高水分挤压工艺及体内咀嚼作用对豌豆蛋白分离物制成的肉类替代品体外蛋白质消化率的影响

《Future Generation Computer Systems》：Impact of high moisture extrusion and in vivo mastication on in vitro protein digestibility of meat analogs made from pea protein isolate

豌豆蛋白 isolate (PPI) 高压雾化 extrusion (HME) 不同温度（90-140°C）制备的肉 analogs 与鸡肉的 in vitro 蛋白消化率及结构特性比较。研究发现，PPI 肉 analogs 在 90-140°C HME 下形成的纤维状结构（与鸡肉相似）与非纤维结构（如 PPI90）不影响 in vitro 蛋白水解度（均与鸡肉相当），且咀嚼产生的 bolus 颗粒特性（大小、数量）与消化率无显著关联。摘要分隔符：

　　本研究探讨了由豌豆蛋白 isolate（PPI）通过高水分挤出（HME）技术制成的三种肉制品模拟物以及轻微烘焙的 PPI 样品，在体外蛋白质消化率方面的差异，并与动物蛋白来源的对照样品（煮熟的鸡肉）进行了比较。此外，还研究了咀嚼对食物微观结构和吞咽团（bolus）特性的影响，以及这些特性如何进一步影响蛋白质的消化。研究结果显示，尽管 PPI 模拟物在不同温度下表现出不同的微观结构特征，但它们的蛋白质消化率与煮熟的鸡肉相似，这表明加工条件对蛋白质消化率的影响可能不如预期显著。

在食品工业中，随着对可持续饮食和减少对动物蛋白依赖的需求增加，植物基肉制品模拟物正成为一种重要的替代选择。然而，这类产品的消化特性与传统动物蛋白产品之间的差异，仍然是消费者接受度和营养价值评估中的关键问题。因此，理解不同加工条件如何影响食品的结构和消化特性，对于开发更符合人体消化需求的植物基肉制品至关重要。本研究聚焦于豌豆蛋白 isolate 的加工条件，尤其是挤出温度，探讨其对蛋白质消化率的影响。

在体外消化实验中，使用了标准化的 INFOGEST 模型，模拟了从口腔到肠道的整个消化过程。该模型被验证用于 skim milk powder 的体外消化率评估，并在近期被用于某些蛋白质粉和食品的消化研究。尽管该模型适用于不同样品之间的相对比较，但其对需要咀嚼的固体食物（如肉制品模拟物）的适用性仍存在一定的不确定性。因此，本研究尝试通过实际咀嚼获得的吞咽团，替代模型中模拟的咀嚼步骤，以评估其对蛋白质消化的影响。

研究结果表明，尽管不同挤出温度下的 PPI 模拟物表现出不同的结构特征，例如 140°C 和 125°C 挤出的样品呈现出类似于鸡肉的纤维结构，而 90°C 挤出的样品和烘焙样品则呈现出非纤维化的多孔结构，但这些结构差异并未导致蛋白质消化率的显著变化。所有 PPI 基础样品的蛋白质消化率（DH%）与煮熟的鸡肉相似，这表明结构本身可能并不是影响蛋白质消化的主要因素。然而，值得注意的是，在咀嚼的鸡肉样品中，其 DH% 略低于模拟咀嚼的鸡肉样品，这一差异可能与咀嚼时间、吞咽团的物理特性以及消化过程中的酶活性有关，但并未在实验中找到明确的解释。

咀嚼行为是人体消化过程中的一个重要环节，其影响可能因个体差异而有所不同。研究中，参与者被要求在无意识状态下咀嚼样品，以避免人为干预影响结果。结果显示，咀嚼时间在不同样品之间存在显著差异，但这些差异并未导致蛋白质消化率的明显变化。例如，挤出温度为 140°C 的样品咀嚼时间最长，但其蛋白质消化率与温度较低的样品并无显著区别。这可能表明，虽然咀嚼行为会影响食物的物理形态和结构，但这些变化在体外消化过程中并未对蛋白质的消化率产生明显影响。

此外，研究还分析了咀嚼后的吞咽团和消化后的消化液中的颗粒大小和分布。结果显示，尽管不同样品的颗粒形态存在差异，如 90°C 挤出的样品颗粒较小且数量较多，而 140°C 和 125°C 挤出的样品颗粒较大且数量较少，但这些差异并未显著影响蛋白质的消化率。这一发现提示，体外消化模型可能在一定程度上忽略了咀嚼行为对消化过程的复杂影响，特别是咀嚼时间、吞咽团的物理结构以及酶在消化过程中的作用。

本研究还探讨了 HME 温度对蛋白质结构的影响。挤出温度的升高通常会导致蛋白质的热变性，进而影响其消化特性。然而，研究发现，尽管 140°C 和 125°C 的挤出条件能够形成类似于鸡肉的纤维结构，但这些结构并未显著提高或降低蛋白质的消化率。这可能与蛋白质在挤出过程中形成的二级结构变化有关，例如 α-螺旋和 β-折叠的转化。然而，这些变化似乎对消化过程的影响较小，因为消化酶对这些结构的分解能力相似。

值得注意的是，研究中使用的 PPI 是经过工业级湿法提取得到的，其抗营养因子含量较低，这可能有助于提高蛋白质的消化率。然而，近期研究表明，PPI 中抗营养因子的含量可能因原料品种和提取工艺的不同而有所变化。因此，不同批次的 PPI 可能会对消化率产生一定的影响，尽管本研究中未观察到这种差异。

从方法学角度来看，本研究采用了一种较为标准的体外消化模型，但该模型在处理需要咀嚼的固体食物时可能存在一定的局限性。例如，模拟咀嚼过程中通常使用机械切割方法，而实际咀嚼过程中的物理变化可能更为复杂。因此，研究中引入了真实咀嚼获得的吞咽团，以更贴近人体消化过程。然而，即使在这些更真实的条件下，蛋白质消化率仍然保持一致，这可能表明咀嚼对消化过程的影响并不显著。

此外，研究还发现，体外消化模型的 DH% 值可能受到多种因素的影响，包括样品的蛋白质含量、消化酶的活性以及模型本身的设定。例如，为了保留可能的结构介导效应，研究中选择了相对较高的蛋白质含量（17%），但这也可能导致酶的饱和，从而限制了蛋白质的完全分解。因此，DH% 的测量结果可能并不能完全反映实际消化过程中的蛋白质消化情况。

综上所述，本研究揭示了由 PPI 制成的肉制品模拟物在不同挤出温度下的结构变化，但这些变化并未显著影响其体外蛋白质消化率。此外，咀嚼行为对蛋白质消化的影响似乎较为有限，尽管咀嚼时间、吞咽团的颗粒大小和分布存在差异，但这些差异并未导致消化率的显著变化。这一发现对于开发植物基肉制品具有重要意义，因为它表明，即使在不同的加工条件下，这些产品的消化特性可能仍然保持一致，从而有助于其在市场上的推广和接受度。

然而，研究也指出了体外消化模型的局限性，尤其是在处理需要咀嚼的固体食物时。因此，未来的研究应考虑使用更复杂的模型，如半动态胃消化系统，以更准确地模拟人体消化过程。此外，随着食品工业对可持续性和营养价值的关注增加，研究还建议探索使用较少加工的蛋白质来源，如蛋白质浓缩物或与浓缩物或全谷物成分混合的蛋白质 isolate，以提高产品的营养价值和环境友好性。同时，研究还强调了咀嚼行为对消化过程的潜在影响，尤其是在含有淀粉的肉制品模拟物中，咀嚼可能不仅影响蛋白质的消化，还可能对淀粉的消化产生影响。因此，未来的研究应进一步探讨咀嚼行为对整体营养消化率的影响，以更全面地评估植物基肉制品的消化特性。