综述：利用植物蛋白与风味的相互作用：3D打印植物基肉类风味调节的新领域

《Trends in Food Science & Technology》：Harnessing Plant Protein-Flavor Interactions: A New Frontier for Flavor Regulation in 3D-Printed Plant-Based Meat

3D打印植物基肉制品面临植物蛋白异味与肉香保留难题，需解析蛋白质-风味相互作用机制。通过酶解改性、胶体设计及微胶囊化策略，结合工艺参数优化，建立风味调控体系，为提升感官品质提供科学框架。

　　

陈哲义|邱月|张高峰|程志|钟华玲|张建友|刘飞

浙江工业大学食品科学与技术学院，中国杭州310014

摘要：

背景

3D打印是一项颠覆性技术，能够制造出具有定制纹理的植物基肉类替代品（PBMAs）。然而，要实现逼真的肉味仍然是一个巨大的挑战，这限制了消费者的接受度。植物蛋白（尤其是大豆蛋白，因其特有的豆腥味而闻名）作为主要基质成分，会带来异味，并且难以保留理想的肉香。3D打印过程中复杂的剪切应力和热历史使得风味调控变得更加复杂。例如，在打印过程中的热处理会增强豌豆蛋白与肉味的结合能力。因此，需要更深入地了解蛋白质与风味之间的相互作用机制。

范围与方法

本综述分析了植物蛋白与风味之间相互作用的原理，为3D打印植物基肉类（3DP-PBM）的风味调控建立了科学依据。我们批判性地分析了基本的作用机制以及从分子结构到宏观加工效果的多尺度影响因素，以揭示前沿的调节策略。

主要发现与结论

3DP-PBM的风味逼真度取决于分子力和宏观结构特性的协同作用。我们提出了一系列先进的策略：通过酶修饰消除异味、设计乳液凝胶以更好地捕获风味，以及使用精密微胶囊技术实现控释。这些见解为超越试错方法提供了路径，为下一代具有更佳感官性能和个性化营养的3DP-PBM铺平了道路。

引言

全球食品系统正处于一个关键转折点，需要同时协调营养安全、环境可持续性和道德消费模式（Bhuiyan, Yeasmen, & Orsat, 2025）。动物蛋白作为传统的蛋白质来源，存在高环境成本、重大健康风险和众多伦理问题（Visioli, 2024）等缺点。为应对这些挑战，植物基肉类替代品（PBMAs）应运而生，有望通过直接解决这些问题来颠覆传统肉类产业（Chen, Xi, Imre, & Yuan, 2022）。2022年，全球植物蛋白市场的价值约为132.7亿美元，预计到2030年将增长到255.3亿美元，2023年至2030年的复合年增长率（CAGR）约为8.52%（Prasad, Gupta, Yadav, Babulal, & Mishra, 2025）。然而，仅靠可持续性并不能保证PBMAs的市场渗透率和消费者的长期接受度。这些产品成功的关键在于能否在感官上与动物源肉类达到一致，特别是在风味、香气和口感等关键感官属性方面。这些因素是消费者接受度的最大障碍（Jalili, 2022; Michel, Hartmann, & Siegrist, 2021）。尽管消费者越来越接受PBMAs，但他们是否愿意重复购买在很大程度上取决于能否提供真实且令人满意的风味体验（Michel, et al., 2021）。

3D打印或增材制造技术的出现为食品行业注入了新的创新活力，预计到2026年全球增材制造市场将超过540亿美元（Jalili, 2022）。对于PBMAs而言，这项技术提供了前所未有的工具箱，可以制造出模仿肌肉组织纤维结构的定制纹理和复杂结构（Saxena & Hamad, 2025; Singh, Kadam, & Koksel, 2024）。3D打印植物基肉类（3DP-PBM）相比传统植物产品和PBMAs具有多项优势：它可以减少不良气味并改善质地，更接近真实的肉感。这项创新技术允许根据不同的饮食偏好进行定制，包括吸引儿童的趣味形状。虽然初始投资可能较高，但通过减少浪费可以实现长期的成本效益。此外，3D打印有助于保持成分的营养完整性，使其成为更健康的肉类替代品的选择。尽管目前大多数关于3DP-PBM的研究都集中在质地逼真度和加工优化上（Choi, Jeon, Lee, Choi, & Hahn, 2025; Koo, Park, Park, Oh, & Rhee, 2026），但这种关注无意中忽视了同样重要的风味问题。3D打印独特的精确材料沉积能力为风味构建开辟了新天地，提供了复制真实肉类复杂异质风味特征的潜力。然而，这一潜力尚未得到充分开发。

PBMAs的核心风味挑战在于其主要基质——植物蛋白。这些蛋白质存在双重障碍：一方面引入了异味，另一方面难以保留理想的香气。首先，植物蛋白常常作为内源性挥发性化合物（如脂质氧化产生的醛类和酮类）的载体，从而产生不良的感官特征。例如2-戊基呋喃和己醛，以及(E)-2-壬烯醛和1-辛烯-3-醇，这些物质与“豆腥”异味密切相关（Kong, et al., 2024）。同时，非挥发性成分如皂苷和单宁会导致苦味、收敛性和草腥味，需要采取强有力的去除或掩盖策略（Variyar & Mishra, 2024; Wang, et al., 2022）。更重要的是，植物蛋白基质对产生理想肉香的关键挥发性芳香化合物的结合亲和力较弱，尤其是与脂质相比（Park, et al., 2024; Jiang, Yang, & Liang, 2024）。因此，使用植物蛋白基质复制煮熟肉的丰富复杂风味（由数百种挥发性和非挥发性化合物组成）极其困难。这一根本限制严重影响了风味的保留和传递。

目前PBMAs的风味增强策略通常依赖于简单的方法，如直接添加调味剂或美拉德反应前体（Li & Li, 2020）。虽然对于乳液或挤压产品等传统食品系统，已经建立了关于蛋白质与风味相互作用的基础知识（Kumar, Brennan, Mason, Zheng, & Brennan, 2017; Li, et al., 2025），但这些原理不能直接应用于3D打印。3D打印过程引入了一组独特且尚未充分探索的变量：打印头内的剪切力、动态温度梯度以及逐层沉积机制，这些因素会深刻改变蛋白质的构象、水合状态和表面性质（Han, et al., 2025; Kadival, Mitra, Machavaram, & Kaushal, 2024）。这些过程引起的变化将不可避免地影响蛋白质基质的结合特性，从而影响其保留理想风味和抑制异味的能力。到目前为止，仍存在一个关键的知识空白：没有全面的综述系统地解析3D打印的独特物理化学应力如何重新定义植物蛋白与风味之间的相互作用规则。

本综述旨在填补这一关键空白。我们将阐明3D打印范式中植物蛋白与风味化合物之间的复杂相互作用。通过整合蛋白质化学、风味科学和材料工程的不同知识，我们为3DP-PBM的风味调控建立了基础框架。本综述将批判性地评估：常见植物蛋白和关键肉香物质的风味特征及其相互作用机制；从分子结构到宏观加工条件的影响因素；适用于3D打印系统的风味分析技术和先进控制策略；并通过实际商业应用案例进行验证。最终，这项工作旨在为设计具有更佳感官逼真度和消费者吸引力的下一代3DP-PBM提供科学依据。

部分摘录

植物蛋白风味的双重性：固有的异味与理想的肉香

要实现与传统肉类的风味一致性，3DP-PBM需要同时解决来自植物来源的固有异味和构建复杂的理想肉香特征。这种双重性定义了植物基食品风味工程的核心挑战。

3DP-PBM的风味表征与建模

为了系统地设计3D打印植物基肉类的风味特征，需要一个多方面的分析工具箱。这个工具箱不仅用于测量，还提供了将分子相互作用与最终感官体验联系起来的可操作见解。本节概述了五个核心模块，每个模块都旨在回答研发流程中的关键问题：从表征基本的结合事件到预测最终的风味感知。

用于风味调节的墨水配方工程

可打印墨水是构建3D-PBM风味特征的基础基质。设计这种墨水是一个多步骤的过程，从选择基础成分到对其进行高级修饰和协同组合。本节详细介绍了墨水配方的层次化策略，包括蛋白质选择、目标结构修饰、功能性复合系统的创建以及先进封装技术的应用

用于动态风味实现的工艺工程

虽然墨水配方设定了风味潜力，但3D打印过程和后续处理将其转化为动态的感官现实。打印机既是微观结构制造工具，也是热反应器，塑造材料的内部结构并触发化学反应。本节详细介绍了如何在预打印、打印和后处理阶段对工艺参数进行工程设计，以控制最终的风味

应用案例研究：从分子设计到高保真度风味重建

墨水配方和工艺工程的理论框架为我们分析和解析现有3DP-PBM提供了强大的视角。通过研究商业配方和学术原型，我们可以验证这些理论框架的有效性。

挑战与未来前景

尽管取得了显著进展，但将基本的蛋白质与风味相互作用原理转化为稳健、可扩展的工业应用仍然是一个巨大挑战。未来的发展需要克服机制复杂性、工艺特定风味稳定性和工业可扩展性等方面的障碍。同时，新兴的研究方向有望实现前所未有的风味控制水平，为下一代植物基产品铺平道路

结论

本综述提出了一个理论框架，用于理解和控制3D打印植物基肉类中植物蛋白与风味化合物之间的相互作用，解决了由打印过程加剧的异味和弱结合等关键问题。通过分析分子和微观结构相互作用机制，阐明了蛋白质网络如何影响风味释放，并提出了多维度策略，包括蛋白质选择等

未引用的参考文献

Chen et al., 2022; Hansson et al., 2003; Khan et al., 2015; Li et al., 2024; Liu et al., 2023; Wang et al., 2024; Wang et al., 2022; Wang et al., 2023; Zhang et al., 2025.

CRediT作者声明

陈哲义：概念化、研究、撰写初稿、可视化；邱月：概念化、方法论、撰写-审稿与编辑、监督；张高峰：概念化、方法论、撰写-审稿与编辑、软件；程志：方法论、可视化、撰写-审稿与编辑；钟华玲：可视化、研究；张建友：方法论、研究、软件；刘飞：概念化、监督、撰写-审稿与编辑、资金获取。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了浙江省三农九方科技合作计划（2024SNJF049）的财政支持。