挤出温度和后热处理对高水分挤出酵母蛋白肉类似物中纤维结构形成及稳定性的协同作用

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》:Synergistic effects of extrusion temperature and post-heat treatment on fibrous structure formation and stability in high-moisture extruded yeast protein meat analogs

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月31日 来源:Innovative Food Science & Emerging Technologies 6.9

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  摘要纤维结构是衡量肉替代品质量的关键因素。本研究探讨了挤压温度(160–175°C)和热处理(蒸煮、 boiling 和烘焙)如何调节高水分挤压酵母蛋白(YP)中的纤维结构形成和稳定性。在含水量为55%的情况下,提高挤压温度促进了蛋白质的有序排列,强化了纤维结构的形成,其方向性组

  

摘要

纤维结构是衡量肉替代品质量的关键因素。本研究探讨了挤压温度(160–175°C)和热处理(蒸煮、 boiling 和烘焙)如何调节高水分挤压酵母蛋白(YP)中的纤维结构形成和稳定性。在含水量为55%的情况下,提高挤压温度促进了蛋白质的有序排列,强化了纤维结构的形成,其方向性组织的程度通过纤维化指数体现在170°C时达到最高(纤维度=1.15)。值得注意的是,在165°C下挤压的样品呈现出多孔层状结构,并且具有较低的热转变温度(126.59°C),这表明其具有较好的热响应性,使其适合作为热处理的原料。热处理在挤压之后起到了定形的作用。在各种处理方法中,烘焙处理得到的产品与牛肉的质地最相似(相似度92.5%),感官评分也最高(84.3%),这可能与产品的硬度、咀嚼性和结构紧密性有关;而蒸煮处理则使纤维度达到1.29,提高了产品的弹性和内聚性,并使次级结构的比例增加到68.66%。这些变化可能与微观结构的重组、水分的重新分布、构象的有序排列以及分子间相互作用力的增强有关。优化后的产品具有理想的营养成分:每100克含82.2克蛋白质、2.1克脂肪,不含胆固醇,铁和锌的含量相对高于基于牛肉和大豆蛋白的肉替代品,EAA/TAA比值为44.1%。总体而言,挤压温度控制着纤维结构的形成,而热处理则进一步稳定了纤维网络,为开发基于酵母蛋白的肉替代品提供了理论依据。

引言

传统肉类在全球饮食中提供了约15%的蛋白质来源,但其生产日益受到资源消耗高和潜在公共卫生风险的挑战(Nassar, 2026)。在这种背景下,肉替代品,尤其是基于真菌蛋白的产品,作为可持续的蛋白质来源受到了越来越多的关注(Yan et al., 2026)。生命周期评估进一步表明,真菌蛋白的生产对环境的影响远低于传统蛋白质来源,这突显了其在可持续食品生产中的潜力(Cedeno et al., 2025)。
酵母蛋白(YP)因其良好的营养成分和功能性而成为一种有前景的替代蛋白质。按干物质计算,YP的蛋白质含量超过40%,高于豌豆(25.1%)、小麦(12.25%)和大豆(35%)(Chor?ziak et al., 2025)。值得注意的是,纯化的YP成分在干物质基础上的蛋白质含量可超过80%,使其可与用于食品的常规植物蛋白分离物相媲美。此外,YP的脂肪含量低(干物质基础上1–5%),不含胆固醇,并具备持水能力等理想的功能特性,因此非常适合用于肉替代品(Wang et al., 2025)。例如,Guo等人(2024)发现,在低脂猪肉香肠中,添加酵母蛋白浆(蛋白质粉与水的比例为1:1)作为脂肪替代品,可使结合水含量增加25%,从而显著提升产品的持水能力。在肉替代品的制作中,将YP以干物质基础上10%的比例与紫红菇菌丝结合使用,显著改善了产品的硬度、咀嚼性和多汁性,使其与对照组相比在感官上与鸡胸肉的相似度提高了35.7%(Nian et al., 2026)。然而,YP在肉替代品加工过程中缺乏天然的纤维结构,因此需要有效的结构化技术来生成类似肉的质地。
高水分挤压(HME)是目前生产具有各向异性和纤维结构的肉替代品的最成熟技术之一(Schmid et al., 2022)。在HME过程中,蛋白质会发生变性、排列、聚集和相分离,这些过程被认为有助于纤维的形成(Guyony et al., 2023)。在关键工艺参数中,挤压温度和含水量对纤维结构的发展起决定性作用。先前的研究表明,在110–150°C范围内提高挤压力度可以促进豌豆蛋白系统的纤维形成(Nisov et al., 2022; Sun et al., 2023)。为了改善质地,大多数研究集中在混合蛋白系统上,如YP和豆蛋白的混合物(Xia, Shen et al., 2023)。然而,不同蛋白质成分之间的相互作用使得难以区分YP对蛋白质排列、聚集和纤维结构发展的实际贡献。因此,作为单一蛋白质来源的YP在HME过程中的结构行为仍不完全清楚。此外,尽管挤压温度和含水量被认为是关键工艺参数,但它们在单组分YP系统中调控纤维结构形成方面的作用尚未得到系统研究。这是合理设计无添加剂酵母蛋白肉替代品的重要知识空白(Liu et al., 2025)。
除了挤压加工外,肉替代品在后续烹饪过程中的结构变化和稳定性对于实际应用同样重要。不同的热处理方法可能对蛋白质的变性、水分迁移和质地发展产生不同影响,从而影响最终产品的质量。尽管有许多研究比较了烹饪方法对植物基肉替代品质量的影响,但这些研究主要集中在烹饪后的质地或感官特性上。特别是在基于YP的高水分挤压制品中,挤压过程中形成的纤维结构的演变和稳定性仍很大程度上未被探索。此外,挤压温度和热处理对纤维结构稳定性的综合影响也尚未得到系统研究。
因此,本研究使用YP作为唯一蛋白质来源,在160–175°C的挤压温度下制备高水分肉替代品,以探讨挤压温度与单组分YP系统中纤维结构发展之间的关系。根据选定的挤压条件,随后进行了蒸煮、煮沸和烘焙处理,以评估后处理过程中纤维结构及相关质量属性的变化。与主要研究混合蛋白系统或单独挤压加工的先前研究不同,本研究结合了挤压参数优化和热处理,全面评估了基于YP的肉替代品中纤维结构的形成及其稳定性变化。这些发现有助于阐明YP在高水分挤压过程中的结构行为及其在后处理过程中的结构演变,并为工艺优化和开发具有更好质地和烹饪适应性的无添加剂酵母蛋白肉替代品提供依据。

章节摘录

材料

所使用的YP粉末由安徽安琪酵母有限公司(中国湖北省)提供,其成分包括:87.30克/100克蛋白质、2.30克/100克脂肪、1.69克/100克总膳食纤维和1.45克/100克水分。
本研究中使用的其他所有化学品均为分析级。

YP-HMMA的制备

酵母蛋白高水分肉替代品(YP-HMMA)的制备方法参考了Xia, Song等人(2023)的研究方案,并进行了一些修改。实验使用的是双螺杆挤出机(FMHE22–32,FUMACH,湖南长沙)。

HME温度和含水量对YP-HMMA宏观结构和加工性能的影响

对YP-HMMA的形态观察表明,挤压温度和含水量显著影响了纤维结构的形成和加工性能(图1)。在含水量为55%时,只有在160°C时才能观察到的明显纤维结构,但此时挤出流动性较差且出现部分堵塞现象;当温度升至165°C时,挤出物变得无定形;而在170°C时,尽管存在一定程度的各向异性,流动仍然不稳定。

结论

总体而言,本研究表明挤压温度和热处理在调节高水分挤压YP-HMMA的纤维结构形成和稳定性方面起着不同但互补的作用。在含水量为55%时,挤压温度影响了蛋白质的排列和各向异性结构的发展,165°C被确定为关键的结构转变点,因为在此温度下产品具有多孔层状结构、良好的加工稳定性和热转变特性。

作者贡献声明

Xingmei Yan:软件开发、实验设计、数据分析、初稿撰写。Kai Zhou:资金申请、概念构思、审核与编辑。Xinlian Su:实验方法设计。Lingli Nian:数据分析。Hui Zhou:实验方法指导。Baocai Xu:项目监督、资源协调、资金申请和概念构思。

未引用文献

Wen, Kim和Park, 2022

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本研究工作的财务利益或个人关系。所有作者均可以完整访问研究中的所有数据,并对数据的完整性和数据分析的准确性承担全部责任。

致谢

本研究得到了安徽省关键科技项目(编号:202523n10050004)和中央高校基本科研业务费(编号:PA2025GDGP0026和PA2025GDSK0093)的支持。
Xingmei Yan|Kai Zhou|Xinlian Su|Lingli Nian|Hui Zhou|Baocai Xu
中国合肥市教育部生物工艺工程研究中心,邮编230601
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