摘要
植物基肉制品产业迅猛发展对于填补动物肉类供应缺口、促进环境可持续发展及满足消费者健康、绿色、营养的饮食需求具有重要意义。近年来，高水分挤压技术已成为国内外制备植物基肉制品的前沿热点技术，产品具有丰富的类似动物肉的纤维结构和质地。然而，高水分挤压过程中蛋白、淀粉、脂质等主要组分间的相互作用及纤维结构形成机制仍不明晰。本研究以豌豆分离蛋白（PPI）为主要原料，设计蛋白-淀粉、蛋白-脂肪酸、蛋白-淀粉-脂肪酸的共混体系，在高水分条件下挤压成型。明确淀粉直/支比、脂肪酸组成及不饱和度对PPI原料流变特性、挤压过程中的系统响应参数及挤出物纤维结构、色泽和消化特性等品质的影响。将高水分挤压过程分为原料、机筒（包括混合区和蒸煮区）、模具（包括模口区和成型区）、挤出物四个主要阶段，结合“突然停机”操作，阐明在高水分挤压过程中各区段蛋白-淀粉、蛋白-脂肪酸、蛋白-淀粉-脂肪酸分子间相互作用及纤维结构形成机理。 主要结论如下： 1.添加10%支链淀粉可降低PPI原料的表观黏度、储能模量（G''）和损耗模量（G"），导致挤压过程中单位机械能耗（SME）由985.07kJ/kg显著降低至936.78kJ/kg。同时支链淀粉作为分散相均匀镶嵌在蛋白基质中，有利于促进蛋白质各向异性纤维结构形成，但会导致蛋白质体外消化率由85.45%显著降低至76.93%。随着淀粉直/支比增加，物料的表观黏度逐渐增加，挤出物组织化度由1.32降低至1.12，结构变得更密实，而蛋白质体外消化率由76.93%显著增加至84.61%。添加直链淀粉或支链淀粉均导致蛋白基质更易受热发生形变，模口压力和扭矩降低，物料在机筒中的流动性提高，挤出物的硬度、弹性、咀嚼度和抗拉伸力降低。 2.在挤压机筒中，直链淀粉通过氢键与伸展的蛋白分子链缠结。在模口区，直链淀粉与蛋白质发生相分离，导致β-转角和无规则卷曲结构向α-螺旋和β-折叠转变，促进11S球蛋白亚基通过共价键聚合形成稳定的大分子聚集体及密实的凝胶结构。在成型区和挤出物中，直链淀粉通过空间位阻作用阻碍蛋白质分子重排和交联，最终形成粗糙的层状凝胶结构。而支链淀粉可提高混合区物料的流动性，促进7S和11S球蛋白在蒸煮区伸展，并通过相分离的方式促进蛋白质分子初步缔合和聚集。在模口区，支链淀粉又会促进蛋白质分子链伸展，接枝度由44.34%显著降低至40.10%，从而有利于其在冷却成型过程中重排、聚集和“分层叠变”交联，并通过增强蛋白分子间疏水相互作用，促进各向异性纤维结构的形成。 3.添加5%不同比例的硬脂酸/油酸/亚油酸，可显著降低PPI原料的表观粘度、G''和G"，并延缓加热过程中蛋白质分子的伸展、缔合和聚集，最终导致挤出物咀嚼度降低，体外消化率由85.45%显著降低至（70.56~78.60）%，但抗拉伸力由0.19kg增加至（0.62~0.85）kg。随着脂肪酸不饱和度增加，润滑作用和塑化作用增强，导致挤压过程中模口压力、扭矩及产量显著降低，SME由940.07kJ/kg增加至1484.09kJ/kg。当混合物中不饱和脂肪酸含量较高时，易与蛋白质分子中疏水基团结合，阻碍蛋白分子间聚合和交联，导致挤出物的组织化度由1.22显著降低至1.08。 4.在挤压机筒中，脂肪酸将阻碍蛋白质分子链的伸展，减弱蒸煮区蛋白质分子间疏水相互作用。在模口区，脂肪酸的加入有利于维持蛋白分子链伸展的结构，导致α-螺旋、β-折叠比例分别由20.67%和34.36%显著降低至（7.17~13.64）%和（24.54~28.07）%，无规则卷曲比例由22.34%显著增加至（36.06~40.90）%，并减弱蛋白分子间氢键和疏水相互作用，而不饱和脂肪酸的氧化导致高分子量蛋白聚集体和刚性凝胶结构的形成。从成型区到挤出物的过程中，硬脂酸导致蛋白质分子间共价作用力显著增强，并促进层状纤维结构的形成，且维持蛋白纤维结构的主要作用力为疏水相互作用和二硫键间交互作用。而不饱和脂肪酸的聚结阻碍蛋白质连续网络及纤维结构的形成，且主要靠疏水相互作用维持挤出物中蛋白质构象。 5.在高水分挤压过程中，支链淀粉和硬脂酸对挤出物中纤维结构的形成具有协同增效作用。在挤压机筒中，二者共同诱导蛋白质疏水基团暴露，促进蛋白质分子解螺旋，形成更稳定的β-折叠与β-转角结构。在模口区，支链淀粉和硬脂酸减弱蛋白分子间氢键作用力，促进α-螺旋和β-折叠等有序结构向β-转角和无规则卷曲转变，其中无规则卷曲的比例由22.34%显著增加至47.77%，并阻碍伸展的蛋白分子链之间聚合、交联，延缓蛋白凝胶形成速度，使蛋白质与支链淀粉的相分离由蒸煮区推迟到模口区。从成型区到挤出物的过程中，硬脂酸和支链淀粉通过“锚点定向，柔性交联”方式促进纤维结构的形成，即硬脂酸阻碍伸展的蛋白分子链回弹，支链淀粉促进伸展的蛋白分子间重排、聚合和交联，二者共同减弱蛋白质分子间作用力强度，最终形成主要靠疏水相互作用和氢键维持的更松散、灵活的聚集体结构，其易于沿挤出方向取向，形成各向异性纤维结构。
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