高水分挤压生产的大豆基挤压食品中异味的酶促调控机制:一种宏观-微观双重途径机制

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》:Enzymatic modulation of off-flavor behavior in soy-based extrudates from high-moisture extrusion: A macroscopic–microscopic dual-pathway mechanism

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年11月02日 来源:Innovative Food Science & Emerging Technologies 6.9

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  摘要通过高水分挤压(HME)技术生产的大豆基肉类替代品通常会保留一些令人不悦的化合物,这限制了其感官品质。本研究探讨了转谷氨酰胺酶(TGase)、漆酶(LAC)和过氧化氢酶(CAT)对大豆基HME挤出物的纤维结构、感官品质、特定挥发性异味化合物以及蛋白质结构特性的影响。结果表明,

  

摘要

通过高水分挤压(HME)技术生产的大豆基肉类替代品通常会保留一些令人不悦的化合物,这限制了其感官品质。本研究探讨了转谷氨酰胺酶(TGase)、漆酶(LAC)和过氧化氢酶(CAT)对大豆基HME挤出物的纤维结构、感官品质、特定挥发性异味化合物以及蛋白质结构特性的影响。结果表明,酶处理可以改变纤维结构并调节这些化合物的异味特性,但效果因酶的类型和添加量而异。在所有测试的处理方法中,0.2%的漆酶在减少异味、改善纤维结构和提高感官品质方面表现最佳。综合证据表明,酶介导的蛋白质重组可能在不同结构层面上影响异味行为:在宏观层面上,纤维网络的组织结构可能影响挥发性物质的迁移和释放;在微观层面上,蛋白质构象的变化和疏水性的改变可能影响蛋白质与风味的相互作用。这些发现突显了酶辅助结构调节在提升大豆基HME挤出物感官品质方面的潜力。

引言

植物基肉类替代品(PBMAs)已成为动物源肉类的有前景的替代品(Aghagholizadeh & Rigi, 2025)。高水分挤压(HME)技术常用于从植物蛋白中生成类似肉的纤维结构(Choi, Hahn, & Choi, 2026)。在挤压过程中,高温、高压和剪切作用会导致蛋白质变性、展开、聚集以及结构重组(Zhou et al., 2026)。在冷却阶段,流动引起的方向性组织和温度梯度会促进各向异性结构的形成(Dahl, Bouché, Schlangen, der Goot, & Corredig, 2025; Garina et al., 2027)。
由于其营养价值、功能多样性和工业适用性,大豆蛋白是目前用于HME基PBMAs的最广泛使用的基质(de Boer, Capuano, Kers, & van der Goot, 2025)。然而,大豆基肉类替代品常常带有令人不悦的豆腥味、草腥味和脂肪味,这些味道与挥发性醛类、酮类和醇类化合物有关(Ma et al., 2026; Wang, Dong, Sun, Chen, & Zhang, 2026)。除了加工过程中这些化合物的形成外,它们的保留和释放还可能受到周围蛋白质基质的影响(Jiang, Yang, & Li, 2024)。蛋白质构象的变化可能会影响风味结合区域的 accessibility(Li et al., 2025a),而基质组织的变化则可能影响挥发性物质的迁移和释放(Jiang, Yang, & Li, 2025)。因此,在HME过程中同时调节蛋白质构象和纤维结构可能是改善大豆基PBMAs感官品质的有效策略。
酶修饰为在食品加工中调节蛋白质构象和网络形成提供了有希望的途径(Kaur, Mao, Beniwal, Abhilasha, & R., Chian, F. M., & Singh, J., 2022; Li et al., 2024)。转谷氨酰胺酶(TGase, EC 2.3.2.13)和漆酶(LAC, EC 1.10.3.2)是两种常见的参与蛋白质交联的酶(Sun et al., 2025)。TGase 促使谷氨酰胺残基和赖氨酸残基之间形成 ε-(γ-谷氨酰)赖氨酸共价键,从而促进蛋白质聚集和凝胶网络的形成(Akbari, Razavi, & Kieliszek, 2021)。作为一种氧化酶,漆酶可以通过参与含有酪氨酸残基的酚类底物的自由基偶联反应来增强蛋白质网络(Li, Liu, Kermasha, & Karboune, 2021)。相比之下,过氧化氢酶(CAT, EC 1.11.1.6)可能通过调节与二硫键形成相关的氧化条件间接影响蛋白质交联(Zhang, Chen, Chen, Hou, & Hu, 2019)。
研究表明,在HME系统中,TGase 可促进蛋白质聚集,增强分子间相互作用,并改善沿挤压方向的纤维结构(J. Zhang et al., 2021; Zhang et al., 2023)。漆酶已被用于改善含有甜菜红 pigment 和糖 beet pectin 的 PBMAs 的功能特性(Sakai, Sato, Okada, & Yamaguchi, 2022)。最近的研究(Li et al., 2026)发现,TGase 和漆酶可促进 HME 过程中的蛋白质重排和交联,这些变化伴随着纤维结构和质地特性的改善。过氧化氢酶对过氧化氢的调节也与食品蛋白系统中的二硫键形成和蛋白质网络发展有关(Yu et al., 2025)。尽管这些酶的催化机制不同,但它们通常在中等温度(约40–60°C)下表现出较高的活性(EFSA Panel On Food Contact Materials et al., 2023; EFSA Panel On Food Contact Materials et al., 2024; Kieliszek, 2026),具体取决于酶的来源和制备方式。因此,它们主要在 HME 的早期低温阶段发挥作用。当材料进入挤压机的高温区时,这些酶可能会受到显著的热失活(Deeth, 2021)。因此,早期酶诱导的蛋白质相互作用可能会影响随后在高温、剪切和冷却条件下的蛋白质重排。
最近的研究进一步将蛋白质结构修饰和基质网络形成与 HME 过程中的风味行为联系起来。Jiang 等人(2025)发现,挤压过程中挥发性化合物的变化与蛋白质构象变化及基质网络逐渐形成有关,表明更密集的网络可以增加对挥发性物质扩散的抵抗力。Yan 等人(2026)发现,增强的共价交联促进了纤维形成和凝胶强度的提高,从而使 HME 挤出物的纤维层更加均匀,豆腥味减轻。Jiang、Yang 和 Li(2026)进一步证明,挤压条件和外源性添加剂影响了 HME 过程中的纤维结构发展和风味特性。Zeng 等人(2026)指出,结合酶处理和多糖使用可以同时提升 HME 挤出物的结构和风味品质。他们认为,异味的减少与蛋白质结构变化、风味结合位点的可及性改变以及风味在致密凝胶网络中的封装有关。这些研究表明,蛋白质结构修饰和基质网络形成与 HME 过程中的风味行为密切相关。
虽然先前的研究表明结构修饰会影响 HME 过程中的风味行为,但酶处理如何通过基质网络组织和蛋白质与风味之间的相互作用来调节风味感知仍需进一步研究。在本研究中,TGase、LAC 和 CAT 分别以不同的添加量添加到相同 HME 条件下处理的大豆基原料混合物中。研究综合了感官评估、气相色谱-质谱(GC–MS)分析、结构表征和分子模拟方法来探讨酶介导的异味调节机制。本研究重点关注了两个方面:宏观的纤维网络组织和微观的蛋白质与风味相互作用。

章节片段

材料

大豆蛋白分离物(SPI,蛋白质含量:90.8?±?1.63%)、大豆蛋白浓缩物(SPC,蛋白质含量:69.4?±?1.35%)和大豆粕(SBM,蛋白质含量:52.1?±?1.55%)由山东禹王生态食品工业有限公司提供(中国山东)。食品级的转谷氨酰胺酶(100,000?U/g)和漆酶(100,000?U/g)购自河南捷恒生物科技有限公司(中国河南),食品级的过氧化氢酶(100,000?U/g)购自河南巨灿生物工程有限公司(中国河南)。KBr……

颜色分析

HME 过程中的颜色变化反映了加工过程中的化学和结构变化(Chen et al., 2022; Zahari et al., 2020)。对于 L* 和 a* 来说,酶类型和添加量之间存在显著交互作用(p?p?>?0.05)(表 S1)。如图 S2a 所示,经 0.2–0.5% TGase、0.3–0.5% 漆酶和 0.3–0.5% 过氧化氢酶处理的 HME 挤出物中 L* 显著降低(p

结论

酶处理改变了大豆基 HME 挤出物的纤维结构和异味特性,不同酶类型和添加量的效果各不相同。在所有测试的处理方法中,0.2% 漆酶在减少异味、改善纤维结构和提高感官品质方面表现最佳。随着酶添加量的进一步增加,异味程度先降低后趋于稳定,而某些异味化合物的浓度又有所上升。

CRediT 作者贡献声明

曹睿:撰写初稿、方法设计、数据管理。马健:数据可视化、实验设计、数据管理。张文涛:项目监督、资源协调。李雪杰:方法设计、概念构思。蒋伟波:项目监督、资源协调、项目管理、资金筹措、概念构思。

未引用的参考文献

Frisch et al., 2009
Guyony, Fayolle and Jury, 2023
国际标准化组织,2006
国际标准化组织,2023
Yan et al., 2026
Zhang, Kang, Cheng, Cui and Abd El-Aty, 2022
Zhang, Fu, Liu and Shen, 2021

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了农业科技重大项目的支持。
Rui Cao|Jian Ma|Wentao Zhang|Xuejie Li|Weibo Jiang|Jian Li
中国轻工业联合会植物基食品绿色低碳加工技术重点实验室,北京工商大学食品与健康学院,北京 100048,中国
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