鳕鱼副产物粉与植物蛋白复合挤出制备高水分人造肉的温度与配比优化及其质构特性研究

为解决海洋副产物资源化利用和植物基人造肉质构调控难题，挪威Nofima研究所团队创新性地将鳕鱼加工副产物粉(CP)与豌豆浓缩蛋白(PPC)/小麦面筋(WG)复合，通过高水分挤出(HME)技术系统研究了挤出温度(131-145°C)和CP添加量(0-50%)对杂化高水分人造肉(h-HMMA)纤维结构形成的影响。研究发现25%CP在145°C时可形成各向异性结构，揭示了动物/植物蛋白协同作用机制，为开发营养均衡的可持续蛋白食品提供了新思路。

　　

随着全球人口预计在2050年突破100亿，传统畜牧业面临严峻的可持续发展挑战。联合国粮农组织(FAO)数据显示，鱼类加工产生的副产物（包括鱼头、骨、内脏等）约占原料总量的30-70%，这些富含优质蛋白的资源多被制成低附加值产品或直接废弃。与此同时，植物基人造肉市场迅速扩张，但纯植物蛋白产品在口感、营养等方面仍存在局限。如何通过技术创新实现海洋副产物的高值化利用，同时改善植物基肉制品的品质，成为食品科学领域亟待解决的关键问题。

挪威食品研究所(Nofima, Bergen, Norway)的Liv Helene Kolberg Sickel团队在《LWT》发表研究，首次将鳕鱼加工副产物粉(Cod Powder, CP)与豌豆蛋白浓缩物(Pea Protein Concentrate, PPC)和小麦面筋(Wheat Gluten, WG)通过高水分挤出(High-Moisture Extrusion, HME)技术复合，系统探究了挤出温度(131-145°C)和CP添加量(0-50%)对杂化高水分人造肉(Hybrid High-Moisture Meat Analogs, h-HMMA)质构特性的影响。这项研究为开发兼具营养与质构优势的可持续蛋白食品提供了重要理论依据和技术支撑。

研究人员采用中心复合设计(CCD)实验方案，主要运用了以下关键技术：1) 通过双螺杆挤出机进行高水分(60%)挤出，实时监测模头压力(P_die)和物料温度(T_material)；2) 采用X射线显微断层扫描(Micro-CT)分析微观结构；3) 通过质地剖面分析(TPA)和动态机械分析(DMA)测定力学性能；4) 建立各向异性指数(Anisotropic Index, AI)量化纤维结构形成程度。

材料与方法

研究选用商业级PPC、WG和源自鳕鱼脊椎骨的CP作为原料，通过化学分析确认各组分蛋白、灰分等含量。采用双螺杆挤出机(L/D=40)在恒定螺杆转速(600rpm)下进行挤出，通过调节第四区温度(T4)实现温度梯度控制。冷却模具保持20°C恒温，确保纤维结构定向排列。

挤出响应分析

模头压力(8.8-12.2bar)随CP添加量增加而降低，表明CP可降低熔体粘度。物料温度(119.9-131.6°C)确保蛋白质充分变性。高温(145°C)下25%CP样品表现出最优流动特性，为纤维形成创造条件。

宏观与微观结构

撕裂断面显示典型的楔形流动图案，楔形长度(WL)与挤出温度呈正相关。Micro-CT显示CP中的骨颗粒均匀分布，计算体积分数<7.5%时对力学性能影响可忽略。25%CP样品在145°C时形成显著各向异性结构(AI=1.39)。

力学性能

切割实验显示，25%CP样品在145°C时纵向/横向切割力比值(F_L/F_T)达1.39，显著高于其他组。质地分析(TPA)表明高温可补偿CP添加导致的硬度下降，25%CP样品在145°C时硬度(99.38N)与纯植物对照相当。动态机械分析(DMA)显示tanδ温度依赖性随CP增加而增强，反映网络结构弱化。

讨论与结论

该研究首次证实鳕鱼副产物粉可与植物蛋白协同形成纤维结构，但需要更高挤出温度(>145°C)来克服动物蛋白对纤维形成的抑制作用。通过精确控制温度-组分协同作用，25%CP在145°C时可制备出各向异性指数达1.39的优质h-HMMA。这一发现为开发营养强化(富含海洋蛋白、矿物质)且质构接近真肉的人造肉产品提供了新思路，同时为鱼类加工副产物的高值化利用开辟了新途径。研究强调需采用多变量方法优化新型配料应用，因为工艺条件会显著影响最终产品特性。未来研究可进一步探索更高CP添加量的可行性，并评估产品的感官接受度和贮藏稳定性。该成果对促进食品体系可持续发展具有重要意义。