01 摘要
隨著人口增長和環(huán)境問題的日益突出,對可持續(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)定和測試協(xié)議進(jìn)入市場時進(jìn)行多組分測試的必要性。在此,我們介紹了一種測試水分、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。
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02 引言
隨著對動物養(yǎng)殖對環(huán)境的影響、動物福利以及傳統(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)品正引起人們越來越濃厚的興趣。然而,讓消費(fèi)者完荃接受基于植物的替代品一直是個挑戰(zhàn)。對于生產(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)簽測試,到遵循 FDA 對污染物的要求等,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試。對原材料、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)確測定,對于在制造階段適時調(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,但由于耗時較長,在產(chǎn)品急于上市的情況下,時間成本顯得尤為昂貴。
水分
水分含量對于口感、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旨在復(fù)制傳統(tǒng)基于肉類的產(chǎn)品,因此模仿動物肉的一致質(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。水分分析是一個簡單過程,在傳統(tǒng)測試中沒有太多變化。現(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隨著對口感和質(zhì)地改進(jìn)的持續(xù)研究與開發(fā),測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)能在一個系統(tǒng)中使用多種溫度,避免了長時間加熱。Phoenix BLACK™ 的獨(dú)牛寺設(shè)計在于其腔體內(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間。如同水分測試一樣,傳統(tǒng)的燒灰程序可以很好地應(yīng)用于替代肉制品的測試。然而,在面對更為復(fù)雜的技術(shù)挑戰(zhàn),如脂肪和蛋白質(zhì)測試時,我們可能會遇到各種難題。
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,對最終產(chǎn)品有很大影響,因此嚴(yán)格控制其含量對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,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)行測定。
對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,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)品的另一個發(fā)展階段是對質(zhì)量控制測試的需求增加,如金屬探測。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長期關(guān)注的問題。植物基產(chǎn)品旨在減少汞的問題,同時減輕商業(yè)捕魚對環(huán)境的影響,但眾所周矢口,植物會從地面吸收金屬。因此,與動物基產(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,制造商可能會引入某些成分和添加劑,這些成分可能會貢獻(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、召回和失去消費(fèi)者信任的重大錯誤提供指導(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?;跔I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試的植物基替代品,這對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)致了對可靠測試方法需求的增加。準(zhǔn)確且及時交付的結(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)和支持測試和規(guī)章制度。將傳統(tǒng)上用于動物基蛋白源的技術(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。
06 參考文獻(xiàn)
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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.
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表1. 植物基雞肉替代品的水分、脂肪、蛋白質(zhì)和灰分含量
表2. 植物基熱狗替代品的水分、脂肪、蛋白質(zhì)和灰分含量
表3. 植物基牛肉替代品的水分、脂肪、蛋白質(zhì)和灰分含量
表4. 植物基金槍魚替代品的水分、脂肪、蛋白質(zhì)和灰分含量
表5. 標(biāo)準(zhǔn)參考材料的金屬分析
表6. 植物基和傳統(tǒng)肉類樣品的金屬分析