เทคนิคการเปลี่ยนโครงสร้างและประเมินเนื้อสัมผัสสำหรับผลิตภัณฑ์เนื้อสัตว์จากพืช Structural Change and Texture Evaluation Techniques for Plant-based Meat Products

By: ผศ.ดร. ธัญญาภรณ์ ศิริเลิศ
Asst. Prof. Tunyaporn Sirilert, Ph.D.
Department of Food Technology
Faculty of Science
Siam University
tunyaporn.sir@siam.edu

ดร. ณัฏฐิกา ศิลาลาย
Nattiga Silalai, Ph.D.
Department of Food Technology
Faculty of Science
Siam University
nattiga.sil@siam.edu

เทคนิคการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเพื่อผลิตเนื้อสัตว์เลียนแบบ
          การผลิตเนื้อสัตว์เลียนแบบจากพืช ต้องอาศัยกระบวนการแปรรูปเพื่อเปลี่ยนแปลงสภาพธรรมชาติของโปรตีน (Protein denaturation) จากพืชก่อนนำไปใช้ ซึ่งสามารถทำได้ด้วยการใช้เอนไซม์ ความร้อน สารเคมี หรือแรงกล เช่น การอัดรีด การตัด การปั่น และการแช่เยือกแข็ง เป็นต้น โดยอาจใช้เพียงวิธีเดียวหรือหลายวิธีร่วมกันเพื่อเปลี่ยนโครงสร้างของโปรตีนให้เหมาะแก่การนำประยุกต์ใช้ในการผลิตเนื้อสัตว์เลียนแบบจากพืช นอกจากนี้ ยังต้องมีเทคนิคสำคัญในการจัดโครงสร้างนั้นเพื่อนำมาใช้ในการผลิตเส้นใยในผลิตภัณฑ์ (Fibrous products) ให้มีลักษณะคล้ายกับกล้ามเนื้อของเนื้อสัตว์ จึงจะได้เป็นเนื้อสัตว์เลียนแบบจากพืชที่ใกล้เคียงกับเนื้อสัตว์จริง ซึ่งเทคนิคการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างมีอยู่ 2 เทคนิค คือ เทคนิคการเปลี่ยนแปลงจากล่างขึ้นบน (A bottom-up strategy) ที่เป็นการสร้างโครงร่างด้วยการนำโครงสร้างที่มีขนาดเล็ก (Nanoscale) มารวมกันให้มีขนาดใหญ่ขึ้น (Macroscale) ตามลำดับขั้น และเทคนิคการเปลี่ยนแปลงจากบนลงล่าง (A top-down strategy) ที่เป็นการเลียนแบบโครงสร้างเนื้อสัตว์สำหรับการผลิตขนาดใหญ่ (Large scale)

เทคนิคการประเมินลักษณะเนื้อสัมผัสสำหรับผลิตภัณฑ์เนื้อสัตว์จากพืช

การประเมินลักษณะเนื้อสัมผัสสำหรับผลิตภัณฑ์เนื้อสัตว์จากพืชสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 วิธี ดังนี้

1. Mechanical analysis เป็นการวิเคราะห์เนื้อสัมผัสของผลิตภัณฑ์เนื้อสัตว์เลียนแบบโดยอาศัยเครื่องมือในการวัดเชิงปริมาณ เช่น การตรวจสอบความแข็งหรือความนุ่มของผลิตภัณฑ์โดยใช้ Warner-Bratzler Shear Force (WBSF) หรือเครื่องวิเคราะห์เนื้อสัมผัส (Texture profile analyzer) เพื่อวิเคราะห์สมบัติทางกายภาพของเนื้อสัตว์ (TPA profiles) นอกจากนั้นยังมีเครื่องมืออื่นๆ ที่สามารถนำมาใช้ในการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงทางเคมีกายภาพของผลิตภัณฑ์เนื้อสัตว์เลียนแบบได้อีก ได้แก่ Dielectric Analyzer (DEA), Mechanical Analyzer (DMA), Differential Scanning Calorimeter (DSC), X-ray Diffraction (XRD) และ Fourier-Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy เป็นต้น

2. Chemical analysis เป็นการวิเคราะห์พันธะของโครงสร้างผลิตภัณฑ์ เนื่องจากผลิตภัณฑ์เส้นใยที่ได้จากกระบวนการอัดรีดโปรตีนจะเกิดจากการทำปฏิกิริยาระหว่างโปรตีนและโปรตีน ในผลิตภัณฑ์ด้วยพันธะต่างๆ เช่น พันธะโควาเลนต์ ปฏิกิริยาไฮโดรไฮโดรฟิลิก-ไฮโดรโฟบิก และพันธะไดซัลไฟด์ เป็นต้น ซึ่งสามารถตรวจสอบได้โดยการใช้ตัวทำปฏิกิริยาที่ทำลายปฏิกิริยาระหว่างน้ำกับน้ำ และ/หรือพันธะไดซัลไฟด์

3. Morphological analysis เป็นการวิเคราะห์โครงสร้างหลัก (Macrostructure) จากภาพถ่าย (Microscopic image) ของโครงสร้างเส้นใยที่ได้จากกระบวนการแปรรูป เช่น การปั่นผสมของไบโอพอลิเมอร์ เทคโนโลยีการอัดรีด และเทคโนโลยีเซลล์เฉือน ซึ่งการวิเคราะห์ด้วยวิธีนี้จะทำให้เห็นถึงเส้นใยของผลิตภัณฑ์เนื้อสัตว์เลียนแบบที่แตกต่างกันตามทิศทางของแรงเฉือนได้ ทั้งนี้ การศึกษา Morphological study นี้ยังสามารถใช้เครื่องมืออื่นๆ ในการวิเคราะห์เพิ่มเติมร่วมด้วย ได้แก่

3.1 การวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ (Microscopy)
3.2 การวิเคราะห์การสะท้อนของแสง (Light reflectance)
3.3 การวิเคราะห์โพลาไรเซชันของฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescence polarization)
3.4 การวิเคราะห์ด้วย X-ray Tomography (XRT)

Structural Change Techniques for Meat Analogue Production
          Alternative meat production requires a process of plant-based protein denaturation, which can be provided by enzymes, heat, chemicals, or mechanical forces such as extrusion, cutting, spinning, freezing, etc. This may use only one or a combination of several methods to change the protein structure suitable for plant-based meat production. Important structuring techniques are used to produce “fibrous products” that resemble the “meat muscles,” resulting in imitation meat close to the real meat. There are two structural change techniques: bottom-up strategy, which involves the creation of a skeletal structure by combining small structures (nanoscale) to become larger structures (macroscale) in the hierarchy, and top-down strategy which involves imitating the meat structure on a large scale without a hierarchical model.

Texture Evaluation Techniques for Meat Analogue Products

Texture evaluation of plant-based meat products is divided into 3 methods, as follows:

1. Mechanical analysis: This technique is used to analyze the hardness or softness of the alternative meat products by quantitative measurement tools, such as Warner-Bratzler Shear Force (WBSF) or texture profile analyzer (TPA profiles). In addition, there are other instruments used to analyze physicochemical changes in imitation meat products, i.e., dielectric analyzer (DEA), mechanical analyzer (DMA), differential scanning calorimeter (DSC), X-ray diffraction (XRD), and Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy, etc.

2. Chemical analysis: This technique is used to analyze molecular bonding interactions in food products. The fiber products obtained from the protein extrusion process occur from protein-protein interactions with various bonds, such as covalent bonds, hydrophobic-hydrophilic reactions, and disulfide bonds. Reagents breaking water-water interactions and/or disulfide bonds can verify this.

3. Morphological analysis: This technique is used to analyze the macrostructure from a microscopic image of the fiber structure obtained from several processes, such as biopolymer blending, extrusion, and shear cell technology. These techniques can reveal different fibers in imitation meat products along the shear direction. Therefore, a study on the morphology of plant-based meat products is also investigated by many instruments, i.e., microscopy, light reflectance, fluorescence polarization, x-ray tomography, etc.

3.1 Microscopy
3.2 Light reflectance analysis
3.3 Fluorescence polarization spectroscopy
3.4 X-ray tomography (XRT) analysis