富含纤维香蕉花粉末在绿豆蛋白基高水分肉类似物结构化过程中的分子相互作用

《Food Chemistry》：Molecular interactions of fiber-rich banana blossom powder during the structuring of mung bean protein-based high-moisture meat analogs

　　

富含纤维香蕉花粉末在绿豆蛋白基高水分肉类似物结构化中的分子相互作用：富含纤维香蕉花（BBF）作为升级循环水胶体（hydrocolloids）用于绿豆基肉类似物；BBF改善绿豆蛋白复配物的持水能力（WHC）、持油能力（OHC）和剪切变稀行为；纤维素和半纤维素与绿豆蛋白（MBP）形成稳定的氢键/疏水复合物；5% BBF优化高水分肉类似物（HMMAs）的纤维性、各向异性、硬度和咀嚼性；计算-实验方法将分子结合与HMMA结构联系起来。

该论文发表于《Food Chemistry》，由 Ibrahim Khalifa、Raouf Aslam、Xiaobo Zou 和 Sajid Maqsood 等研究人员完成。论文围绕富含纤维香蕉花粉末（BBP；完整香蕉花粉末，含膳食纤维及其他成分）在绿豆蛋白（MBP；mung bean protein）基高水分肉类似物（HMMAs；高水分挤压植物蛋白基肉类似物）结构化中的分子相互作用展开。研究背景是全球肉类消费快速增长，消费者寻求可持续、营养的动物肉替代品，植物基HMMAs受到关注；高水分（50–70%）双螺杆挤压是植物蛋白结构化形成肉样质构的常用工艺，但有效模拟肉的复杂基质在质地、风味和营养平等方面仍是挑战。植物基类似物可引入膳食纤维（DFs；可溶或不溶复杂多糖），而真实肉不含纤维；来自未充分利用植物副产物或废弃物流的DFs被视为HMMA开发中的多功能成分，可影响质构和营养。DFs作用取决于粒径、持水能力及其对蛋白混合物凝胶形成能力的影响；它们可改变富蛋白基质流变和结构，作为填料，乳化稳定脂肪，并减少烹饪水分损失。香蕉花序或花是潜在副产物，其外苞片和未用花组织是未充分利用生物质。干燥香蕉花不是纯化纤维，而是含细胞壁多糖、非纤维碳水、蛋白质、矿物质和酚类的异质粉末。绿豆蛋白因富含vicilin的8S球蛋白具有热诱导凝胶化和挤压功能，且作为唯一蛋白源可避免第二蛋白混杂。因此，研究人员考察0–10% BBP在60%水分、峰值筒温140 °C、螺杆速度300 rpm下制备的MBP基HMMAs，并从定性对接、溶剂解离/FTIR/XPS以及流变/微观/机械三个证据层面整合提出工作机理。

关键技术方法：商业食品级MBP（≥80%蛋白，干基）为唯一蛋白源；香蕉花（Musa spp.）来自埃及Toukh本地农场，去外苞片和花碎片，90–95 °C漂烫3 min，50 °C干燥，研磨过200 μm筛得BBP；BBP总膳食纤维63 g/100 g干基，95%不溶、5%可溶，纤维素30%、半纤维素14%，半乳糖约0.697%、阿拉伯糖约0.303%。制备C、EM-2.5、EM-5、EM-7.5、EM-10五个干混料。共旋转双螺杆挤压：九机筒、矩形冷却模，螺杆12 mm、L/D=50:1；喂料0.44 kg/h，注水0.56 kg/h，名义60%水分，总吞吐1 kg/h，最后加热区140 °C，螺杆300 rpm，冷却水20 °C，出口熔体39–54 °C；每配方一次挤压。表征WHC、OHC、乳化能力、堆积密度、LGC、水分、粒径、水合流变、颜色、DSC、SEM、TPA、切割强度/A-index、FTIR、XPS、顺序溶剂解离、分子对接和MD；统计用ANOVA、Tukey和Mantel。

3.1 富含纤维香蕉花粉末调控绿豆蛋白的技术功能与流变特性：通过WHC、OHC、LGC、堆积密度、乳化能力、水分、粒径和水合流变测定，BBP改变MBP共混物技术功能。WHC从无BBP对照C到EM-10逐步升高；OHC在7.5–10%最高；LGC随BBP增加；堆积密度近线性下降；乳化能力在EM-5达峰后下降；含BBP共混物保留更多水分。粒径中，对照最细且分布最窄，BBP使所有分位数增大、多分散性增加；Dx50从EM-2.5的42.7 μm升至EM-10的61.3 μm，Dx90从175.4升至401.2 μm，span从3.8升至6.27，D[4,3]从52.1升至86.4 μm。水合共混物呈固体样弱凝胶，G′>G″；频率扫描中G′和G″随角频率和BBP增加；振幅扫描中BBP上移线性平台并延迟非线性，EM-7.5在较大应变下模量更高；复粘度排序EM-10>EM-7.5>EM-5>EM-2.5>C，tan δ<0.3。研究表明BBP增强弹性和剪切变稀行为，提示改善熔体强度和可控流动，但该流变为挤出前测定，不是挤压中蛋白熔体流变。

3.2 富含纤维香蕉花粉末调控绿豆基肉类似物结构：通过宏观切割、CIELAB、DSC、SEM图像分析、TPA、切割强度/各向异性指数，BBP调控结构。对照形成较紧凑弱层状结构；EM-2.5有限纵向分裂；5–7.5% BBP增强层状排列和连续断裂面，EM-10暗、易碎、粗孔并破坏蛋白相连续性。颜色随BBP增加变暗变褐，L*降低，a*增加。DSC显示每个挤压物单一宽吸热区，表明残留热有序蛋白域；温度位移较小，挤压是变性主导；EM-7.5较高T_p、T_c和中等ΔH，EM-10较低T_p和ΔH。SEM中PS和TP在对照最低，含BBP增加；EM-7.5中等拉长孔、平衡C/CP、有限SO、中等SR，而EM-10更大不规则腔、更多SO和SR及更宽AS；NC和FD在中间BBP最高。TPA中第一循环硬度对照和EM-2.5最高，EM-5略低，EM-7.5和EM-10显著降低，第二循环同排序；变化主要来自硬度和咀嚼性相关指标。切割阻力纵向大于横向，各向异性指数随BBP增加并在约EM-7.5最大，EM-10略降。因此，中等BBP水平获得最强方向对比、层状形态和中间质构。

3.3 挤压后非共价相互作用指数、光谱测量、天然态分子建模与提出机制：通过FTIR、XPS、顺序溶剂解离、分子对接和MD，研究挤压后非共价相互作用并提机制。FTIR显示O–H/N–H、CH、酰胺I/II和碳水相关CO、C–O–C；BBP增强碳水区和O–H/N–H包络。酰胺I去卷积显示对照约42% α-螺旋、15% β-折叠、15% β-转角、29%无规卷曲；2.5% BBP使碳水指数近乎翻倍，α-螺旋下降超过一半，β-折叠和无规卷曲增加；COO-酰胺指数在中间BBP最高，EM-7.5有较高β-折叠和无规卷曲、较低α-螺旋；10% BBP COO-酰胺指数低于对照且更富卷曲。XPS显示C1s、N1s、O1s；BBP增加O1s强度、略降N1s，说明表面氧化官能团增加和肽氮稀释；EM-7.5兼有显著N1s和增强O1s。溶剂解离中可提取蛋白从C到EM-7.5增加，EM-10略降，离子、氢键和疏水结合指数均贡献，EM-7.5最大组合贡献。对接和MD以天然8S球蛋白与纤维素、半纤维素、半乳糖为模型，预测配体位于延伸表面沟槽，纤维素和半纤维素沿β-(1→4)骨架形成多点接触，半乳糖接触较少；约24个直接或近端残基，最佳对接分?7.45，软件报告能量?5.13 kcal mol^?1；200 ns模拟中主链RMSD平台、结合位点环RMSF较低、Rg变化小，持续接触和PCA聚集提示纤维素/半纤维素复合物占据受限构象空间。提出机制包括自由对照、BBP引入水合复杂域、预测蛋白-碳水握手、挤压热剪切对齐以及EM-7.5最高各向异性结果；相关性分析显示WHC、OHC、G′、G″、η*、γ_c和交叉应变强正相关，堆积密度负相关，相互作用域关联最多。研究人员强调该模型为简化300 K条件，不能验证挤压中接触发生，也不能分离膳食纤维单独贡献。

讨论部分将结果整合为多机制工作模型：BBP水合、填料效应、相分离、可能非共价结合和流动诱导排列共同作用，没有单一因果通路；各向异性来自水合、流变、非共价相互作用和结构的协调变化。局限在于完整BBP而非分离纤维、每配方一个干混料和一个挤压批次、MD为单轨迹探索性、SEM为冻干断裂面、感官优越性未验证。研究结论翻译如下：富含纤维香蕉花粉末（BBP）在M-HMMAs中作为升级循环结构化成分。添加2.5–10% BBP提高WHC和OHC，降低堆积密度，拓宽粒径分布，并增强水合共混物的弹性和剪切变稀特征。在简化300 K模型下，对接和MD预测MBP与选定纤维素、半纤维素和半乳糖之间持续氢键和疏水接触。由于使用完整BBP而非分离纤维组分，膳食纤维的具体贡献不能与其他粉末成分分开。在配方尺度，7.5% BBP兼具最高观察到的机械各向异性、内聚层状外观以及中间仪器硬度和咀嚼性。其他BBP水平有利于不同终点，强调需针对预期功能优化MBP与BBP比例。总体，配方水平证据支持将香蕉花和其他未充分利用、富含纤维植物副产物用作肉类似物功能结构剂。未来工作将把原子级和粗粒化模拟与实测热、压力、水合和剪切历史耦合，以更真实近似挤压并检验提出的多尺度机制。