各向异性结构调控高水分大豆蛋白挤出物：从纤维形态形成到质构性能

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Anisotropic structuring of high-moisture soy protein extrudates by bamboo shoot dietary fiber: From fibrous morphogenesis to textural performance

　　

摘要

高水分挤压（HME）是生产植物基肉类似物的主要技术，但形成高度各向异性的纤维结构和肉样质构仍然具有挑战性。膳食纤维（包括可溶性和不可溶性成分）已成为改善高水分蛋白挤出物结构与品质特性的有前景的结构成型剂。本研究将竹笋膳食纤维引入高水分大豆蛋白挤压体系，研究了不同纤维添加水平（0–15 wt%）对挤出物纤维结构和质构特性的影响。结果表明，以不可溶性膳食纤维为主的竹笋膳食纤维的添加显著提高了蛋白挤出物的亮度。当纤维含量超过12 wt%时，出现了清晰的纤维结构并表现出显著的各向异性排列。与无纤维对照组相比，富纤维挤出物的硬度和咀嚼性降低，表明挤出物基质呈现渐进软化。此外，富纤维挤出物干燥后弯曲强度增强，而在9 wt%时，其复水过程中的吸水能力增加了高达71.7%。这些发现表明，竹笋膳食纤维在调控高水分大豆蛋白挤出物的纤维结构形成、质构特性和水分迁移方面发挥重要作用，为定制植物基肉类似物的结构和质构特性提供了潜在策略，同时促进了膳食纤维的增值利用。

引言

在人口快速增长、环境担忧日益加剧以及消费者对更健康饮食偏好的推动下，植物基肉类似物作为传统肉类的可持续替代品已获得显著发展势头（Ali & Bharali, 2025）。高水分挤压（HME）是制造肉类似物的重要技术。通过施加可控的剪切力、热和水分，HME引导蛋白排列和网络形成，产生与天然动物肌肉极为相似的纤维质构（Guyony, Fayolle, & Jury, 2022; Zhang et al., 2022）。单蛋白体系的一个主要局限在于，在热机械加工下易发生过度聚集和凝胶化，这不可避免地损害加工稳定性，并导致挤出物缺乏强韧的纤维网络和明确的质构特征（Zhang, Zhao, et al., 2022）。近年来，多组分配方作为一种有前景的对策应运而生，能够精确调节HME过程中蛋白的理化反应（Zhang, Zhao, et al., 2022）。值得注意的是，多糖在这方面已证明具有重要价值（Rolandelli & Eeckhout, 2026），可作为蛋白聚集、相行为和超分子组织的多面调节剂，为设计具有更优质构特性的肉样结构开辟了途径。

作为富含多糖的功能性原料，膳食纤维在调节蛋白挤出物品质特性方面具有巨大潜力。先前的研究表明，不可溶性膳食纤维（IDF）可以显著影响大豆蛋白在高水分挤压过程中的结构化行为（Deng et al., 2023; Wang et al., 2026）。先前的一项研究（Deng et al., 2023）报道，大豆IDF促进了丝状结构形成并增强了大豆分离蛋白挤出物的机械各向异性。另一项研究（Li et al., 2024）表明，膳食纤维的添加改变了高水分大豆蛋白挤出物的流变行为、水分分布以及结构和质构特性。然而，不同植物来源膳食纤维所报道的效果并不完全一致（Rasul et al., 2025）。例如，有报道称不可溶性枣果纤维主要影响蛋白基质的填充和桥接，对质构化程度的改善有限（Yuliarti et al., 2025）。这些差异表明，某一膳食纤维体系的结结构效果不一定能直接外推至另一体系，突显了在特定高水分挤压体系中评估各纤维来源的必要性。在潜在的膳食纤维来源中，竹笋及其加工副产品含有丰富的膳食纤维，具有可观的增值利用潜力。本研究使用的竹笋膳食纤维（BSDF）主要由不可溶性膳食纤维组成。因此，BSDF代表了一个IDF主导的膳食纤维体系，而非纯化的单一IDF组分。虽然IDF可以影响高水分大豆蛋白挤出物中的结构形成（Wang et al., 2025），但IDF主导的膳食纤维体系BSDF对各向异性结构形成、水分行为和机械响应的剂量依赖效应仍未得到充分理解。植物来源的不可溶性纤维还可以改变大豆蛋白基挤出物的结构和力学性能（Yuliarti et al., 2025）。因此，竹笋膳食纤维在高水分大豆蛋白挤压中的结构调节潜力仍有待进一步阐明。

在本研究中，将BSDF引入大豆分离蛋白（SPI）以构建具有不同BSDF与SPI质量比的复合挤压体系。研究了BSDF添加对高水分大豆蛋白挤出物各向异性结构形成、水分分布和质构特性的影响。讨论了BSDF调控质构化过程中结构各向异性、水分重分布和机械响应之间的协同关系。所获得的知识将推进对膳食纤维调控高水分SPI挤出物质构化的理解，并为BSDF在植物基肉类似物中的合理利用提供科学依据。

章节摘要

材料

BSDF来源于毛竹春笋，由亲和有限公司（中国西安）提供。BSDF的膳食纤维组成按照酶法重量法测定（Tang, Wu, Zhang, Kan, & Zheng, 2022）。BSDF主要由不可溶性膳食纤维组成，IDF/SDF比约为19:1。商业SPI由裕王生态食品工业有限公司（山东，中国）提供。本研究中使用的其他所有试剂均为分析纯。

HME实验

宏观结构

图1a展示了不同BSDF掺混水平下，沿挤压方向平行和垂直撕裂的挤出物的宏观结构变化。SF0样品撕裂表面未显示出有规律排列的纤维结构，呈现粗糙且不均匀的形态。这种有限的取向可能归因于SPI单独形成的相对均一的蛋白基质。随着BSDF掺混水平的提高，撕裂面上逐渐形成明显的抛物线模式

结论

BSDF的添加促进了高水分大豆蛋白挤出物中定向纤维结构的形成，在9–15%掺混水平下表现出明显的各向异性特征，并产生了更浅、更黄的外观。复水、MRI和LF-NMR分析共同表明基质内的吸水能力和水分迁移增强。质构和流变测量显示湿挤出物的硬度和咀嚼性降低，保持以弹性为主的行为，并增加了弯曲阻力

CRediT作者贡献声明

秦敬锋：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，可视化，验证，调查，数据管理。温丽华：监督，调查，正式分析，数据管理。徐敬鑫：验证，调查。郑宝东：监督，资源，项目管理，资金获取。郑义鑫：撰写——审阅与编辑，监督，资源，资金获取，正式分析，数据管理，概念化。

未引用参考文献

Zhang, Chen, Kaplan and Wang, 2022

利益冲突声明

作者声明没有已知的竞争财务利益或个人关系可能会影响本文报告的工作。

致谢

本研究得到了福建省自然科学基金（批准号 2026J001299）和福建农林大学行业资助科技项目（批准号 KH240367A）的支持。

秦敬锋 | 温丽华 | 徐敬鑫 | 郑宝东 | 郑义鑫

福建农林大学食品科学学院，福建福州 350002