《Food and Bioproducts Processing》：Fabrication and texture evaluation of rice protein-based fibers/glucomannan composite gels as potential meat substitutes
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摘要植物基肉类替代品是有前景的可持续蛋白质来源。本研究旨在制备米蛋白纤维与葡甘露聚糖凝胶的复合凝胶，并评估其作为肉类替代品的潜力。采用湿法纺丝结合藻酸盐离子交联的方法制备了模拟肉类肌纤维的米蛋白纤维。制备了具有不同纤维含量的复合凝胶块，并通过机械测试评估了其质地特性。复合凝胶
摘要
植物基肉类替代品是有前景的可持续蛋白质来源。本研究旨在制备米蛋白纤维与葡甘露聚糖凝胶的复合凝胶，并评估其作为肉类替代品的潜力。采用湿法纺丝结合藻酸盐离子交联的方法制备了模拟肉类肌纤维的米蛋白纤维。制备了具有不同纤维含量的复合凝胶块，并通过机械测试评估了其质地特性。复合凝胶的硬度和弹性模量随纤维含量的增加而增加。复合凝胶经过冻融处理后进行烧烤。该处理显著提高了硬度和弹性模量，在纤维含量为 30–40?wt% 时，达到最大硬度 5.7?MPa 和弹性模量 0.55?MPa。这些数值与烤猪大腿肉相当，其硬度为 4.9?MPa，弹性模量为 0.52?MPa。本研究成功开发了模仿真实肉类机械特性的复合凝胶。为了实际应用，还需要进行包括感官测试、营养评估和烹饪质量评估在内的进一步研究。
引言
据联合国估计，到 2050 年世界人口预计将达到 96 亿（联合国，2024），这种快速增长预计将造成严峻的食物短缺。具体而言，由于经济发展以及发展中国家饮食西化导致的肉类需求增加，可能会导致全球蛋白质危机。多年来，肉类主要由畜牧业供应。然而，日益增长的环境和伦理担忧，以及不断提升的健康意识，刺激了人们对作为畜牧业替代品的可持续蛋白质食品生产的巨大兴趣（Dumont 等，2018）。植物基肉类替代品已成为一个有前景的候选者，近年来其发展和商业化进展迅速（McClements & Grossmann，2021）。在结构上，动物肉由成束的肌纤维组成，直径为几十微米（Ozawa 等，2000，Kim 等，2013）。因此，复制这种排列的纤维结构是在植物基替代品中模拟肉类理想质地的关键。为了实现这一点，开发了各种质地化技术，如挤压法、剪切细胞法、冷冻取向法和湿法纺丝法（Dekkers 等，2018，Boukid，2021）。挤压法对脱脂大豆等材料施加高剪切力和热量，由于生产效率高，是主要的商业方法（Chiang 等，2019，Zahari 等，2020，Zhang 等，2023）。剪切细胞处理使用更温和的剪切和较低的温度来排列蛋白质混合物（Krintiras 等，2015，Krintiras 等，2016，Ajay 等，2025）。作为一种替代方法，冷冻取向法涉及前体溶液的缓慢冷冻和随后的凝胶化，以产生块状的肉类替代品，其中排列的纤维结构沿着由温度梯度产生的冰晶模板形成（Chantanuson 等，2022，Kobayashi 等，2022，Chantanuson 等，2024，Chantanuson 等，2025）。
虽然这些成熟的技术依赖外部剪切力或温度梯度来诱导纤维结构的形成，但湿法纺丝方法通过将纺丝溶液挤出并拉伸到凝固浴溶液中，直接制造类似肉的纤维（Cui 等，2022，Cui 等，2023，Wang 等，2025）。作者报告了使用湿法纺丝结合藻酸盐离子交联制备模拟肉类肌纤维的大豆蛋白纤维。所得纤维直径为几百微米，略大于真实肉类中的肌纤维。酶结合纤维块的质地分析显示出与包括猪肉和牛肉在内的真实肉类相当的硬度。这些结果证明了植物基纤维作为肉类替代品肌纤维模拟物的适用性（Nagamine 等，2021，Nagamine 等，2023）。为了实际用作肉类替代品，这些植物基纤维需要形成模仿真实肉类质地的块状物。然而，前述使用蛋白质结合酶的块状形成往往存在由纤维间隙引起的不良口感以及缺乏多汁性的问题。
为了制造类似肉的块状物，提出了一种将植物基蛋白纤维与食品凝胶相结合的方法。采用米蛋白作为纤维生产的原料。水稻作为主食在亚洲广泛种植，日本的自给率接近 100%。水稻含有相对较高的蛋白质含量 6–8%（Shi 等，2022），主要由谷蛋白和醇溶蛋白组成（Padhye 和 Salunkhe，1979）。水稻也用作淀粉糖、米酒和其他产品的原料（Zheng 等，2024）。对于这些应用，使用碱提取（de Souza 等，2016）或酶法（Shih 和 Daigle，2000，Xia 等，2012）分离水稻淀粉和蛋白质。米蛋白因其高营养品质（Tang 等，2026）和低致敏性（Fiocchi 等，2003）而备受重视；因此，将其转化为肉类替代品将有助于农产品的有效利用。与此同时，选择葡甘露聚糖（GM）作为食品凝胶基质。GM 是一种天然多糖，也是传统日本食品魔芋的主要成分。它也被用作胶凝剂和食品增稠剂。与琼脂糖和卡拉胶等热可逆亲水胶体不同，GM 在碱性条件下加热形成热不可逆水凝胶，由于其高弹性和热稳定性，适合作为基质将蛋白纤维塑造成类似肉的块状物（Iijima 等，2021）。此外，与曲尔兰等其他热不可逆水凝胶不同，GM 在冷冻时硬度增加（Jimenez-Colmenero 等，2013，Genevro 等，2019，Gao 等，2026），这表明有可能通过冻融处理来控制复合凝胶的质地。基于这些背景，本研究旨在制备米蛋白纤维/GM 复合凝胶，并评估 GM 浓度、米蛋白纤维含量、烧烤和冻融处理对其质地特性的影响。
章节摘要
米蛋白纤维的制备
纺丝溶液的原料包括米蛋白分离物（RP，蛋白质含量 > 75%；Glico Nutrition Co., Ltd.）、海藻酸钠（NaAlg，Marugo Corporation）和橄榄油（The Nissin Oillio Group, Ltd.），且未经进一步纯化直接使用。本研究中使用的 RP 的主要成分是谷蛋白和醇溶蛋白。然而，作为本研究的一个局限性，由于仪器限制，未对详细的蛋白质组成进行定量分析。橄榄油被
RPFs 和复合凝胶的制备
RPFs 可通过湿法纺丝结合藻酸盐离子交联持续生产（图 1a）。从显微图像（图 1b）评估的 RPFs 平均直径为 185 ± 30 μm，略厚于真实肉类肌纤维（50–100 μm）（Ozawa 等，2000，Kim 等，2013）。通过烘干失重法测定的 RPFs 水分含量为 72?wt%，接近真实肉类。为了粗略估计 RPF 强度，质地测量
结论
通过湿法纺丝制备了米蛋白纤维（RPFs），并与葡甘露聚糖（GM）基质凝胶结合制备作为肉类替代品的复合凝胶。通过增加 RPF 含量并施加后处理（冻融和烧烤），包括硬度和弹性模量在内的机械性能显著增强。因此，优化至 30–40?wt% RPF 和后处理的复合凝胶成功复制了烤猪大腿肉的机械质地。
CRediT 作者贡献声明
Kentaro Matsumiya: 写作 – 审阅与编辑，监督。Shinsuke Nagamine: 写作 – 初稿，监督，项目管理，调查，数据整理，概念化。Shungo Sato: 调查，数据整理。Kyuya Nakagawa: 写作 – 审阅与编辑，监督。Takashi Kobayashi: 写作 – 审阅与编辑，监督。Takuto Kitawaki: 调查，数据整理。
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的经济利益/个人关系：Shinsuke Nagamine 报告获得 Kubota Corporation 的经济支持。如果有其他作者，他们声明没有任何已知的竞争经济利益或可能影响本论文报告工作的个人关系。
致谢
本工作是与 KUBOTA Corporation 合作开展的。
Shinsuke Nagamine|Shungo Sato|Takuto Kitawaki|Kyuya Nakagawa|Takashi Kobayashi|Kentaro Matsumiya
京都大学工学研究生院化学科学与工程系，日本，京都府京都市西京区，桂校区，615-8510
