挤压加工条件对含蚕豆蛋白和啤酒糟的植物基肉类似物纤维结构、质地及消化率的影响研究

本研究针对植物基肉类似物纤维结构仿生难题，通过系统调控高水分挤压(HMMA)工艺参数（温度130-160°C、螺杆转速100-300 rpm），探究蚕豆蛋白(FBP)与啤酒糟(BSG)复合体系的纤维化机制。研究发现提高温度和螺杆转速可显著促进相分离和物理交联，形成类鸡肉纤维结构，同时提升持水率(WRC)至动物肉水平，且不影响蛋白质消化率。该研究为清洁标签植物肉开发提供了可持续原料组合的工艺优化方案，发表于《Food Hydrocolloids》。

　　

随着全球对可持续饮食需求的增长，植物基肉类似物面临的最大挑战是如何完美复刻动物肉的纤维结构和感官体验。当前市场上的产品常因质地粗糙、缺乏纤维感而饱受诟病，而传统加工方法依赖合成添加剂又违背清洁标签趋势。更棘手的是，植物蛋白的消化率普遍低于动物蛋白这一固有认知，进一步阻碍消费者接受度。在此背景下，研究人员将目光投向两种极具潜力的可持续原料——富含优质蛋白的蚕豆(Vicia faba L.)和啤酒工业副产品啤酒糟(BSG)，试图通过精准调控挤压工艺，破解植物肉"形神兼备"的产业化难题。

研究团队采用实验室同向旋转双螺杆挤出机(PRISM RUEOLAB 16)，通过差示扫描量热法(DSC)确定原料热变性温度后，设定3个温度梯度(130/145/160°C)和3个螺杆转速(100/200/300 rpm)共9组参数组合。利用扫描电镜(SEM)和切割强度测试量化纤维结构，结合质地剖面分析(TPA)和离心法评估产品性能。为验证营养特性，创新性采用动态胃肠系统(DGS-IV)模拟消化过程，通过胃排空率(GER)、SDS-PAGE电泳和高效液相色谱(HPLC)等多维度分析消化特性。

在结构表征方面，电镜图像清晰显示160°C/300 rpm(P9)处理的样品形成与鸡肉最为接近的平行纤维束，切割强度差异值(D值)达18.7N，显著高于低温处理组。这种结构优势源于高温促进蛋白质完全解折叠，而高螺杆转速(对应机械能输入SME达9519 kJ/kg)确保充分剪切取向。值得注意的是，啤酒糟中50%的膳食纤维通过调控水分分布，辅助维持了纤维结构的稳定性。

质地分析揭示工艺参数的协同效应：当温度从130°C升至160°C时，样品硬度提升2.3倍至58.7N，咀嚼性增加198%。螺杆转速超过200 rpm后出现平台效应，说明过短的材料停留时间会限制结构发展。这种力学性能的改善与微观观察到的纤维密度增加直接相关，证实了"工艺-结构-功能"的构效关系。

在持水性能方面，高螺杆转速使WRC提升12.5%，这归因于机械剪切暴露更多蛋白质亲水基团。而温度升高虽导致水分含量轻微下降(约3%)，但通过促进蛋白质-多糖相互作用，反而增强了水分束缚能力。这种"低含水量高持水性"的特性，恰好模拟了动物肌肉的汁液保持机制。

最突破性的发现来自消化率研究。尽管P9样品具有最致密的纤维结构，其肠道阶段蛋白质消化率(55.2%)却显著高于鸡肉(48.7%)。SDS-PAGE图谱显示植物蛋白在胃肠道的降解动力学更快，180分钟时已出现大量<10kDa小肽段。氨基酸分析进一步证实，除丙氨酸和蛋氨酸外，植物肉的其他必需氨基酸含量均与鸡肉相当。这彻底颠覆了"植物蛋白难消化"的传统认知，证明适当加工处理的植物蛋白甚至可能具有更好的营养生物利用度。

该研究首次证实蚕豆蛋白与啤酒糟这一清洁组合可通过工艺优化实现"结构-营养"双突破。特别值得注意的是，研究者建立的温度-转速参数窗口(145-160°C/200-300 rpm)不仅适用于实验室设备，其揭示的"完全熔融-充分剪切"原则对工业化生产更具普适指导意义。从成本角度评估，该配方原料成本仅5澳元/公斤，较鸡肉(12澳元/公斤)具有显著优势，为可持续蛋白替代提供了兼具商业可行性和营养竞争力的解决方案。这些发现发表在食品领域顶级期刊《Food Hydrocolloids》，为植物基食品从"形似"到"神似"的跨越提供了重要理论支撑和实践范式。