改良劑對(duì)高水分?jǐn)D壓植物蛋白產(chǎn)物品質(zhì)調(diào)控的研究進(jìn)展

王逢秋節(jié)，欒濱羽，高 揚(yáng)，谷雪蓮，朱 穎，黃雨洋，朱秀清

（哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江省谷物食品與谷物資源綜合加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150028）

高水分?jǐn)D壓加工技術(shù)被認(rèn)為是21世紀(jì)新型食品綠色加工技術(shù)，在高溫、高壓、高剪切的協(xié)同作用下能夠改善植物蛋白的功能特性（如提高蛋白消化率），并使植物蛋白發(fā)生組織化，形成類似肉類纖維狀結(jié)構(gòu)，即植物肉，其生產(chǎn)加工較畜牧養(yǎng)殖更利于環(huán)境生態(tài)健康，逐漸引起人們的重視[1]。20世紀(jì)末，高水分?jǐn)D壓食品的研究在國外興起，研究人員通過雙螺桿擠壓設(shè)備實(shí)現(xiàn)了水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%～80%下蛋白纖維化的產(chǎn)品[2-3]。高水分?jǐn)D壓技術(shù)在國內(nèi)由于起步較晚，目前仍處于小、中試試驗(yàn)階段，尚未大規(guī)模應(yīng)用于食品工業(yè)生產(chǎn)。魏益民等[4]以低溫脫脂豆粕作為基礎(chǔ)擠壓物料，通過單因素試驗(yàn)法研究不同的擠壓系統(tǒng)族譜（螺桿轉(zhuǎn)速、加熱溫度、進(jìn)料速率等）對(duì)植物蛋白最終產(chǎn)品特性（質(zhì)構(gòu)特性、組織化度等指標(biāo)）的影響，從而獲得最佳加工工藝參數(shù)?？盗幍萚5]建立“系統(tǒng)參數(shù)模型”，用于調(diào)控高水分?jǐn)D壓加工過程和預(yù)測(cè)期望產(chǎn)物。高揚(yáng)等[6]通過改變?cè)媳壤蛿D壓參數(shù)，研究高水分?jǐn)D壓大豆蛋白產(chǎn)物的工藝特性。然而，擠壓機(jī)內(nèi)部存在“黑箱效益”，這使得研究結(jié)果難以可視化，不利于解釋物料成分在擠壓機(jī)內(nèi)部的物理化學(xué)變化情況?！巴蝗煌C(jī)法”是進(jìn)行研究“擠壓黑箱”的有力手段[7]。在此基礎(chǔ)上，研究者們通過解析蛋白構(gòu)象[8]、微觀結(jié)構(gòu)[9]、流變學(xué)特性[10]、熱力學(xué)特性[11]等方面系統(tǒng)闡釋了擠壓內(nèi)部不同區(qū)段的物料變化情況。

目前高水分?jǐn)D壓植物蛋白制品仍存在纖維結(jié)構(gòu)不明顯、結(jié)構(gòu)不一、色澤、風(fēng)味需要改善的問題，尚未完全達(dá)到食品市場的消費(fèi)需求。張金闖[12]提出基于系統(tǒng)方法論角度研究高水分?jǐn)D壓參數(shù)與產(chǎn)品的相關(guān)性。除了聚焦操作參數(shù)方面，或可通過添加改良劑提高擠壓原料的功能特性和加工特性。楊聳[13]發(fā)現(xiàn)添加除原料外的其他物質(zhì)——低濃度氯化鈉能夠改良高水分?jǐn)D壓大豆蛋白產(chǎn)品品質(zhì)（組織化程度提升）。Peng Huihui等[14]的研究表明L-半胱氨酸的加入能夠促進(jìn)豌豆蛋白交聯(lián)聚集形成纖維狀緊密的高水分?jǐn)D壓產(chǎn)品。此外，多糖類、脂類、食品膠體等亦可影響植物蛋白功能結(jié)構(gòu)的變化，從而改變高水分?jǐn)D壓產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、口感、色澤等品質(zhì)[15-16]。然而，目前植物蛋白在高水分?jǐn)D壓過程中與改良劑的相互作用程度和改良產(chǎn)品品質(zhì)的機(jī)制尚不明晰。

基于國內(nèi)外不同研究者已報(bào)道的研究結(jié)果，本文對(duì)不同改良劑與植物蛋白相互作用機(jī)制和影響最終擠壓產(chǎn)品的構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行綜述；主要分析探討改良劑對(duì)高水分?jǐn)D壓過程蛋白構(gòu)象和特性以及體系水分的影響，旨在為食品工業(yè)中改良劑在高水分?jǐn)D壓加工中的應(yīng)用提供理論參考。

1 高水分?jǐn)D壓植物蛋白技術(shù)

高水分?jǐn)D壓技術(shù)是在低水分?jǐn)D壓技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過添加冷卻裝備和增加物料的含水率（大于40%）發(fā)展而來，其擠出機(jī)主要是雙螺桿型，廣泛使用同向旋轉(zhuǎn)嚙合型螺桿元件，起到輸送物料的作用，由5 個(gè)主要加工區(qū)段構(gòu)成（圖1），包括喂料區(qū)（此階段僅涉及對(duì)原料蛋白的輸送）、混合區(qū)（開始升溫，溫度在30～90 ℃，促進(jìn)蛋白初步變性、鏈伸展等）、蒸煮區(qū)（溫度最高，在130～150 ℃高溫條件和剪切力作用下，原料各組分發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，形成“熔融體”，類似流體進(jìn)一步傳輸）、?？趨^(qū)（該區(qū)段配備加壓設(shè)備，提供高壓環(huán)境繼續(xù)推動(dòng)物料擠出）、成型區(qū)（溫度逐漸降低至30～60 ℃，擠出物受冷塑化、蛋白分子重排交聯(lián)、發(fā)生相分離和層流現(xiàn)象，最終形成植物蛋白組織化產(chǎn)品）[17-20]。

圖1 高水分?jǐn)D壓植物蛋白產(chǎn)物工藝示意圖Fig.1 Schematic diagram of high-moisture extruded plant protein product processing

高水分?jǐn)D壓植物蛋白產(chǎn)物品質(zhì)受擠壓機(jī)型（進(jìn)料裝置、螺桿類型、機(jī)筒構(gòu)造、模頭形狀等）和擠壓參數(shù)（螺桿轉(zhuǎn)速、扭矩、擠壓溫度等）影響，而品質(zhì)的評(píng)定指標(biāo)多集中在質(zhì)地口感、風(fēng)味色澤、纖維化程度等方面[1,20-21]?，F(xiàn)有研究大部分聚焦于改變擠壓裝備和調(diào)節(jié)擠壓參數(shù)從而影響高水分?jǐn)D壓植物蛋白產(chǎn)物的品質(zhì)，但由于各企業(yè)、高校及科研院所所用設(shè)備不盡相同，工藝尚未統(tǒng)一，對(duì)最終制得產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)度還需深入研究；同時(shí)缺乏系統(tǒng)科學(xué)的綜合品質(zhì)權(quán)重指標(biāo)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行定性分析。

1.1 高水分?jǐn)D壓的植物蛋白原料

高水分?jǐn)D壓原料的選擇是決定擠壓產(chǎn)品組織化的關(guān)鍵因素，通常根據(jù)不同類型植物蛋白的性能優(yōu)勢(shì)和濃度確定。高水分?jǐn)D壓植物蛋白原料需具備一定溶解性、凝膠性、低致敏性、營養(yǎng)性，并可規(guī)?；a(chǎn)，且滿足高蛋白含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%～70%）[21]。在早期的研究中，大豆蛋白是最主要的生產(chǎn)原料，由于其自身持水性強(qiáng)、凝膠化程度明顯且生產(chǎn)加工簡易（采用“堿溶酸沉法”即可制得），單一使用即能生產(chǎn)具有一定纖維結(jié)構(gòu)的擠壓產(chǎn)品[11]，但其擬真程度不足以與具備紋理的肉制品相比[22]。在此條件下，研究者發(fā)現(xiàn)谷朊粉作為小麥中提取的主要蛋白，其具備增強(qiáng)蛋白網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)的功能特性，在低添加量（30%左右）下與大豆蛋白復(fù)合后擠壓能夠顯著提升產(chǎn)品的質(zhì)地、纖維化程度[23]。然而，研究發(fā)現(xiàn)大豆蛋白含有致敏原，并具有豆腥味，部分限制了其在食品領(lǐng)域的應(yīng)用。隨著消費(fèi)者對(duì)健康需求的提升，其他潛在的植物蛋白源逐漸被挖掘。

花生作為重要的油類作物，必需氨基酸含量豐富，易于人體消化吸收，無豆腥味，是替代大豆蛋白的理想原料之一，Zhang Jinchuang等以花生蛋白為原料，研究了高水分?jǐn)D壓肉類類似物的形成機(jī)理[24]。為拓展其他植物蛋白在高水分?jǐn)D壓中的應(yīng)用，Palanisamy等首次對(duì)羽扇豆蛋白進(jìn)行高水分組織化研究，結(jié)果表明羽扇豆蛋白也是一種潛在待開發(fā)的植物蛋白[9]。Brishti等以單螺桿擠壓綠豆蛋白獲取組織化蛋白產(chǎn)品，結(jié)果表明綠豆蛋白能夠促進(jìn)多孔蛋白網(wǎng)絡(luò)的形成，且發(fā)泡能力優(yōu)于大豆蛋白，說明綠豆蛋白具有作為高水分?jǐn)D壓原料的潛力[25]。Zahari等通過將類似大豆蛋白加工特性的油菜籽蛋白和低致敏性的豌豆蛋白復(fù)合并使用高水分?jǐn)D壓制得層狀纖維明顯的產(chǎn)品[26]。然而，并非所有的植物蛋白都能應(yīng)用于高水分?jǐn)D壓中，例如水溶性較差的大米蛋白在高水分?jǐn)D壓中的應(yīng)用目前鮮有報(bào)道[27]。此外，具有特殊風(fēng)味的芝麻蛋白[28]、能形成類似熟肉質(zhì)地且必需氨基酸組成豐富的火麻仁蛋白[29]、酶改性燕麥蛋白[30]和適宜北歐種植的工業(yè)大麻蛋白[31]也應(yīng)用于高水分?jǐn)D壓研究中。這些研究為高水分?jǐn)D壓植物蛋白仿肉制品的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。

1.2 高水分?jǐn)D壓植物蛋白產(chǎn)物品質(zhì)評(píng)價(jià)

高水分?jǐn)D壓植物蛋白產(chǎn)物目前還沒有規(guī)范性品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，常用產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)特性（質(zhì)地特性（硬度、彈性、剪切縱向強(qiáng)度、剪切橫向強(qiáng)度、抗拉伸強(qiáng)度、咀嚼性等）、烹飪特性（蒸煮性、持水性和持油性）和紋理結(jié)構(gòu)特性（宏觀與微觀結(jié)構(gòu)））和人為評(píng)分（感官特性（色澤、多汁性、口感和風(fēng)味））等評(píng)價(jià)分析[10,32-34]。但質(zhì)構(gòu)特性分析對(duì)樣品的制備有很高的要求，需要裁剪出特定的形狀；微觀結(jié)構(gòu)的觀察則需要對(duì)樣品進(jìn)行冷凍干燥處理，這在一定程度上改變了原本結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致結(jié)果存在誤差；人為評(píng)價(jià)雖然可以反映產(chǎn)品的品質(zhì)，但由于個(gè)體差異性，只能代表部分評(píng)價(jià)員的主觀意愿，不具有普遍代表性。因此，結(jié)合產(chǎn)物的水分遷移與分布、熱力學(xué)特性（蛋白熱變性溫度、焓值等）、流變特性（儲(chǔ)能模量、復(fù)合黏度等）以及生產(chǎn)產(chǎn)能多種指標(biāo)進(jìn)行互補(bǔ)表征[12,16]，以熟肉（雞胸肉）為空白對(duì)照（圖2），依據(jù)權(quán)重指數(shù)制定綜合評(píng)定方法能夠更準(zhǔn)確表征產(chǎn)品的品質(zhì)[1]。

圖2 高水分?jǐn)D壓植物蛋白產(chǎn)品品質(zhì)的綜合評(píng)定表征示意圖Fig.2 Schematic diagram of comprehensive quality evaluation and characterization of high-moisture extruded plant protein products

2 改良劑對(duì)高水分?jǐn)D壓植物蛋白產(chǎn)物結(jié)構(gòu)及植物蛋白性質(zhì)的影響

改良劑能夠以不同功能特性（如轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶促進(jìn)花生蛋白交聯(lián)、海藻酸鈉截留體系更多的水分等）應(yīng)用在擠壓食品中，特定類型的改良劑具有改善特定產(chǎn)品感官品質(zhì)的作用[21]。然而，應(yīng)用于高水分?jǐn)D壓中的改良劑沒有明確分類，且缺乏對(duì)改良劑添加在高水分?jǐn)D壓植物蛋白中的影響評(píng)估。因此，需要系統(tǒng)分析改良劑對(duì)高水分?jǐn)D壓植物蛋白產(chǎn)物的影響。

2.1 改良劑種類

根據(jù)改良劑種類可將應(yīng)用于高水分?jǐn)D壓植物蛋白中的改良劑分為蛋白類、脂類、碳水化合物類、酶類、食品膠體類（表1）。不同改良劑均存在優(yōu)劣勢(shì)，如添加一定比例的小麥蛋白雖然能夠增強(qiáng)大豆蛋白擠壓物的層狀結(jié)構(gòu)，但超過一定比例則有反作用；添加酶類需要考慮蛋白交聯(lián)程度、酶活力特性和是否適用于擠壓機(jī)復(fù)雜工作環(huán)境等條件。因此，探尋適用高水分?jǐn)D壓植物蛋白改良劑種類的選取、添加量、作用機(jī)理以及多種條件復(fù)配的效果是目前改良擠壓產(chǎn)物品質(zhì)領(lǐng)域的研究方向和突破點(diǎn)。

表1 改良劑在高水分?jǐn)D壓植物蛋白中的應(yīng)用Table 1 Application of modifiers in high-moisture extrusion of plant proteins

2.2 改良劑對(duì)高水分?jǐn)D壓植物蛋白產(chǎn)物品質(zhì)的影響

改良劑-植物蛋白復(fù)合體系經(jīng)高水分?jǐn)D壓后，在擠壓機(jī)內(nèi)植物蛋白原有的功能特性和與水分相互作用程度均發(fā)生改變，從而對(duì)最終產(chǎn)品產(chǎn)生不同程度的影響（圖3）[36,39,41]。在操作參數(shù)固定的條件下，系統(tǒng)分析不同種類改良劑影響植物蛋白擠壓體系的作用[14,24,42]，可明晰改良劑對(duì)植物蛋白擠壓體系的生產(chǎn)工藝和選定標(biāo)準(zhǔn)，從而為改良劑改善高水分?jǐn)D壓植物蛋白產(chǎn)物品質(zhì)特性提供理論依據(jù)。

圖3 改良劑對(duì)高水分?jǐn)D壓植物蛋白產(chǎn)物的影響機(jī)理Fig.3 Mechanism for the effects of modifiers on high-moisture extruded plant protein products

2.2.1 改良劑對(duì)高水分?jǐn)D壓植物蛋白構(gòu)象的影響

改良劑對(duì)蛋白質(zhì)構(gòu)象的影響機(jī)理通常涉及相互作用（包括共價(jià)相互作用，如轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶增強(qiáng)燕麥蛋白分子間二硫鍵的交聯(lián)[30]；非共價(jià)相互作用，如添加油通過增強(qiáng)疏水相互作用促進(jìn)花生蛋白聚集[43]）；以美拉德反應(yīng)為代表的非酶促褐變（通過添加淀粉/多糖類與蛋白氨基發(fā)生相互作用[44]）和其他變化（多為蛋白高級(jí)結(jié)構(gòu)的改變，蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)骨架的形成與分布及微觀結(jié)構(gòu)的變化[45-46]）。

2.2.1.1 改良劑引起的基質(zhì)蛋白質(zhì)之間的相互作用

研究者提出蛋白分子能夠通過不同水平的聚集形成有序穩(wěn)定的組織結(jié)構(gòu)[47]。增強(qiáng)蛋白的相互作用、提高蛋白在擠壓機(jī)內(nèi)部的流變性能和化學(xué)鍵含量能夠改善高水分?jǐn)D壓產(chǎn)物的組織化度、質(zhì)地特性[48-49]。相互作用的實(shí)質(zhì)是構(gòu)成蛋白分子間化學(xué)鍵的含量變化，主要以二硫鍵為代表的共價(jià)相互作用和以疏水鍵、氫鍵及離子鍵為代表的非共價(jià)相互作用共同支撐蛋白質(zhì)的三維空間結(jié)構(gòu)[50]。Jie 等向大豆?jié)饪s蛋白中添加小麥蛋白（20%～30%）可以形成較好的纖維結(jié)構(gòu)并增強(qiáng)產(chǎn)物的硬度，小麥蛋白通過促進(jìn)二硫鍵的形成來穩(wěn)定各向異性，此外，氫鍵也被證實(shí)是穩(wěn)定蛋白骨架的重要作用力[35]。Peng Huihui等在以豌豆蛋白為原料制成的高水分?jǐn)D壓物中添加L-半胱氨酸，結(jié)果表明二硫鍵含量顯著提升，產(chǎn)品的質(zhì)地特性得到改善[14]。Zhang Jinchuang等發(fā)現(xiàn)不同擠壓區(qū)段的蛋白相互作用效果不同，在混合區(qū)，轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶能顯著增強(qiáng)花生蛋白的氫鍵和疏水鍵相互作用，而在熔融區(qū)受到強(qiáng)剪切力和高溫作用，氫鍵與二硫鍵的交互作用增強(qiáng)，混合物到達(dá)冷卻區(qū)時(shí)，溫度的驟降、低剪切力和低壓環(huán)境下體系氫鍵的含量顯著增加[39]。蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)包含α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲，其中α-螺旋是蛋白的基礎(chǔ)二級(jí)結(jié)構(gòu)，β-折疊是維持蛋白有序結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的重要二級(jí)結(jié)構(gòu)，β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲與蛋白柔性相關(guān)[46]。Chen Qiongling等將不同飽和度脂肪酸添加在高水分?jǐn)D壓豌豆蛋白中，脂肪酸的引入能夠促進(jìn)豌豆蛋白的α-螺旋和β-折疊向β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致產(chǎn)品的硬度、彈性和組織化度降低[51]。Peng Jing等添加蛋清蛋白誘導(dǎo)小麥蛋白進(jìn)行擠壓，蛋清蛋白的添加增強(qiáng)了小麥蛋白之間的相互作用，促使更多的二級(jí)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)棣?折疊，結(jié)果表明產(chǎn)物硬度較空白對(duì)照提升了約1.29 倍[52]。Dou Wei等[40]利用大豆蛋白與海藻酸鈉進(jìn)行復(fù)合高水分?jǐn)D壓，通過突然停機(jī)試驗(yàn)法監(jiān)測(cè)不同擠壓區(qū)段蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)含量的變化，結(jié)果表明海藻酸鈉促使α-螺旋轉(zhuǎn)變?yōu)棣?折疊的比例增加，促進(jìn)蛋白聚合物網(wǎng)絡(luò)狀的形成。Zhang Wei等[53]研究表明高水分?jǐn)D壓會(huì)改變蛋白的高級(jí)構(gòu)象，豌豆蛋白在擠壓機(jī)內(nèi)部高溫、高壓和高剪切力綜合作用下，維持蛋白構(gòu)象的疏水鍵和氫鍵被破壞，暴露出更多的色氨酸殘基，降低了蛋白分子的熒光強(qiáng)度，這代表著蛋白變性程度增加，因此添加具有保護(hù)蛋白構(gòu)象的功能改良劑有利于維系基質(zhì)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。Chen Qiongling等[38]在高水分?jǐn)D壓豌豆分離蛋白中添加淀粉并進(jìn)行研究，結(jié)果表明淀粉的加入改變了蛋白在擠壓加工過程疏水基團(tuán)的暴露程度，適量的淀粉對(duì)蛋白進(jìn)行包埋能減少蛋白的過度變性。上述結(jié)果表明不同改良劑需要結(jié)合自身特性進(jìn)行使用，并需綜合考慮擠壓機(jī)的工作環(huán)境，最終達(dá)到增強(qiáng)擠壓產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的效果。

2.2.1.2 蛋白質(zhì)與碳水化合物的相互作用

碳水化合物與蛋白結(jié)合能夠發(fā)生典型的非酶促褐變反應(yīng)——美拉德反應(yīng)，淀粉在高溫和高水分條件下會(huì)發(fā)生糊化現(xiàn)象，擠壓產(chǎn)物最直觀的感官變化表現(xiàn)為色澤和風(fēng)味的改變，并顯著影響蛋白纖維結(jié)構(gòu)的形成，因此，添加此類改良劑時(shí)需要將其比例控制在10%以下[54-55]。Zhang Jinchuang等將海藻酸鈉、卡拉膠和小麥淀粉這類碳水化合物加入到花生蛋白中，由于多糖自身富含羥基，導(dǎo)致生產(chǎn)出的肉類類似物氫鍵含量遠(yuǎn)大于單一花生蛋白，其中小麥淀粉可顯著提高最終產(chǎn)物的二硫鍵和疏水鍵含量，促進(jìn)花生蛋白的聚集行為；卡拉膠由于干擾蛋白間共價(jià)相互作用，降低了最終產(chǎn)物的組織化度；海藻酸鈉的效果介于卡拉膠和小麥淀粉之間，增強(qiáng)了蛋白分子間的共價(jià)和非共價(jià)相互作用力，從而獲得了最好紋理化的制品[24]。Chen Qiongling等發(fā)現(xiàn)添加直鏈/支鏈淀粉能夠提升蛋白分子重排和交聯(lián)（“亞層轉(zhuǎn)化”）能力，促進(jìn)蛋白在擠壓機(jī)內(nèi)部的解折疊，改善擠壓產(chǎn)品的纖維結(jié)構(gòu)[38]。此外，可通過添加改良劑增強(qiáng)在擠壓過程中暴露的植物蛋白分子相互作用，如多糖，從而改善蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成。研究表明，多糖-蛋白質(zhì)在高溫下會(huì)發(fā)生更強(qiáng)的相互作用，導(dǎo)致多糖-蛋白相的熱不相容性降低，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)間距縮小，從而使纖維強(qiáng)度增強(qiáng)，組織化度降低[56]。Chen Qiongling等將淀粉與豌豆蛋白復(fù)合擠壓，發(fā)現(xiàn)淀粉顯著降低了產(chǎn)物的色差[44]。就原料理化性質(zhì)而言，淀粉在高溫和高水分的擠壓環(huán)境下會(huì)發(fā)生糊化[57]。淀粉在熔融區(qū)段達(dá)到完全糊化，由于其熱不相容性，同時(shí)發(fā)生兩相分離，在擠壓機(jī)內(nèi)部的推動(dòng)力下，與蛋白復(fù)合形成層狀結(jié)構(gòu)，從流體力學(xué)的角度反映為復(fù)合體黏度發(fā)生變化，過黏、過稀均會(huì)影響蛋白的聚集行為和折疊程度[58]。因此，添加適量淀粉/多糖有利于形成更穩(wěn)定緊密的蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和控制美拉德反應(yīng)程度（使產(chǎn)物與熟肉的外觀色澤相接近），從而滿足消費(fèi)市場的對(duì)感官品質(zhì)的需求。

2.2.1.3 蛋白質(zhì)與脂類的相互作用

Wittek等提出多相體系是解釋高水分?jǐn)D壓植物蛋白纖維化結(jié)構(gòu)的主要理論之一[59]。多元成分在形成熔體時(shí)因流變特性的差異會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)構(gòu)，通過添加脂類能夠降低物料與擠壓機(jī)內(nèi)部的摩擦力強(qiáng)度，改善植物蛋白在擠壓過程的流動(dòng)性，從而確保更加穩(wěn)定的擠壓產(chǎn)出。Kendler等從添加量和添加位點(diǎn)兩方面出發(fā)研究油脂改善小麥蛋白擠出物的效果，結(jié)果表明，避開熔融區(qū)添加油脂能夠有效降低模頭壓力和增強(qiáng)產(chǎn)物各向異性結(jié)構(gòu)；油脂添加量低于4%時(shí)，能夠更規(guī)則地分布在蛋白相中，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)[36]。Chen Yu等研究發(fā)現(xiàn)花生油能夠改善小麥蛋白相的聚集行為，從而獲得更具有緊密性的蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[43]。研究表明油脂與植物蛋白復(fù)合后能夠增強(qiáng)體系疏水相互作用，形成孔隙更為均勻的蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[60]?？刂朴拖嗪偷鞍紫嗟南鄬?duì)比例是一研究重點(diǎn)。此外，玉米油[61]、大豆油[62]、菜籽油[63]等也可用于植物蛋白復(fù)合擠壓，開發(fā)改良產(chǎn)品，因其特有的優(yōu)勢(shì)（富含不飽和脂肪酸、降低復(fù)合物料黏度及增強(qiáng)持水性等）有望成為今后應(yīng)用于高水分?jǐn)D壓中的潛在改良劑。除了在高水分?jǐn)D壓加工過程直接添加液態(tài)油與原料蛋白復(fù)合外，通過添加乳化劑（增強(qiáng)蛋白質(zhì)-脂類的相互作用，提升復(fù)合物的機(jī)械性能）或脂溶性成分（進(jìn)行風(fēng)味包埋）也能改善擠出物品質(zhì)；但在高水分?jǐn)D壓植物蛋白中，脂類物質(zhì)的添加量一般不能超過10%，過多的脂類會(huì)對(duì)擠出物產(chǎn)生負(fù)面影響，如阻礙蛋白聚集、發(fā)生脂肪氧化導(dǎo)致其分解為低鏈物（可能聚合形成多聚體）或生成對(duì)人體有害的過氧化物等[64-68]。

2.2.2 改良劑對(duì)高水分?jǐn)D壓植物蛋白功能性質(zhì)的影響

植物蛋白是一類由多種氨基酸構(gòu)成的復(fù)雜有機(jī)大分子物質(zhì)，在高溫、高壓和高剪切作用下會(huì)發(fā)生變性和與其他成分相互作用，通常會(huì)導(dǎo)致其原有的蛋白功能性質(zhì)如凝膠性、溶解性、起泡性、乳化性和熱特性等發(fā)生改變[21]。凝膠性是重要的功能性質(zhì)，反映物料在擠壓過程的流動(dòng)能力、成型能力和持水能力。Palanisamy等發(fā)現(xiàn)添加1.5%卡拉膠能夠改善高水分?jǐn)D壓大豆蛋白凝膠性，體現(xiàn)在大豆蛋白持水能力的提升和形成更為緊密的蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這是由于卡拉膠的熱可逆凝膠性增強(qiáng)了大豆蛋白的凝膠特性[69]。Sandoval等利用材料點(diǎn)法與Cahn-Hilliard相分離模型研究高水分?jǐn)D壓過程對(duì)植物蛋白的混合熱力學(xué)影響，擠出物分為富含蛋白質(zhì)的區(qū)域和富含水的區(qū)域，當(dāng)控制兩相（水相和蛋白相）比例、物料流速時(shí)，可得到較好的纖維狀結(jié)構(gòu)[70]。因此，添加改善植物蛋白流動(dòng)性的改良劑，諸如海藻酸鈉（通過吸收水分形成膠束團(tuán)從而包裹部分蛋白和截留部分水，降低熔融體與機(jī)筒內(nèi)壁的摩擦），能夠有效調(diào)節(jié)纖維結(jié)構(gòu)的形成[39]。Zhang Wei等通過加入9 種不同的淀粉以提高蛋白在擠壓過程的熱穩(wěn)定性，淀粉在擠壓過程中發(fā)生糊化，降低了共混物的熱焓值、表觀黏度，穩(wěn)定了擠壓系統(tǒng)能耗輸出，從而獲得了纖維化度更高的產(chǎn)品[53]。添加酶類對(duì)原料蛋白進(jìn)行改性并控制聚集體的顆粒大小也是有助于形成良好擠壓產(chǎn)品纖維結(jié)構(gòu)的方法之一。P?ri等利用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶與蛋白谷氨酰胺酶協(xié)同處理燕麥蛋白并進(jìn)行高水分?jǐn)D壓，結(jié)果表明，一方面酶類增強(qiáng)了蛋白的溶解性，降低了燕麥蛋白的粒徑；另一方面熱誘導(dǎo)變性促進(jìn)了蛋白相互作用，體現(xiàn)在蛋白黏度增加、形成不可逆的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即增強(qiáng)了凝膠性；兩方面作用共同改善并形成良好的纖維結(jié)構(gòu)[30]。Wang Kaiqiang等以三聚磷酸鈉、水楊酸、單硬脂酸甘油酯等作為擠壓小麥蛋白的改良劑并進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)三聚磷酸鈉提高產(chǎn)物持水能力的效果最強(qiáng)，3 種改良劑的加入均能夠促進(jìn)小麥蛋白形成更具有纖維狀的擠壓產(chǎn)品[71]。蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)受pH值的影響較大，以等電點(diǎn)為分界線，偏酸或偏堿均會(huì)影響高水分?jǐn)D壓加工過程蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變和與其他成分相互作用的強(qiáng)度，在pH 7時(shí)，蛋白排列組合更有序，形成穩(wěn)固的纖維化結(jié)構(gòu)，因此可以通過添加改良劑（如碳酸氫鈉）來誘導(dǎo)擠壓加工環(huán)境酸堿度變化[72-73]。以上研究結(jié)果表明，添加能夠改善蛋白功能結(jié)構(gòu)的食品膠體（如增強(qiáng)蛋白持水能力和促進(jìn)蛋白聚集）是當(dāng)前高水分?jǐn)D壓植物蛋白產(chǎn)品改良的優(yōu)選方案之一。

2.2.3 改良劑對(duì)高水分?jǐn)D壓植物蛋白產(chǎn)物水分分布的影響

水作為高水分?jǐn)D壓加工技術(shù)中參與誘導(dǎo)植物蛋白構(gòu)象和功能性質(zhì)改變的載體，具有影響物料流速、降低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、減少擠壓機(jī)內(nèi)部摩擦和傳遞熱等作用[74-75]。在高水分?jǐn)D壓過程中，水分分布在不同組分中的差異導(dǎo)致物料在擠壓機(jī)內(nèi)部的流變性質(zhì)發(fā)生改變，并且擠壓原料是以具備熱力學(xué)不相容特性的植物蛋白為主，尤其是在混合蛋白共存的情況下，水分分布會(huì)直接影響最終產(chǎn)品的機(jī)械性能如蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、最大剪切應(yīng)力等[76]。Cornet等的研究表明通過時(shí)域-核磁共振和Flory-Rehner理論研究能有效得出高水分?jǐn)D壓產(chǎn)物水分分布情況[77]。Wittek等采用低溫切片和X射線衍射分析研究大豆蛋白擠壓產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形成情況，以水分含量分布將多相中的區(qū)域劃分為富水域和貧水域；在富水域內(nèi)，分子流動(dòng)性增強(qiáng)，導(dǎo)致流變性能轉(zhuǎn)變，結(jié)構(gòu)分布更為均勻穩(wěn)定；而貧水域水分又會(huì)在高溫下重新分布，形成較為粗糙的結(jié)構(gòu)[59]。添加能夠改變水分分布的改良劑，使水分合理分配在多相體系中，是提升擠壓產(chǎn)品結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的可靠手段。黃原膠具備假塑特性，能夠發(fā)生剪切變稀現(xiàn)象，增強(qiáng)體系的黏彈性，雖然在高水分?jǐn)D壓中應(yīng)用較少，但其特性符合擠壓機(jī)內(nèi)部運(yùn)行原理（物料在受到強(qiáng)剪切力時(shí)，其表觀黏度會(huì)降低，變相增強(qiáng)了物料在擠壓機(jī)內(nèi)部的分子流動(dòng)性，當(dāng)物料到達(dá)冷卻區(qū)時(shí)，低剪切力作用促進(jìn)蛋白分子排列并增強(qiáng)蛋白間的交聯(lián)），且能較好地保持水分，是一類具有潛力的改良劑，目前已在3D打印中得到一定運(yùn)用并取得了較好的研究成果[78-79]。陳鋒亮通過提升擠壓過程中大豆蛋白中的自由水含量，降低大豆蛋白體系黏度和摩擦力，最終增強(qiáng)了蛋白與水的相互作用，提升了產(chǎn)品纖維化度[7]。肖志剛等通過調(diào)控不同的水分含量進(jìn)行高水分?jǐn)D壓，在混合蛋白體系下，發(fā)現(xiàn)水分含量的升高有利于蛋白-其他組分的相互作用，蛋白經(jīng)聚集重組后形成彈性較好的纖維化產(chǎn)品[80]。水分分布在多相間的差異導(dǎo)致富水域和貧水域的體積分?jǐn)?shù)的改變，可能會(huì)對(duì)擠出物的流動(dòng)性產(chǎn)生影響[81]。因此選用能夠調(diào)控植物蛋白水分狀態(tài)（自由水與結(jié)合水比例）的改良劑，如食品膠體類（海藻酸鈉、羧甲基纖維素鈉等）、碳水化合物類（可溶性膳食纖維、黃原膠等）能夠有效防止水分揮發(fā)，調(diào)控水分均勻分布并降低水分損失，從而獲得更好的高水分?jǐn)D壓制品。

3 結(jié)語

高水分?jǐn)D壓植物蛋白技術(shù)是當(dāng)前食品領(lǐng)域的熱門研究之一，但消費(fèi)市場中高水分?jǐn)D壓植物蛋白食品較少以及現(xiàn)有研究均表明高水分?jǐn)D壓植物蛋白產(chǎn)品仍存在一定缺陷，如產(chǎn)品易失水、組織化紋理尚未完全達(dá)到類似熟肉狀態(tài)、產(chǎn)品生產(chǎn)不穩(wěn)定、功能單一等。目前，高水分?jǐn)D壓植物蛋白產(chǎn)品品質(zhì)的評(píng)價(jià)方法以質(zhì)構(gòu)分析、感官評(píng)價(jià)和纖維化度分析等為主。然而，充分考慮產(chǎn)品的理化性質(zhì)可以獲得更全面的評(píng)價(jià)效果。為了提升高水分?jǐn)D壓植物蛋白產(chǎn)品的品質(zhì)，可以采取添加改良劑的策略。同時(shí)，還亟需建立一套系統(tǒng)的評(píng)價(jià)擠出物品質(zhì)的方法。改良劑對(duì)植物蛋白和水分的作用會(huì)引起二硫鍵、疏水鍵和氫鍵、蛋白空間構(gòu)象、蛋白功能性質(zhì)（凝膠性、乳化性、疏水性等）和水分分布發(fā)生改變。此外，高水分?jǐn)D壓產(chǎn)品會(huì)受到操作參數(shù)的影響，由于擠壓機(jī)目前尚未達(dá)到完全可視化，現(xiàn)有理論仍不足以闡釋在高水分?jǐn)D壓過程中的部分物理化學(xué)現(xiàn)象，仍需要深入研究擠壓加工對(duì)物料的變化機(jī)理，以期促進(jìn)產(chǎn)品品質(zhì)提升。當(dāng)前關(guān)于改良劑對(duì)高水分?jǐn)D壓植物蛋白的研究較少，由于不同種類改良劑的影響作用不同，能夠提供不同的改良效果，今后應(yīng)進(jìn)一步研究：1）改良劑在高水分?jǐn)D壓植物蛋白的復(fù)配使用以及對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響；2）高水分?jǐn)D壓植物蛋白產(chǎn)品品質(zhì)的評(píng)價(jià)方法還需要結(jié)合流變特性、熱力學(xué)特性等多種指標(biāo)聯(lián)合表征，并出臺(tái)規(guī)范的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則；3）通過模擬擠壓工作的復(fù)雜環(huán)境（機(jī)械相互作用和操作參數(shù)）對(duì)改良劑-植物蛋白構(gòu)象和功能性的改變機(jī)理進(jìn)行深入研究。