CN114929030A - 全肌肉肉品替代品及其获得方法 - Google Patents

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CN114929030A CN202080092386.7A CN202080092386A CN114929030A CN 114929030 A CN114929030 A CN 114929030A CN 202080092386 A CN202080092386 A CN 202080092386A CN 114929030 A CN114929030 A CN 114929030A
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strand
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阿列克谢·托姆索夫
丹尼尔·曼德利克
尼尔·哈赞
尼娜·博克纳
丹尼尔·季科夫斯基
乔纳森·豪斯纳
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Redefinition Meat Co ltd
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Abstract

本公开提供了一种全肌肉肉品替代品及使用增量制造技术生产所述全肌肉肉品替代品的方法。具体地，所述全肌肉肉品替代品包括一层或多层数字打印的含蛋白质的链股，其中每层包括单个曲折的链股或多个链股，使得所述单个链股的数个折叠之间的数个区段或所述多个链股之间的数个区段被布置成沿所述区段的纵向轴线基本上平行，所述单个链股或所述多个链股包括一捆束或多捆束轴向对齐的组织化蛋白质纤维；以及其中所述组织化蛋白质纤维的至少一部分包括长度为5mm以上的细长纤维。本文公开的方法包括操作数字打印机以将单个曲折的含蛋白质的链股或多个单独的含蛋白质的链股分配到打印机床上，将所述单个链股折叠成或所述多个链股布置成使得所述单个链股的数个折叠之间的数个区段或所述多个链股之间的数个区段沿所述区段的纵向轴线基本上平行。

Description

全肌肉肉品替代品及其获得方法
技术领域
本公开内容涉及食品工业，并且具体涉及肉品替代品及其获得方法。
背景技术
以下列出了被认为是与目前公开的主题相关的背景的参考文献：
-Thomas
Figure BDA0003734007710000011
和Anna
Figure BDA0003734007710000012
的“利用可持续性植物蛋白打印类肉结构(Towards printing a meat-like structure using sustainable plant proteins)”，2016年，http://3dfoodprintingconference.com/wp-content/uploads/2016/04/Anna- Kn％C3％A4ulein.pdf
-公开号为20170035076的美国专利申请
-公开号为2017164650的美国专利申请
-公开号为WO2018202852的国际专利申请
-https://www.dezeen.com/2018/11/30/novameat-3d-printed-meat-free- steak/
-Jet Eat Wants to Redefine Meat Through 3D Printing Plants intoSteaks”，Malisa Gonzales，2019年6月21日，3D打印食品，
-https://3dprint.com/247377/jet-eat-wants-to-redefine-meat-through- 3d-printing-plants-into-steaks/
-公开号为2,682,466的美国专利申请
本文中对上述参考文献的确认并不应被推断为意指这些文献以任何方式与目前披露的主题的可专利性相关。
背景
对非动物性肉制品的需求日益增长，导致市场上不同的肉品替代品增加，其中大多数产品包含蛋白质来源豆腐、丹贝(tempeh)、组织化植物蛋白、(小麦麸质(wheatgluten))素肉、真菌蛋白以及其它植物基蛋白质。然而，这些产品的期望的味道、质地和营养情况仍有待实现。特别地，不可能用已知的生产方法实现包括与动物肉类似的纤维结构的可食用基质以及交织的纹理和风味赋予组分。
能够模拟肉内的纤维和结缔组织的复杂三维网络是实现目标的一个障碍，其中该三维网络提供凝聚力和坚固性，并将多糖、脂肪、风味调料、着色剂、水分和其它功能性食品成分聚集在一起，所有这些一起提供了动物肉制品的质地、营养和感官特性。
为了达到该目标，已经开发并且仍在开发各种技术，这些技术包括干式挤出、高湿度挤压、剪切盒(shear-cell)、纺制、混合、微挤出、沉积3D打印等。
Anna
Figure BDA0003734007710000021
在2016年在Velno举行的3D食品打印会议的演讲中描述了市场上的肉类替代产品，结合数字控制的X-Y-Z床适合于微挤出的植物蛋白的筛选方法，[Thomas
Figure BDA0003734007710000022
and Anna
Figure BDA0003734007710000023
“利用可持续的植物蛋白打印类肉结构(Towards printing ameat-like structure using sustainable plant proteins)”2016,http:// 3dfoodprintingconference.com/wp-content/uploads/2016/04/Anna-Kn％C3％ A4ulein.pdf]。
US20170035076描述了一种具有肉类结构的蛋白质产品，其包含细胞壁材料(包括多糖)、大体上对齐的蛋白质纤维、水分内容物和非动物性蛋白质材料。该具有肉类结构的蛋白质产品通过以下步骤获得：将非动物性蛋白质材料、水和细胞壁材料组合以产生团块(dough)；将该团块剪切并加热，以使蛋白质材料中的蛋白质变性，并产生在纤维结构中大体上对齐的蛋白质纤维；以及将面团定型以固定先前获得的纤维结构。该工艺还可以包括后处理步骤，尤其包括为实现所期望的产品形状的3D打印。
US2017164650描述了一种产生可食用产品的方法，所述可食用产品包含可食用粉末组合物和至少一种可食用液体，所述可食用粉末组合物包括水溶性蛋白质、水解胶体和增塑剂，通过将该可食用液体以分层的形式沉积在该粉末上，使该组合物进行粉末床打印，从而获得该可食用产品。
WO2018202852描述了具有纤维结构的食品，该食品包含至少一种水生植物源的植物组分。可以通过挤压蒸煮(cooking)和/或3D打印来产生该食品。
Beyond
Figure BDA0003734007710000024
是一家位于洛杉矶的植物基肉品替代品的生产商，由Ethan Brown于2009年创立。该公司研发和制造了多种蛋白质基食品，其包含植物基蛋白质(例如大豆绿豆(soy Mung-Bean)和豌豆蛋白质分离物)与其它成分的混合物，这些混合物被进料到食品挤压机器中以产生肉品替代品(包括鸡肉和汉堡包替代品)的基体。
此后不久，Impossible
Figure BDA0003734007710000025
推出了一种碎牛肉替代品，其中该公司的标志性产品Impossible
Figure BDA0003734007710000026
是以小麦麸质组织化片层和风味组分为基础的，并包括一种由基因工程酵母产生的合成Heme化合物。
Giuseppe Scionti描述了一种结合沉积3D打印成型的蛋白质基产品，GiuseppeScionti是一名意大利生物工程师，他创建了Spanish startup
Figure BDA0003734007710000027
Novameat描述了由植物性蛋白质制成的可食用无肉产品的3D打印，根据Scionti，该产品模拟了牛肉的质地。【https://www.dezeen.com/2018/11/30/novameat-3d-printed-meat-free-steak/】
发明人Jet Eat(Redefine Meat)也描述了将植物3D打印成肉排(steak)(“JetEat Wants to Redefine Meat Through 3D Printing Plants into Steaks”MalisaGonzales，2019年6月21日，3D打印的食品(3D Printed Food)，https://3dprint.com/ 247377/jet-eat-wants-to-redefine-meat-through-3d-printing-plants-into- steaks/)，最后，US 2,682,466描述了一种被认为是合成肉的高蛋白食品及其制备方法。该方法包括制备大量的蛋白质材料的长丝，将可食用粘合剂和脂肪施加到该长丝中。该方法尤其还包括拉伸长丝以产生分子取向。
一般描述
本公开提供了数字打印的肉品替代品。
在本公开的上下文中，当提及数字打印时，应理解为是指基于预定义装配计划的任何形式的增量制造。
根据其第一方面，本公开提供了一种肉品替代品(肉类似物)，其包括一层或多层数字打印的含蛋白质的链股，其中
-每层包括单个曲折的链股或多个链股，使得所述单个链股的数个折叠之间的数个区段或所述多个链股之间的数个区段被布置成沿所述区段的纵向轴线基本上平行；
-所述单个链股或所述多个链股包括一捆束或多捆束轴向对齐的组织化蛋白质纤维；以及
其中所述组织化蛋白质的至少一部分包括长度为5mm以上的细长纤维。
根据另一方面，本公开提供了一种生产肉品替代品的方法，该方法包括：
-将含蛋白质的材料(干的或湿的，可能包括一捆束或多捆束纤维，所述纤维为轴向对齐或任意取向的)引入数字打印机的打印机头中；以及
-操作所述数字打印机以将单个曲折的含蛋白质的链股或多个单独的含蛋白质的链股分配到打印机床上，其中所述含蛋白质的链股包括组织化蛋白质材料，优选包含在一捆束彼此轴向对齐的纤维中的纤维，将所述单个链股折叠在层内或所述多个链股配置在层内，使得所述单个链股的数个折叠之间的数个区段或所述多个链股之间的数个区段沿所述区段的纵向轴线基本上平行；
其中所述数字打印的含蛋白质的链股包括组织化蛋白质；以及
其中所述组织化蛋白质的至少一部分包括长度为5mm以上的细长纤维。
所述组织化蛋白质包含或优选为组织化植物蛋白质(TVP)
附图说明
为了更好地理解在本文中公开的主题并且举例说明如何在实践中实施该主题，现在将参考附图，仅通过非限制性示例来描述实施例，其中：
图1A-1B是根据本公开的非限制性示例的链股的区段的示意图。
图2A-2C提供了链股沉积配置的图示。
图3A-3C是根据本公开的三种不同的肉品替代品的图像，所述肉品替代品在跨平行于P打印轴的平面上手动拼接，所述P打印轴是肉品替代品内的链股的方向(比例尺＝10mm)。
图4A-4B是本文描述的修正拉伸测试(图4A)设置和修正剪切测试设置(图4B)的图像。
图5A-5C示出了通过不同筛目尺寸的筛网使纤维分离，图5A示出了在1mm筛目尺寸的筛网上的纤维，图5B示出了在2mm筛目尺寸的筛网上的纤维，图5C示出了在3.2mm筛目尺寸的筛网上的纤维。
图6A-6D是两种不同类型的经分离的TVP纤维的图像，即分别是包括TVPSupermax5050的TVP纤维在打印前(图6A)和打印后(图6B)的图像，以及包括TVP A1550纤维的TVP纤维分别在打印前(图6C)和打印后(图6D)的图像(比例条为50mm)。
图7A-7C是经分离的TVP纤维(TVP A1550)的图像，分别是在打印前(图7A)，使用30mm转子用PCP打印后(图7B)和使用20mm转子用PCP打印后(图7C)(比例尺为50mm)。
图8是基于8名品尝者小组制成的感官评价蜘蛛网图。
实施例的详细描述
一种优良的非动物性肉模拟物涉及用植物基组分重建动物肌肉的复杂结构。
本公开是基于利用特别设计的蛋白质基/含蛋白质的材料(即包含蛋白质的制剂)的肉品替代品(也称为“肉模似物”)的发展和数字打印(增量制造)原理和技术的应用。
如将在下面进一步讨论的，现已发现，对包含至少一部分组织化蛋白质的蛋白质基材料进行数字打印提供了具有改进的纤维质地、风味传递和味道体验的全肌肉肉品替代品。更具体地，已经发现，当在产品的蛋白质组分中，即在蛋白质基材料中包括一部分细长纤维时，全肉品替代品的质地得以改善，这将在下面进一步讨论。
在不受理论约束的情况下，对所期望的性质作出贡献的一个主要因素是蛋白质组分中的纤维的对齐，如下面进一步讨论的。这可以通过在含蛋白质材料中引入或形成组织化蛋白质(texturized protein)，例如预组织化植物基蛋白质纤维和/或预组织化植物基蛋白质纤维束来实现。
在本公开的上下文中，当提及全肌肉肉品替代品(在本领域中也称为全肌肉肉模拟物或全肌肉肉替换物)时，应理解为涵盖营养上和/或烹饪上所期望的食品，该食品基本上是非动物性的(即可包含少量的动物基成分)并且具有全肌肉的味道和/或质地和/或其它感官性质，向消费者提供与全牛肌肉、全猪肌肉、全鸡肌肉、全鱼肌肉等的食用体验密切匹配的体验。
此外，当提及全肌肉肉品替代品时，应根据其普通的含义理解为一种这样的可食用产品，即其与真正的动物肉的味道、质地和/或其它感官性质方面相似，并且除了为肉品替代品提供特定的形状外，没有被磨碎、切碎或切割。这包括例如整块厚块(slab)和/或从整块厚块上切下的肉排(steak)。
因此，根据第一方面，提供了一种全肌肉肉品替代品，该全肌肉肉品替代品包含一层或多层数字打印的含蛋白质的链股(strand)，其中所述一层或多层中的每一层包含单个曲折的链股或多个链股，使得单个链股的数个折叠之间的数个区段或多个链股之间的数个区段被布置成沿它们的纵向轴线基本上平行的构造；一个或多个链股中的每一个链股包括一捆束或多捆束组织化纤维，例如轴向对齐的纤维。
全肌肉肉品替代品包括一个或多个包括含蛋白质的链股的层。所述链股可以是单个细长的曲折链股或多个链股，并被布置成使得单个链股的数个折叠之间的数个区段或者多个链股中的数个链股区段在一个或多个连接点处与其相邻的链股相互连接。在相邻的区段或链股之间可以存在单个连接点，或者存在多于一个的相互连接点，这些相互连接点沿着链股的纵向轴线的一部分分布。
在一些实施例中，肉品替代品包含至少两层的含蛋白质的链股，且该两层或更多层在沿每层的一个或多个点处相互连接。在另一实施例中，肉品替代品包含至少两层的该链股和至少一层含有脂肪和/或水的其它组分。
至少一些蛋白质基链股可以邻接非蛋白质材料，所述非蛋白质材料例如脂肪、食品添加剂、水分等，如下面进一步讨论的。在这种情况下，如上所述的相互连接可以是该蛋白质基链股和也可能布置在链股中的非蛋白质材料之间的相互连接。
在本公开的上下文中，当提及链股之间的相互连接时，应理解为涵盖任何形式的连接，包括但不限于化学连接和/或物理连接。化学连接可以包括任何类型的离子键、共价键、配位共价键和金属键。物理连接可以包括任何类型的氢键和范德华力。在一个实施例中，相互连接包括相邻链股区段的蛋白质分子官能团之间的化学键合。在一个实施例中，相互连接涉及相邻链股区段的蛋白质分子之间的S-S/二硫键。有时，借助可食用粘合剂和/或借助包裹或其它物理保持方式使链股处于适当位置的物理结构，将这些链股相互连接。
在一些实施例中，在肉品替代品的一层内这些链股具有基本上均匀的尺寸。在一些实施例中，链股的长度为1cm至100cm，或者有时为2cm-50cm。
例如，当将肉品替代品打印成厚块的形式时，链股的长度可以在10cm至100cm的范围内，或在该范围内的任何范围；然而当将肉品替代品打印成肉排的形式时，链股的长度通常为1cm至5cm，或在该范围内的任何范围。
在一些实施例中，链股的直径为50μm至5mm，或者有时为200μm至5mm。
这些链股在肉品替代品的层内通常是平行的。这种基本上平行对齐可以被认为是本公开的全肌肉肉品替代品的独特特征。这种大致(generally)平行对齐可以通过眼睛或通过任何成像技术进行观察，例如光学显微镜，其能够分辨直径为至少50μm的链股。例如在图3A-图3B中看到链股的对齐方式(链股的长轴方向由黑色箭头标记)。
具体地，并且不受理论约束的情况下，链股的平行布置可以不存在链股之间的空隙或间隙，当链股以交叉的方式被数字打印成例如网状或矩阵状结构时，这些空隙或间隙通常会出现。不含空隙或间隙是由链股的打印方式(平行取向)，以及通过控制层的构造使得链股也在各个层中对齐，有时在层上施加负压(例如真空)和/或在打印后压紧各层产生的。
此外，在不受理论约束的情况下，含蛋白质的材料在肉品替代品中以细长平行链股形式的有序排布性(organization)模拟了动物肌肉的生理结构，因此得到了与动物肉类似的质地属性。
链股中含蛋白质的材料可以包括任何结构有序排布(即组织化)形式。在一些情况下，含蛋白质的材料以多条大体上(substantially)/基本上(essentially)对齐的蛋白质纤维的形式存在。
当链股包括基本上对齐的纤维时，应理解为细长纤维形式的纤维组织化蛋白质在每个链股内均具有标称方向。
在一些其它实施例中，链股中的至少一部分含蛋白质的材料可以以小泡(vesicles)的形式存在。
在一些实施例中，链股中的至少一部分含蛋白质材料可以以容纳蛋白质基材料的聚合物基质的形式存在。
在一些实施例中，链股中的含蛋白质材料可以以乳液和/或分散体的形式存在。
在一些实施例中，链股中的至少一部分含蛋白质材料可以以蛋白质基凝胶的形式存在。
在优选的情况下，链股包含纤维，该纤维可以被有序排布成捆束(bundles)，优选以如下所述的基本上轴向对齐的形式。这种纤维对齐产生2级或甚至3级的结构层次(structural hierarchy)(第一级定义为链股对齐，第二级定义为纤维对齐，并且有时，在纤维内还存在进一步的长丝(filaments)对齐级别)，这甚至进一步改进了全肉品替代品与动物肌肉的生理结构的相似性，并且因此改进了它们的质地属性的相似性。
当使用具有至少x10倍放大率的显微镜时，可以观察到不同的链股和纤维和/或纤维束的存在，并且这些捆束不必均匀地分布在链股的横截面内。
有时，组织化蛋白质内的纤维可以具有片状物的形状，一些是组织化蛋白质的细长片状物。有时，组织化蛋白质内的纤维具有矩形形状。有时，组织化蛋白质内的纤维是块状材料的形式。这些链股被布置成基本上平行的构造。
当提及基本上平行的链股时，应当理解是指当在一个层的一个部分中观察时，至少50％的链股、有时至少60％、有时至少70％、有时至少80％、或者甚至95％的链股的取向使得它们的纵向轴线彼此大致平行。术语“大致平行”应理解为涵盖至多±10°、有时至多±3°、至多±1°的纵向轴线的标称方向。
在本公开的上下文中，术语“大致”或“基本上”应理解为还包括与所定义的参数的某种程度的偏差(例如1％、2％、3％、10％或甚至高达20％)。
一层内的链股的标称方向与肉品替代品中另一层内的链股的标称方向大致平行。换句话说，一部分肉品替代品(其含有多于一个层)内的链股的标称方向基本上相同，使得一层内不多于20％、有时不多于10％、有时不多于3％、有时不多于1％的链股与另一层(例如其相邻层)内的链股的方向交叉。
术语“标称方向”在一些情况下是指这样的方向，即当从垂直于链股方向的任何方向观察链股时，链股内显著多于50％的纤维具有与该标称方向成至多±45度的方向。
此外，术语“标称方向”可以是指使用如本文所述的高放大率成像发现的纤维方向的平均值。
链股内的纤维可以布置为单个捆束或多个不同的捆束。在这方面，参考图1A和图1B，其示意性地示出了肉品替代品链股10，其包括基本上轴向对齐的纤维14的捆束12，每个纤维包括结构有序排布的长丝16。具体地，图1A示出了链股10包括基本上沿着链股10分布的纤维14的单个捆束12；图1B示意性地表示包括若干个捆束12的链股10，每个捆束12包括基本上对齐的纤维和结构有序排布的长丝。
根据一些实施例，链股内的纤维是细长纤维，即，它们可能已经从其原始束结构上分离，但还没有在混合在团块材料(dough material)之前被完全切断或者以其它方式完全缩短长度。这是与迄今已知的肉品替代品不同的特征，其中在已知的肉品替代品中，挤出的蛋白质在配制和成型为食品形式之前被切断。换句话说，如本文进一步讨论的，至少一部分纤维是长度为至少5mm的细长纤维。在一些实施例中，至少一部分纤维的长度为至少6mm、有时至少7mm、有时至少8mm、有时至少9mm、有时至少10mm。
当在链股内纤维被对齐时，可通过本领域已知的方法获得纤维的结构对齐性，包括含蛋白质材料的挤压、捏合(例如牵拉含小麦-麸质的团块)、纺制含蛋白质材料(例如湿纺或静电纺制蛋白质材料)、以其它方式施加剪切力和热，例如剪切(Couette)盒等，如下面将进一步讨论的。
在一些实施例中，含蛋白质材料中的组织化蛋白质或纤维来源于TVP，即，含蛋白质材料包括至少一部分TVP，并且TVP的至少一部分在3D打印之后保持细长形式，最小长度为5mm。
在一些实施例中，纤维来源于高水分挤压蒸煮(high moisture extrudercooking，HMEC(高水分挤压))。
在下文中，应当理解，关于作为组织化蛋白质的TVP的描述也涉及作为替代组织化蛋白质的HMEC。
组织化蛋白质中的细长纤维(即，如上文所定义的，具有5mm及以上的最小长度)的量也很重要，并且要求链股包含最小量的这种细长纤维。
在一些实施例中，当使用包含变性蛋白质的蛋白质材料时获得纤维材料。变性蛋白质可以是通过本领域已知的将导致蛋白质变性和/或蛋白质长丝对齐和纤维产生的方法获得的类型。不限于此，变性蛋白质可以是通过施加机械力(例如在诸如纺制、搅拌、摇动(shaking)、剪切、压力、施加湍流、冲击、汇合、打浆、摩擦、摆动(wave)的过程中)、辐射(例如微波、电磁)、热能(通过蒸汽或其它方式加热)、交联、酶促反应(例如转谷氨酰胺酶活性)和化学试剂(例如pH调节剂、亲液盐(kosmotropic salt)、离液盐、石膏、表面活性剂、乳化剂、脂肪酸、氨基酸)所获得的类型。
肉品替代品的链股可包括单种蛋白质或多种蛋白质的组合。蛋白质可以来自任何来源或来自食品工业(例如肉替换物工业)中已知和/或可获得的来源的组合，如下面进一步讨论的。
在本公开的上下文中，含蛋白质材料，即形成蛋白质链股的材料包含10％w/w的蛋白质，并且在一些优选实例中，蛋白质组分包含至少20％、至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％或甚至至少80％的蛋白质材料。
在一些实施例中，形成含蛋白质材料的蛋白质衍生自植物(例如分离物或浓缩物)或包含植物衍生的蛋白质和肽。不限于此，蛋白质的植物来源可以是大豆、小麦、豆类(例如豌豆、鹰嘴豆、黄豆)、菜籽和玉米、以及本领域已知的许多其它植物基蛋白质来源中的任何一种或组合。
在一些其它实施例中，蛋白质可衍生自除植物以外的来源，例如通常为藻类、真菌(例如酵母)、细菌和微生物。
在又一实施例中，至少部分的蛋白质基材料可包含衍生自动物的组分，例如牛肉肌肉、鸡肉肌肉纤维、昆虫基蛋白粉等，或通过细胞农业(agriculture)的方式实现。
然而，优选的实施方案是不含衍生自动物的组分(不包括从细胞培养获得的组分)的实施方案。
在一些实施例中，如上所述，含蛋白质材料包括组织化植物蛋白(TVP)。TVP在本领域中已知用作肉增量剂或素食肉，并且通常通过使用高剪切、压力和热从蔬菜来源如小麦、豌豆等挤出蛋白质分离物或浓缩物而产生。TVP的从大块到小片的不同尺寸均有市售。
在一些实施例中，打印前测定的含蛋白质材料内的TVP的最小量是总的含蛋白质材料中的至少10％w/w的干重TVP。有时，最小量为至少15％w/w的干燥TVP，有时为至少20％w/w的干TVP；有时为至少25％w/w的干TVP；有时为至少30％w/w的干TVP；有时为至少35％w/w的干TVP；有时为至少40％w/w的干TVP；有时为至少45％w/w的干TVP；有时为至少50％w/w的干TVP；有时为至少55％w/w的干TVP；有时为至少60％w/w的干TVP。
在一些实施例中，打印前测定的含蛋白质材料内的TVP的最小量是总的含蛋白质材料中的至少20％w/w的湿TVP；有时是总的含蛋白材料中至少30％w/w的湿TVP，是总的含蛋白材料中至少35％w/w的湿TVP。有时最小量是至少40％w/w的湿TVP；有时至少45％w/w的湿TVP；有时至少50％w/w的TVP；有时至少55％w/w的TVP；有时至少60％w/w的TVP；有时至少65％w/w的TVP；有时至少70％w/w的TVP；有时至少75％w/w的TVP。
所述含蛋白质材料并不只包括TVP。在一些实例中，所述含蛋白质材料包含至少30％的非TVP蛋白质物质。
随后，在最终产品中细长纤维的量可以通过以下方式来确定：从全肌肉肉品替代品中取出一块链股(在打印之后但在煎制或蒸煮之前)，将纤维材料与蛋白质团块分离，例如通过悬浮在水中直到形成浆液，并通过具有3mm或4mm网眼直径的筛网过滤浆液。在称重之前，对材料进行挤压以去除多余的水，或在称重前进行干燥。比较被分离的链股块在形成浆料之前的重量和过滤后的块的重量(在除去水之后)，从而确定细长纤维的重量百分比。应当注意，细长纤维可包含粘附到TVP的非TVP材料，例如麸质。
值得注意的是，其它方法也可用于分开或分离组织化蛋白质或含有TVP的纤维，例如用碱性或酸性溶液洗涤或手动分选细长材料，或本领域技术人员已知的任何其它方法。
在一些实施例中，含蛋白质的材料包含麸质，已知麸质通过普通水合形成其天然形式的纤维结构。在不受理论约束的情况下，这种麸质基的纤维可以通过牵拉或推动打印喷嘴而沿某一方向对齐。
一种可以用于制备这种含蛋白质材料的方案是使用干燥的组织化植物性蛋白(TVP)片，将其以1∶3-4的比例用水浸泡1小时，挤压水，使用软刀混合将纤维彼此分离，添加其它成分并混合成均匀的糊状物。
在一些情况下，团块制剂/配方包含50％的水和50％的干粉，所述干粉包括：
-粉状麸质-43.4％(干成分)
-粉状大豆蛋白-10.6％
-组织化植物蛋白-30.1％
-水解胶体-1.1％
-脂肪-11.9％
-其它添加剂-2.9％
在一些实施例中，蛋白质组分不含脂肪或含有不超过15％(w/w)的脂肪。
肉品替代品可包括除蛋白质基材料以外的组分。
在一些实施例中，肉品替代品包含脂肪，该脂肪不是蛋白质组分的一部分。在本公开的上下文中，术语“脂肪组分”应理解为肉品替代品的区段或重量单位内的一种组分，与被分析的该区段或重量单位内的其他非脂肪物质相比，该区段或重量单位包含不低于20％，优选不低于30％的脂肪。脂肪组分不是蛋白质成分，并且很容易与蛋白质组分区分开。
在一些实施例中，全肌肉肉品替代品包含脂肪类似物组分，即虽然其本身不包含脂肪，但引入了一种复制动物脂肪组织的质地和味道赋予方面的组分。这种组分可以由蛋白质、水解胶体、淀粉、水和可能的低浓度的脂肪组成。因此，当提及脂肪组分时，应理解为也涵盖脂肪类似物。
脂肪组分可以是植物衍生的，典型地，植物衍生的脂肪是食品级油、脂肪或甘油三酯，并且在此统称为脂肪组分。
在本公开的上下文中，脂肪组分可以是公开号WO 2020/152689的国际专利申请中描述的任何脂肪组分，其内容全部并入本文。
脂肪组分可以构成多层厚块内的一个层，和/或构成肉品替代品的一个层的一区段或一部分。
在一些情况下，脂肪组分设置在多层肉品替代品(例如肉厚块的层)中的相邻层之间。
肉品替代品通常还包括水基组分。在本公开的上下文中，当提及“水基组分”或“提供水分的组分”时，应理解为涵盖溶解在水或含水凝胶中的物质，或水基乳液。
在一些实施例中，水基组分容纳一种或多种多糖及其衍生物。不限于此，所述一种或多种多糖可包括淀粉、果胶、琼脂、羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose)、卡拉胶(carrageenan)、海藻酸盐(alginate)、黄原胶(xanthan gum)、瓜尔豆胶(guar gum)、刺槐豆胶(locust bean gum)等。
在一些情况下，多糖或其衍生物是在水存在下形成凝胶的类型。因此，根据一些实施方案，肉品替代品中存在的水组分是凝胶基组分。
在一些实施例中，水基组分包括已知用于模仿血液口感的风味的物质，例如肌红蛋白。
在一些实施例中，水基组分可以是或包括动物血液，或通过细胞农业实现的动物血液样组分。
在一些实施例中，水基组分包括脂肪，例如乳化剂。
在一些实施例中，肉品替代品包含蛋白质基组分(优选非动物性)、脂肪组分(优选非动物性)和水基组分(其优选包括连接组分的功能，将蛋白质基组分链股和/或脂肪基组分链股结合在一起)的组合。在一些实施例中，也存在结合元件，其可以是水基组分不可或缺的一部分(integral part)或不同组分(与肉品替代品是否也包括水基组分无关)。另外，可以添加可用作结缔组织的多糖膜。
每种组分可包括其它可食用添加剂，例如但不限于着色剂(例如胭脂树橙色素(annatto extract)、焦糖、接骨木提取物、番茄红素、红辣椒、姜黄、螺旋藻提取物、类胡萝卜素、叶绿酸、花色素苷和甜菜苷)、乳化剂、酸化剂(例如醋、乳酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸和富马酸)、调味剂或调味增强剂(例如味精)、抗氧化剂(例如抗坏血酸、迷迭香提取物、Aspalathin、槲皮素和各种生育酚)、膳食增强剂(例如氨基酸、维生素和矿物质)、防腐剂、稳定剂、甜味剂、胶凝剂、增稠剂和膳食纤维(例如源自柑橘源的纤维)
应当理解，含蛋白质组分、脂肪组分和水基组分以及任何其它组分(例如结合组分)中每一种中的组成可以在一层内发生变化，并且可以在各个层之间变化，使得单层或多层的一部分、或整块厚块或肉排的一部分可以包含不同的蛋白质组分、不同的脂肪组分以及不同的水基组分。
肉品替代品可含有不同量的不同组分，以提供肉品替代品的具有不同口感或体验的不同部分。
然而，根据一些实施例，肉品替代品的重量单位，例如1千克重量单位，可包含以下相应范围内的不同组分：
-含非动物性蛋白质的组分(即蛋白质链股部分)，其重量％的含量为肉品替代品总重量的15％至40％。
-脂肪组分，其重量％的含量为肉品替代品总重量的5％至20％。
-水组分，其重量％的含量为肉品替代品的总湿重的50％至80％。
全肌肉肉品替代品可以是单切片(slice)、或者圆片(wafer)样、盘(disc)或板(plate)样的形式，例如含有单个或极少的层，或者可以是包括多个叠层的厚块的形式。
在一些情况下，这些层可以通过照相机、光学显微镜、扫描电子显微镜，优选环境扫描电子显微镜来观察。
在一个优选实施例中，全肌肉肉品替代品是厚块的形式。
根据某些实施例，为了获得单层或多层的肉品替代品，使用两个原理过程，这两个过程不一定需要结合进行(即一个紧接着另一个)。第一原理过程包括提供具有一部分蛋白质长丝的含蛋白材料，这些蛋白质长丝被变性和组织化，例如布置成蛋白质纤维。
所述第二原理过程包括将所述含蛋白质材料的链股数字打印到打印机床上，其中所述含蛋白质材料的至少一部分包含组织化蛋白质，例如TVP或HMEC，其中所述组织化蛋白质的至少一部分为具有至少5mm长度的细长纤维的形式；打印方式为使得单个曲折的链股折叠在打印机床上或者使多个单独的链股设置在打印机床上，其中在单个链股的数个折叠之间的数个区段或在多个链股之间的数个区段沿着它们的纵向轴线基本上平行。以这种方式并根据数字打印的原理，多个单层链股形成3D肉品替代品。
根据其它实施例，第一原理过程包括提供含蛋白质材料，其中蛋白质长丝的至少一部分变性并被组织化，例如被布置成任意取向的蛋白质纤维，例如机械和/或化学和/或热分解自TVP；并且TVP的至少一部分包括长度为至少5mm的细长纤维。第二原理过程包括以下述方式将含蛋白质材料的链股数字打印到打印机床上：(i)任意取向的纤维沿链股方向轴向对齐，和(ii)将单个曲折的链股折叠在打印机床上或多个单独的链股设置在打印机床上，其中单个链股的数个折叠之间的区段或多个链股之间的数个区段沿它们的纵向轴线基本上平行。以这种方式并根据数字打印的原理，多个单层链股形成3D肉品替代品。
根据其它实施例，为了获得单层或多层的肉品替代品，使用两种原理过程，它们不一定需要结合进行(即一个紧接一个)。
第一原理过程包括提供含蛋白质材料，所述含蛋白质材料包括天然形式的还未形成任意取向的麸质基纤维的麸质蛋白质长丝和组织化蛋白质(例如TVP，其至少一部分是至少5mm的细长纤维)。
第二原理过程包括以下述方式将含蛋白质材料的链股数字打印到打印机床上：(i)麸质基纤维沿链股方向轴向对齐，(ii)将单个曲折的链股折叠在打印机床上或将多个单独的链股设置在打印机床上，其中单个链股的数个折叠之间的数个区段或多个链股之间的数个区段沿着它们的纵向轴线基本上平行。以这种方式并根据数字打印的原理，多个单层链股形成3D肉品替代品。
所有上述实施例可以单独使用或以多于一个实施例的任何组合使用。
对本文公开的全肌肉肉品替代品的物理和感官性质进行评价。这些尤其包括不同的强度性质以及质地性质。
在一些实施例中，对全肌肉肉品替代品的通过特别设计的拉伸强度测试确定的拉伸强度进行评价(参见图4A)。在本公开的上下文中，当提及“拉伸强度测试”或“修正拉伸测试”时，应理解为通过以下步骤进行的测试：将全肉品替代品的试样夹持在夹具之间，其中该试样的尺寸为50*20*10mm(从10cm*10cm的打印厚块上切下来的)，夹具的接触面积为10*20mm；以20mm/s的速度拉伸被夹持的试样，测量该力，并相应地计算应力。拉伸强度表示在测试期间记录的最大应力。该测试在23℃±2℃下进行。可以使用不同尺寸的试样，这取决于全肌肉肉品替代品，例如肉排样替代品，并相应地调整上述程序。
由于肉品替代品的各向异性性质，根据样品的测量方向，例如当该拉伸平行于打印方向，即平行于链股的方向(“P方向”)或垂直于打印方向但平行于由单个层的链股形成的平面(例如“XP方向”)，拉伸强度发生变化。
在一些实施例中，当平行于P方向测量时，本文测定的拉伸强度为至少0.02MPa。
在一些实施例中，当平行于P方向测量时，本文测定的拉伸强度为至少0.03MPa。
在一些实施例中，如本文所确定的，在P方向上测量的拉伸强度比在相同条件下在XP方向上测量的拉伸强度高至少50％。
在一些实施例中，通过在平行于链股标称方向的P方向上测量的第一修正拉伸强度值和在垂直于链股标称方向且平行于层平面的XP方向上测量的第二修正拉伸强度值，来限定肉品替代品的拉伸强度，其中所述第一修正拉伸强度值比所述第二修正拉伸强度值高至少50％。
在一些实施例中，通过本文特别设计的抗剪切测试来评价全肌肉肉品替代品(参见图4B)。因此，当提及“抗剪切测试”或“修正抗剪切测试”时，应理解为使用连接到劳埃德标准Perspex嵌入AACC 16-50(目录编号FG/PNB)的钝金属刀片进行的测试。刀片呈梯形形状，大底为11.81厘米，小底为4.44厘米。在测试期间，带有刀片的上固定装置位于金属基底上方25mm处，并且尺寸为20mm*20mm*20mm(8cm3)的试样以期望的取向放置在下方。然后上固定装置以20mm/s向下移动24mm，直到它达到金属基板上方1mm处才剪切试样。记录最大负载，然后根据需要分析数据。
由于肉品替代品的各向异性，根据样品的方向，例如当刀片平行于链股的长轴(即链股的标称方向)定向时，也被认为是肉品替代品的打印方向，即平行于链股的方向(P方向)，或者垂直于打印方向(例如XP方向)，抗剪切性发生变化。
在一些实施例中，在XP方向测量时，抗剪切测试的最大载荷是10N，有时至少11N，或者甚至至少12N。
在一些实施例中，当在P方向上测量时，抗剪切测试的最大载荷比在XP方向上测量时高至少100％。
在一些实施例中，通过在平行于链股标称方向的方向上测量的第一修正抗剪切值和在垂直于链股标称方向且平行于层平面的方向上测量的第二修正抗剪切值，来限定全肌肉肉品替代品，其中所述第二修正抗剪切值比所述第一修正抗剪切值大至少100％。
因此，本公开还提供了一种产生肉品替代品的方法，该方法包括：
-将含蛋白质材料引入到数字打印机的打印机头中，所述含蛋白质材料包含任意取向的或轴向对齐的纤维；以及
-操作所述数字打印机以将包含组织化蛋白质材料的单个曲折的链股或多个单独的链股分配到打印机床上，其中所述组织化蛋白质材料例如具有在一捆束纤维内彼此轴向对齐的纤维，所述单个链股被折叠成或所述多个链股被布置成使得所述单个链股的数个折叠之间的区段或所述多个链股之间的数个区段沿着它们的纵向轴线基本上平行；
其中相对于所述蛋白质基材料的总量，在打印之前的含蛋白质的链股包含至少10％w/w干组织化蛋白质(例如TVP)或至少20％w/w湿组织化蛋白质；以及
其中所述组织化蛋白质的至少一部分包括长度为5mm以上的细长纤维。
在一些情况下，含蛋白质的材料(即含蛋白质的团块)包括先验轴向对齐的纤维。
可以以各种方式并使用能够提供所限定的组织化纤维蛋白质材料的各种装置，来提供具有轴向对齐的纤维的组织化的含蛋白质材料。这种装置在本文中被称为“质构器(texturizer)”。
在一些情况下，通过使含未组织化蛋白质的材料经受质构器，质构器对该含未组织化蛋白质的材料施加剪切力、加热和潜在高压，从而获得组织化的含蛋白质材料。可以通过本领域已知的任何方式实现剪切，包括如上所述的挤压、纺制或剪切盒(Couette盒)。
例如，并且不限于此，含蛋白质材料可以经由螺杆挤出机挤出。螺杆挤出机可以是一种小规模挤出机，其通常(大规模)用于将蛋白质组织化成大体上对齐的纤维组织化蛋白质。在不受约束的情况下，将制剂引入配备有一个螺杆或两个螺杆的机筒中，当制剂在机筒内行进时，所述螺杆对制剂施加剪切，同时增加其压力。制剂在机筒中由加热器加热，然后可能进入一个锥形体，这可能会产生层流(laminar flow)。然后制剂进入冷却模具，将加热后的制剂冷却，同时保持其层流状态，从而允许进一步产生纤维结构。
例如，并且不限于此，质构器可以是蛋白质纺丝器，例如静电纺丝装置。可以通过使用由多个纺丝器构成的分布式纺丝系统在线使用纺丝器，其产生的物质被直接(或可能经由“缓冲容器”)进料到打印机头中。纺丝器也可以是离线设施，其使用与通过挤压离线制备链股的概念方法相同的概念方法来创建一捆束组织化肌肉组分(即，在打印系统外部预组织化蛋白质)。在一些情况下，离线制备的链股可以被包装以便储存。
为了获得组织化的蛋白质团块，蛋白质材料的剪切通常是，但不是排他地，在0℃至170℃之间的温度，有时在100℃至170℃之间的温度下进行。
可以通过将其中市售的组织化蛋白质材料(例如组织化植物蛋白质片)组合起来，或者可以作为HMEC(高水分挤压蒸煮)的产物，或者通过上述与变性蛋白材料有关的任何方法，来获得组织化的含蛋白质材料。
在一些实施例中，打印机可以包含一个或多个质构器作为不可或缺的一部分，其中每个质构器与一个或多个打印机头或者甚至与一个或多个打印机头的一部分连接。几个质构器可以共享相同的组件。例如，如果质构器是螺杆，则一个机筒可连接到几个冷却模具，一个加热器可服务于几个质构器等。
在打印期间使用质构器可以比在3D食品打印中通常使用的离线制备的组织化蛋白质材料分配(通常利用注射器机构)更有利。在打印之前使质构器执行蛋白质组织化，这使得打印机很容易分配具有高的咀嚼度、硬度、胶粘度、坚固度、韧度和内聚性值的含蛋白质材料和大体上对齐的纤维结构(其很难通过使用简单的注射器来进行分配)。
使用质构器允许灵活地调节各种组织化参数，例如温度、压力、剪切速率和挤出速率，并因此调节所分配的组织化的含蛋白质材料的特性。
组织化参数的调节可在打印时进行，因此获得具有不同或不均匀的组织化、以及能够更好地模拟通常不均匀的动物基肉制品的产品。
可以存在不同产品之间的组织化模式切换，使得可以使用相同的含蛋白质材料打印具有不同质地的产品。
具有纤维的含蛋白质材料的制备可以是连续作业(in line)的，使得组织化的含蛋白质材料被制备出来，并直接进料到打印机头中以沉积到打印机床上。值得注意的是，在打印机床上的沉积可以来自单个打印机头或来自多个打印机头的阵列，每个打印机头都被进料有含蛋白质材料。
具有轴向对齐的纤维的含蛋白质材料的制备也可以是离线的，即由此制备的含蛋白质材料被收集到专用的收集容器或缓冲体(buffer volume)中，然后被进料到打印机头中。
当提及离线制备时，诸如剪切、牵拉或挤出过程的制备过程可以在远离数字打印机的物理位置，然后通过专用端口连接到打印机头；或者，剪切、牵拉或挤出过程以及收集到容器或缓冲体中的过程可以与数字打印机头的入口流体连通。
无论含蛋白质材料是在线制备还是离线制备，其从打印机头排出/分配，使得含蛋白质材料内的纤维束的标称方向与含蛋白质材料通过打印机头的流动方向对齐，即与分配的链股的标称方向对齐。
在一个实施例中，将蛋白质材料加工成含蛋白质材料导致纤维蛋白质材料重新组织成一捆束或多捆束基本上对齐的纤维。
将含蛋白质材料引入一个或多个打印机头并分配到打印机床上。含蛋白质材料可以喷射成为形成整个水平/单层的单个细长链股，例如以之字形方式或手风琴方式，分别如图2A-2B所示。或者，含蛋白质材料可以以不连续的方式从打印机头喷射，以形成单独的链股，如图2C所示。
根据本文公开的方法，将含蛋白质材料分配到打印机床上，使得打印的链股通常与已设置在机床上的蛋白质物质邻接。结果，单层中的单个链股的数个折叠之间的数个区段或单独打印的链股之间的数个区段基本上沿其纵向轴线平行。
本文公开的方法可进一步包括操纵被分配的链股或单个链股的区段使其相互连接。这种操作可以包括将物理能量施加到一条或多条打印链股的至少一部分上，或者施加引起相互连接的试剂。
引起相互连接的物理过程可以包括热能、辐射能、干燥、冷却、润湿、施加压力、声能。
试剂可包括水解胶体、淀粉、蛋白质分离物或浓缩物、卡拉胶、瓜尔豆胶、海藻酸、谷粉混合物、琼脂、羧甲基纤维素、麸质、果胶、刺槐豆胶、黄原胶、以及多糖和酶(例如转谷氨酰胺酶)
在一些情况下，允许分配的链股在于其上施加后续层之前静置。静置可以在冷却的环境中，例如在0℃至低于室温的任何温度下，或有时在受控的温度下进行，例如约4℃。
操作数字打印机也是为了控制可能影响肉品替代品的性质的各种参数。这些参数包括但不限于温度、压力、分配速率、打印喷嘴的内径、打印喷嘴的长度或材料通过的通道。
在一些情况下，蛋白质的组织化也可以在被分配到打印机床上之后进行。这例如可以通过化学或酶交联(凝胶化)来实现。
此外，也可应用后处理，例如在完全打印之后加热或冷却部分组织化的产品，以改善例如质地参数、相同和/或不同层之间的链股之间的粘合，从而可能对肉品替代品的质地有所帮助。
在一些情况下，打印机以以下一种或多种参数的组合进行操作：压力：高达60bar；喷嘴尺寸：0.1-10mm；生产速率：优选5-300mm/秒/喷嘴。
在一些情况下，将含蛋白质材料特别制备成适于在窄喷嘴处打印，窄喷嘴有时为0.1mm至5mm，有时为0.3mm至5mm，有时为1mm至5mm，喷嘴在打印团块时，使团块内的蛋白质纤维或营养纤维对齐，因此产生具有轴向对齐的蛋白质纤维的链股。
一种用于执行肉品替代品系统的产生方法的系统至少包括：数字打印机，其配备有打印机头，该打印机头包括用于将至少组织化的蛋白质(优选非动物性)材料分配到打印机床上的喷嘴；和用于控制数字打印机的操作的控制单元。更具体地，打印机头被配置为接收蛋白质基材料，所述蛋白质基材料包括最小量的具有最小长度的组织化的、纤维性的、含蛋白质的材料，所述蛋白质基材料流动通过喷嘴。
所述控制器被配置成使得至少所述蛋白质基材料以基本上单个曲折链股的形式(基本上单个链股被理解为沿着所述链股可能具有假象断裂，和/或链股可能从段到段改变其组成，从而沿所述链股包括不同的组分)或以多个较短的链股的形式分配到打印机床上，在所述单个链股的数个折叠之间的区段或所述多个链股之间的区段被布置成沿其纵向轴线基本上平行的构造。
该系统还被配置为通过分配蛋白质团块的同一打印机头或通过其他施加器(例如一个或多个其他特别专用的打印机头、喷雾单元等)来分配其他组分，例如含脂肪组分、水基组分和其他物质。
打印机头出口或喷嘴可以具有不同的尺寸和形状。根据一些实施例，选择用于至少分配含蛋白质材料的打印机头及其喷嘴以实现特定的通过量，例如1kg-100kg/小时，更通常2kg-50kg/小时，更通常5-20kg/小时。10kg/小时通常需要具有直径为2mm的5-200个喷嘴、更通常为10-100个喷嘴、更通常为20-50个喷嘴的机头。这大致与通过量成比例(例如，对于单个喷嘴的相同内径和分配速率来说，两倍的通过量将需要两倍的喷嘴数量)，并且与喷嘴内径的平方成比例(例如，相对于2mm直径的喷嘴数量，1mm内径的喷嘴将需要x4数量的喷嘴，以便保持一定的通过量)。
该系统还可以包括质构器，其接收含蛋白质的材料，并将蛋白质材料加工成所需的蛋白质团块。所述质构器可以是连续作业的，即，其被配置为连续地接收蛋白质材料，并且将由此形成的组织化的蛋白质排入到打印机头中。
在一些实施例中，该系统被构造成具有两个或更多个打印机头，用于同时或以先验设计的顺序分配含蛋白质的组分和/或其它组分，该操作由控制器控制。
该系统还可以包括用户界面中的任何一个或其组合，所述用户界面包括：用于引入输入数据的输入模块，所述输入数据尤其指示肉品替代品中的每层的组成和/或与操作条件有关的输入数据，包括温度、打印速度；显示模块，尤其用于显示与由此形成的层相关联的参数；处理器，尤其用于接收与由此形成的层相关联的输入数据并提供与由此形成的层的质量相关的输出数据；以及存储模块，用于存储数据。所有这些模块在数字打印技术中是公知的，因此不需要进一步阐述。
该系统可包括刀片或其它切割机构，以便在打印暂停时(直到打印下一条链股或在产品打印结束时)切割所分配的结构化含蛋白质的材料。这在纤维蛋白结构的情况下是特别需要的，这种纤维蛋白结构在暂停打印时不会自发/容易断裂。
在一些实施例中，该系统包括在打印机头上游的质构器，使得由此形成的含蛋白质材料直接进料到一个或多个打印机头中。在一些实施例中，打印机头是螺旋钻(auger)打印机头。在一些其它实施例中，打印机头是渐进式空腔泵(PCP)。在其它一些实施例中，打印机头基于活塞阀或正排量泵。
优选的打印机头是一种包括PCP的打印机头，本文已显示出该打印机头提供了比其他打印机头(如螺旋钻型打印机头)优越的质地曲线，对排出的链股中的细长纤维的体积/量具有最小的损伤效应。
所述含蛋白质的材料可以存储在墨盒(cartridge)中，所述墨盒被配置为经由专用端口安装到打印机头上。将墨盒安装到数字打印机头上可以使得墨盒出口与数字打印机头流体连通，并且允许蛋白质材料从墨盒开始的流动方向导致纤维沿着打印机头内和通过打印机喷嘴的含蛋白质材料的流动方向对齐。换句话说，从打印机喷嘴排出的轴向对齐的纤维的标称方向，与从墨盒出口排出并进入打印机头的含蛋白质材料的流动方向平行。
墨盒内的含蛋白质材料可以是固体和/或半固体(糊状)、湿的和/或干的。含蛋白质的材料可以被软化以便容易进行分配，并且可能使其更易于粘附到相邻的链股。软化可以通过润湿、保湿、溶解、熔化或本领域已知的任何其它方式来实现。因此，软化可以通过溶剂喷雾器(优选水)或喷射器、加热器、激光器或任何其它单元来实现。
固体和/或干燥材料可以作为几个细长的棒状物存储在墨盒内，在打印过程期间以离散的方式一个接一个地(或成组地)放置在打印机床上，以形成肉品替代品。
在分配之后，可以通过干燥、冷却、加热或使用化学试剂来硬化、干燥或固化含蛋白质的材料。优选地，在室温下干燥或冷却含蛋白质的材料而不进行干预。
在一些情况下，含蛋白质的材料可以是柔性的，并且因此以卷起或折叠的方式存储在墨盒中，或者可以是固体的并且作为几个细长的棒状物进行存储。也可以使用其它类型的存储方式。
本文公开的方法和系统被配置为提供数字打印的肉品替代品的切片/板/圆片状的片，如本文所述，该切片包括单层的数字打印的一链股或多个链股。
然而，本文公开的方法和系统优选用于包括多个数字打印层的数字打印肉厚块。然后可以将这种厚块切成不同厚度的切片，并且为了提供肉排的体验，优选在基本上垂直于厚块内的链股方向的方向上切下厚块的切片。所得的切片(其与由打印直接获得的切片不同)也构成本公开的一部分。在从打印厚块上切割的这种切片中，链股长度(切割后)和切片宽度(后者被定义为切片的最小尺寸)之间的比率约为1∶1。这与数字打印的切片状产品技术中的已知情况相反，在已知情况中链股长度与切片宽度的比率显著大于1∶1。这种切片切割，特别是如果链股含有轴向对齐的蛋白质纤维束，有助于模拟动物肌肉的生理结构，因此增大了与动物肉相似的质地和口感的机会。
打印的全肌肉类似物的尺寸和空间配置，无论是圆片还是厚块的切片，都可以由打印方向限定，打印方向也对应于基本上对齐的链股的方向。因此，例如，考虑到其长度轴，称为P轴，并且是平行于每层中链股的标称方向的轴；其高度轴，也称为Z轴，其垂直于链股层(链股平面)；其宽度轴，也称为XP轴，其垂直于链股的标称方向，但在链股层的平面内或平行于链股层的平面，可以使用空间尺寸来定义本文公开的替代肉厚块。为了进一步说明，可参考公开号为WO 2020/152689的国际专利申请，其内容全部并入本文。
基于三个不同轴的尺寸，本文公开的厚块可以被定义为小厚块、中等厚块或大厚块。
例如(数字指的是cm)：
厚块尺寸 L h W
小 5-30 5-10 8-12
中等 10-50 10-15 12-20
大 30-100 15-30 20-40
因此，当定义肉排尺寸时，是指其长度、高度和宽度尺寸。具体地说，肉排通常垂直于P轴从肉厚块上切下，使得肉排的宽度和高度与切下该肉排的厚块相同，但是长度值(即牛排厚度)通常为0.5-10cm，而与该厚块是大的、中等的还是小的厚块无关。
当全肌肉肉品替代品是肉排时，P方向是链股的方向(其不一定是打印产品的长轴，如在厚块中)。
非限制性实施例
以下提供了蛋白质基组分、脂肪基组分和水基组分的非限制性实施例。
具有分解的TVP纤维的蛋白质组分
组成：
表1：含有TVP的蛋白质组分
Figure BDA0003734007710000201
水的添加量为每1克干组分含2.17克水
制备过程：
-将TVP在水中浸泡至少2小时
-挤压TVP
-将TVP插入食品处理器(非切割刀片)中，剧烈混合直到TVP纤维分解。
-插入其余的粉末成分，并继续混合
-加入脂肪(为液体)和水并继续混合，至中等粘度的均匀物质
-使用配备有1.55mm直径喷嘴的螺旋钻型打印机头以0.5升/小时的速率进行打印
后处理操作
-在80℃-90℃下进行热处理(sous-vide或蒸汽炉)持续45分钟。
-切割成2cm切片
-在条形平底锅上煎制，每面煎制一分钟或两分钟。
结果
-实施例1和2均表现出明显的肉状纤维质地。
-实施例2(使用TVP 5050)具有更好的质地(更多的纤维，更好的咬合硬度)，可能是因为与5010相比，它含有更长的蛋白质纤维的原因
基于麸质的蛋白质组分(不含分解的TVP纤维)
组成
表2：含有麸质的蛋白质组分
组分 ％-实施例1
麸质 43.38
大豆蛋白分离物 26.25
营养酵母 13.02
棕榈仁油 11.93
甲基纤维素 1.08
海藻酸钠 1.74
卵磷脂 0.43
奇亚(chia) 2.17
总计(无水) 100.0
水的添加量为每1克干组分含2.17克水
制备过程：
-将粉末成分插入到食品处理器中并混合
-加入脂肪(为液体)和水并继续混合，至中等粘度的均匀物质
-用配备有1.55mm直径喷嘴的螺旋钻型打印机头以0.5升/小时的速率进行打印
后处理操作
-在80℃-90℃下进行热处理(sous vide或蒸汽炉)持续45分钟。
-切割成2cm切片
-在条形平底锅上煎制，每面煎制一分钟或两分钟。
结果
-所得的打印制品具有蛋卷状(omelet)质地，具有非常少的纤维，因此推断出组织化蛋白质的存在是很重要的。
基于小TVP薄片/切碎TVP的蛋白质组分
组成
表3：含有TVP薄片的蛋白质组分
Figure BDA0003734007710000221
制备过程：
-将水加入到组织化蛋白质和着色剂中
-混合并静置15分钟
-将其余成分加入到混合物中
-在中等搅拌速度下混合3分钟(食品混合器)
-用配备有1.9mm喷嘴直径的螺旋钻型打印机头以0.5升/小时的速率进行打印
后处理操作
-在烘箱中烘烤，7分钟120℃
-真空密封并在40℃下储存
-放在平底锅上植物油中煎制，每面煎制2-3分钟，中火。
结果
结果在许多方面类似于烤肉串块(meat kebabs)-脂肪碎肉质地(脂肪在整个产品中均匀地散布在固体块(solid chunks)中)。所得的产品也是芳香四溢，味道鲜美。在几次品尝中，该实施例的所有样品都被普遍看好。
基于细长TVP的蛋白质组分
组成
通过在标准家用混合器中混合15％麸质(Sorpol公司的活性小麦麸质)、60％自来水、5％菜籽油(“Shufersal”)、5％红色香料着色剂(“Texturot”)来制备基本蛋白质团块(PD)。这种基本蛋白质面团也用于打印参考厚块。
通过将蛋白质团块(PD)与15％的组织化植物蛋白(TVP SUPRO MAX 5010IP,或者Supermax 5050,或者TVP A1550)组合来生产两种类型的基于组织化蛋白质的组分，其中所述组织化植物蛋白轻微分解以获得平均长度约10mm且厚度为约1-4mm(PD-TVP1)或约5mm(PD-TVP2)的细长纤维和带状物。然后将细长的TVP纤维与PD轻柔地混合。
制备过程
打印三种类型的全肉厚块：
3D-PD-TVP1-使用基于螺旋钻的挤出机打印PD-TVP1
3D-PD-TVP2-使用配备有4mm喷嘴的渐进式空腔泵(PCP，关东标准流体系统-计量螺杆泵)打印PD-TVP2。使用定制的3D打印夹具将分配的PD-TVP2链股在各层中对齐，使得每层中的链股在链股的相邻区段之间具有最小的空间/距离，以便创建具有单向链股的3D结构，然后通过抽真空压紧，并形成约100mm*50mm*50mm的3D厚块结构。
3D-PD-TVP3-使用也装备有4mm喷嘴的电填缝枪(Makita)的活塞打印PD-TVP2。然后将这些链股在层中对齐并紧密地放置在一起以在每层中形成连续的表面，然后通过抽真空压紧并形成约100mm*50mm*50mm的3D厚块结构。
PD-TVP-PP(参考)-3DP-PD-TVP1的产物被手动分解和捏合，直到3DP-PD-TVP1的各向异性结构被完全破坏。
后处理操作
所有厚块在100℃的Sous Vide@中固化1小时，直到样品的内部温度达到95℃并在95℃下保持15分钟。然后将不同的厚块在4℃的冰箱中冷却过夜，然后进行测试。在样品达到环境温度(20℃-25℃)后进行测试。
图3A-图3C是3D-PD-TVP1横跨平行于P轴的平面手动拼接而成的图像(比例尺＝10mm)。这些图显示了蛋白质基链股的基本上对齐的取向(全箭头)和部分暴露的纤维的基本上对齐的取向。值得注意的是，由于蛋白质基团块和掺入的TVP材料两者的不透明性，难以从视觉上显示纤维的对齐，这是基于试样和参考样品的机械分析间接得出的，如下所述。
样品分析
抗剪切测试
为了确定肉品替代品的抗剪切性，使用了劳埃德仪器公司的Amtech TA1测试仪。具体地，将钝金属刀片附接到劳埃德标准Perspex嵌入AACC 16-50(目录编号FG/PNB)。叶片呈梯形形状，尺寸为-大底11.81cm，小底为4.44cm(见图6)。在测试期间，将带有刀片的上固定装置定位在金属基底上方25mm处，并将尺寸为2cm*2cm*2cm(8cm^3)的试样以期望的取向放置在下方。然后上固定装置以20mm/s向下移动24mm，在达到金属基板上方1mm处剪切试样。记录最大载荷，然后在不同试样和取向之间分析和比较数据。
拉伸强度测试
制备50*20*10mm的试样，并用聚乳酸(PLA)制成的撕裂器(ripper)夹持，撕裂器的接触面积为10*20mm，并如图3A所示进行操作。然后，在室温(23℃±2℃)下，以20mm/s的速度拉伸每个试样(来自每个试样的三个不同样品)。测量50*20*10mm的试样(从10cm*10cm的打印厚块上切下来的)的修正拉伸强度。
表4A显示了不同测试样品的拉伸强度测试分析的结果。
表4A–修正拉伸强度结果
拉伸强度(MPa) 样品1 样品2 样品3 平均值 标准值
PD 0.014 0.008 0.014 0.012 0.0028
PD-TVP-PP 0.013 0.011 0.012 0.0013
3DP PD-TVP1(XP) 0.010 0.018 0.014 0.014 0.0032
3DP PD-TVP1(P) 0.032 0.026 0.030 0.029 0.0027
3DP PD-TVP2(XP) 0.023 0.029 0.026 0.0028
3DP PD-TVP2(P) 0.040 0.039 0.040 0.0003
表4中列出的数据显示PD和PD-TVP-PP是较弱的样品。对于PD-TVP-PP(不是打印出来的，而是手工形成的饼(pattey))，所得的层没有组织取向，并且当从样品的所有方向测量时，纤维的这种随机取向导致较低的拉伸强度。
关于3D-PD-TVP1，表现出P轴和XP轴之间的差异。尽管在XP轴上的强度与参考样品PD-TVP-PP相当，但在P轴上，拉伸强度显著较高。
因此，可以假定提高的拉伸强度是由于纤维相对于P轴基本上对齐的取向以及该取向给打印的可食用产品提供了加固的结果。
最后，关于PD-TVP2，当使用PCP挤出机时，拉伸强度甚至进一步增加，并且在P和XP方向上的打印均是如此。
这些结果的直接结论是，细长纤维的存在对于增强打印产品是很重要的，并且产品至少应包括一些具有约5mm长度的纤维。
表4B示出了不同测试样品的剪切测试分析的结果。
表4B：修正剪切测试结果
Figure BDA0003734007710000241
Figure BDA0003734007710000251
表4B证实了表4A的数据，其中没有TVP的团块是最弱的，并且包含具有一定量的细长纤维(至少5mm)的TVP改善了抗剪切力。
此外，3D打印导致了对P和XP方向上的抗剪切力的改善，在XP方向上的抗剪切力要大得多。
在基于PCP的打印产品(3DP PD-TVP2)中表现出更好的抗剪切力。
这些结果表明TVP有助于抗剪切性，因此预期会对感官特性(如咀嚼性)作出贡献。链股和纤维的对齐产生强的各向异性并加强跨纤维方向。使用长TVP纤维材料进一步有助于打印产品的强度。
纤维分析
在打印后和后处理(煎制或蒸煮)前收集每个3DP实施例的样品(30克)，并将其置于带有磁力搅拌器和200ml冷水(10℃)的烧杯中。将样品纺丝30分钟，或直到基本蛋白质团块(PD)从TVP目视分离并形成浆液。然后将浆液倾倒在1mm不锈钢筛网(JVLAB测试筛)上，然后收集，在烧杯中用另外的200ml再次洗涤，并再次过滤以从TVP纤维中洗出PD，直到所有TVP纤维在筛网上清晰可见。然后再次将纤维与水混合，并通过三个不同网孔大小的筛网(从1mm、2mm和3.2mm，一个放置在另一个上面)系统进行过滤，使得浆料倾倒在3.2mm筛网上，并传递到2mm，然后传递到1mm(在金字塔的最后一个)。
图5A-5C示出了过滤后的不同筛网，图5A示出了1mm筛目尺寸的筛网，容纳1mm-2mm尺寸的含TVP的材料，图5B示出了2mm筛目尺寸的筛网，容纳2mm-3.2mm尺寸的含TVP的材料，以及图8C示出了3.2mm筛目尺寸的筛网，容纳3.2mm以上尺寸的含TVP的材料。
手动挤压筛分物以除去过量的水。对纤维成像并称重。
图6A-图6D示出了具有两种不同TVP的3D-PD-TVP1的图像。具体而言，图6A和图5B示出了分离的TVP Supermax 5050，并且示出了打印之前(图6A)和打印之后(图6B)的TVP纤维，而图6C和图6D示出了使用5mm螺旋钻挤出机(比例尺为50mm)打印之前(图6C)和打印之后(图6D)的分离后的TVPA1550纤维。
图6A-6D示出了，使用螺旋钻型打印机头的挤出工艺导致较短的纤维(与其打印前的长度相比)，并且过滤后收集/分离的细长纤维的总量在挤出后要低得多(即，细长纤维在打印过程期间被切割)。
除了定性观察之外，对被筛分的TVP称重，并且显示其在3.2mm筛网上的残留部分由于挤出过程影响而从27％减少到13％，换句话说，存在较少的细长纤维(尺寸在3.2mm以上的那些)。
为了定量测定含TVP的纤维(包括较短的纤维)的总量，可以使用1mm筛网。
图7A-7C示出了在打印之前(图7A)、在使用30mm转子用PCP打印之后(图7B)以及在使用20mm转子打印之后(图7C)从3D-PD-TVP2(如上所述)分离的纤维的图像。
图7A-7C示出了使用PCP泵是更有利的，是因为其对纤维长度的影响较小，提供较大量的细长纤维(约5mm及以上)。认为当使用较长的CP转子(具有较大的节距使TVP纤维解体较少)时，打印机头的负面影响可以减小。
事实上，当使用PCP泵时，细长纤维的量在打印后没有显著减少(与打印前的量相比，未示出数据)。
感官专家组
在专家组测试前1天制备样品。在品尝前30分钟，将样品切成2*2*2cm的立方体。然后样品的每个平面上煎制90秒，直到样品内部达到70℃。样品被热气腾腾地放在干净的盘子里，盘子上有它们的代码，交给小组成员。共有八名专家组成员，每名专家组成员接收蒸煮过的样品，每份试样(3D-PD-TVP1和3D-PD-TVP2)一个，要求每名专家组成员使用从-3到+3的分数对试样的以下特性进行评级，其中“0”被分配给由PD和TVP制成的参考样品，制剂中使用的TVP％(螺旋钻打印机头)为20％w/w(相对含蛋白质材料的总重量的干重)：
·链性(strandiness)(试样裂开时链股的目视观察)
·纤维质地(在口中分解期间纤维的感官感觉)
·多汁性
·咀嚼性
·硬度
·褐变(视觉)
3DP-PD-TVP1和3DP-PD-TVP2的感官评价以感官蜘蛛网图的形式呈现在图8中。
蜘蛛网图表明这两个试样产生了积极的感官体验，其中3DP-PD-TVP2具有更好/优越的感官性质。
在另一个感官测试中，8名专家组成员被给予两个3D-PD-TVP样品，其中区别在于样品中干TVP的量不同，并且使用螺旋钻打印机头制备，并且使用-2至+2的评分(“0”是使用20％w/w干TVP制备的试样的评分)对总体纤维质地体验进行评级。表5示出了评级情况：
表5：TVP百分比对纤维质地体验的影响
Figure BDA0003734007710000261
Figure BDA0003734007710000271
*相对于总重量的干重
表5证实了对TVP的需求，并且优选在10％以上或甚至在15％以上的量(打印前在含蛋白质材料中测量的干重)。

Claims (35)

1.一种全肌肉肉品替代品，其特征在于：所述全肌肉肉品替代品包含一层或多层数字打印的含蛋白质的链股，其中
每层包括单个曲折的链股或多个链股，使得所述单个链股的数个折叠之间的数个区段或所述多个链股之间的数个区段被布置成沿所述区段的纵向轴线基本上平行，所述单个链股或所述多个链股包括一捆束或多捆束的轴向对齐的组织化蛋白质纤维；以及
其中所述组织化蛋白质纤维的至少一部分包括长度为5mm以上的细长纤维。
2.根据权利要求1所述的全肌肉肉品替代品，其特征在于：所述单个链股的数个折叠之间的数个区段或所述多个链股之间的数个区段的至少一部分与相邻的链股相互连接。
3.根据权利要求1或2所述的全肌肉肉品替代品，其特征在于：当从与链股的区段方向垂直的方向上观察所述捆束的轴向对齐的纤维时，所述链股的区段内的所述轴向对齐的纤维具有与所述链股的区段方向成不大于±45°的标称方向。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的全肌肉肉品替代品，其特征在于：当从与平面垂直的方向上观察所述捆束的轴向对齐的纤维，且所述平面由包括链股的区段的层所限定，所述链股的区段内的所述轴向对齐的纤维具有与所述链股的区段的方向成不大于±45°的标称方向。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的全肌肉肉品替代品，其特征在于：所述含蛋白质的链股包含所述细长纤维，所述细长纤维的量占所述含蛋白质的材料中蛋白质的量的至少10％w/w。
6.根据权利要求5所述的全肌肉肉品替代品，其中，所述含蛋白质的链股包括变性蛋白质。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的全肌肉肉品替代品，其特征在于：所述含蛋白质的链股包括组织化植物蛋白。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的全肌肉肉品替代品，其特征在于：当在平行于所述链股标称方向的方向上测量时，所述全肌肉肉品替代品的修正拉伸强度为0.02MPa以上。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的全肌肉肉品替代品，其特征在于：所述全肌肉肉品替代品具有在平行于所述链股标称方向的P方向上测量的第一修正拉伸强度值，并具有在垂直于所述链股标称方向且平行于层平面的XP方向上测量的第二修正拉伸强度值，其中所述第一修正拉伸强度值比所述第二修正拉伸强度值高至少50％。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的全肌肉肉品替代品，其特征在于：当在与所述链股的标称方向平行的XP方向上测量时，所述全肌肉肉品替代品具有10N以上的修正抗剪切力。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的全肌肉肉品替代品，其特征在于：所述全肌肉肉品替代品具有在平行于所述链股标称方向的方向上测量的第一修正抗剪切力值，并具有在垂直于所述链股标称方向且平行于层平面的方向上测量的第二修正抗剪切力值，其中所述第二修正抗剪切力值比所述第一修正抗剪切力值高至少100％。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的全肌肉肉品替代品，其特征在于：所述全肌肉肉品替代品包括两层或更多层的所述数字打印链股。
13.根据权利要求12所述的全肌肉肉品替代品，其特征在于：所述两层或更多层在沿每层的一个或多个点处相互连接。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的全肌肉肉品替代品，其特征在于：所述全肌肉肉品替代品包括脂肪基组分和水基组分。
15.根据权利要求14所述的全肌肉肉品替代品，其特征在于：所述脂肪基组分和/或水基组分被设置或分散在所述数字打印的含蛋白质的链股之间。
16.根据权利要求14或15所述的全肌肉肉品替代品，其特征在于：所述一层或多层的至少一部分包含所述脂肪基组分。
17.一种生产肉品替代品的方法，其特征在于：所述方法包括：
-将含蛋白质的材料引入到数字打印机的打印机头；以及
-操作所述数字打印机以将单个曲折的含蛋白质的链股或多个单独的含蛋白质的链股分配到打印机床上，将所述单个链股折叠成或所述多个链股配置成使得所述单个链股的数个折叠之间的数个区段或所述多个链股之间的数个区段沿所述数个区段的纵向轴线基本上平行；
其中所述含蛋白质的链股包括组织化蛋白质；以及
其中所述组织化蛋白质的至少一部分包括长度为5mm以上的细长纤维。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：所述曲折的链股或所述多个单独的链股形成单层。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于：操作所述分配以允许所述单层内所述单个链股的数个折叠之间的数个区段或所述多个链股之间的数个区段的至少一部分相互连接。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，其特征在于：所述链股包括一捆束或多捆束的轴向对齐的纤维。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于：当从与链股的区段方向垂直的方向上观察所述捆束的轴向对齐的纤维时，所述链股的区段内的所述轴向对齐的纤维束具有与所述链股的区段的方向成不大于±45°的标称方向。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于：当从与平面垂直的方向上观察所述捆束的轴向对齐的纤维，且所述平面由包括链股的区段的层所限定，所述链股的区段内的所述轴向对齐的纤维具有与所述链股的区段的方向成不大于±45°的标称方向。
23.根据权利要求17至22中任一项所述的方法，其特征在于：所述含蛋白质的材料包括变性蛋白质。
24.根据权利要求17至22中任一项所述的方法，其特征在于：所述组织化蛋白质包括组织化植物蛋白。
25.根据权利要求17至24中任一项所述的方法，其特征在于：所述含蛋白质的材料中的所述组织化蛋白质的量占所述含蛋白质的材料的总重量的至少10％w/w。
26.根据权利要求17至25中任一项所述的方法，其特征在于：所述数字打印机的操作包括将所述含蛋白质的材料的单个细长链股分配到水平层中，使得所述层中的所述单个链股的数个折叠之间的数个区段被布置成沿所述区段的纵向轴线基本上平行的取向。
27.根据权利要求17至26中任一项所述的方法，其特征在于：所述数字打印机的操作包括分配多个轴向对齐的连续链股。
28.根据权利要求17至27中任一项所述的方法，其特征在于：所述方法包括操纵所分配的数个链股或所分配的数个链股的数个区段以进行相互连接。
29.根据权利要求17至28中任一项所述的方法，其特征在于：所述方法包括在层上面施加后续层之前，允许每层所分配的链股静置。
30.根据权利要求17至29中任一项所述的方法，其特征在于：所述方法包括分配多层所述含蛋白质的链股。
31.根据权利要求17至30中任一项所述的方法，其特征在于：所述分配是通过打印机头进行的，所述打印机头包括渐进式空腔泵。
32.根据权利要求17至31中任一项所述的方法，其特征在于：所述分配通过打印机头进行的，所述打印机头包括活塞。
33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于：所述方法包括压紧多层所述含蛋白质的链股。
34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于：所述压紧包括将负压施加到所述分配的多层上。
35.根据权利要求17至34中任一项所述的方法，其特征在于：所述分配导致所述含蛋白质的材料内的纤维的形状和/或尺寸发生改变。
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