《Food Chemistry》：Whey protein isolate as a modifier of texture and digestibility in ready-to-eat corn paste
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研究了乳清蛋白(WPI)添加时机对挤出产品、粉末和凝胶性能的影响。
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在挤出前添加3%的WPI可以减少即食玉米糊的凝块形成。
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挤出前添加WPI有助于降低血糖指数(GI)，并在消化过程中保护茶叶多酚。
引言
玉米(Zea mays)
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研究了乳清蛋白(WPI)添加时机对挤出产品、粉末和凝胶性能的影响。
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在挤出前添加3%的WPI可以减少即食玉米糊的凝块形成。
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挤出前添加WPI有助于降低血糖指数(GI)，并在消化过程中保护茶叶多酚。
引言
玉米(Zea mays)是全球消费最广泛的谷物之一，由于其高淀粉含量和膳食纤维的贡献而成为重要的食品成分(Ai & Jane, 2016)。玉米糊是许多地区的传统主食，也越来越被作为即食方便食品销售。其生产通常涉及在高温高压下对玉米颗粒进行挤压，使淀粉糊化并重新组织食品结构(Gwirtz & Garcia-Casal, 2013)。所得的挤出物随后被磨成细粉，这种粉末能够吸收热水并迅速重新形成粘稠的糊状物。挤压条件强烈影响着产品的膨胀性、孔结构以及物理化学性质(Karakelle et al., 2020; Wang, Gao, et al., 2021)。然而，挤压过程中的非均匀结构变化会导致粉末部分具有不同的水合行为。这种异质性可能导致再水化过程中分散不良和结块，从而产生残留的原始淀粉风味以及不理想的粗糙口感。除了这些质量限制外，人们对肥胖和糖尿病的日益关注增加了消费者对低血糖指数方便食品的需求。由于富含淀粉的食品容易被快速消化并引起明显的餐后血糖反应(Tian et al., 2018)，因此在保持理想的加工和感官特性的同时降低传统玉米糊的血糖指数(GI)是一个重要的配方挑战。
蛋白质强化是一种有效的方法，可用于调整基于淀粉的食品的营养和工艺特性。通过蛋白质-淀粉和蛋白质-蛋白质之间的相互作用，外源蛋白质可以改变水分分布、糊化行为以及淀粉的消化性。然而，这些效应在很大程度上取决于蛋白质来源、添加量和加工条件(Mejía Terán & Blanco-Lizarazo, 2021; Scott & Awika, 2023)。研究表明，新鲜蛋黄有助于燕麦面条中的蛋白质交联，减少了烹饪损失，同时增加了硬度、咀嚼性和抗拉性(Guo et al., 2020)；而大豆蛋白分离物则提高了全麦扁面条的水分吸收、凝聚性、弹性和抗拉性，并减少了烹饪损失(Cao et al., 2021)。同样，大豆蛋白浓缩物使无麸质挤压面条的结构更加紧密，硬度更高，这突显了蛋白质强化相关的配方权衡(Yang et al., 2023)。总的来说，这些发现表明蛋白质添加不仅可以提高基于淀粉的产品的营养价值，还可以提供调整其加工和品质特性的实际手段。
在这种更广泛的策略中，乳清蛋白(WPI)作为一种功能性成分，在基于淀粉的糊状物中显示出巨大潜力，因为它可以在糊化过程中与淀粉相互作用。在姜淀粉凝胶中，WPI重新组织了三维网络，促进了自由水转化为固定水，抑制了淀粉的再结晶，并减少了变形阻力及口腔处理所需的机械能(Ding et al., 2026)。类似地，牛奶蛋白-燕麦淀粉体系形成了粘弹性的共凝胶，其流变和质地特性随蛋白质类型和浓度的不同而变化，表明牛奶蛋白可用于定制凝胶的力学性质(Kumar et al., 2026)。在玉米淀粉/WPI/咖啡酸复合凝胶中，增强的分子间相互作用软化了几何结构，并改善了冻融处理后的水分分布和保持能力(Lin et al., 2025)。WPI还降低了榛子粉体系中的凝胶硬度、粘性和咀嚼性，进一步说明了其在调节富含淀粉食品的质地和水分稳定性方面的能力(Wang et al., 2024)。
除了对物理特性的影响外，WPI还可以影响淀粉的消化性。在小麦淀粉模型中，WPI在淀粉基质中形成了连续的网络，限制了水分迁移和颗粒膨胀，增加了短程分子有序性，并增加了抗性淀粉的比例(Zhang, He, et al., 2023)。用WPI挤压玉米淀粉后，快速消化淀粉和极易消化淀粉的比例降低，但膨胀性和整体可接受性的减少表明这些好处可能伴随着产品品质的权衡(Jan et al., 2025)。对于基于玉米的产品，将4.5%的WPI与玉米淀粉共糊化后，快速消化淀粉的含量从66.89%降至59.01%，抗性淀粉的含量从14.47%增加到22.78%(Zhang, Fan, et al., 2022)。值得注意的是，当这两种成分分别糊化并在消化过程中混合时，WPI并未影响淀粉的消化性。
基于此，可以假设WPI在即食玉米糊中的功能不仅取决于其浓度，还取决于添加的阶段。我们假设在挤出前添加WPI可以促进WPI-玉米淀粉基质在淀粉糊化和蛋白质变性过程中的整合。这种基质有望改善粉末的再水化性能，减少糊状物的粗糙感，并限制酶对淀粉的接触，从而降低体外淀粉的水解。此外，还添加了茶叶多酚，以确定它们是否能在不损害产品品质的情况下进一步降低WPI-淀粉体系中的淀粉消化性。为了验证这些假设，我们比较了挤出前后添加WPI的情况，并表征了粉末结构、物理化学性质、再水化行为、糊状物流变学、质地和体外淀粉消化性的变化。随后，我们评估了结合WPI和多酚的策略，以生产具有更好再水化性能、更顺滑口感和较低预测血糖潜力的即时玉米糊。通过将WPI添加的时机与基质形成、产品品质和淀粉消化联系起来，本研究为设计强化蛋白质的低血糖谷物食品提供了机制基础。
章节片段
材料
玉米颗粒来自中国四川的Jingjing食品有限公司。食品级WPI购自新西兰奥克兰的NZMP。大豆油(食品级)由中国山东的山东鲁华集团有限公司提供。茶叶多酚提取物(98%，食品级)由中国陕西的Junhe生物技术有限公司提供。人工模拟唾液、胃液和肠液来自中国东莞的创峰自动化技术有限公司。葡萄糖检测...
挤出产品的质地分析
在挤出前加入1%、3%和5%(w/w) WPI的玉米颗粒产生了形态和质地不同的挤出物(图1)。表面出现了螺旋纹路，横截面的孔径缩小(图1A)。质地分析显示，随着WPI浓度的增加，硬度、脆性和咀嚼性分别达到3616.96 ± 242.50 g、3651.09 ± 251.50 g和749.33 ± 58.44 g(图1B、C和E)。
结论
本研究表明，添加WPI可以有效改善即食玉米糊的质地。对挤出前后添加WPI的研究表明，3%挤出前添加WPI可以增强硬度、咀嚼性、吸水性、流动性和乳化能力。同时，颜色和气泡特性也保持在可接受的范围内。这归因于WPI与玉米淀粉之间形成的交联结构和毛细孔。
CRediT作者贡献声明
曾天：撰写——初稿、方法学、研究、正式分析、数据管理、概念化。党兆国：方法学、研究、正式分析、数据管理。张浩：方法学、研究、正式分析。刘西园：方法学、研究。何向然：方法学、研究。穆罕默德·伊姆兰：撰写——审阅与编辑、可视化。穆罕默德·阿扎姆：撰写——初稿、可视化。杨正刚：资金获取、概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金(编号32272297)、咸阳市重大科技创新计划(L2024-ZDKJ-ZDCGZH-0001)、陕西省 key 研究与发展计划(2024NC-ZDCYL-03-09)以及广东省基础与应用基础研究基金(2023A1515111145)的资助。作者还要感谢西北农业大学食品科学与工程学院的仪器共享平台和生命科学研究核心服务仪器。
曾天|党兆国|张浩|刘西园|何向然|穆罕默德·伊姆兰|穆罕默德·阿扎姆|杨正刚|吴刚|孙博涵|易彦雷
