植物蛋白团队揭示了高水分挤压过程中蛋白质-直链/支链淀粉互作与纤维结构“分层叠变”形成机制

近年来，由于消费者的环境保护、动物福利和个人健康意识增强，植物基肉制品受到广泛关注。高水分挤压技术用于制备植物基肉制品，具有生产效率高、营养成分损失少、能耗低、无废物排放等优点。在高水分挤压过程中，蛋白质分子伸展、聚集、交联是形成类似肉类纤维结构的基础。同时，淀粉作为填充剂和粘合剂，可改善蛋白质的持水性、凝胶性、乳化性、表面疏水性，并对纤维结构的形成和挤压参数具有重要影响。然而，由于直链淀粉和支链淀粉具有完全不同的水合性、热特性和流变特性，在挤压过程中二者或与蛋白通过不同方式相互作用，并对纤维结构的形成产生不同的影响。

本研究采用“突然停机”方式，获取高水分挤压过程中不同区段样品，结合红外显微成像、扫描电镜、核磁共振等技术，研究挤压过程中蛋白-淀粉相互作用对组分分布、蛋白分子构象、化学交联键等的影响，从而阐明高水分挤压过程中蛋白-淀粉分子间相互作用，并明确蛋白质-淀粉复合体系对植物基肉制品品质的影响规律。结果表明，在高水分挤压过程中，蛋白质和淀粉之间由于热力学不相容发生相分离。蛋白质在蒸煮区形成凝胶后，在模口区和成型区发生“分层叠变”交联，形成纤维结构。同时，冷却模具中垂直于挤出方向的剪切应力进一步促进物料分离为连续相（蛋白质基质）和分散相（淀粉），促进纤维结构的形成。在模口区，支链淀粉促进热诱导聚集体的破坏及11S和7S球蛋白的伸展，这有利于成型区蛋白质分子链进一步重排、聚集和交联，进而促进纤维结构的形成。而直链淀粉与蛋白质在模口区发生相分离，促进蛋白质分子聚集，形成更密实的刚性结构。成型区填充在蛋白质基质中的直链淀粉凝胶对蛋白质重排和交联形成空间位阻，从而导致最终挤出物中形成分层的凝胶结构。本研究有助于揭示高水分挤压过程中纤维结构形成机制，为改善和提高植物基肉制品品质提供理论依据。

该研究近日在食品领域著名学术期刊Food hydrocolloids（JCR前5%，IF=9.147）上发表，是该团队继2021年在Food hydrocolloids发表不同直链/支链淀粉比例对蛋白原料流变及挤压特性影响的研究论文后，在植物基肉制品纤维结构形成机理探究方面又一延续性工作，中国农业科学院农产品加工研究所陈琼玲博士研究生和张金闯博士/助理研究员为论文共同第一作者，王强研究员和美国塔夫茨大学David L. Kaplan终身荣誉教授为共同通讯作者。研究得到了国家重点研发计划（2021YFC2101402）、国家自然科学基金（31901608）和中国农业科学院农业科技创新工程（CAAS-ASTIP-2020-IFST）的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2022.107559