基于豆粕与豆粉的低成本高品质植物基人造肉理化特性优化及结构-功能关系解析

为解决植物基人造肉(PBMA)高成本和质地缺陷问题，东北农业大学团队创新性地采用低成本大豆加工副产品（豆粕SM和豆粉SP），通过低水分挤压技术系统研究了SM/SP配比（9:1至5:5）对产品纤维结构形成机制的影响。研究发现7:3配比可实现最优质地特性（硬度13668.75g，弹性0.93）、最高纤维度（1.53）和均匀孔隙结构（34.78%），FTIR分析揭示该比例促进α-螺旋（30.09%）和β-折叠（38.74%）的协同作用，同时建立的高精度预测模型（R2=0.845-0.999）为工业化定制提供理论依据，较传统配方降低30%生产成本。

　　

随着全球人口增长和环保意识提升，2050年蛋白质需求预计将增长30-50%，传统畜牧业面临资源消耗和碳排放的双重压力。植物基人造肉(PBMA)作为可持续替代方案，却长期受困于高成本（主要原料如大豆分离蛋白SPI价格昂贵）和质地缺陷两大瓶颈。当前主流的低水分挤压技术（水分20-40%）虽具成本优势，但其产品质地高度依赖原料特性。如何通过廉价原料复配实现"质优价廉"的突破，成为产业亟需解决的科学问题。

东北农业大学食品学院的研究团队独辟蹊径，选择价格仅为SPI 20-40%的大豆加工副产品——豆粕(SM，蛋白含量51.3%)和豆粉(SP，蛋白含量44.2%)作为基础原料，通过精确调控SM/SP比例（9:1至5:5），系统探究了复合体系在低水分挤压过程中的结构演变规律。研究采用扫描电镜(SEM)观察微观形貌，傅里叶变换红外光谱(FTIR)解析蛋白质二级结构，结合低场核磁共振(LF-NMR)分析水分分布状态，并建立数学模型预测配比-品质关系。

3.1 形态学分析

电镜结果显示，7:3配比下PBMA表面裂纹最少，截面呈现均匀孔隙分布（34.78%），而过高SP比例（5:5）会导致孔洞融合和结构塌陷。这归因于SP中7.9%的脂肪含量在30%添加比例时能优化蛋白网络塑性，过量则破坏交联密度。

3.2 质地特性

质地分析仪数据显示，7:3组获得硬度(13668.75g)与弹性(0.93)的最佳平衡，其咀嚼性(9415.95)显著优于其他比例。但SP超过30%会导致弹性骤降，5:5组虽硬度最高(22552.68g)，但质地过于僵硬。

3.3 纤维度

通过纵横剪切力比值确定的纤维度(FD)在7:3配比达到峰值1.53，接近真实肉类水平。机制研究表明，适量SP脂肪润滑作用促进SM蛋白定向排列，而过高SP会形成疏水屏障阻碍蛋白相互作用。

3.7 孔隙率

基于表观密度(ρ_a)和真实密度(ρ_b)计算的孔隙率显示，7:3配比形成均匀封闭孔结构，其水合能力(WHC 2.93g/g)显著优于高孔隙率(52.78%)的5:5组，证实适度孔隙对锁水性能的关键作用。

3.10 蛋白质二级结构

FTIR二级结构解析发现，7:3配比下α-螺旋含量最高(30.09%)，赋予产品弹性；β-折叠(38.74%)则增强机械强度。随机线圈含量在此比例最低(16.07%)，表明蛋白质构象有序性达到最佳。

研究创新性地建立了9个品质预测模型，其中孔隙率模型精度最高(R²=0.99935)，为工业化配方设计提供量化工具。通过7:3的SM/SP配比优化，不仅使生产成本降低30%以上，更实现了纤维结构、质地特性与功能性质的协同提升。

这项研究为低成本PBMA生产提供了切实可行的解决方案，其意义在于：① 证实廉价副产品SM/SP复配可替代高价植物蛋白；② 阐明脂肪-蛋白质相互作用调控纤维形成的机制；③ 建立可推广的配比-品质预测体系。该成果对促进植物基肉制品产业降本增效具有重要实践价值，相关技术已通过山东禹王生态食品有限公司实现产业化应用。未来研究可进一步探索SM/SP与其他植物蛋白的协同效应，以拓展产品多样性。