背景



高水分挤压技术是一个复杂的多输入多输出系统,具有能耗低、产品纤维结构丰富等优点,被认为是食品挤压领域新的发展趋势之一。植物蛋白经过高水分挤压处理后,产品具有类似动物肉的丰富纤维结构和良好的弹性。

全世界每年生产脱脂花生粕500多万吨(蛋白质含量高于55%),大部分用作动物饲料,造成资源浪费。花生蛋白粉色泽亮白,消化率高,无胀气因子和豆腥味。目前以花生蛋白粉作为主要原料进行挤压组织化的研究报道很少,且多为低水分挤压。本团队前期研究发现,可以通过高水分挤压技术制备花生蛋白植物肉产品。然而,由于花生蛋白凝胶力较差,高水分挤压花生蛋白产品品质还有待进一步提高。

挤压过程的本质是热能和机械能以不同的方式以及大小交互输入,并以水为介质,作用于物料的过程,而挤压参数如挤压温度、螺杆构型、螺杆转速、物料水分等改变的最终目的也是改变挤压能量的输入方式或输入量。在植物蛋白挤压组织化过程中,蛋白质、碳水化合物以及少量的油脂,在温度场、压力场和剪切场等物理场的综合作用下发生生物化学反应如蛋白变性、淀粉糊化、美拉德反应等。分子构象如分子量、化学键、二级结构等也相应发生变化,最终形成新的结构和质地。挤压过程中能量输入方式和能量的多少,往往可以通过挤压温度、物料水分以及剪切方式改变,这也是调控组织化/拉丝蛋白品质的关键。

然而能量输入方式对系统响应参数(如机械能耗)和产品品质的影响仍不明确,且不同能量输入顺序和数量对系统响应参数、产品品质影响之间的关系尚未见报道,新型植物蛋白肉产品开发多依靠经验,而挤压过程仍为“黑箱子”。

因此,本文系统研究由挤压温度-物料水分、剪切方式-挤压温度以及剪切方式-物料水分构成的不同的能量输入组合对挤出物纤维结构特征、质构特性和外观品质的调控作用以及对系统响应参数的影响,旨在揭示能量输入组合对高水分花生拉丝蛋白的品质调控作用,并为花生蛋白高水分挤压组织化工艺优化提供依据。研究成果发表在Journal of Food Engineering(2020,264:109668,IF:4.499)上。



研究方法和结果



将花生蛋白在不同能量输入方式(挤压温度、水分含量和剪切方式)下进行高水分挤压,测定挤压过程中的单位机械能耗、模口温度、模口压力等系统响应参数,收集样品后分析其色泽、组织化度、硬度、弹性、抗拉伸力,并分析其相关性,以阐明能量输入组合对高水分挤压花生蛋白的品质调控作用。

结果表明,挤压能量输入方式可以通过系统响应参数表征,尤其是模口压力和单位机械能耗,变幅分别为1.20~4.80 Mpa和557.24~1135.67 kJ/kg。对于所选择的三种挤压能量来源中剪切方式在模口压力和模口温度中起决定性作用,其次是挤压温度,最后是物料水分;SME主要取决于物料水分和能量输入的强度。通过调节剪切方式可以显著改善纤维结构(组织化度可达1.20以上);挤压温度是拉伸特性和弹性的决定性因素;物料水分对色泽和硬度起着更重要的作用。能量输入方式包括能量来源、能量输入顺序、能量输入量等,对系统响应参数与高水分挤压花生蛋白质量的关系有很大影响。


图1 能量输入方式对系统响应参数的影响(a挤压温度与水分含量的组合,b挤压温度与剪切方式的组合,c水分含量与剪切方式的组合)

图2 能量输入方式对色泽的影响(a挤压温度与水分含量的组合,b挤压温度与剪切方式的组合,c水分含量与剪切方式的组合)

图3 能量输入方式对高水分挤压花生蛋白组织化度的影响

图4 能量输入方式对高水分挤压花生蛋白抗拉伸力的影响

图5 能量输入方式对高水分挤压花生蛋白硬度的影响

图6 能量输入方式对高水分挤压花生蛋白弹性的影响

创新性/应用前景/结论

揭示了挤压能量输入组合对高水分挤压植物蛋白肉的品质调控作用,为高水分挤压植物蛋白肉产品开发及工艺优化提供依据和参考。

该研究得到了国家重点研究发展计划(2016YFD0400200)、国家自然科学基金(31801487)、中国农业科学院科技创新项目(CAAS-ASTIP-201X-IAPPST)的资助。中国农业科学院农产品加工研究所张金闯博士为第一作者,王强研究员为通讯作者。


 

参考文献:

https://www.researchgate.net/publication/334568091_A_new_insight_into_the_high-moisture_extrusion_process_of_peanut_protein_From_the_aspect_of_the_orders_and_amount_of_energy_input

原文链接

Jinchuang Zhang, Qiongling Chen, Li Liu, Yujie Zhang, Ning He, Qiang Wang.High-moisture extrusion process of transglutaminase-modified peanut protein:Effect of transglutaminase on the mechanics of the process forming a fibrousstructure. Food Hydrocolloids, 2021, 112:106346. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2020.106346


供稿人:陈琼玲




专家简介






王强,中国农业科学院农产品加工研究所副所长,二级研究员/博士生导师,享受国务院特殊津贴,九三学社中央农林委委员。全国优秀科技工作者,全国首批农业科研杰出人才,全国科技助力精准扶贫先进个人,入选国家“百千万人才工程”并获“有突出贡献中青年专家”荣 誉称号,农业部“粮油加工与综合利用”创新团队首席,中国农业科学院领军人才,山东省泰山领军人才,中国粮油学会花生食品分会会长,中国食品学会功能食品分会副理事长,“国家花生产业技术体系”加工研究室主任。NPJ Science of Food编委、Journal of Integrative  Agriculture食品栏目主编等。

长期从事粮油加工与营养健康领域科学研究,首次构建了花生加工适宜性评价技术,筛选出加工专用品种,解决了我国花生混收混用、产品品质差的瓶颈问题;颠覆了传统高温压榨技术与方法,建立了国内第一条花生低温制油与蛋白联产生产线,开发出高品质系列新产品,推动了花生加工业的高质量发展。


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花生蛋白高水分挤压工艺:从能量输入组合的角度探究

发表日期:

2020-11-13

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