蛋白质基食品复水动力学与品质特性的加工调控机制研究

本研究针对冻干蛋白质基食品复水效率低、品质劣变等问题，系统探究了蒸煮/油炸预处理、冻干及复水条件（时间/温度）对鸡肉、牛肉、羊肉、虾和鹰嘴豆复水动力学（Zugarramurdi-Lupín模型）、水分活度(aw)、蒸煮损失(CL)、复水容量(RC)及质构特性的影响，揭示了温度驱动复水速率、植物蛋白（鹰嘴豆RC达114%）优于动物蛋白（牛肉RC仅40%）的规律，为即食食品工艺优化提供理论依据。

　　

在日常生活中，我们常常会接触到各种脱水食品，比如方便面里的脱水蔬菜、冻干水果，以及户外运动时携带的轻便餐食。这些食品通过脱水技术延长了保质期，减轻了重量，但当我们想要重新享用它们时，复水过程却往往不尽如人意——有的食物泡了很久还是硬邦邦的，有的则口感变得软烂，失去了原有的风味和营养。这背后的科学问题在于，食品在脱水和复水过程中，其内部结构会发生复杂的变化，这些变化直接影响着最终产品的品质。特别是对于富含蛋白质的食品，如肉类和豆类，它们的复水行为和质量保持更是食品工业面临的挑战。

目前，虽然冻干技术因其能较好保持食物原始形态而备受青睐，但关于不同加工步骤（如蒸煮、油炸）和复水条件（如水温、时间）如何协同影响多种蛋白质食品复水规律和品质属性的系统性研究尚显不足。这也限制了即食食品产业进一步优化产品品质和效率。正是为了填补这一空白，由Vitor Andre Silva Vidal、Kirill Mukhatov、John-Kristian Jameson、Ida-Johanne Jensen和J?rgen Lerfall组成的研究团队在《Applied Food Research》上发表了一项深入研究。

为了揭示加工和复水条件对蛋白质基食品的影响，研究人员选取了五种代表性的蛋白质来源：鸡肉（包括蒸制和油炸两种预处理方式）、羊肉、虾、牛肉和鹰嘴豆。研究的关键技术方法主要包括：对样品进行标准化切割和预处理（蒸制或油炸）后，采用冷冻干燥技术（Freeze-Drying, FD）在-40°C、压力低于13.3 Pa的条件下进行脱水。核心部分是复水动力学研究，通过在20°C、50°C和90°C三种水温下，于10个时间点（3至150分钟）测量样品的复水容量（Rehydration Capacity, RC）和水分含量，并应用Zugarramurdi和Lupín经验模型进行拟合。同时，对样品的蒸煮损失（Cooking Loss, CL）、水分活度（Water Activity, a_w）以及复水后的质构特性（硬度、弹性、内聚性、咀嚼性等）进行了系统测定。所有实验均进行三次独立重复，数据采用方差分析（ANOVA）和Tukey检验进行统计学处理。

3.1. 蒸煮损失

研究发现，动物性蛋白源（鸡肉、羊肉、牛肉）的蒸煮损失无显著差异，范围在26.96%至32.48%之间。而鹰嘴豆的蒸煮损失显著较低，仅为8.51%，这与其植物基的非动物性组成有关。蒸煮损失是预测产品得率和感官特性（特别是多汁性）的关键参数。

3.2. 复水动力学

水分含量分析表明，烹饪后所有样品的水分含量均显著下降。然而，烹饪过程对不同蛋白源的水分活度值无显著影响，这有助于确保食品的安全性。复水动力学结果显示，复水温度是影响复水速率和容量的最关键因素。较高的温度能显著加快水分吸收。具体而言：

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  鸡肉： 蒸制鸡肉在90°C下仅需7分钟即可达到最大复水容量（约59%），而在20°C下需要105分钟。油炸鸡肉的复水速率更快，90°C下3分钟即可达到最大容量。
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  牛肉： 牛肉样品表现出最低的复水容量（40%-48%），在20°C下需要150分钟才能达到最大容量。这与其蛋白质结构和低碳水化合物含量导致的较低结构溶胀有关。
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  虾： 虾样品在所有温度下均需150分钟达到最大复水容量，但温度升高能显著提高其复水容量（20°C: 58%; 90°C: 84%）。
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  羊肉： 有趣的是，羊肉在20°C下复水速率最快（7分钟达到最大容量71%），但最高复水容量出现在90°C（105分钟达到93%）。
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  鹰嘴豆： 鹰嘴豆表现最佳，即使在20°C低温下也能达到102%的复水容量，90°C下更是高达114%，且仅需7-24分钟即可完成复水。
  Zugarramurdi和Lupín模型能较好地预测复水过程中的水分含量变化，尤其在较高温度下和对于鹰嘴豆样品，预测精度更高。模型的k值（理论系数）随温度升高而增大，表明温度加速了复水过程的扩散机制。

3.3. 质构特性

质构分析揭示了加工过程对食品口感的显著影响：

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  冻干和复水过程显著增加了鸡肉（蒸制和油炸）、牛肉和羊肉样品的硬度和咀嚼性值，这可能是由于水分含量降低和结构变化所致。
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  相比之下，虾和鹰嘴豆样品的质构参数（硬度、弹性、内聚性、咀嚼性）在冻干和复水后未发生显著变化，这与它们较高的复水容量相一致，表明其结构在脱水-复水过程中保持得更好。
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  弹性参数在牛肉和羊肉样品中因冻干和复水而降低，而在蒸制鸡肉中升高。内聚性仅在油炸鸡肉样品中因加工而显著降低。

本研究得出结论，加工步骤（特别是预处理方式）和复水条件（尤其是温度）显著影响蛋白质基食品的复水动力学和最终品质属性。复水温度是驱动复水速率的关键。不同蛋白源由于其组成和结构差异，表现出截然不同的复水行为和质构响应，其中植物基的鹰嘴豆展现出远优于动物肉类的复水能力。Zugarramurdi和Lupín经验模型被证明适用于描述这些蛋白基食品的复水动力学。

这项研究的意义在于，它系统地阐明了加工和复水参数对冻干蛋白质食品复水机制的影响，为食品加工行业，特别是即食食品和耐贮食品领域，优化复水策略、提升产品品质和营养价值提供了宝贵的科学数据和理论支撑。通过精确控制复水条件，生产者可以更好地保留食品的原始特性，满足消费者对高品质便捷食品的需求。