CN117082986A - 蛋替代性食品及生产包括微生物蛋白生物质的方法 - Google Patents

蛋替代性食品及生产包括微生物蛋白生物质的方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种生产蛋替代性食品的方法。该方法包括将蛋白质微生物生物质粉末与水混合，以获得湿混合物；使湿混合物在室温下水合；在高速下混合湿混合物；使经混合的湿混合物在6℃下水合；将经水合的湿混合物与油在高速下混合并乳化经混合的湿混合物；将经乳化、混合的湿混合物均质化；将经均质化的湿混合物加热至85℃至90℃；以及向经加热的湿组合物添加氯化钠(NaCl)和柠檬酸并混合以获得3.5至4.0的pH。

Description

蛋替代性食品及生产包括微生物蛋白生物质的方法
技术领域
本公开总体上涉及动物性肉产品的替代物；且更具体涉及蛋替代性食品。
背景技术
近来，注重健康的消费者越来越多，他们追求营养、健康和可持续的食品，同时尽量减少对身体健康的不利影响。传统上，人类饮食由肉类(如牛、家禽、猪、鱼)和植物(如豆类、大米)组成，以适当的比例满足所需的蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素和矿物质。此外，肉类供应面临的最大挑战是人口的不断增长，而肉类生产的增加会影响环境。因此，在本世纪，人们获得了克隆自然事物的能力，其中之一就是利用植物性产品成功再现了传统食品。随后，这吸引了更多不食用肉及其制品的消费者，如素食主义者(vegetarians)、纯素食主义者(vegans)和一些寻求减少肉类食用的非素食主义者。因此，全球食品工业需要适应相对更可持续和更健康的动物性肉产品(如蛋类)替代物。
特别是，蛋类是用途广泛且几乎无处不在的食物，其营养成分很高。然而，蛋类也有许多缺点。例如，蛋类中的脂肪和胆固醇可能会损害心脏健康并导致前列腺癌。此外，从蛋清中食用过多的蛋白质与肾病、肾结石等有联系。蛋类的典型替代物是由大豆、玉米、花生等植物生产的类蛋(egg-like)植物性产品(plant-based product)。此外，这些类蛋植物性产品可能具有较高的纤维、较低的饱和脂肪含量和抗氧化剂。然而，这些类蛋植物性结构并不十分为人所知，因为这些结构的再现相当困难。此外，类蛋的植物性产品具有典型的豆腥味，很难调味以模拟类蛋的味道。此外，类蛋的植物性产品缺乏其他营养物质，例如铁、维生素D、维生素B12、胆碱以及如叶黄素和玉米黄素的抗氧化剂。这些营养物质在骨骼健康、认知能力、能量、妊娠和眼睛健康方面发挥着重要作用。
目前，肉及其产品的替代物的开发进展利用了诸如酵母、藻类等微生物细胞。在这方面，采用了在细胞培养后的均质化等技术来生产类蛋植物性产品。此外，蛋类植物性产品缺乏类蛋的质地和其他特征，并且主要因其消化率低而不适合哺乳动物(如人类和动物)食用。在正常情况下，当摄入这种蛋类植物性产品时，肠道上皮细胞会产生一层黏液层作为物理屏障，防止内毒素转移到血液中。然而，在内毒素血症或肠道渗漏综合症的情况下，内毒素会因黏膜退化而转移到血液中，从而导致从过敏到致命毒性反应的各种健康风险。
因此，鉴于上述讨论，存在着克服与生产具有类蛋质地和改善的消化率的类蛋植物性产品的传统技术相关的缺点的需求。
发明内容
本公开旨在提供一种生产蛋替代性食品的方法。本公开还旨在提供一种蛋替代性食品的组合物。本公开的目的是提供方案，以至少部分地克服现有技术中遇到的问题。
在一个方面，本公开提供了生产蛋替代性食品的方法，所述方法包括：
-将蛋白质微生物生物质粉末与水混合，以获得湿混合物；
-使所述湿混合物在室温下水合；
-在高速下混合所述湿混合物；
-使经混合的湿混合物在6℃下水合；
-将经水合的湿混合物与油在高速下混合，并乳化经混合的湿混合物；
-对经乳化、混合的湿混合物进行均质化；
-将经均质化的湿混合物加热至85℃至90℃；
-向经加热的湿组合物添加氯化钠(NaCl)和柠檬酸并混合以获得3.5至4.0的pH。
在另一方面，本公开提供了一种蛋替代性食品，包括：
76％至78％的水；
9％至10％的蛋白质微生物生物质粉末；
0.7％至1.1％的氯化钠(NaCl)；
9％至10％的油。
本公开的实施方式实质上消除或至少部分解决了现有技术中的上述问题，并提供了有效的方法来生产这样的蛋替代性食品：该蛋替代性食品包含所有维生素、矿物质和抗氧化剂，并且具有更类蛋的口感，且没有豆腥味(bean-off flavour)。
根据附图和结合所附权利要求描述的说明性实施方式的详细描述，本公开的其他方面、优点、特征和目的将变得明显。
应当理解的是，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的范围的情况下，本公开的特征易于以各种组合进行组合。
附图说明
结合所附附图阅读时，可以更好地理解上面的概述以及下面的说明性实施方式的详细描述。出于说明本公开的目的，在附图中示出了本公开的示例性构造。然而，本公开不限于本文公开的具体方法和手段。此外，本领域技术人员将理解附图不是按比例绘制的。只要有可能，相同的要素用相同的数字表示。
现将参考以下附图，通过仅仅为示例的方式来描述本公开的实施方式，其中：
图1是描绘根据本公开的实施方式生产蛋替代性食品的方法的步骤的流程图。
在所附附图中，带有下划线的数字用于表示位于该带有下划线的数字之上的项目或与该带有下划线数字相邻的项目。无下划线的数字涉及由将无下划线的数字链接到项目的线所标识的项目。当一个数字没有下划线并且伴随有相关的箭头时，该无下划线的数字用于标识箭头所指的一般项目。
具体实施方式
以下详细描述阐述本公开的实施方式以及可以实现它们的方式。尽管已经公开了进行本公开的一些模式，但是本领域技术人员将认识到，用于进行或实践本公开的其他实施方式也是可能的。
在一个方面，本公开的实施方式提供了生产蛋替代性食品的方法，该方法包括：
-将蛋白质微生物生物质粉末与水混合，以获得湿混合物；
-使湿混合物在室温下水合；
-在高速下混合所述湿混合物；
-使湿混合物在6℃下水合；
-将经水合的湿混合物与油在高速下混合，并乳化经混合的湿混合物；
-对经乳化、混合的湿混合物进行均质化；
-将经均质化的湿混合物加热至85℃至90℃；
-向经加热的湿组合物添加氯化钠(NaCl)和柠檬酸并混合以获得3.5至4.0的pH。
在另一方面，本公开的实施方式提供了一种蛋替代性食品，包括：
-76％至78％的水；
-9％至10％的蛋白质微生物生物质粉末；
-0.7％至1.1％的氯化钠(NaCl)；
-9％至10％的油。
本公开提供了上述生产蛋替代性食品的方法和蛋替代性食品。本公开的方法包括利用源自微生物的微生物生物质的蛋白质微生物生物质粉末与液体、盐和香料混合，以及生产蛋替代性食品。有益的是，该方法是有效率的且劳动强度低的。此外，使用上述方法制成的蛋替代性食品是用姜黄和绿豆蛋白制成的,无动物、素食且植物性的蛋替代物，具有类蛋的质地和风味，因此适合素食主义者和纯素食主义消费者。此外，有益的是，该肉类似物食品成分容易被人类和动物消化，并为其提供优质蛋白质、铁和维生素(如B12)。为简洁起见，下文中术语“蛋替代性食品”与术语“最终产品”互换使用。
在本公开上下文中，如本文所使用的，术语“蛋白质微生物生物质粉末”是指从细菌、酵母、真菌和藻类的微生物中提取的脱水形式的营养补充物。本文中，术语“生物质”是指样品中活组分(即细菌)的量的量度(a measure of amount)。一般来说，蛋白质微生物生物质粉末提供了一种浓缩的蛋白质来源，不含或几乎不含碳水化合物、脂肪或任何其他化合物。可替代地，蛋白质微生物生物质粉末包括蛋白质并且能够用诸如维生素和矿物质(如钙、铁等)的化合物增强营养(fortified)。可以理解，蛋白质对肌肉的生长和恢复至关重要。因此，应监测蛋白质的食用，以便在饮食中提供所需的蛋白质量，同时避免长期摄入过量蛋白质，以免影响肾脏、肝脏和人体的骨和钙的平衡。
方法包括将蛋白质微生物生物质粉末与水混合，以获得湿混合物。任选地，蛋白质微生物生物质粉末包括以VTT-E-193585保藏的经分离的细菌菌株或其衍生物。所述经分离的细菌菌株或其衍生物通常是革兰氏阴性细菌(不保留革兰氏染色法中使用的结晶紫染色)。可以理解，所述经分离的细菌菌株或其衍生物在遗传上是稳定的，并且可以随时间在从最佳条件到压力条件的广泛工艺条件下生长。有益的是，所述菌株或其衍生物含有铁和维生素B12。此外，由所述菌株或其衍生物产生的最终产品没有豆腥味，因此更容易调味。最终产品可能还具有鲜味(umami)(即可口的(savoury)味道或“类似肉”的味道)。
任选地，通过上游工艺和下游工艺生产蛋白质微生物生物质粉末。如本文所使用的，术语“下游工艺”是指在选择出能产生高产量蛋白质的微生物细胞(诸如细菌细胞)之后的工艺。通常，下游工艺包括以对消费者(人类或动物)有用的方式促进最终产品生产的单元操作(unit operations)。在这方面，下游工艺包括将细菌细胞置于生理、化学和机械条件下，以提供适合消费者使用且对其安全的最终产品。
在实施方式中，首先通过气体发酵培养下游工艺中的细菌细胞，以获得微生物生物质。本文中，生物反应器培养是主要单元，在其中储备溶液中装载进生物反应器的细菌细胞在受控条件下进行培养。特别是，细胞生长所需的原料，如二氧化碳(CO2)、氢气(H2)、氧气(O2)、氨气(NH3)、矿物质等被进料至生物反应器。此外，生物反应器中的细胞生长是连续的，并且当达到目标细胞密度时，细菌细胞微生物生物质离开生物反应器。此外，达到目标细胞密度后的细菌细胞进行孵育，其中所选的孵育为分批孵育和/或连续孵育中的至少一种，以在微生物生物质获得所需的细胞密度。其次，分离微生物生物质的液相(生长介质)和固相，并通过去除液相来浓缩细菌生物质。在这一阶段，通过去除液相，使微生物生物质浓缩了10倍，干物质含量约为5％，而之前的干物质含量为0.7％。最后，干燥微生物生物质，以获得蛋白质微生物生物质粉末。通常，使用滚筒干燥(drum drying)来获得所述蛋白质微生物生物质粉末。本文中，使用滚筒干燥通过在相对较低的温度下旋转的大容量滚筒来干燥出液相，从而产生经滚筒干燥的产品的片状物(sheets)。
任选地，下游工艺进一步包括在55℃至75℃的温度下热处理15分钟至40分钟，来对微生物生物质进行孵育。例如，孵育可在55、56、57、58、59、60、65或70℃至56、57、58、59、60、65、70或75℃的温度下进行，孵育时间为15、20、25、30或35分钟至20、25、30、35或40分钟。尤其是，在60、61、62或65℃至61、62、65或68℃下孵育会影响细胞壁结构的水解，从而在分离过程中部分地去除含脂多糖的组分(或“内毒素”)。有益的是，微生物细胞壁(或“细胞壁”)的水解可使最终产品的内毒素反应降低10-1000倍。此外，在上述温度范围内孵育防止不需要的微生物细胞的生长并杀死细菌细胞，从而只培养出所期望的细菌细胞。
任选地，下游工艺进一步包括在干燥步骤前，对微生物生物质的细菌细胞进行均质化。如本文所使用的，术语“均质化”是指物理破坏细菌细胞壁的手段。在本文中，均质化能够使用高压均质化(HPH)来进行，其中将样品流(如经浓缩的微生物生物质)强制通过高压均质化装置以均质化样品和/或减小任何组分的粒度的物理或机械过程。通常，均质化在900巴下进行。
通常，均质化至少部分地降解细菌细胞的细胞壁。此外，均质化使最终产品更像肉类。有益的是，如果细胞壁被打破，消化就会变得更容易。此外，能够通过高压均质化或可能的研磨获得蛋白质。此外，均质化在800、900、1000、1200或1500巴至900、1000、1200、1500或2000巴的压力下进行。在本文中，通过降低内毒素水平改善了最终产品。此外，研磨还能降解细菌细胞并释放蛋白质。
任选地，用于气体发酵培育的进料包括选自CO2、甲烷(CH4)、H2、O2、NH3中的至少一种，或至少一种矿物质。在本文中，添加了含铵、磷酸盐、钾、钠、钒、铁、硫酸盐、镁、钙、钼、锰、硼、锌、钴、硒、碘、铜和/或镍的矿物质。
在实施方式中，分离液相后，将微生物生物质pH从7.4、7.5或7.6调整至7.5、7.6或8.0。可以理解，合适的pH是生长培养基促进细菌生长的必要因素。在本文中，在均质化之前或之后调节pH。如果蛋白质微生物生物质粉末的pH低于7.0，挤压就无法获得类肉质地。
该方法包括使湿混合物在室温下水合。在本文中，将蛋白质微生物生物质粉末放在装有水的容器中，使其浸泡在水中。此外，蛋白质微生物生物质粉末吸收水。在本文中，至少90或100分钟至100或110分钟的水合时间是必要的。
该方法包括在高速下混合湿混合物。在本文中，由于蛋白质微生物生物质粉末非常干，因此在均质化之前进行高速混合是必要的，优选以1000-28000转/分钟(rpm)混合一分钟。例如，高速混合可以在1000、1100、1500、2000、5000、10000或20000转/分钟(rpm)至1500、2000、5000、10000、20000或28000转/每分钟(rpm)下进行。此外，高速混合对于获得均匀的分散是必要的。尤其是，工业规模的高速或剪切混合器，例如Silverson、IKAUltraTurrax等被用于获得均匀的分散。
该方法把包括使经混合的湿混合物在6℃下水合。在本文中，将经混合的湿混合物水合直至完全水合。任选地，将经混合的湿混合物放置过夜至少16小时，使蛋白质微生物生物质粉末吸水。
该方法包括将经水合的湿混合物与油在高速下混合并乳化经混合的湿混合物。在本文中，油是任何中性口味的油类。此外，由于菜籽油、葵花籽油和大豆油的中性口味，因此选自它们中的至少一种。有益的是，添加油以获得能够形成最终产品的乳化液(emulsion)。因此，添加乳化剂不是必要的，因为蛋白质微生物生物质粉末中已经含有乳化剂。此外，油改善了最终加热时的凝胶化效果。通常，可以使用IKAUltra Turrax均质化机以20000转/分钟(rpm)混合2分钟来进行高速混合。最后，在最后的加热过程中，加热乳化液以形成被称为“乳化液-凝胶”的结构。尤其是，真正的蛋含有10％的脂肪，因此使用油来模拟真正的蛋的营养价值。此外，油能使最终产品更顺滑，从而增强口感。
该方法包括对经乳化、混合的湿混合物进行均质化。在本文中，均质化在500巴至1200巴下进行。均质化例如可以在500、600、700、800、900或1000巴至或500、600、700、800、900、1000或1200巴下进行。在示例中，经乳化、混合的湿混合物可在500巴下进行2次均质化运行，或在800巴下进行1次均质化运行。此外，在使用分批机器的情况下，经混合的湿混合物至少混合两次，在至少800巴下进行。尤其是，当压力低于500巴时，获得的经乳化的湿混合物结构不好。因此，对于高于500巴的压力，使用高压均质化机，如SPX FLOW均质化机。
该方法包括将经均质化的湿混合物加热至85℃至90℃。例如，可将经均质化的湿混合物从85、86或87℃加热至86、87或90℃。在本文中，可以通过巴氏杀菌或灭菌去除细菌。此外，通过加热获得稳定的经均质化的结构。尤其是，加热对最终质地的形成是重要的。此外，如果在加热前添加普通盐(NaCl)，加热会获得类似炒蛋的结构。在不加热经均质化的湿混合物的情况下，在最后的加热步骤中不会获得类似炒蛋的结构。在本文中，加热打开了蛋白质结构，有助于柠檬酸沉淀蛋白质。随后，由于柠檬酸降低了pH且蛋白质更接近等电点，在等电点蛋白质不再溶于水，因此会发生沉淀。
该方法包括向经加热的湿组合物添加氯化钠(NaCl)和柠檬酸并混合以获得3.5至4.0的pH。pH例如可以为3.5、3.6、3.7、3.8或3.9至3.6、3.7、3.8、3.9或4.0。在本文中，可以通过煎锅对湿混合物进行加热。尤其是，加热是必要的步骤，其中在从85、86、87、88或89℃加热至86、87、88、89或90℃后，添加NaCl和柠檬酸。此外，如果最终产品是瓶中的液态类蛋物，消费者在家中制作炒蛋，则会在煎锅中加热。在最终产品是即食炒蛋的情况下，则可通过工业烤箱、微波炉、炉灶或其他加热系统进行加热。
任选地，pH 3.5至4.0的经混合的湿混合物包括:
-76％至78％的水；
-9％至10％的蛋白质微生物生物质粉末；
-0.7％至1.1％的氯化钠(NaCl)；
-9％至10％的油。
任选地，pH为3.5、3.6、3.7、3.8或3.9至3.6、3.7、3.8、3.9或4.0的经混合的湿混合物包括水，其中以经混合的湿混合物总量计，水例如可以为76或77％至77或78％。此外，氯化钠(NaCl)的量例如可以为0.7、0.8、0.9或1.0％至0.8、0.9、1.0或1.1％。上述参数的经混合的湿混合物能带来更好的蛋类似结构，且没有明显的副味(side taste)。
此外，如果在加热后加入氯化钠和柠檬酸，经混合的湿混合物需要再次加热来获得类似炒蛋的结构。然而，如果在加热前添加氯化钠和柠檬酸，则再次加热是不必要的。可以理解，柠檬酸有助于沉淀。此外，氯化钠也可能有助于沉淀。
本公开还涉及上文描述的蛋取代物食品。上文公开的各种实施方式和变体在必要调整后适用于蛋取代物食品。
任选地，油选自菜籽油、葵花籽油、大豆油中的至少一种。使用具有中性味道的油类能够使蛋取代物食品具有更好的味道和口感。
任选地，蛋白质微生物生物质粉末包括以VTT-E-193585保藏的经分离的细菌菌株或其衍生物。
任选地，蛋取代物食品通过上文提到的方法而获得。
附图详细描述
参见图1，示出说明根据本公开的实施方式生产蛋取代物食品的方法的步骤的流程图100。步骤102，将蛋白质微生物生物质粉末与水混合。步骤104，使湿混合物在室温下水合。步骤106，在高速下混合湿混合物。步骤108，使经混合的湿混合物在6℃下水合。步骤110，将经水合的湿混合物与油在高速下混合并乳化经混合的湿混合物。步骤112，对经乳化的湿混合物进行均质化。步骤114，将经均质化的湿混合物加热至85至90℃。步骤116，向经加热的湿组合物添加NaCl和柠檬酸并混合湿组合物以获得3.5至4.0的pH。
步骤102、104、106、108、110、112、114和116仅仅是说明性的，并且在不脱离本文权利要求范围的情况下，也可提供其中增加一个或多个步骤，去除一个或多个步骤，或者以不同的顺序提供一个或多个步骤的其他替换方案。
在不脱离由所附权利要求限定的本公开的范围的情况下，对前文描述的本公开的实施方式的修改是可能的。用于描述和要求本公开的诸如“包含”、“包括”、“并入”、“具有”、“是”的表达意在以非排他性的方式解释，即允许还存在未明确描述的项目、组分或要素。对单数的引用也应被解释为涉及复数。

Claims (16)

1.一种生产蛋替代性食品的方法，所述方法包括：
-将蛋白质微生物生物质粉末与水混合，以获得湿混合物；
-使所述湿混合物在室温下水合；
-在高速下混合所述湿混合物；
-使经混合的湿混合物在6℃下水合；
-将经水合的湿混合物与油在高速下混合，并乳化经混合的湿混合物；
-将经乳化、混合的湿混合物均质化；
-将经均质化的湿混合物加热至85℃至90℃；以及
-向经加热的湿组合物添加氯化钠(NaCl)和柠檬酸并混合以获得3.5至4.0的pH。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括加热pH为3.5至4.0的经混合的湿混合物。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，pH为3.5至4.0的湿混合物的总重量包括：
76％至78％的水；
9％至10％的所述蛋白质微生物生物质粉末；
0.7％至1.1％的氯化钠(NaCl)；和
9％至10％的所述油。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述油选自菜籽油、葵花籽油、大豆油中的至少一种。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，均质化在500巴至1200巴下进行。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述蛋白质微生物生物质粉末包括以VTT-E-193585保藏的经分离的细菌菌株或其衍生物。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述蛋白质微生物生物质粉末通过上游工艺和下游工艺生产，所述下游工艺包括以下步骤：
-通过气体发酵培养细菌细胞以获得微生物生物质；
-分离所述微生物生物质的液相和固相，并通过去除所述液相来浓缩所述微生物生物质；以及
-干燥所述微生物生物质以获得所述蛋白质微生物生物质粉末。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述下游工艺进一步包括在55℃至75℃的温度下热处理15分钟至40分钟，来对所述微生物生物质进行孵育。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述下游工艺进一步包括在干燥步骤前，对所述微生物生物质的细菌细胞进行均质化。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述均质化在800巴至2000巴的压力下运行至少一次。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其中，用于通过气体发酵培养的进料包括选自CO2、CH4、H2、O2、NH3中的至少一种，至少一种矿物质。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的方法，进一步包括在分离所述液相后，将所述微生物生物质的pH调整为7.4至8.0。
13.一种蛋替代性食品，包括
76％至78％的水；
9％至10％的蛋白质微生物生物质粉末；
0.7％至1.1％的氯化钠(NaCl)；和
9％至10％的油。
14.根据权利要求13所述的蛋替代性食品，其中，所述油选自菜籽油、葵花籽油、大豆油中的至少一种。
15.根据权利要求13或14所述的蛋替代性食品，其中，所述蛋白质微生物生物质粉末包括以VTT-E-193585保藏的经分离的细菌菌株或其衍生物。
16.通过权利要求1至12中任一项所述的方法而获得的蛋替代性食品。
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