ترکیبات تشکیل دهنده آنالوگ گوشت

مقدمه:

فروش گوشت های آنالوگ گیاهی در سال ۲۰۲۰ در ایالات متحده حدود ۱.۴ میلیارد دلار بود که این رقم نسبت به سال قبل خود ۴۵ درصد رشد داشته است.

تعداد مواد اولیه تشکیل دهنده آنالوگ های گیاهی معمولا بسیار بیشتر از محصولات گوشتی واقعی است. در نتیجه، برای درک چگونگی رفتار ترکیبات عملکردی مختلف در غذاهای گیاهی به تحقیق نیاز است، که به مهندسان اجازه می‌دهد تا تعداد کل مواد مورد نیاز را کاهش دهند.

مواد اولیه تشکیل دهنده ساختار

1.    پروتئین های گیاهی

رایج ترین پروتئین ها: پروتئین های مشتق شده از سویا، نخود، گندم، سیب زمینی و دانه های روغنی (مانند پروتئین های آفتابگردان و کلزا)

پروتئین سویا پرمصرف ترین منبع پروتئینی در جایگزین های گوشت میباشد که دلیل آن کیفیت پروتئین نسبتا عملکرد بالا است.

پروتئین نخود نیز به دلیل هزینه کم، حساسیت زایی کم، برای فرمولاسیون آنالوگ های گوشت استفاده می شود. پروتئین های نخود کروی هستند و می توانند ژل تشکیل دهند و دارای خواص امولسیون کنندگی، کف کنندگی و نگهداری مواد هستند.

 پروتئین های گندم مانند گلوتن (گلیادین و گلوتنین): آبگریز است اما می تواند حدود 225 تا 350 درصد از وزن خود آب را جذب کند. گلیادین‌های خالص زمانی که با آب مخلوط می‌شوند چسبناک هستند، در حالی که گلوتنین‌های خالص خمیر قابل کشش سختی با خاصیت ارتجاعی کم ایجاد می‌کنند. ترکیب این دو نوع پروتئین (گلوتن) یک بافت ویسکوالاستیک بدست می آید و خاصیت چسبندگی گلوتن اتصال مواد مختلف را تسهیل می کند.

2.    لیپید ها

آنالوگ های گوشتی گیاهی باید به گونه ای طراحی شوند که حاوی لیپیدهایی باشند که رفتار بافت چربی حیوانی را تقلید می کنند.

بیشتر لیپیدهای مشتق شده از گیاهان حاوی سطوح نسبتا بالایی از اسیدهای چرب غیراشباع هستند و بنابراین در دمای اتاق مایع هستند. در نتیجه، آنها نمی توانند توانایی چربی های حیوانی برای ایجاد بافت های نیمه جامد را تقلید کنند.

از لیپیدهای مشتق شده از گیاه که دارای نقطه ذوب نسبتا بالایی هستند، مانند روغن نارگیل، کره کاکائو و روغن پالم، اغلب برای این منظور استفاده می شوند

هنگامی که از چربی های جامد مشتق شده از گیاه (مانند روغن نارگیل یا کلزا) برای فرموله کردن آنالوگ های گوشتی با پایه گیاهی استفاده می شود، محصولات نهایی ممکن است محتوای اسید چرب اشباع بالاتری نسبت به محصولات گوشتی واقعی داشته باشند همچنین ویژگی های بافتی متفاوتی خواهد داشت.

روغن ها را می توان به طور مستقیم در طول فرآیند یا از قبل امولسیون کرد و سپس در مرحله اختلاط به آن اضافه کرد. طی فرآیند پروتئین ها به عنوان امولسیفایر برای تسهیل تشکیل و تثبیت قطرات کوچک روغن و به دام انداختن آن در ژل عمل می کنند.

روغن ها را می توان ژله کرد و در ماتریس های آنالوگ گوشت، مانند انواع محصولات امولسیون شده یا تخمیر شده خام گنجاند.

ژل شدن روغن را می توان با تولید اولئوژل هایی به دست آورد که توسط اتیل سلولز ساخته شده اند یا با تشکیل ژل امولسیونی از پروتئین هایی که می توانند توسط ترانس گلوتامیناز به هم متصل شوند.

3.    بایندرها

بیوپلیمرها به عنوان عامل اتصال بین مواد مختلف در آنالوگ های گوشتی هستند.

معمولا نوعی هیدروکلوئید است. می تواند یک پروتئین باشد که پس از گرم دناتوره شود در نتیجه، بین ذرات پروتئین ژل تشکیل دهد.

علاوه بر این، انواع مختلفی از پلی ساکاریدها می توانند به عنوان عوامل اتصال دهنده در آنالوگ های گوشتی گیاهی استفاده شوند. برخی از این پلی ساکاریدها خواص چسبندگی را در دمای اتاق و در حین حرارت دادن نشان می دهند (به عنوان مثال متیل سلولز)

بایندرهایی که معمولا در آنالوگ های گوشتی گیاهی استفاده می شود شامل:

1.3. پروتئین سیب زمینی: در دمای نسبتا پایین (Td = 60-70 درجه سانتیگراد) در مقایسه با بسیاری از پروتئین های گیاهی دیگر باز شده و ژل می شود. در نتیجه، رفتار دناتوراسیون حرارتی پروتئین‌های میوفبریلار را در گوشت واقعی شبیه‌ سازی می‌کند.

2.3. گلوتن گندم: دو بخش پروتئینی اصلی در گلوتن گندم گلیادین و گلوتنین هستند. این پروتئین ها می توانند به مواد مختلف دیگر در ماتریکس مواد غذایی متصل شوند و یک بافت ویسکوالاستیک ایجاد کنند. زیرا می توانند پیوندهای هیدروژنی (گلوتامین)، پیوندهای آبگریز (پرولین) و پیوندهای دی سولفیدی (سیستئین) را تشکیل دهند.

3.3. متیل سلولز: افزودن گروه‌های متیل مولکول‌های سلولز را آبگریزتر می‌کند، اما در اثر ممانعت فضایی که ایجاد میکند به مولکول‌های آب اجازه می‌دهد تا بین زنجیره‌های سلولزی نفوذ کنند و پیوندهای هیدروژنی را که معمولا آنها را به هم نگه می‌دارند. متیل سلولز با حرارت بالای 52 درجه سانتیگراد ژل برگشت پذیری را تشکیل می دهد. این ماده دارای هر دو گروه غیرقطبی (متیل) و قطبی (هیدروکسیل) بر روی سطوح خود است، به این معنی که می تواند با هر دو مواد آبگریز و آبدوست در محیط خود تعامل داشته باشد و در نتیجه به خواص اتصال آن کمک می کند.

4.3 .پکتین با متوکسی بالا: می تواند در شرایط اسیدی و محتوای قند بالا ژل تشکیل دهد. برخی از انواع پکتین نیز فعالیت سطحی را نشان می دهند زیرا حاوی گروه های جانبی غیر قطبی (مانند گروه های متیل و اسید فرولیک) هستند.

5.3. فیبر: مواد گیاهی غیرقابل هضم حاوی اجزای مختلفی هستند که می‌توانند به‌عنوان عامل احتباس آب عمل کنند. به عنوان مثال، فیبر مرکبات، که عمدتا حاوی پکتین و سلولز است. برخی از پلی ساکاریدهای موجود در این مواد خام فیبر نیز ممکن است قادر به تشکیل ژل و اتصال مواد مختلف مانند پکتین به یکدیگر باشند.

6.3. نشاسته: برخی از نشاسته ها، مانند نشاسته های تاپیوکا و سیب زمینی، دارای دمای ژلاتینه شدن مشابه با دمای دناتوره شدن پروتئین های گوشت هستند، یعنی حدود 60 تا 70 درجه سانتی گراد.

هیدرولیز اسیدی را می توان برای کاهش ویسکوزیته خمیر در طول ژلاتینه شدن و افزایش استحکام ژل پس از رتروگرداسیون استفاده کرد.

مشتق‌سازی با اکتنیل سوکسینات می‌تواند برای اتصال گروه‌های جانبی غیرقطبی به مولکول‌های نشاسته قطبی استفاده شود. اتصال عرضی باعث افزایش پایداری حرارتی و برشی دانه های نشاسته در طول فرآوری و پخت می شود.

7.3. کاراگینان: κ-، ι- و λ-کاراگینان به ترتیب حاوی یک، دو و سه گروه سولفات در هر واحد دی ساکارید هستند. ترکیبات κ- و ι-کاراگینان می توانند ژل های برگشت پذیر حرارتی را هنگامی که گرم می شوند و سپس در دمای زیر 40 تا 70 درجه سانتی گراد در حضور یون های پتاسیم یا کلسیم سرد می شوند، تشکیل دهند. در مقابل λ-کاراگینان ژل تشکیل نمی‌دهد، اما همچنان می‌توان از آن به عنوان غلیظ کننده و بایندر استفاده کرد.

3.8. صمغ زانتان: خاصیت غلیظ کنندگی بالایی را در محدوده وسیعی از pH نشان می دهد. میتواند آب را با تشکیل یک شبکه سه بعدی با منافذ کوچک به هم متصل کند.

9.3. ترانس گلوتامیناز: یک آنزیم اتصال عرضی در مواد غذایی است که به طور معمول با استفاده از روش های تخمیر میکروبی به دست می آید. مولکول‌ها یا ذرات پروتئین در یک ماتریکس غذایی را می‌توان با افزودن ترانس گلوتامیناز کافی به صورت کووالانسی پیوند داد و سپس تحت شرایط pH بهینه (8-5) و دمای (50-25 درجه سانتیگراد) نگهداری کرد. سپس آنزیم را می توان با گرم کردن غذا در دمای بالای 75 درجه سانتیگراد غیرفعال کرد. این آنزیم به طور گسترده ای به عنوان یک ماده چسبنده و ژل کننده در آنالوگ های گوشت گیاهی استفاده شده است.

4.    عوامل رنگ دهنده

عوامل رنگ‌ دهنده باید بتوانند رنگ‌های گوشت و فرآورده‌های گوشتی را تقلید کنند.

1.4. رنگ قرمز پایدار در برابر حرارت:

کاروتنوئیدها (مانند لیکوپن و کانتاکسانتین) و اکسیدهای آهن را می توان برای تولید رنگ قرمز پایدار در برابر حرارت در آنالوگ های گوشت استفاده کرد .

2.4. رنگ قرمز حساس به حرارت:

استفاده از یک ماده رنگی که در طول حرارت دادن از قرمز به قهوه ای تغییر می کند، مطلوب است تا رفتار پخت بسیاری از انواع واقعی گوشت را تقلید کند.

برای این منظور از عصاره یا آب چغندر قرمز استفاده می شود که حاوی رنگدانه طبیعی بتالاین یا «بتانین» است. این رنگدانه در طول فرایند پخت مستعد تخریب است بنابراین می تواند به عنوان یک عامل رنگی قرمز حساس به حرارت در آنالوگ های گوشت استفاده شود. در اکثر مقادیر pH موجود در آنالوگ های گوشت  (pH= 3-7) نسبتا پایدار است، که و در طول ذخیره سازی قبل از پختن از بین نمیرود.

به طور معمول، لگ هموگلوبین در غلظت های حدود 0.8 درصد در آنالوگ های گوشت استفاده می شود. از نظر حرارتی حدود 64 درجه سانتیگراد دناتوره می شود، که تقریبا مشابه دماهایی است که در آن میوگلوبین حیوانات دناتوره می شود. (70 تا 74 درجه سانتیگراد) علاوه بر این، تغییر رنگ مشابهی از قرمز به قهوه ای مانند میوگلوبین حیوانی در طول فرایند پخت می کند.

در آنالوگ های گوشت، رنگ بژ را نیز می توان با ترکیب روغن های امولسیون شده در ماتریکس پروتئین گیاهی به دست آورد.

روغن های مورد استفاده باید عاری از رنگدانه باشند، اما روغن کمی زرد رنگ می تواند به رنگ بژ مورد نظر کمک کند. این رنگ مایل به زرد را می توان با استفاده از مواد رنگی مانند کورکومین، زردچوبه و رنگ های کاراملی به دست آورد.

همانطور که قبلا توضیح داده شد، برای به دست آوردن رنگ کمی قرمز، می توان سطوح کم کاروتنوئیدها یا ذرات قرمز اکسید آهن را به فرمول اضافه کرد.

5.    طعم دهنده ها:

طعم گوشت پخته از مجموعه پیچیده ای از ترکیبات تشکیل شده است که از تیامین، لیپیدها، پروتئین ها، قندها و نوکلئوتیدها منشا می گیرند.

یکی از چالش ها شبیه سازی طعم است. زیرا بسیاری از مواد گیاهی که برای فرموله کردن آنالوگ های گوشت استفاده می شوند، به طور طبیعی حاوی مواد غذایی مانند گوشت نیستند.

یکی دیگر از چالش های اصلی در هنگام فرموله کردن آنالوگ های گوشت این است که بسیاری از پروتئین های گیاهی دارای خواص نامطلوب هستند، مانند آلدئیدها، الکل ها، کتون ها، اسیدها، پیرازین ها، ترکیبات گوگردی، ساپونین ها، ترکیبات فنلی، و گاهی اوقات آلکالوئیدها (مانند پپتیدهای تلخ موجود در ایزوله پروتئینهای نخود)

تعامل ترکیبات فرار خاصی با پروتئین های گیاهی که باعث کاهش فراریت آنها میشود از دیگر چالش های این حوزه میباشد.

1.5. پیش سازهای طعم دهنده:

پیش سازهای طعم دهنده مانند اسیدهای آمینه (مانند سیستئین، اسید گلوتامیک یا لیزین)، لیپیدهای غیر اشباع (به عنوان مثال، اسید اولئیک یا اسید لینولئیک)، تیامین، اسید لاکتیک، قندها (مانند گلوکز یا ریبوز)، و نوکلئوتیدها (اینوزین مونوفسفات یا گوانوزین مونوفسفات) با پروتئین های حاوی آهن هِم (به عنوان مثال، لگ هموگلوبین) ترکیب می شوند، که باعث ایجاد طعم های گوشت مانند در طول پخت می شود.

2.5. واکنش مایلارد:

برای اینکه واکنش مایلارد در غذاها رخ دهد، یک قند احیاکننده و اسید آمینه باید در یک فعالیت آب بهینه (حدود 0.7) وجود داشته باشد.

3.5. هیدرولیز:

معمولا از تخمیر میکروبی، آنزیم ها یا اسیدها برای شروع هیدرولیز پروتئین استفاده می شود که منجر به اسیدهای آمینه آزاد و تولید ترکیبات فرار مختلف از طریق تجزیه اسیدهای آمینه حاوی گوگرد می شود. علاوه بر این، ممکن است اسید گلوتامیک تولید شود که طعم اومامی را فراهم می کند که در بسیاری از محصولات گوشتی مشخص است.