添加水包油乳液的高水分挤出物结构特性

背景介绍

由于动物肉在健康、生态、动物福利方面所面临的问题，植物基肉制品的需求在不断增加。高水分挤压技术（HMEP）被认为是模仿动物肉纤维结构、生产植物基肉制品最具潜力加工技术之一，以大豆蛋白、小麦蛋白等植物蛋白为原料，调整水分含量与挤压参数能够制备纤维丰富的植物基肉制品。然而，高水分挤压技术生产的植物基肉制品缺乏动物肉的品质特性，特别是柔嫩性和多汁性，对植物基肉制品的食用品质造成很大的影响。尽管在植物基肉制品当中适当添加植物油可以解决嫩度和多汁性的问题，但添加油脂后原料粘度降低，抑制挤出物各向异性结构的形成，减少纤维结构的生成，所以需要探索新的添加油脂的方法，减少对纤维结构生成的影响。

水包油（O/W）乳液由分散在水相中的液滴组成，油为内相，水为连续的外相，将大豆分离蛋白作为乳化剂可以在分散的油滴周围形成粘弹性薄膜，此外，油被蛋白质包裹还能增强O/W乳液的稳定性。因此本文作者在高水分挤压过程中添加O/W乳化剂，研究了其对大豆分离蛋白（SPI）与小麦蛋白（WG）共混物制备的高水分挤出物含油量的影响，根据油滴和蛋白质结构的相互作用、结构变化和流变特性以及水和油的分布、对含油和无油的SPI-WG共混挤出物进行研究。

研究方法

将玉米油(0、4.6%、8.8%、11.4%，w/w)加入相应的SPI(2.9、2.8、2.7、2.6%，w/w)中，制备O/W乳液。SPI-WG以70：30（w/w）的比例预混，挤压时喂料速度设置为0.3kg/h，螺杆转速为400rpm，冷却模具温度设定为40℃。从2区到8区机筒温度分别保持在40、60、90、115、140、140和140℃。将SPI-WG共混料注入挤压机的2区，将含油量为0、4.6、8.8及11.4%（w/w）的O/W乳液从4区注入。当挤出机的所有参数均稳定时，将不同含油量的挤出样品切割(H5mm×W20mm×L150mm)后，在−18℃冷冻贮藏，用于分析。

结果与分析

如图1所示，在实验过程中加入4.0%的油脂会抑制纤维的形成，且SPI-WG挤出物表面结构破裂，油脂分离，而O/W乳液添加量为0和3.0％的挤出物有明显的纤维结构，添加量为8.0% SPI-WG挤出物的结构有一定程度的破裂，结果表明 SPI-WG挤出物中的最大含油量可达到8.0%，是直接加油（4.0%）的2倍。

图1 不同注油方式与含油量的SPI-WG挤出物

如图2所示，添加与不添加油脂对挤压机的模具压力与单位机械能耗（SME）影响显著，含油量为3.0%~8.0%的模具压力和SME差异不显著，可能是由于使用O/W乳液中油的油脂降低了熔融体的粘度，此外由于油的润滑作用，降低了挤压机腔体与模具内的摩擦力。

图2 O/W乳液油含量对挤出响应参数的影响

如图3所示，油分布在蛋白质基质中的小液滴中，随着SPI-WG挤出物中油含量的增加，油滴数量增加。原料水包油乳液中的液滴为大小为186.0-375.0nm，而挤出物中油滴为0.5~15μm，表明了由挤压过程中高剪切应力导致油脂出现了聚集现象，随着油含量的增加，油滴的碰撞频率增加，从而增强了油的聚结性，此外，在SPI-WG挤出物中，大多数油滴不是圆形的，这表明油滴被包裹在高密度的蛋白质基质中。未添加油脂的SPI-WG挤出物呈现出细致、紧密网状的蛋白质结构，而随着含油量从3.0%增加到8.0%，SPI-WG挤出物的孔隙率上升，原因是SPI-WG挤出物的含水量保持在60.0%不变，随着含油量从0增加到8.0%，SPI-WG蛋白共混物的总质量分别从40.0%下降到32.0%，蛋白质占比减少。

图3 SPI-WG 挤出物的共聚焦激光扫描显微镜图像，绿色为蛋白质，红色为油脂。含油量为：(a) 0，(b) 3.0%，(c) 6.0% 和 (d) 8.0%

结论

本文研究了水包油乳液对SPI-WG共混物高水分挤出物的影响。研究发现，水包油乳液可以使SPI-WG挤出物最大含油量为8%，是直接添加植物油的两倍，这表明水包油乳液的加入有助于SPI-WG挤出物生成纤维结构。通过CLSM观察，油分布在蛋白质基质中的小液滴中，随着SPI-WG挤出物油含量的增加，油滴数量增加。在HMEP过程中，随着油含量的增加，油滴的碰撞频率增加，从而增强了油的聚结。大多数油滴不是圆形的，这表明油滴被包裹在一个高密度的蛋白质基质中。添加油脂对降低共混物结构和流变性能有重要作用，可使SPI-WG挤出物的质地较软，咀嚼度减小。研究还发现随着含油量的增加，水和油更容易迁移，降低了SPI-WG挤出物的水和油的结合性能。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0963996922006123?via%3Dihub

供稿人：

李同庆