moisture content was 57.79%. According to texture analysis, there were significant differences in hardness, adhesiveness, and chewiness between plant meat and pork loin, beef, and chicken, in addition to elasticity. The results of in vitro digestion analysis showed that the protein digestibility of plant meat was 80.83%, while that of beef was 87.50%. The difference between the two was small, indicating that plant meat had good digestion ability. The plant meat made from pea tissue protein provides reference materials for further development, application, and other related industries.
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Keywords:
- plant-based meat /
- pea protein /
- formula optimized /
- texture properties /
- in vitro digestion
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植物肉是一种越来越受到消费者欢迎的新型食品，其可持续、环保、健康的特点得到了广泛认可。市售肉制品有腌腊肉制品、酱卤肉制品、熏烤烘培肉制品、干肉制品、油炸肉制品、肠类肉制品、火腿肉制品、调制肉制品等[1]。市售肉制品含有丰富的蛋白质、维生素和矿物质，但其有大量的饱和脂肪酸，容易诱发高血压、高血脂、肥胖症等疾病[2]。然而植物肉不仅具有丰富的维生素及钾、锌、钠等矿物质元素[3]，还具有高蛋白质、膳食纤维、零胆固醇、零激素、低脂肪、零抗生素等优点[4]，提升人们生活品质的同时，也满足人们对绿色生活的追求。
大豆蛋白是植物肉的主要原料，且应用广泛。大豆蛋白氨基酸含量丰富，在组成上与牛奶蛋白质接近，在营养价值上可与动物蛋白等同，在基因结构上也最接近人体氨基酸，被称为最具营养的植物蛋白[5]。但其中β-伴大豆球蛋白（7S）、大豆球蛋白（11S）是大豆蛋白中最主要的过敏原，约占大豆蛋白总量的70%（m/m）以上[6]，易造成过敏现象。相较于大豆蛋白，豌豆组织蛋白含有人体所必需的8种氨基酸，属于全价蛋白质。它具有价格低廉、营养均衡、致敏性低[7]、功能特性优良等优势，其水解物具有抗氧化[8]、抗高血压[9]、消炎和调节肠道菌群活性等功能[10]，可应用于植物肉的生产中。但目前对豌豆组织蛋白的研究主要集中在肉制品、乳制品、水产品和烘烤制品各种食品材料中[11−12]，其目的是提高产品中蛋白质含量，而以豌豆组织蛋白和谷朊粉搭配的植物肉在质地、口感、营养价值等方面的研究还鲜见报道。
本研究对豌豆组织蛋白与谷朊粉的比例、红薯淀粉、菜籽油、红曲红添加量进行单因素实验、响应面试验和质构测定，通过对植物肉的感官评分和质构分析咀嚼性为指标进行配方优化试验，探究豌豆组织蛋白与谷朊粉之比、红薯淀粉、菜籽油、红曲红的最佳添加量和配方工艺，旨在得到品质好、口感佳的植物肉。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
豌豆组织蛋白（颗粒状，蛋白含量70%） 奥润金谷（济南）生物科技有限公司；谷朊粉 河南天明食品添加剂有限公司；甘氨酸、DL－蛋氨酸 河北华阳生物科技有限公司；植物水解蛋白 上海爱普食品工业有限公司；酵母提取物 广东一品鲜生物科技有限公司；红曲红 广东科隆生物科技有限公司；白砂糖、食盐、菜籽油、红薯淀粉、五香粉、孜然粉 均购买于当地超市。
AF224电子分析天平（精度0.0001 g） 上海舜宇恒平科学仪器有限公司； FE28型pH计 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；YC型恒温水浴摇床、WGLL-230BE型电热鼓风干燥箱 天津市泰斯特仪器有限公司；YPX133B型冷藏箱 广州傲雪医用冷藏箱；YXD-40C型电烤箱 广州市赛思达机械设备有限公司；TA.XT Plus C型质构仪 北京微讯超技仪器有限公司；湘仪CL5R型离心机 江苏孟安仪器设备有限公司；SZC-D型脂肪测定仪 上海纤检仪器有限公司；KDN-08B（04B）型定氮仪 上海华睿仪器有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 植物肉制作工艺
参考李学杰等[13]方法加以修改，用清水浸泡豌豆组织蛋白2 h。将食盐1.0 g、酵母提取物0.1 g、甘氨酸0.2 g、蛋氨酸0.2 g、植物水解蛋白0.3 g、白砂糖0.3 g、香辛料1.0 g等风味前体物在室温条件下溶解在水中配成溶液，用此溶液在0～4 ℃条件下浸泡脱水后的豌豆组织蛋白12 h，并均匀搅拌，将一定比例的菜籽油、谷朊粉加入水中，与浸泡12 h的植物蛋白原料搅拌混匀，再加入一定比例的红薯淀粉、红曲红整压成型，在上火120 ℃、下火100 ℃的烤箱中烘烤15 min。植物肉工艺流程如图1。
1.2.2 单因素实验
确定豌豆组织蛋白与谷朊粉之比为7:3（g/g）、红薯淀粉添加量为6%、菜籽油添加量为9%、红曲红添加量为0.03%为固定工艺参数，以感官评分为指标，考查豌豆组织蛋白与谷朊粉之比（9:1、8:2、7:3、6:4、5:5）、红薯淀粉添加量（4%、5%、6%、7%、8%）、菜籽油添加量（3%、6%、9%、12%、15%）、红曲红添加量（0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%）四个主要影响因素对豌豆蛋白植物肉的感官评分影响。
1.2.3 响应面优化试验
根据单因素实验结果，以感官评分（Y1）和质构分析咀嚼性（Y2）为响应值，使用响应面Box-Behnken方法对四因素三水平进行试验设计，Box-Behnken试验因素与水平见表1。
表 1 响应面试验因素水平设计Table 1. Factors and levels table of response surface experiment水平 因素 A豌豆组织蛋白与
谷朊粉之比B红薯淀粉
添加量（%）C菜籽油
添加量（%）D红曲红
添加量（%）−1 8:2 5 6 0.02 0 7:3 6 9 0.03 1 6:4 7 12 0.04 1.2.4 质构特性测定
选用TA.XT Plus C质构仪，选择最佳的模式和参数在室温下进行测试。样品处理为直径3 cm，厚度1 cm圆柱体在TPA模式下进行质构测试。探头P/1S；预测试速度：2 mm/s；测试速度1 mm/s；测后速度：1 mm/s；下压程度：60%；触发力：5 g，测定指标为咀嚼性，硬度、弹性、粘结性。每组样品测量三次，取平均值±标准差。
1.2.5 蛋白质含量测定
根据GB/T 5009.5-2016食品中蛋白质的测定[14]用凯氏定氮法对植物肉的蛋白质进行测定。
1.2.6 脂肪的测定
根据GB/T 5009.6-2016食品中脂肪的测定[15]用索氏提取法对植物肉的脂肪进行测定。
1.2.7 水分的测定
根据GB/T 5009.3-2016食品中水分的测定[16]对植物肉的水分含量进行测定。
1.2.8 持水力测定
参照程潜[2]的方法加以修改，称取约1.0 g的样品至于离心管中，加入10 mL去离子水，充分混匀，25 ℃静置30 min，300 r/min离心。
1.2.9 持油力测定
测定时使用菜籽油代替去离子水，方法同持水力测定。
1.2.10 感官评价
根据中国食品科学技术学会于2020年12月25日发布的T/CIFST 001-2020《植物基肉制品》团体标准，参照王秋野[17]的方法加以修改，邀请20名经过专业培训的食品感官评价人员，从色泽、表观形态、组织化度、口感、风味总体情况进行测评，最后得分取平均值，评定标准见表2。
表 2 豌豆蛋白植物肉感官评价指标Table 2. Sensory evaluation standards of Pea protein and vegetable meat指标 评分标准 得分（分） 色泽 色泽异常 1～3 色泽发暗或有焦色 4～6 产品色泽均匀，有光泽，光泽不足 7～8 色泽均匀，有光泽 9～10 表观形态 呈碎片状，分散严重，表面粗糙 1～5 表面出现破裂，成型性较差 6～8 色泽光滑，结构细密，质地不均匀 9～12 表面光滑，结构紧密，质地均匀 13～15 组织化度 无纤维结构 1～5 纤维结构较弱，拉丝较差，有层流或气泡 6～10 具有明显的纤维结，均匀性较差，无层流 11～18 具有明显的纤维结构，均匀一致，无层流 19～25 口感 口感粗糙，有嚼劲，弹性不足 1～5 较硬，嚼劲稍差，弹性不足 6～10 稍硬，嚼劲较强，弹性较强 11～15 硬度适中，有嚼劲，弹性适中 15～20 风味 有苦味，豆腥味 1～10 无香味，稍有异味 11～15 具有植物的香味和滋味，基本无异味 16～20 具有较好的香味和滋味，无焦糊味和其他异味 21～30 1.2.11 体外消化试验
参考公艳[18]的方法制备消化体系并进行植物肉的模拟口腔、胃和肠道消化。
口腔消化（S1）：精确称量6 g样品放置于100 mL的烧杯中，加入30 mL模拟唾液后用均质机搅拌，使样品充分破碎均质后放入水浴摇床中，37 ℃振荡10 min，转速为200 r/min。
胃肠消化（S2）：将水浴摇床中的样品取出，用HCl（3 mol/L）调节溶液体系pH1.5，然后加入30 mL模拟胃液，放置于40 ℃水浴摇床中振荡60 min，转速为200 r/min；反应结束后取5 mL的样液，于70 ℃水浴锅中加热灭酶，经过模拟胃肠消化的消化液用NaHCO3（0.1 mol/L）调节溶液体系pH6，加入30 mL胆汁-胰酶的复合液，再分别加入5 mL 1 mol/L的NaCl和1 mol/L KCl，置于37 ℃水浴摇床（转速为200 r/min）中振摇120 min模拟肠道消化，然后在70 ℃的水浴锅中加热灭酶。
肠道吸收（S3）：将20 mL剩余消化液转移到截留分子量为3000 Da的透析袋中，并将透析袋置于装有50 mL PBS缓冲液的烧杯中，37 ℃水浴摇床振荡4 h，转速为200 r/min，将PBS缓冲液转移到离心管中。
体外消化率计算参考罗明洋等[19]的方法加以修改，将S1、S2、S3样品混匀静置2 h进行离心（4000 r/min、40 min），弃去上清液。沉淀物在50 ℃条件下烘干至恒质量，记录烘干样品数据，用凯氏定氮仪测定消化前植物肉和烘干后样品中蛋白质含量。体外消化率计算公式为：
式中：m0表示消化前植物肉中蛋白质含量，g；m1表示烘干后残留物中蛋白质含量，g。
1.3 数据处理
采用Oringin 2018对单因素实验结果进行分析处理，试验测定数据采用平均值±标准差的形式表示，响应面试验运用Design Expert 13软件进行数据分析、响应面试验设计和二次模型的建立，对数据进行回归方程解析、二次多项式回归拟合和响应面曲面分析，植物肉与不同市售肉制品质构特性、理化指标、体外消化的显著性差异运用IBM SPSS Statistics 26进行分析，所有试验重复三次，取平均值±标准差。显著性分析采用t检验法，显著性水平取0.05，当P<0.05时，存在显著性差异；当P>0.05时，不显著。
2. 结果与分析
2.1 单因素实验结果
2.1.1 豌豆组织蛋白与谷朊粉之比对植物肉品质的影响
豌豆组织蛋白与谷朊粉之比对植物肉品质的影响如图2所示，当豌豆组织蛋白与谷朊粉之比在 9:1~7:3（g/g）时，植物肉的综合感官评分随谷朊占比的增加而提高；当豌豆组织蛋白与谷朊粉之比为7:3（g/g）时，综合感官评分达到最大值（80.1±0.74）；但继续增加谷朊粉占比，植物肉的综合感官评分反而降低。分析原因是由于谷朊粉吸水后，分子内和分子间通过二硫键链接，形成网状结构，具有很强的粘弹性、成团性、成膜性和形成立体网络的能力，具有良好的水分吸附能力[20−21]，与豌豆组织蛋白混合，可以帮助植物肉保持其湿润度，增加其弹性和肉质感[22]；当谷朊粉占比过多时，谷朊粉的热凝胶化性会受到影响，粘度增加，使其植物肉口感降低，这与赵知微[21]研究结果相符。综合考虑豌豆组织蛋白与谷朊粉之比对植物肉综合感官评分的影响，确定豌豆组织蛋白与谷朊粉之比的范围为8:2～6:4。
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图 2 豌豆组织蛋白与谷朊粉之比对植物肉品质的影响Figure 2. Effect of the ratio of pea tissue protein to gluten on the quality of plant meat2.1.2 红薯淀粉添加量对植物肉品质的影响
红薯淀粉添加量对植物肉的影响如图3所示，当红薯淀粉低于6%时，植物肉的综合感官评分随红薯淀粉的增加而提高，当红薯淀粉添加量为6%时，综合感官评分达到最大值（82.5±0.71），但随着红薯淀粉的增加，植物肉的综合感官评分反而降低。可能的原因是淀粉易与水、油、蛋白质等发生交联反应，形成粘度更大的淀粉糊，其结构变得更加均匀[23]，淀粉添加量过多，淀粉糊化结合水分，使其他辅料吸附水不够充分，导致内聚性不再增加；且过多的红薯淀粉会使产品组织粗糙、过硬、无弹性、色泽浅及淀粉味重，这与Khalil[24]研究的结果相符。综合考虑红薯淀粉添加量对植物肉综合感官评分的影响，确定红薯淀粉添加量的范围为5%～7%。
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图 3 红薯淀粉添加量对植物肉品质的影响Figure 3. Effect of sweet potato starch addition on the quality of plant meat2.1.3 菜籽油添加量对植物肉品质的影响
菜籽油添加量对植物肉的影响如图4所示，当菜籽油添加量低于9%时，植物肉的综合感官评分随菜籽油的增加而提高，当菜籽油添加量为9%时，综合感官评分达到最大值（81.9±0.74），但随着菜籽油的增加，植物肉的综合感官评分反而降低。主要原因可能是菜籽油是风味物质的载体[25]，在产品中具有润滑和连接作用，可以与豌豆组织蛋白、红薯淀粉等乳化，使产品内部成分之间联系更加紧密，使用过多的菜籽油，可能会掩盖植物肉本身的味道，让植物肉的味道变得比较单调，影响植物肉本身的口感特点，让口感偏油腻，这与赵知微[21]的研究结果相符。综合考虑菜籽油添加量对植物肉综合感官评分的影响，确定菜籽油添加量的范围为6%～12%。
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图 4 菜籽油添加量对植物肉品质的影响Figure 4. Effect of rapeseed oil addition amount on plant meat quality2.1.4 红曲红添加量对植物肉品质的影响
红曲红添加量对植物肉的影响如图5所示，当红曲红添加量低于0.03%时，植物肉的综合感官评分随红曲红的增加而提高，当红曲红添加量为0.03%时，综合感官评分达到最大值（81.3±0.67），但随着红曲红的增加，植物肉的综合感官评分反而降低。原因是红曲色素作为天然色素，是红曲红的主要色素成分，具有良好的热稳定性[26−27]，能够赋予植物肉良好的红色调。红曲红的发酵过程中还会产生一些芳香物质，这些物质也会对植物肉的香味产生影响[28−30]。红曲红添加过多，红薯淀粉对红曲红色素的吸附作用将会达到极限，植物肉颜色会变成深红色而缺乏肉的光泽和色泽，影响其感官评分。综合考虑红曲红添加量对植物肉综合感官评分的影响，确定红曲红添加量的范围为0.02%～0.04%。
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图 5 红曲红添加量对植物肉品质的影响Figure 5. Effect of red yeast red addition on the quality of plant meat2.2 响应面试验设计结果
2.2.1 响应面回归方程的建立与分析
在单因素实验的基础之上，以感官评分（Y1）和质构分析咀嚼性（Y2）为响应值，选取豌豆组织蛋白与谷朊粉之比（A）、红薯淀粉添加量（B）、菜籽油添加量（C）、红曲红添加量（D）为试验因子进行四因素三水平Box-Behnken试验设计，得到不同因素变量后植物肉感官评分和咀嚼性的结果，结果见表3。
表 3 Box-Behnken试验设计及结果Table 3. Box-Behnken experimental design and results实验号 A B C D Y1 Y2 1 0 −1 0 1 61.82 1.686 2 1 0 0 −1 80.42 2.071 3 0 1 1 0 82.06 3.103 4 0 0 1 −1 72.61 2.258 5 0 −1 −1 0 67.71 2.355 6 0 0 0 0 87.12 3.178 7 1 0 0 1 68.33 2.103 8 −1 1 0 0 79.11 2.677 9 0 0 1 1 78.36 2.331 10 0 1 0 1 65.35 2.073 11 1 0 1 0 81.27 1.323 12 −1 0 0 −1 82.51 2.235 13 0 0 0 0 85.71 2.744 14 0 −1 1 0 65.43 1.158 15 −1 0 −1 0 74.53 1.525 16 1 0 −1 0 72.73 2.363 17 0 −1 0 −1 68.73 1.779 18 0 0 0 0 85.22 2.972 19 0 1 0 −1 71.33 2.114 20 −1 0 0 1 71.13 2.211 21 0 0 −1 1 66.75 2.081 22 0 0 −1 −1 82.75 2.431 23 1 −1 0 0 66.73 2.439 24 1 1 0 0 63.71 1.679 25 0 0 0 0 86.31 2.787 26 −1 −1 0 0 63.65 1.187 27 −1 0 1 0 81.57 2.616 28 0 0 0 0 89.32 3.206 29 0 1 −1 0 65.12 1.113 运用软件Design Expert 13进行回归分析，得到植物肉感官评分和咀嚼性的二次回归方程，植物肉感官评分回归方程为：
Y1=86.74−1.61A+2.72B+2.64C−3.88D−4.62AB+0.3750AC−0.1775AD+4.80BC+0.2325BD+5.44CD−4.89A2−13.01B2−4.24C2−6.84D2；
植物肉咀嚼性的回归方程为：
Y2=2.98−0.0394A+0.1796B+0.0768C−0.0336D−0.5625AB−0.5328AC+0.0140AD+0.7967BC+0.0130BD+0.1057CD−0.4730A2−0.6063B2−0.4445C2−0.3550D2。
各因素对响应值的影响程度可由F值反应。F值越大，P值越小，说明该因素在方程中的影响越显著。由表4可知，在模型中植物肉感官评分的F值为20.61，P<0.0001，模型显著，失拟项F=3.22，P=0.1352>0.05不显著；植物肉咀嚼性F值为18.37，P<0.0001，模型显著，失拟项F=0.7156，P=0.6967>0.05不显著，说明回归方程拟合度较好。由感官评分的F值可知，四种因素对感官评分的影响大小为：红曲红（D）>红薯淀粉（B）>菜籽油（C）>豌豆组织蛋白与谷朊粉之比（A）。由感官评分的P值可知，四种因素中，除豌豆组织蛋白与谷朊粉之比（A）对响应值的影响显著（P<0.05），其余因素均为极显著（P<0.01）。交互作用AB、BC、CD对响应值影响极显著（P<0.01），交互作用AC、AD、BD对响应值的影响不显著；由咀嚼性的F值可知，四种因素对咀嚼性的影响大小为：红薯淀粉（B）>菜籽油（C）>豌豆组织蛋白与谷朊粉之比（A）>红曲红（D）。由咀嚼性的P值可知，四种因素中，除了红薯淀粉（B）对响应值的影响极显著（P<0.05），其余因素对响应值均无显著性影响。交互作用AB、AC、BC对响应值的影响极显著（P<0.01），交互作用AD、BD、CD对响应值的影响不显著。
表 4 回归模型方差分析结果Table 4. Regression model analysis of variance results模型项 感官评分 咀嚼性 均方 F值 P值 显著性 均方 F值 P值 显著性 模型 138.20 20.61 <0.0001 ** 0.6706 18.37 <0.0001 ** A-豌豆组织蛋白与谷朊粉之比 31.07 4.63 0.0493 * 0.0186 0.5107 0.4866 B-红薯淀粉 88.62 13.22 0.0027 ** 0.3870 10.60 0.0057 ** C-菜籽油 83.79 12.50 0.0033 ** 0.0707 1.94 0.1858 D-红曲红 181.04 27.00 0.0001 ** 0.0135 0.3707 0.5524 AB 85.38 12.74 0.0031 ** 1.27 34.67 <0.0001 ** AC 0.5625 0.0839 0.7763 1.14 31.10 <0.0001 ** AD 0.1260 0.0188 0.8929 0.0008 0.0215 0.8856 BC 92.35 13.78 0.0023 ** 2.54 69.56 <0.0001 ** BD 0.2162 0.0323 0.8600 0.0007 0.0185 0.8937 CD 118.27 17.64 0.0009 ** 0.0447 1.23 0.2870 A² 155.40 23.18 0.0003 ** 1.45 39.76 <0.0001 ** B² 1098.27 163.82 <0.0001 ** 2.38 65.31 <0.0001 ** C² 116.87 17.43 0.0009 ** 1.28 35.11 <0.0001 ** D² 303.89 45.33 <0.0001 ** 0.8176 22.40 0.0003 ** 残差 6.70 0.0365 失拟检验 8.35 3.22 0.1352 0.0328 0.7156 0.6967 纯误差 2.59 0.0458 注：P<0.01代表极显著，以“**”表示；P<0.05代表显著，以“*”表示。 由表5可知，感官评分的R2=0.9537，R2adj=0.9075，咀嚼性的R2=0.9848，R2adj=0.8967，表明该模型与实际情况拟合较好；感官评分和咀嚼性的的变异系数CV分别为3.46%、8.69%，小于10%，说明方程有良好的重现性；感官评分和咀嚼性的信噪比分别为14.33、14.21，远大于4，说明模型可信度较高。因此，可用该模型预测自变量对响应值的影响。
表 5 R2综合分析Table 5. Analysis of R2项目 标准偏差 校正R2 系数R2 平均值 变异系数 预测R2 信噪比 感官评分数值 2.59 0.9075 0.9537 74.74 3.46 0.7459 14.3334 咀嚼性数值 0.1911 0.8967 0.9848 2.20 8.69 0.7803 14.2101 2.2.2 响应面图形分析
根据回归方程建立的响应曲面图，考察响应面形状分析豌豆组织蛋白与谷朊粉之比、红薯淀粉、菜籽油、红曲红添加量对感官评分（Y1）和咀嚼性（Y2）的影响，结果见图6~图7。响应曲面坡度的陡峭程度说明随着影响因素的变化，其对响应值的变化情况。从图6和表4可以看出，交互作用AB、BC、CD对应的响应曲面相对于其他交互作用AC、AD、BD更陡，等高线图呈椭圆形且曲线密集，其中，交互作用CD对应的等高线曲线最为密集。
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图 6 各因素交互作用对感官评分影响的响应面Figure 6. Response surface diagram of the interaction of factors on sensory score![]()
图 7 各因素交互作用对咀嚼性影响的响应面Figure 7. Response surface diagram of the interaction of factors on chewiness从图7和表4可以看出，交互作用AB、AC、BC所得到的响应曲面相对于其他交互项作用AD、BD、CD更陡，等高线图呈椭圆形且曲线密集，对咀嚼性存在显著性影响。
2.2.3 验证试验
经软件Design Expert 13对模型回归方程Y1、Y2进行计算，得到该模型最佳豌豆组织蛋白与谷朊粉之比为6.75:3.25（g/g）、红薯淀粉添加量为6.21%、菜籽油添加量为9.97%、红曲红添加量为0.029%，感官综合评分为87.93分，咀嚼性为3.064。考虑到实际操作的局限，将各因素变量修正为：豌豆组织蛋白与谷朊粉之比为7:3（g/g）、红薯淀粉添加量为6%、菜籽油添加量为10%、红曲红添加量为0.03%。此条件下对植物肉进行三次平行试验，取平均值±标准差，得到感官综合评分为88.31±1.13，咀嚼性为3.131±0.37。感官综合评分和咀嚼性的实际值分别达到了预测值的101.43%，102.19%，实际值与理论预测值拟合度高。本研究数据结果与响应面模型拟合效果好，说明响应面优化的结果可靠，在市场中具有实际应用价值。
2.3 不同肉制品品质分析
本研究对优化后的植物肉与市售肉制品的质构、理化指标数据进行方差分析，每组样品进行三次测量，取平均值±标准差，得到以下结果见图8。
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图 8 不同肉质品品质分析注：各个指标的字母不同时，代表植物肉与市售肉制品的 该指标存在显著性差异（P<0.05），字母相同则不存在显著性差异（P>0.05）。Figure 8. Quality analysis of different meat products由图8可知，在最优配方下制得的植物肉的蛋白质含量、脂肪含量、水分含量均低于猪肉里脊、牛肉和鸡肉，且存在显著性差异（P<0.05）；植物肉的硬度、弹性、粘结性和咀嚼性均高于猪肉里脊，粘结性和咀嚼性高于鸡肉，其质构特性与牛肉最为接近。除弹性外，植物肉与猪肉里脊、牛肉、鸡肉的硬度、粘结性和咀嚼性存在显著性差异（P<0.05）。分析原因是因为肌纤维是构成肌肉组织的基本单位，是影响其质构特性的直接因素，但植物肉无肌纤维，故硬度、粘结性、咀嚼性与市售肉制品存在显著性差异。不同肉制品的弹性无显著性差异，是因为红薯淀粉赋予了植物肉较好的弹性，而猪肉里脊、牛肉、鸡肉的弹性与肌肉组织水分含量、蛋白含量和组成等有关，这与王亮等[31]的研究结果相一致。
2.4 体外消化试验分析
将植物肉与牛肉在不同消化阶段的蛋白质含量进行数据分析，得到两者在不同阶段的体外消化情况，见图9。
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图 9 牛肉与植物肉的蛋白质含量注：*表示数据存在显著性差异（P<0.05）。Figure 9. Protein content of beef and plant-based meat经体外消化试验，得到植物肉蛋白质消化率为80.83%，牛肉蛋白质消化率为87.50%。由图9可知，随着消化的进行，牛肉和植物肉的蛋白质含量呈下降的趋势，且口腔消化和胃消化存在显著性差异（P<0.05），肠道消化不存在显著性差异（P>0.05），小肠中植物肉蛋白质含量高于牛肉，即植物肉的消化率低于牛肉，其原因可能为豌豆组织蛋白在制作植物肉过程中发生变性，溶解度降低，这与康立宁[32]和张汆[33]研究结果一致；植物肉具有纤维结构，且纤维与纤维之间紧密连接，蛋白质与酶接触减少，导致所消耗蛋白质含量较低[34]；植物肉的消化率比牛肉低，说明其植物肉的纤维结构和其他物质，如淀粉和菜籽油阻碍了蛋白质的消化[35]。
2.5 植物肉与牛肉产品对比
植物肉与牛肉产品对比见图10。通过试验探究与配方优化，对烤熟后的植物肉和牛肉进行对比分析，得到色泽均匀、表面光滑、质地均匀，具有纤维结构、嚼劲、良好香味和滋味、无焦糊味和其他异味的植物肉。但是，植物肉和市售牛肉的外观、色泽和口感还存在一定差异，分析其原因为，用于植物肉染色的红曲红会受自然光和日照光影响，容易使红曲红色泽变淡[36]，从而使植物肉与牛肉的色泽存在一定差异，且植物肉的原料红薯淀粉虽赋予植物肉一定的弹性，但植物肉无肌纤维结构，故肉质纤维感不强、整体质地较松散，无咀嚼脂肪等口感。通过试验探究与配方优化，对烤熟后的植物肉和牛肉进行对比分析，得到色泽均匀、表面光滑、质地均匀，具有纤维结构、嚼劲、良好香味和滋味、无焦糊味和其他异味的植物肉。但是，植物肉和市售牛肉的外观、色泽和口感还存在一定差异，分析其原因为，用于植物肉染色的红曲红会受自然光和日照光影响，容易使红曲红色泽变淡[36]，从而使植物肉与牛肉的色泽存在一定差异，且植物肉的原料红薯淀粉虽赋予植物肉一定的弹性，但植物肉无肌纤维结构，故肉质纤维感不强、整体质地较松散，无咀嚼脂肪等口感。
2.6 植物肉理化指标数据
经试验测定，植物肉理化指标数据见表6。植物肉中蛋白质含量达到了中国食品科学技术学会发布的T/CIFST 001-2020《植物基肉制品》团体标准的要求，相较于市售的肉制品，植物肉脂肪含量更低，且水分含量和周亚楠等[37]预测的理想结果相近，持水力和持油力结果与程潜[2]研究结果相符。植物肉是一种高蛋白、低脂肪食品，满足人们对未来生活的向往和可持续发展的需求。
表 6 植物肉理化指标数据Table 6. Physicochemical index data of plant meat理化指标 植物肉 蛋白质含量（%） 15.700±0.465 脂肪（%） 2.336±0.360 水分含量（%） 57.791±0.386 持水力（g/g） 2.910±0.512 持油力（g/g） 0.647±0.163 3. 结论
本研究在单因素实验的基础上，进一步利用响应面中心组合方法优化植物肉参数条件，对影响感官评分和咀嚼性的关键因素及其交互作用进行研究讨论，确定了植物肉最佳制作工艺条件为：豌豆组织蛋白与谷朊粉之比为7:3（g/g）、红薯淀粉添加量为6%、菜籽油添加量为10%、红曲红添加量0.03%，在此条件下植物肉得到的感官综合评判总分88.31分，咀嚼性3.131，所获得的植物肉色泽均匀，表面光滑，质地均匀，具有明显的纤维结构，有嚼劲，具有较好的香味和滋味，无焦糊味和其他异味；经质构分析，得到植物肉与猪肉里脊、牛肉、鸡肉除弹性外，硬度、粘结性、咀嚼性存在一定差异，其质构特性与牛肉最为接近；体外模拟消化结果说明，植物肉与牛肉在口腔和胃消化阶段蛋白质含量存在显著性差异，但最终蛋白质消化率差异不大，说明植物肉有较好的消化率。然而，由于实验条件的限制，对植物肉未能进行挤压膨化和3D打印。在未来研究中，可以结合挤压膨化和3D打印技术，推进植物肉的市场发展，与此同时，还需深入研究植物肉的蛋白组学和代谢组学，以充分了解植物肉的风味差异和代谢机制。
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图 2 豌豆组织蛋白与谷朊粉之比对植物肉品质的影响
Figure 2. Effect of the ratio of pea tissue protein to gluten on the quality of plant meat
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图 3 红薯淀粉添加量对植物肉品质的影响
Figure 3. Effect of sweet potato starch addition on the quality of plant meat
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图 4 菜籽油添加量对植物肉品质的影响
Figure 4. Effect of rapeseed oil addition amount on plant meat quality
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图 5 红曲红添加量对植物肉品质的影响
Figure 5. Effect of red yeast red addition on the quality of plant meat
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图 6 各因素交互作用对感官评分影响的响应面
Figure 6. Response surface diagram of the interaction of factors on sensory score
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图 7 各因素交互作用对咀嚼性影响的响应面
Figure 7. Response surface diagram of the interaction of factors on chewiness
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图 8 不同肉质品品质分析
注：各个指标的字母不同时，代表植物肉与市售肉制品的 该指标存在显著性差异（P<0.05），字母相同则不存在显著性差异（P>0.05）。
Figure 8. Quality analysis of different meat products
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图 9 牛肉与植物肉的蛋白质含量
注：*表示数据存在显著性差异（P<0.05）。
Figure 9. Protein content of beef and plant-based meat
表 1 响应面试验因素水平设计
Table 1 Factors and levels table of response surface experiment
水平 因素 A豌豆组织蛋白与
谷朊粉之比B红薯淀粉
添加量（%）C菜籽油
添加量（%）D红曲红
添加量（%）−1 8:2 5 6 0.02 0 7:3 6 9 0.03 1 6:4 7 12 0.04 
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表 2 豌豆蛋白植物肉感官评价指标
Table 2 Sensory evaluation standards of Pea protein and vegetable meat
指标 评分标准 得分（分） 色泽 色泽异常 1～3 色泽发暗或有焦色 4～6 产品色泽均匀，有光泽，光泽不足 7～8 色泽均匀，有光泽 9～10 表观形态 呈碎片状，分散严重，表面粗糙 1～5 表面出现破裂，成型性较差 6～8 色泽光滑，结构细密，质地不均匀 9～12 表面光滑，结构紧密，质地均匀 13～15 组织化度 无纤维结构 1～5 纤维结构较弱，拉丝较差，有层流或气泡 6～10 具有明显的纤维结，均匀性较差，无层流 11～18 具有明显的纤维结构，均匀一致，无层流 19～25 口感 口感粗糙，有嚼劲，弹性不足 1～5 较硬，嚼劲稍差，弹性不足 6～10 稍硬，嚼劲较强，弹性较强 11～15 硬度适中，有嚼劲，弹性适中 15～20 风味 有苦味，豆腥味 1～10 无香味，稍有异味 11～15 具有植物的香味和滋味，基本无异味 16～20 具有较好的香味和滋味，无焦糊味和其他异味 21～30
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表 3 Box-Behnken试验设计及结果
Table 3 Box-Behnken experimental design and results
实验号 A B C D Y1 Y2 1 0 −1 0 1 61.82 1.686 2 1 0 0 −1 80.42 2.071 3 0 1 1 0 82.06 3.103 4 0 0 1 −1 72.61 2.258 5 0 −1 −1 0 67.71 2.355 6 0 0 0 0 87.12 3.178 7 1 0 0 1 68.33 2.103 8 −1 1 0 0 79.11 2.677 9 0 0 1 1 78.36 2.331 10 0 1 0 1 65.35 2.073 11 1 0 1 0 81.27 1.323 12 −1 0 0 −1 82.51 2.235 13 0 0 0 0 85.71 2.744 14 0 −1 1 0 65.43 1.158 15 −1 0 −1 0 74.53 1.525 16 1 0 −1 0 72.73 2.363 17 0 −1 0 −1 68.73 1.779 18 0 0 0 0 85.22 2.972 19 0 1 0 −1 71.33 2.114 20 −1 0 0 1 71.13 2.211 21 0 0 −1 1 66.75 2.081 22 0 0 −1 −1 82.75 2.431 23 1 −1 0 0 66.73 2.439 24 1 1 0 0 63.71 1.679 25 0 0 0 0 86.31 2.787 26 −1 −1 0 0 63.65 1.187 27 −1 0 1 0 81.57 2.616 28 0 0 0 0 89.32 3.206 29 0 1 −1 0 65.12 1.113
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表 4 回归模型方差分析结果
Table 4 Regression model analysis of variance results
模型项 感官评分 咀嚼性 均方 F值 P值 显著性 均方 F值 P值 显著性 模型 138.20 20.61 <0.0001 ** 0.6706 18.37 <0.0001 ** A-豌豆组织蛋白与谷朊粉之比 31.07 4.63 0.0493 * 0.0186 0.5107 0.4866 B-红薯淀粉 88.62 13.22 0.0027 ** 0.3870 10.60 0.0057 ** C-菜籽油 83.79 12.50 0.0033 ** 0.0707 1.94 0.1858 D-红曲红 181.04 27.00 0.0001 ** 0.0135 0.3707 0.5524 AB 85.38 12.74 0.0031 ** 1.27 34.67 <0.0001 ** AC 0.5625 0.0839 0.7763 1.14 31.10 <0.0001 ** AD 0.1260 0.0188 0.8929 0.0008 0.0215 0.8856 BC 92.35 13.78 0.0023 ** 2.54 69.56 <0.0001 ** BD 0.2162 0.0323 0.8600 0.0007 0.0185 0.8937 CD 118.27 17.64 0.0009 ** 0.0447 1.23 0.2870 A² 155.40 23.18 0.0003 ** 1.45 39.76 <0.0001 ** B² 1098.27 163.82 <0.0001 ** 2.38 65.31 <0.0001 ** C² 116.87 17.43 0.0009 ** 1.28 35.11 <0.0001 ** D² 303.89 45.33 <0.0001 ** 0.8176 22.40 0.0003 ** 残差 6.70 0.0365 失拟检验 8.35 3.22 0.1352 0.0328 0.7156 0.6967 纯误差 2.59 0.0458 注：P<0.01代表极显著，以“**”表示；P<0.05代表显著，以“*”表示。
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表 5 R2综合分析
Table 5 Analysis of R2
项目 标准偏差 校正R2 系数R2 平均值 变异系数 预测R2 信噪比 感官评分数值 2.59 0.9075 0.9537 74.74 3.46 0.7459 14.3334 咀嚼性数值 0.1911 0.8967 0.9848 2.20 8.69 0.7803 14.2101
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表 6 植物肉理化指标数据
Table 6 Physicochemical index data of plant meat
理化指标 植物肉 蛋白质含量（%） 15.700±0.465 脂肪（%） 2.336±0.360 水分含量（%） 57.791±0.386 持水力（g/g） 2.910±0.512 持油力（g/g） 0.647±0.163
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