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【CEM】植物基替代肉類的近似組成和金屬分析
檢測樣品：植物基肉類 肉類
檢測項目：水分 灰分 蛋白質 脂肪
方案概述：隨著人口增長和環境問題的日益突出，對可持續且營養豐富的替代蛋白質來源的需求持續上升。CEM致力于替代蛋白行業，將傳統上用于動物基蛋白源的技術用于植物基蛋白源的獨牛寺能力，將有助于平穩過渡到監管要求。
01 摘要
隨著人口增長和環境問題的日益突出，對可持續且營養豐富的替代蛋白質來源的需求持續上升。為了應對這一挑戰，工業界和監管機構一直在關注如何跟上這個不斷變化的市場。基于植物的蛋白質幾十年來一直是替代蛋白質來源的首xuan選。然而，為了增加消費者的接受度，仍需要進行大量研究。行業必須考慮這些基于植物的蛋白質的口感、質地、外觀和營養成分，以便制定出與傳統肉類相當的選擇。這一點進一步強調了在新規定和測試協議進入市場時進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、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，適合在線結果快速反饋，以便批次可以發布。這項技術遵循現有的 AOAC 和 FDA 方法學，為替代蛋白質，特別是基于植物的蛋白質，設定了遵循類似協議的先例。
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02 引言
隨著對動物養殖對環境的影響、動物福利以及傳統肉類產品的營養質量問題日益關注，基于植物的替代產品正引起人們越來越濃厚的興趣。然而，讓消費者完荃接受基于植物的替代品一直是個挑戰。對于生產商來說，復制傳統肉類產品的口感和質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品營養密集且價格合理，但監管機構和標準組織則在努力監控和評估當前分析技術的有效性。從內部近似分析和營養標簽測試，到遵循 FDA 對污染物的要求等，與分析替代蛋白產品相關的所有事項仍在探討中。
03 植物基產品的近似分析
除了需滿足監管要求外，生產高品質植物基產品還需進行必要的近似分析測試。對原材料、生產過程中及最終產品的水分、脂肪、蛋白質和灰分含量進行準確測定，對于在制造階段適時調整產品至關重要。盡管外部實驗室通過精細的方法分析可提供可靠結果，但由于耗時較長，在產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、保質期以及許多產品的一致生產至關重要。由于許多替代蛋白選項旨在復制傳統基于肉類的產品，因此模仿動物肉的一致質地極為重要。此外，正確的水分含量確保了更長的保質期，有助于市場可行性。水分分析是一個簡單過程，在傳統測試中沒有太多變化。現有方法非常適合新的和新奇的替代產品；無論是使用烘箱法進行批量干燥，還是使用鹵素或 IR 水分天平在 10-20 分鐘內獲得結果，或者像 CEM 的 SMART 6™ 這樣的微波/IR干燥，在 2 分鐘內獲得結果，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別是所需的時間和結果的精確度。來自 SMART 6 的結果，一種 2 分鐘的水分測試，呈現在表1-4（見文末）中，并與傳統的參考方法如 AOAC 950.46 和 934.01 進行了準確性比較。精度可以通過重復樣本或范圍看出。
灰分
為了模擬動物肉的感官體驗，植物基肉類中添加了粘合劑、礦物質、鹽、調味料和色素，這些添加劑通常占產品總成分的 0-15%。1隨著對口感和質地改進的持續研究與開發，測定新成分添加后剩余的無機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，使企業能在一個系統中使用多種溫度，避免了長時間加熱。Phoenix BLACK™ 的獨牛寺設計在于其腔體內的氣流，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，傳統的燒灰程序可以很好地應用于替代肉制品的測試。然而，在面對更為復雜的技術挑戰，如脂肪和蛋白質測試時，我們可能會遇到各種難題。
脂肪
植物基肉類替代產品通常天生脫脂，其脂肪含量較動物衍生產品為低。因此，在加工過程中需添加脂肪或油分。這種添加對纖維結構的形成影響深遠，可能導致擠壓過程中的問題并對大分子排列產生不利影響。2此外，植物基脂質的熔融特性、化學組成、飽和度、鏈長、分子性質及整體性質與動物來源的脂質存在顯著差異，1這增加了另一層復雜性。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。油脂還能增強風味、質地和口感，這對消費者偏好產生極大影響。由于油脂是一種成本較高的成分，對最終產品有很大影響，因此嚴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重要。
傳統動物肉類擁有悠久的驗證歷史，有大量數據支持已定義的方法。這些脂肪分析方法包括經典的索氏提取參考方法和通過先進技術如 NIR、X 射線和 NMR 進行的快速校準方法。
蛋白質
在比較傳統肉類與其植物基替代品時，營養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，生產商必須利用水解、發酵、分離和提取的植物蛋白產品。這些經過深度加工的蛋白產品的添加可能會影響味道、氣味、外觀和質地。3這也正是準確和可重復測試的重要性所在。在經過驗證的 Udy 染料結合法的基礎上，CEM 創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相互作用的染料結合分子，而非游離氨基酸或非蛋白氮，Sprint 不僅能夠為植物基食品的原料提供更準確的蛋白結果，也能夠對過程中和最終產品本身進行測定。
對多種植物基肉類替代品的水分、灰分、脂肪和蛋白進行了測試。一式三份的數據呈現在表 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果，以驗證快速方法的精確度和準確性。同時，快速獲取結果的能力使得可以在生產過程中或作為新產品研發的一部分進行調整。
04 植物基產品中痕量金屬的分析
植物基替代產品的另一個發展階段是對質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整食品和其他消費品中的重金屬測試。這為消費者提供了安心，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注的問題。植物基產品旨在減少汞的問題，同時減輕商業捕魚對環境的影響，但眾所周矢口，植物會從地面吸收金屬。因此，與動物基產品相比，植物基產品可能具有更高的金屬本底水平。更進一步，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這些升高的水平，所有這些都是為了改變最終產品的外觀或味道，使消費者從傳統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雜。CEM 一直是 AOAC 和 FDA 傳統食品樣品制備和分析方法的關鍵合作者和參與者。MARS 6™ 微波消解系統和協議被 AOAC 方法 2015.01 和 FDA EAM 方法 4.7 引用。作為行業令頁導者和創新者，CEM 與許多主要的植物基公司合作，就金屬測試的適當方法和要求提供咨詢，并就如何避免可能導致審計、召回和失去消費者信任的重大錯誤提供指導。
以下是 CEM 收集的數據簡要概述，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。選擇這些產品是因為它們易于獲得，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魚類樣本的基線比較。基于營養、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準參考材料（SRMs），以驗證分析性能。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 元素的恢復率均在 85-100% 之間，驗證了方法學（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，這在消費品中是可以預期的。目前 FDA 沒有為食品中的重金屬設定限制。然而，如果我們查看世界衛生組織（WHO）對植物材料的允許限制，我們發現鉛的限制在 ppm 范圍內，而鎘是 1.30 ppm。WHO 沒有列出砷或汞。與動物基產品相比，植物基產品被發現含有略高的鉛水平（但在監管限制內4），但其他四大重金屬的含量較低。這與預期一致，由于土壤樣本中通常發現高水平的鉛。植物基蛋白質將從其生長的土壤中吸收重金屬。另外，與傳統的金槍魚樣本相比，傳統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）普遍高于傳統金槍魚產品。這些通常是作為替代蛋白產品的調味劑添加的，以幫助它更接近模仿其肉類產品，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，因為這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 結論
隨著配方的發展和市場上出現更多可供選擇的替代蛋白來源，消費者接受度和監管機構的監管力度都在增加。這導致了對可靠測試方法需求的增加。準確且及時交付的結果可以在制造和研發過程中節省資金和資源。CEM 產品在食品行業中的應用已超過 45 年，提供了快速且可靠的結果。CEM 致力于替代蛋白行業，正在與他人合作開發和支持測試和規章制度。將傳統上用于動物基蛋白源的技術用于植物基蛋白源的獨牛寺能力，將有助于平穩過渡到監管要求。
06 引用
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、蛋白質和灰分含量
表2. 植物基熱狗替代品的水分、脂肪、蛋白質和灰分含量
表3. 植物基牛肉替代品的水分、脂肪、蛋白質和灰分含量
表4. 植物基金槍魚替代品的水分、脂肪、蛋白質和灰分含量
表5. 標準參考材料的金屬分析
表6. 植物基和傳統肉類樣品的金屬分析
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