雨生红球藻残渣对豌豆蛋白基高水分挤压人造肉风味与营养特性的调控机理研究

《Future Foods》：Effect of Haematococcus pluvialis residue on flavor and nutritional characteristics of pea protein-based meat analogues processed by high-moisture extrusion

本研究针对藻类加工废弃物资源化利用和传统肉类生产环境压力大的双重问题，创新性地将提取虾青素后的雨生红球藻残渣（HPR）应用于豌豆蛋白基高水分挤压人造肉的制备。研究发现，HPR的添加引入了66种挥发性风味物质，丰富了产品风味；尽管体外蛋白质消化率（IVPD）随HPR添加量增加略有下降（但仍>85%），但同时增加了甘露糖（Man）和葡萄糖（Glu）等具有膳食纤维功能的单糖组分，并提高了产品的热稳定性。该研究为藻类残渣的高值化利用和人造肉品质改良提供了新策略。

　　

随着全球人口增长和饮食结构变化，人们对肉类产品的需求持续攀升，然而传统的畜牧业生产模式伴随着高昂的环境代价，例如大量的温室气体排放和土地资源消耗，这对全球可持续发展目标构成了严峻挑战。与此同时，微藻作为一种生长迅速、营养丰富的生物资源，在食品、保健品等领域的应用日益受到重视。但在微藻（如用于生产虾青素的雨生红球藻）加工过程中会产生大量的藻渣，这些残渣若处理不当，不仅会造成资源浪费，还会带来环境污染问题。另一方面，以植物蛋白为原料制备的植物基人造肉，被视为减少环境足迹的潜在可持续方案之一。其中，豌豆蛋白因其营养均衡、低过敏性和环境友好等优点而备受青睐。然而，纯豌豆蛋白制备的人造肉在感官品质，尤其是色泽和风味方面，仍存在不足，制约了其进一步发展。能否将藻类加工残渣变废为宝，同时又能改善植物基人造肉的品质呢？一项发表在《Future Foods》上的研究给出了创新的答案。

为了探究这一问题，研究人员开展了一项关于雨生红球藻残渣（HPR）对豌豆蛋白基高水分挤压人造肉风味和营养特性影响的研究。研究人员采用高水分挤压（HME）技术，制备了不同HPR添加量（0%、10%、20%、40%，干基）的豌豆蛋白基人造肉样品。本研究运用的主要关键技术方法包括：利用顶空-气相色谱-离子迁移谱（HS-GC-IMS）全面分析产品的挥发性风味物质；采用高效液相色谱（HPLC）分析样品的单糖组成；使用氨基酸自动分析仪测定水解氨基酸含量；通过体外模拟消化实验评估体外蛋白质消化率（IVPD）；并借助差示扫描量热法（DSC）表征样品的热性能。

3.1. HS-GC-IMS

通过GC-IMS分析，研究人员在添加了HPR的人造肉样品中鉴定出了多达66种挥发性风味有机物，包括19种醛类、17种醇类、9种酮类、11种酯类、2种酸类，以及3种烯萜类、2种呋喃类和3种吡嗪类化合物。指纹图谱分析表明，HPR的添加显著改变了人造肉的风味物质谱图，引入了一些新的风味成分，并增强了部分原有风味物质的信号强度。这些风味物质可能来源于HPR中脂质的次级氧化、加工过程中的热降解以及美拉德反应等。这表明HPR能够丰富豌豆蛋白人造肉的风味层次，但其中某些成分（如壬醛、2-乙基-6-甲基吡嗪）可能带来负面气味，其最终的感官影响仍需通过定量分析和描述性感官评价来进一步确认。

3.2. 单糖组成

通过HPLC分析发现，HPR的添加为人造肉带来了甘露糖（Man）和葡萄糖（Glu）等单糖组分。随着HPR添加量的增加，Man和Glu的相对含量呈现上升趋势。这些来源于HPR的多糖可作为膳食纤维，不仅有助于丰富人造肉的营养成分，微藻多糖已被报道具有促进肠道微生物增殖、抗肿瘤、抗氧化等多种生理活性。因此，HPR的加入从膳食纤维角度提升了人造肉的营养附加值。

3.3. 水解氨基酸

对样品中17种水解氨基酸的分析显示，所有样品均含有种类齐全的氨基酸，其中谷氨酸（Glu）和天冬氨酸（Asp）含量最高。随着HPR添加比例的增加，大部分氨基酸的绝对含量有所下降，这主要是由于HPR本身蛋白质含量低于豌豆蛋白，其添加稀释了样品中的总蛋白质。根据联合国粮农组织（FAO）201年提出的理想蛋白质氨基酸评分模式进行评价，即使添加了40% HPR的样品，其必需氨基酸组成模式仍相对合理，但含硫氨基酸（蛋氨酸）成为第一限制性氨基酸。这表明HPR与豌豆蛋白复合在一定程度上能提供较好的氨基酸营养，但需注意氨基酸平衡。

3.4. 体外蛋白质消化率（IVPD）

体外蛋白质消化率实验结果表明，不添加HPR的空白对照组（BLK）样品具有最高的IVPD。随着HPR添加量的增加，IVPD呈现下降趋势，但即使是在HPR添加量达到40%的组别，IVPD仍然高于85%，处于较好的水平。IVPD的降低可能归因于几个因素：HPR中含有的多糖（膳食纤维）可能增加了胃肠液的粘度，从而物理性地阻碍酶与蛋白质的接触；HPR中的少量脂质可能与蛋白质发生相互作用，影响酶解；此外，前期研究表明HPR的添加使人造肉中蛋白质的β-折叠结构增加，蛋白质分子结构变得更加有序和稳定，这可能掩盖了部分酶切位点。

3.5. 热特性

通过DSC分析样品的热性能，发现所有样品均呈现单一的内源峰。随着HPR添加量的增加，蛋白质的变性温度向更高的温度方向移动。这表明HPR的添加增强了豌豆蛋白基人造肉的热稳定性，使其蛋白质分子结构在热处理下更加稳定。研究人员推测，这可能是由于HPR中的某些成分与豌豆蛋白之间形成了更稳定的非共价相互作用，从而提高了整个蛋白网络的稳定性。

综上所述，本研究系统地探讨了雨生红球藻残渣（HPR）作为功能性配料用于高水分挤压豌豆蛋白基人造肉的可行性。研究结果表明，HPR的添加能够显著影响产品的风味特征，引入多种挥发性化合物，潜在地赋予产品更复杂的风味轮廓。在营养方面，HPR带来了有益的膳食纤维组分，尽管对蛋白质消化率有轻微抑制，但仍保持在较高水平，且提供了相对合理的氨基酸模式。此外，HPR还改善了产品的热稳定性。该研究不仅为藻类加工副产物的高值化利用开辟了一条新途径，即“变废为宝”，同时也有助于改善植物基人造肉的感官和营养品质，降低其对环境的影响，符合可持续食品发展的方向。未来研究可关注如何破解HPR细胞壁对营养利用率的潜在限制，以及通过配方优化（如添加脂肪模拟物）来进一步提升人造肉的整体品质。这项研究成果为开发更具吸引力和营养价值的下一代植物基肉制品提供了重要的理论依据和实践指导。