通过蛋白质-淀粉相互作用优化酵母蛋白素植物奶酪替代品的熔融拉伸性能

《Food Hydrocolloids》：Optimizing Melt–Stretch Properties in Yeast Protein Vegan Mozzarella Analogues through Protein–Starch Interactions

　　

摘要

本研究通过探究酵母蛋白与木薯淀粉在复合凝胶体系中的相互作用，研究了酵母蛋白在构建莫扎雷拉型植物基奶酪替代品结构中的作用。与传统植物蛋白相比，酵母蛋白的保水能力较低，颗粒尺寸也更小（以1%重量比的蛋白质分散液计），这些特性显著影响了后续凝胶的形成及其功能。研究采用了不同的酵母蛋白与淀粉比例（9:12、12:9、15:6和18:3）来配制奶酪替代品，并系统评估了它们的物理化学性质、流变特性、微观结构以及功能表现。酵母蛋白与淀粉的比例对网络结构、水分分布、脂质排列以及相稳定性有着决定性影响。在酵母蛋白含量较低时，以淀粉为主的基质中含有的自由水比例较高，且缺乏连续的蛋白质网络，从而导致奶酪的熔融性和延展性较差。当酵母蛋白与淀粉的比例为15:6时，可形成均匀的共连续蛋白质-淀粉网络，这种网络能够实现有效的水分固定并控制脂质分布，从而使奶酪的熔融性和延展性达到最佳。而在最高比例18:3的情况下，分子间β-折叠结构增多，导致蛋白质聚集、结构不均匀、水分过度固定以及脂质区域扩大。这些研究结果表明，植物基奶酪替代品的热机械性能主要取决于蛋白质、淀粉、水分和脂质各相的结构整合，而不仅仅取决于蛋白质的含量，这为合理设计高蛋白质含量的植物基奶酪替代品提供了理论依据。

引言

随着全球范围内人们对植物性饮食的青睐，人们对植物基奶酪替代品的需求不断增加，这一趋势得益于人们对其健康益处、环境可持续性以及伦理层面的重视（Judge等人，2022年）。然而，尽管市场发展迅速，但由于口感、风味以及熔融性能等方面的问题，消费者对植物基奶酪替代品的接受度仍然有限（Ali等人，2025年；Ray等人，2025年）。大多数市面上的植物基奶酪都采用以淀粉为基质的配方，这类基质缺乏共连续的蛋白质-淀粉网络，因此导致奶酪的熔融性较差，延展性也不尽如人意（Dobson与Marangoni，2023年）。

在传统的乳制奶酪中，奶酪的熔融延展性能主要由酪蛋白网络决定。热量会削弱酪蛋白分子间的疏水相互作用，同时钙离子会促进分子间交联，从而使得奶酪在保持结构完整的前提下具有流动性和延展性（McClements与Grossmann，2021年；Kathuria等人，2026年）。由于植物蛋白在结构和功能上与乳制酪蛋白存在本质差异，要用植物蛋白模拟出类似的流变和微观结构特征极具挑战性（Kova?evi?等人，2024年）。例如，许多富含球蛋白的豆类蛋白可以通过二硫键以及强烈的分子间聚集作用形成坚硬且不可逆热降解的凝胶，这就给加工带来了困难，比如降低了奶酪的熔融流动性，限制了其弹性变形能力（Zhang等人，2024年）。

为了解决这些问题，人们常常添加琼脂、卡拉胶以及黄原胶等水凝胶物质来提升产品的粘弹性。不过，这类多糖往往会使产品呈现出黏糊的质地，缺乏传统意大利拉丝奶酪所具有的纤维状、高延展性的特点（Ray等人，2025年；Yiu等人，2023年）。玉米醇溶蛋白这类替代蛋白则因其热塑性以及疏水特性，展现出更好的熔融性和延展性（Mattice与Marangoni，2020年）。然而，这类蛋白的营养成分不够均衡，且生产成本相对较高，因此限制了其在更广泛领域的应用。

在这种背景下，源自单细胞生物量的酵母蛋白逐渐成为植物基奶酪配方中一种颇具潜力的替代原料。酵母蛋白具有诸多优势，包括较高的生产效率、较低的环保负担，以及较为均衡的氨基酸组成（Ulhas等人，2023年）。此外，酵母蛋白还具备出色的乳化性能和热稳定性，而这些特性对于构建稳定的蛋白质-脂肪-水分复合基质至关重要（Ma等人，2023年；Ma等人，2024年）。另外，酵母来源的蛋白质和提取物本身就带有鲜味以及类似奶酪的风味，这有望减少对人工调味剂的使用需求（Tomé，2021年）。不过，虽然目前有一些研究关注了酵母蛋白的基本乳化性能（Timira等人，2024年）或其在肉类替代品中的应用（Xia等人，2023年），但将其作为可熔融植物基奶酪的主要结构组分这一潜力至今尚未得到充分探索。尤其是，目前对于酵母蛋白与淀粉之间的相互作用如何调控网络结构、水分分布、脂质排列，进而影响植物基奶酪替代品的熔融性和延展性，我们还缺乏深入的了解。因此，本研究不仅旨在优化酵母蛋白与淀粉的比例，还要阐明配方组成、微观结构与热机械性能之间的内在关联机制。

本研究的目的并非用纯蛋白质网络完全取代淀粉基质，而是通过优化酵母蛋白与淀粉的比例，促使形成共连续的蛋白质-淀粉复合网络。这样的网络有望结合淀粉的热软化特性与蛋白质相带来的弹性增强效果，从而提升奶酪的熔融性和延展性。我们推测，酵母蛋白-淀粉基奶酪替代品的热机械性能由蛋白质-淀粉复合基质的结构决定，而这种结构又受到酵母蛋白与淀粉比例的影响，该比例会通过影响网络结构、水分分布以及脂质排列来调控相关性能。为了验证这一假设，我们采用了多种分析技术，包括CLSM和SEM用于观察微观结构，FTIR用于分析蛋白质的二级结构，TD-NMR用于检测水分的分布和移动情况，同时还进行了流变学测试以研究产品的粘弹性，以及熔融性和延展性测试。

具体而言，我们系统地研究了酵母蛋白与淀粉比例对空间网络形成（如共连续网络与相分离现象）、淀粉颗粒的包裹情况、水分固定程度以及脂肪相行为的影响。通过将这些成分变化与流变特性变化以及产品功能表现相结合，本研究旨在为蛋白质-淀粉复合基质的合理设计提供新的理论依据，也为开发具有精准调控的熔融性和延展性的新一代植物基奶酪替代品奠定科学基础。

章节节选

材料

酵母蛋白（AngeoProF84，蛋白质含量≥80%）由安琪酵母股份有限公司（中国宜昌）提供。大豆分离蛋白和豌豆分离蛋白分别从山东裕信生物技术有限公司（中国山东）和Emsland-St?rke GmbH（德国埃姆利希海姆）采购。用于配制酵母蛋白基奶酪替代品的木薯淀粉、椰子油、κ-卡拉胶以及琼脂则购自韩国杨州东阿食品有限公司、越南永隆省Luong Quoi Coconut Co., Ltd.

酵母蛋白的湿重含量、水合度以及颗粒尺寸分布

湿重含量是影响蛋白质基食品的质地和感官特性的重要功能参数。如图1A所示，酵母蛋白的湿重含量明显低于大豆分离蛋白和豌豆分离蛋白，分别为179%，而大豆分离蛋白为379%，豌豆分离蛋白为552%（P<0.05）。大豆分离蛋白之所以具有更高的湿重含量，是因为其中含有较多亲水性氨基酸，如谷氨酸、天冬氨酸和精氨酸，这些氨基酸可以通过氢键和静电作用促进水分与蛋白质之间的结合。

结论

本研究结果表明，莫扎雷拉型植物基奶酪替代品的性能主要与酵母蛋白与淀粉的比例有关，而非仅与酵母蛋白的含量相关。在所有测试的配方中，YCA15配方（酵母蛋白与淀粉的比例为15:6）的熔融性和延展性达到了最佳平衡，这说明只有选择合适的酵母蛋白与淀粉比例，才能构建出一种在受热时能够软化，同时又能保持足够结构连续性的蛋白质-淀粉-脂质复合基质。

作者贡献说明

韩圭美：负责原文撰写、可视化处理、结果验证、方法设计、实验研究、正式分析、数据整理以及概念构思工作。崔珠媛：同样参与原文撰写、可视化处理、结果验证、方法设计、实验研究、正式分析、数据整理以及概念构思工作。Imm吉英：负责文章审阅与编辑、项目监督、资源协调、项目管理、资金筹集以及概念构思工作。

未引用参考文献

Wang和Maximiuk，2021年；Guo等人，2023年；Kova?evi?等人，2024年；Dobraszczyk等人，2006年；Lu等人，2025年；Ma等人，2023年；Mounsey和O’Riordan，2001年；Rohithkumar等人，11月发表的文章。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。

数据可用性

数据将在收到请求后予以提供。

资金来源

该研究由韩国食品、农业、林业技术规划评估研究院（IPET）通过高附加值食品技术发展计划资助，该计划由韩国农业、食品及农村事务部（MAFRA）提供支持（项目编号RS-2026-25513907）。

利益冲突声明

? 作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。

致谢

本研究得到了韩国食品、农业、林业技术规划评估研究院（IPET）通过高附加值食品技术发展计划的支持，该计划由韩国农业、食品及农村事务部（MAFRA）提供资金支持（项目编号RS-2026-25513907）。作者们对资助方表示衷心的感谢。

Ju-Won Choi|Gyu-Mi Han|Jee-Young Imm

韩国高丽大学食品营养系，首尔，02707，韩国