CEM產(chǎn)品應(yīng)用：植物基替代肉類的近似組成和金屬分析

瀏覽次數(shù)：536　發(fā)布日期：2024-7-30　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

01 摘要

隨著人口增長和環(huán)境問題的日益突出，對(duì)可持續(xù)且營養(yǎng)豐富的替代蛋白質(zhì)來源的需求持續(xù)上升。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，工業(yè)界和監(jiān)管機(jī)構(gòu)一直在關(guān)注如何跟上這個(gè)不斷變化的市場�；谥参锏牡鞍踪|(zhì)幾十年來一直是替代蛋白質(zhì)來源的首xuan選。然而，為了增加消費(fèi)者的接受度，仍需要進(jìn)行大量研究。行業(yè)必須考慮這些基于植物的蛋白質(zhì)的口感、質(zhì)地、外觀和營養(yǎng)成分，以便制定出與傳統(tǒng)肉類相當(dāng)?shù)倪x擇。這一點(diǎn)進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了在新規(guī)定和測(cè)試協(xié)議進(jìn)入市場時(shí)進(jìn)行多組分測(cè)試的必要性。在此，我們介紹了一種測(cè)試水分、脂肪、蛋白質(zhì)、灰分和微量金屬（包括金屬和鹽）的方法，該方法采用高精度技術(shù)，適合在線結(jié)果快速反饋，以便批次可以發(fā)布。這項(xiàng)技術(shù)遵循現(xiàn)有的 AOAC 和 FDA 方法學(xué)，為替代蛋白質(zhì)，特別是基于植物的蛋白質(zhì)，設(shè)定了遵循類似協(xié)議的先例。

02 引言

隨著對(duì)動(dòng)物養(yǎng)殖對(duì)環(huán)境的影響、動(dòng)物福利以及傳統(tǒng)肉類產(chǎn)品的營養(yǎng)質(zhì)量問題日益關(guān)注，基于植物的替代產(chǎn)品正引起人們?cè)絹碓綕夂竦呐d趣。然而，讓消費(fèi)者完荃接受基于植物的替代品一直是個(gè)挑戰(zhàn)。對(duì)于生產(chǎn)商來說，復(fù)制傳統(tǒng)肉類產(chǎn)品的口感和質(zhì)地被證明是非同小可的難題。盡管各公司致力于確保其提供的產(chǎn)品營養(yǎng)密集且價(jià)格合理，但監(jiān)管機(jī)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)組織則在努力監(jiān)控和評(píng)估當(dāng)前分析技術(shù)的有效性。從內(nèi)部近似分析和營養(yǎng)標(biāo)簽測(cè)試，到遵循 FDA 對(duì)污染物的要求等，與分析替代蛋白產(chǎn)品相關(guān)的所有事項(xiàng)仍在探討中。

03 植物基產(chǎn)品的近似分析

除了需滿足監(jiān)管要求外，生產(chǎn)高品質(zhì)植物基產(chǎn)品還需進(jìn)行必要的近似分析測(cè)試。對(duì)原材料、生產(chǎn)過程中及最終產(chǎn)品的水分、脂肪、蛋白質(zhì)和灰分含量進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定，對(duì)于在制造階段適時(shí)調(diào)整產(chǎn)品至關(guān)重要。盡管外部實(shí)驗(yàn)室通過精細(xì)的方法分析可提供可靠結(jié)果，但由于耗時(shí)較長，在產(chǎn)品急于上市的情況下，時(shí)間成本顯得尤為昂貴。

水分

水分含量對(duì)于口感、保質(zhì)期以及許多產(chǎn)品的一致生產(chǎn)至關(guān)重要。由于許多替代蛋白選項(xiàng)旨在復(fù)制傳統(tǒng)基于肉類的產(chǎn)品，因此模仿動(dòng)物肉的一致質(zhì)地極為重要。此外，正確的水分含量確保了更長的保質(zhì)期，有助于市場可行性。水分分析是一個(gè)簡單過程，在傳統(tǒng)測(cè)試中沒有太多變化�，F(xiàn)有方法非常適合新的和新奇的替代產(chǎn)品；無論是使用烘箱法進(jìn)行批量干燥，還是使用鹵素或 IR 水分天平在 10-20 分鐘內(nèi)獲得結(jié)果，或者像 CEM 的 SMART 6™ 這樣的微波/IR干燥，在 2 分鐘內(nèi)獲得結(jié)果，基本方法保持不變。從樣品中去除水分含量，然后確定差異。方法理論之間主要的區(qū)別是所需的時(shí)間和結(jié)果的精確度。來自 SMART 6 的結(jié)果，一種 2 分鐘的水分測(cè)試，呈現(xiàn)在表1-4（見文末）中，并與傳統(tǒng)的參考方法如 AOAC 950.46 和 934.01 進(jìn)行了準(zhǔn)確性比較。精度可以通過重復(fù)樣本或范圍看出。

灰分

為了模擬動(dòng)物肉的感官體驗(yàn)，植物基肉類中添加了粘合劑、礦物質(zhì)、鹽、調(diào)味料和色素，這些添加劑通常占產(chǎn)品總成分的 0-15%。¹隨著對(duì)口感和質(zhì)地改進(jìn)的持續(xù)研究與開發(fā)，測(cè)定新成分添加后剩余的無機(jī)材料百分比灰分變得必要。采用如 Phoenix BLACK™ 這樣的微波爐式馬弗爐，能夠快速升溫，使企業(yè)能在一個(gè)系統(tǒng)中使用多種溫度，避免了長時(shí)間加熱。Phoenix BLACK™ 的獨(dú)牛寺設(shè)計(jì)在于其腔體內(nèi)的氣流，配合 CEM 石英纖維坩堝使用，可以顯著減少燒灰所需的時(shí)間。如同水分測(cè)試一樣，傳統(tǒng)的燒灰程序可以很好地應(yīng)用于替代肉制品的測(cè)試。然而，在面對(duì)更為復(fù)雜的技術(shù)挑戰(zhàn)，如脂肪和蛋白質(zhì)測(cè)試時(shí)，我們可能會(huì)遇到各種難題。

脂肪

植物基肉類替代產(chǎn)品通常天生脫脂，其脂肪含量較動(dòng)物衍生產(chǎn)品為低。因此，在加工過程中需添加脂肪或油分。這種添加對(duì)纖維結(jié)構(gòu)的形成影響深遠(yuǎn)，可能導(dǎo)致擠壓過程中的問題并對(duì)大分子排列產(chǎn)生不利影響。²此外，植物基脂質(zhì)的熔融特性、化學(xué)組成、飽和度、鏈長、分子性質(zhì)及整體性質(zhì)與動(dòng)物來源的脂質(zhì)存在顯著差異，¹這增加了另一層復(fù)雜性。盡管如此，脂肪仍是健康、均衡飲食的重要組成部分。脂肪是人體無法自行產(chǎn)生的必需脂肪酸的來源，同時(shí)還是吸收維生素 A、D 和 E 等必需維生素的必需品。油脂還能增強(qiáng)風(fēng)味、質(zhì)地和口感，這對(duì)消費(fèi)者偏好產(chǎn)生極大影響。由于油脂是一種成本較高的成分，對(duì)最終產(chǎn)品有很大影響，因此嚴(yán)格控制其含量對(duì)于管理成品的總成本以及最終的利潤至關(guān)重要。

傳統(tǒng)動(dòng)物肉類擁有悠久的驗(yàn)證歷史，有大量數(shù)據(jù)支持已定義的方法。這些脂肪分析方法包括經(jīng)典的索氏提取參考方法和通過先進(jìn)技術(shù)如 NIR、X 射線和 NMR 進(jìn)行的快速校準(zhǔn)方法。

蛋白質(zhì)

在比較傳統(tǒng)肉類與其植物基替代品時(shí)，營養(yǎng)密度是兩者之間最大的差異所在。為了提高植物基肉類替代品的總蛋白含量，生產(chǎn)商必須利用水解、發(fā)酵、分離和提取的植物蛋白產(chǎn)品。這些經(jīng)過深度加工的蛋白產(chǎn)品的添加可能會(huì)影響味道、氣味、外觀和質(zhì)地。³這也正是準(zhǔn)確和可重復(fù)測(cè)試的重要性所在。在經(jīng)過驗(yàn)證的 Udy 染料結(jié)合法的基礎(chǔ)上，CEM 創(chuàng)造了全自動(dòng)化快速蛋白分析儀 Sprint^®。通過使用一種只與蛋白質(zhì)相互作用的染料結(jié)合分子，而非游離氨基酸或非蛋白氮，Sprint 不僅能夠?yàn)橹参锘称返脑咸峁└鼫?zhǔn)確的蛋白結(jié)果，也能夠?qū)︖^程中和最終產(chǎn)品本身進(jìn)行測(cè)定。

對(duì)多種植物基肉類替代品的水分、灰分、脂肪和蛋白進(jìn)行了測(cè)試。一式三份的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在表 1-4 中（見文末），這些表格還顯示了通過 AOAC 950.46/934.01、954.02 和 2001.11 獲得的水分、脂肪和蛋白的參考結(jié)果，以驗(yàn)證快速方法的精確度和準(zhǔn)確性。同時(shí)，快速獲取結(jié)果的能力使得可以在生產(chǎn)過程中或作為新產(chǎn)品研發(fā)的一部分進(jìn)行調(diào)整。

04 植物基產(chǎn)品中痕量金屬的分析

植物基替代產(chǎn)品的另一個(gè)發(fā)展階段是對(duì)質(zhì)量控制測(cè)試的需求增加，如金屬探測(cè)。像 Prop 65 這樣的立法旨在更好地調(diào)整食品和其他消費(fèi)品中的重金屬測(cè)試。這為消費(fèi)者提供了安心，確保他們食用的食品是安全的。然而，對(duì)于植物基替代產(chǎn)品的制造商來說，這可能是一把又又刃劍。例如，魚中的汞含量一直是一個(gè)長期關(guān)注的問題。植物基產(chǎn)品旨在減少汞的問題，同時(shí)減輕商業(yè)捕魚對(duì)環(huán)境的影響，但眾所周矢口，植物會(huì)從地面吸收金屬。因此，與動(dòng)物基產(chǎn)品相比，植物基產(chǎn)品可能具有更高的金屬本底水平。更進(jìn)一步，制造商可能會(huì)引入某些成分和添加劑，這些成分可能會(huì)貢獻(xiàn)這些升高的水平，所有這些都是為了改變最終產(chǎn)品的外觀或味道，使消費(fèi)者從傳統(tǒng)肉類過渡到植物基替代品更加容易。

處理 FDA 及其他立法要求可能較為復(fù)雜。CEM 一直是 AOAC 和 FDA 傳統(tǒng)食品樣品制備和分析方法的關(guān)鍵合作者和參與者。MARS 6™ 微波消解系統(tǒng)和協(xié)議被 AOAC 方法 2015.01 和 FDA EAM 方法 4.7 引用。作為行業(yè)令頁導(dǎo)者和創(chuàng)新者，CEM 與許多主要的植物基公司合作，就金屬測(cè)試的適當(dāng)方法和要求提供咨詢，并就如何避免可能導(dǎo)致審計(jì)、召回和失去消費(fèi)者信任的重大錯(cuò)誤提供指導(dǎo)。

以下是 CEM 收集的數(shù)據(jù)簡要概述，包括植物基牛肉末、雞肉條替代品、大豆基熱狗和植物基金槍魚。選擇這些產(chǎn)品是因?yàn)樗鼈円子讷@得，可以以最少加工（研磨）的形式購買，或作為一件后來被搗碎以獲得更均勻樣品的件。作為比較，還測(cè)試了三種不同類型的金槍魚，提供了一種常見的消費(fèi)魚類樣本的基線比較。基于營養(yǎng)、添加和毒性分析了十四種元素，以提供廣泛的分析物范圍。還制備并分析了三種標(biāo)準(zhǔn)參考材料（SRMs），以驗(yàn)證分析性能。這些包括 NIST 參考材料，SRM 1568c 米糠、SRM 1547 桃葉和 SRM 1947 密歇根湖魚。

SRM 元素的恢復(fù)率均在 85-100% 之間，驗(yàn)證了方法學(xué)（微波消解和分析）。一般來說，四大毒性元素（Pb、Cd、Hg和As）的含量較低，如表 5 和表 6 （見文末）所示，這在消費(fèi)品中是可以預(yù)期的。目前 FDA 沒有為食品中的重金屬設(shè)定限制。然而，如果我們查看世界衛(wèi)生組織（WHO）對(duì)植物材料的允許限制，我們發(fā)現(xiàn)鉛的限制在 ppm 范圍內(nèi)，而鎘是 1.30 ppm。WHO 沒有列出砷或汞。與動(dòng)物基產(chǎn)品相比，植物基產(chǎn)品被發(fā)現(xiàn)含有略高的鉛水平（但在監(jiān)管限制內(nèi)⁴），但其他四大重金屬的含量較低。這與預(yù)期一致，由于土壤樣本中通常發(fā)現(xiàn)高水平的鉛。植物基蛋白質(zhì)將從其生長的土壤中吸收重金屬。另外，與傳統(tǒng)的金槍魚樣本相比，傳統(tǒng)的金槍魚樣本的砷和汞水平顯著高于其他測(cè)試的植物基替代品，這對(duì)金槍魚來說并不意外。

在植物基樣本中的鹽分含量（鈉、鉀和鈣）普遍高于傳統(tǒng)金槍魚產(chǎn)品。這些通常是作為替代蛋白產(chǎn)品的調(diào)味劑添加的，以幫助它更接近模仿其肉類產(chǎn)品，但也可能因從土壤中吸收而存在。測(cè)試的錳、銅、鉬和鋁在植物基樣本中也較高，這同樣可能是由于土壤吸收，因?yàn)檫@些元素在土壤樣本中非常常見。Mn 和 Mo 也用于各種植物喂養(yǎng)周期（如光合作用和氮固定⁵），因此在植物中比動(dòng)物中更為常見。

05 結(jié)論

隨著配方的發(fā)展和市場上出現(xiàn)更多可供選擇的替代蛋白來源，消費(fèi)者接受度和監(jiān)管機(jī)構(gòu)的監(jiān)管力度都在增加。這導(dǎo)致了對(duì)可靠測(cè)試方法需求的增加。準(zhǔn)確且及時(shí)交付的結(jié)果可以在制造和研發(fā)過程中節(jié)省資金和資源。CEM 產(chǎn)品在食品行業(yè)中的應(yīng)用已超過 45 年，提供了快速且可靠的結(jié)果。CEM 致力于替代蛋白行業(yè)，正在與他人合作開發(fā)和支持測(cè)試和規(guī)章制度。將傳統(tǒng)上用于動(dòng)物基蛋白源的技術(shù)用于植物基蛋白源的獨(dú)牛寺能力，將有助于平穩(wěn)過渡到監(jiān)管要求。

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06 結(jié)論

1.Chen, Q., Chen, Z., Zhang, J., Wang, Q., & Wang, Y. Application of Lipids and Their Potential Replacers in Plant-based Meat Analogs. Trends in Food Science & Technology [Online] 2023.138, 645-654.

2.Ahmad, M., Qureshi, S., Akbar, M. H., Siddiqui, S. A., Gani,A., Mushtaq, M., Hassan, I., Dhull, S. B. Plant-based Meat Alternatives: Compositional Analysis, Current Development and Challenges. Applied Food Research [Online] 2022, 2(2),100154.

3.Kiczorowski, P., Kiczorowska, B., Samolinska, W., Szmigielski,M., & Winiarska-Mieczan, A. Effect of Fermentation of Chosen Vegetables on the Nutrient, Mineral, and Biocomponent Profile in Human and Animal Nutrition. Scientific Reports [Online] 2022, 12(1), 13422.

4.Osmani, M., Bani, A., Hoxha, B. Heavy Metals and NiPhytoextractionin in the Metallurgical Area Soils in Elbasan.Albanian J. Agric. Sci. [Online] 2015, 14 (4), 414-419.

5.Alejandro, S., Holler, S., Meier, B., Peiter, E., Manganese in Plants: from Acquisition to Subcellular Allocation. Front. Plant.Sci. [Online] 2020, 11 (300), 1.

表1. 植物基雞肉替代品的水分、脂肪、蛋白質(zhì)和灰分含量