水胶体类型与混合温度对豌豆基组织化植物蛋白（TVP）汉堡功能、流变及烹饪品质的交互影响

《Foods》：Effects of Hydrocolloid Type and Mixing Temperature on the Properties of Pea-Based Texturized Vegetable Protein Burgers

　　

鉴于对纤维素衍生物水胶体替代品的兴趣日益增长，研究人员评估了车前子（psyllium）与甲基纤维素（methylcellulose, MC）、羟丙基甲基纤维素（hydroxypropyl methylcellulose, HPMC）及其组合相比，对豌豆基组织化植物蛋白（texturized vegetable protein, TVP）的功能与流变特性以及相应植物基汉堡技术性质的影响。研究人员还考察了混合温度（5–25 °C）的影响。水胶体添加对水溶性（water solubility）和油吸收（oil absorption）影响有限，而添加车前子导致较低的水吸收能力（water absorption capacity, WAC），水胶体混合物提高了受试豌豆基TVP体系的起泡能力（foaming capacity）和起泡稳定性（foaming stability）。黏度（viscosity）显著受温度和水胶体类型影响，而扭矩（torque）主要取决于水胶体类型及其与温度的交互作用。烹饪前，汉堡硬度（hardness）主要受混合温度影响；烹饪后，主要受水胶体类型影响。含车前子的汉堡在10和15 °C下表现出相对较低的熟制硬度，而含MC和HPMC的汉堡表现出较高的熟制硬度。烹饪损失（cooking loss）受温度、水胶体类型及其交互作用影响，其中MC表现出明显的温度依赖性行为，水胶体混合物在15 °C下提供最低的损失。总体而言，水胶体功能性取决于水合条件、混合温度和后续热处理，且没有一种配方在所有技术性质上表现出始终优越的性能。

全球人口预计到2050年接近100亿，环境问题推动膳食模式和食品生产系统转变；畜牧业资源密集，温室气体排放、土地利用和水耗较高，因此需要开发可持续替代蛋白以降低对传统肉生产的依赖。肉类似物旨在利用非动物蛋白复制传统肉的感官、营养和结构特征，但多数植物蛋白为球状，需经组织化以排列和重组构象，从而更接近肉的外观与口感。低水分（低于40%）挤压可形成膨胀的干燥多孔基质TVP，使用前需复水；TVP可用于汉堡、鸡块和香肠，其中汉堡应用最广，但TVP单独常不能保证加工和烹饪过程中足够的内聚性、持水性和热稳定性。水胶体常作为稳定剂、增稠剂和乳化剂，与植物蛋白相互作用并增强结构基质。MC为化学改性纤维素衍生物，冷水可溶，加热凝胶化；HPMC热凝胶阈值更高；车前子为天然可溶性膳食纤维，具有较强水结合和增黏能力，可通过物理相互作用和链缠结形成弱凝胶。混合温度影响水胶体功能及蛋白水合、展开、聚集和交联。已有研究多涉及大豆分离蛋白、小麦或豌豆分离蛋白，车前子与豌豆TVP汉堡在不同加工条件下，尤其混合温度与水胶体类型交互作用，仍表征不足。因此，研究人员以豌豆基TVP为基质，比较无添加、车前子、MC、HPMC及三者等比例混合物（1:1:1，总添加量1%（w/w）），在5、10、15和25 °C下混合，评估功能、流变、汉堡烹饪和质构性质，并以PCA整合。结论表明，水胶体效应取决于所考察性质和加工条件；混合温度主要影响烹饪前稠度，水胶体类型主要影响烹饪后质构；没有配方在所有技术性质上一致优越；车前子仅在部分指标上表现可与MC或HPMC相比。该研究为植物基汉堡配方和混合温度选择提供依据，并提示单一指标不能预测最终产品性能。

关键技术方法（含样本来源）：采用黄豌豆来源TVP（70%蛋白、9%水分；Giusto Faravelli S.p.A.，Milan, Italy）及MC、HPMC、车前子（GB Studio，Basaluzzo, Alessandria, Italy）。TVP研磨至750 μm用于功能与流变测试，汉堡制备采用大于4000 μm组分。功能性质测WAC、OAC、WSI、FC和FS；流变用ViscoQuick测黏度、Farinograph测混合扭矩、Mixolab测热机械响应；汉堡测水分、a_w、硬度和烹饪损失；统计采用单因素/双因素ANOVA、Tukey HSD和PCA。

研究结果：
3.1 功能特性：通过WAC、WSI、OAC、FC和FS测定发现，1%水胶体对WSI和OAC无显著影响；MC、HPMC未显著改变WAC，车前子配方WAC显著低于TVP；单一水胶体对起泡性影响有限，三元混合物FC和FS最高，FC显著高于MC或车前子配方，FS显著高于未处理TVP及MC或车前子配方。
3.2 流变学特性：ViscoQuick过量水体系显示，黏度受温度（p<0.0001）和水胶体类型（p=0.0002）显著影响，交互不显著（p=0.2233）；黏度随温度由25降至5 °C而升高，10 °C时车前子配方显著低于MC和HPMC配方，其他温度下水胶体配方间无显著差异。Farinograph限水混合体系显示，扭矩受水胶体类型（p<0.0001）及温度×类型交互（p<0.0001）显著影响，温度主效应不显著（p=0.0711）；MC在5 °C最低、10 °C最高，混合配方在15和25 °C较高，HPMC和车前子体系温度间无显著变化。Mixolab热机械参数各配方间无显著差异。
3.3 汉堡表征：通过烹饪前后硬度和烹饪损失测定发现，烹饪前硬度主要受混合温度主效应影响（p=0.0005），水胶体类型和交互不显著；个别温度有差异但不一致。烹饪后硬度主要受水胶体类型影响（p=0.0001），温度及交互不显著；10和15 °C下含车前子汉堡熟制硬度低于含MC和HPMC者，5和25 °C无显著差异。烹饪损失受温度、水胶体类型及交互显著影响；MC在10 °C最低、25 °C最高，三元混合物在15和25 °C有效降低损失且15 °C最低。水分含量和a_w在配方间无显著差异。
3.4 主成分分析：通过PCA整合黏度、扭矩、烹饪损失、生硬度和熟硬度，前两主成分解释61%总方差（PC1 35.6%，PC2 25.4%）；烹饪损失与生硬度在PC1正侧接近，扭矩方向相反；熟硬度主要位于PC2正侧并与生硬度分离，说明烹饪前稠度与热加工后质构不直接相关；各配方得分部分重叠，表明水胶体类型或混合温度单独不足以解释差异，总体响应来自配方–温度组合。

讨论部分总结：作者强调水胶体以1%（w/w）较低水平添加，效应幅度应在该浓度范围内解释；功能性质用于TVP–水胶体体系的初步表征，并非汉堡性能的直接预测指标；WSI和OAC无变化说明可溶性物质释放和脂质结合未受显著改变；车前子降低WAC可能与水分布和连续相增稠有关，但该机制未直接测定。起泡性最高不能作为汉堡性能证据，因为汉堡中空气掺入未定量。流变结果表明过量水条件下响应主要与温度、连续相黏度和聚合物–溶剂相互作用有关，限水条件下水竞争、聚合物水合和剪切阻力更重要；Mixolab未检出差异也可能与测试条件敏感性有关。功能/流变测试用750 μm TVP，而汉堡用大于4000 μm，颗粒尺寸差异限制直接外推。汉堡方面，烹饪前硬度主要受混合温度控制，烹饪后主要受水胶体类型控制；水分含量和a_w无显著差异，提示硬度与烹饪损失差异不能仅由总水分解释；烹饪损失存在配方×温度交互。PCA支持无单一参数可预测汉堡性能，车前子未在所有指标上一致复制MC/HPMC。作者指出水分布、蛋白–水胶体组织和热诱导结合等机制未直接评估，相关解释需验证。

研究结论翻译：结果表明，水胶体在豌豆基TVP体系中的技术效应取决于所考察的性质和加工条件。未烹饪与烹饪后汉堡的比较表明，热处理前后控制产品行为的主要因素不同。混合温度主要影响烹饪前稠度，而烹饪后质构主要与水胶体类型相关，尽管其潜在机制未被直接研究。
没有单一功能或流变参数足以预测汉堡性能，提示观察到的技术响应反映了配方、混合条件和热处理的综合效应。配方和混合温度的相对重要性取决于所考察的响应。混合温度是与未烹饪汉堡硬度相关的主要因素，而配方主要影响熟制硬度。相比之下，混合扭矩和烹饪损失观察到显著的配方×温度交互作用，表明对于这些响应，配方和混合温度应联合考虑。
在本文研究的配方和加工条件下，车前子影响了TVP体系和汉堡的若干技术性质，但其响应在所测结果中并不始终与MC或HPMC相似。这些结论仅适用于所研究的配方和水胶体水平；需要在更宽浓度范围内进一步研究以确定浓度依赖性功能。此外，进一步研究应评估最有前景的水胶体–温度组合在纳入完整汉堡配方后的感官特性和消费者可接受性。