新型挤压基植物蛋白分离技术及其对蚕豆蛋白技术功能特性的影响研究

本研究针对植物蛋白分离技术存在的能耗高、溶剂使用及纯度/得率难以兼顾等问题，开发了基于干法挤压的蚕豆蛋白高效分离新工艺。通过响应面法优化参数，获得蛋白含量71-77%、得率60-85%的富蛋白组分，其体积密度453-523 g/L、水/油吸收能力2.3-2.5 g/g和0.94-1.01 g/g，硬度753-845 g，性能与商业TVP相当。该技术为可持续、低成本的优质植物蛋白原料开发提供了新方案。

　　

随着全球人口增长和环境问题加剧，寻找可持续的动物蛋白替代品成为食品科学领域的重要课题。植物蛋白因其环境友好和健康效益备受关注，但现有分离技术面临诸多挑战：湿法提取能耗高且需化学溶剂，干法分馏（如空气分级）虽成本低但纯度有限。更棘手的是，消费者对当前植物基替代品的高价和口感缺陷接受度低于预期。在此背景下，开发高效、低成本的植物蛋白分离技术成为行业迫切需求。

针对这一科学问题，芬兰研究团队在《Future Foods》发表了一项创新研究，提出了一种基于干法挤压的新型植物蛋白分离工艺。该技术通过单次挤压即可同步获得富蛋白和富淀粉组分，突破了传统挤压只能生成均质产品的限制。研究人员以蚕豆为原料，采用响应面法优化工艺参数，系统评价了产物的技术功能特性，为开发新型植物蛋白原料提供了重要参考。

研究采用实验室级双螺杆挤出机，通过中心复合设计考察水分添加量（2-4 ml/min）、螺杆转速（300-450 rpm）和末端加热区温度（135-153°C）对分离效率的影响。富蛋白组分通过筛分（3.15 mm）和基于颜色差异的手工分选获得。采用杜马斯燃烧法测定蛋白含量，通过磷酸盐缓冲液（P）、SDS缓冲液（PS）和含DTT的缓冲液（PSD）分级提取评估蛋白溶解性，并测定体积密度、水/油吸收能力等指标。

研究首先揭示了挤压参数对分离效率的调控规律。通过建立的数学模型发现，降低末端温度和螺杆转速有利于提高富蛋白组分纯度（最高达77%），而较高温度与转速可提升蛋白得率（最高85%）。值得注意的是，富蛋白组分得率与淀粉组分纯度呈显著负相关（r=-0.879），表明高效分离需要平衡两组分的质量分配。在优化条件下，该工艺的蛋白得率和纯度均优于传统空气分级法（通常<70%），且接近湿法提取水平，但避免了其高能耗缺点。

对富蛋白组分的表征显示其技术功能特性与商业纹理化植物蛋白（TVP）高度吻合。体积密度（453-523 g/L）处于TVP典型范围（153-453 g/L）的高位，这与蛋白交联形成的致密结构有关。水/油吸收能力（2.3-2.5 g/g和0.94-1.01 g/g）与市售产品相当，复水后硬度（753-845 g）符合肉类替代品要求。特别值得注意的是，蛋白溶解性分析揭示了一个重要现象：随着蛋白含量升高，其在SDS和DTT溶液中的提取率显著降低（p<0.05），表明高蛋白组分中形成了更复杂的交联网络，这可能是其质地特性接近TVP的关键机制。

研究还发现淀粉组分具有冷水溶胀特性，RVA分析显示其粘度行为区别于天然淀粉。这种预糊化淀粉可作为功能性配料，提升了副产物的利用价值。通过建立蛋白含量与功能特性的关联图谱，研究为定向调控产品品质提供了理论依据，例如体积密度与蛋白含量呈正相关（r=0.965），而冷水复水能力与密度显著正相关（r=0.999），这颠覆了传统认为多孔结构更利吸水的认知。

该研究的创新性在于将蛋白分离与质构化整合于单步挤压过程，相比传统TVP生产（需先制备蛋白浓缩物再挤压），大幅简化了工艺流程。提出的相分离机制假说认为，在低水分体系中，油脂的存在和高剪切力可能引发淀粉-蛋白热力学不相容，从而实现组分分离。这一发现为开发新型分离技术提供了新思路。

从应用角度看，研究证实富蛋白组分既可直接作为TVP使用，也可加工成粉状配料，具有应用于素肉饼、肉丸等产品的潜力。但需注意工业放大可能改变产品特性，且不同原料需单独优化参数。未来研究应关注规模化分离的自动化实现（如光学分选），并开展感官评价和特定食品应用测试，以充分释放该技术的商业化潜力。

这项研究标志着植物蛋白分离技术的重要突破，其环境友好、低成本的特性完美契合可持续食品发展需求。随着优化深入和应用拓展，该技术有望推动植物基食品产业向更高效、更经济的方向发展，为缓解全球蛋白供给压力提供创新解决方案。