中国农业科学院农产品加工研究所王强团队：揭示了基于蛋白质-淀粉-脂肪三大组分互作的植物蛋白纤维结构形成机制

近日，中国农业科学院农产品加工研究所王强研究员团队在食品领域国际知名学术期刊Food Hydrocolloids（中科院1区，IF=11.504）在线发表了题为“Mechanism of high-moisture extruded protein fibrous structure formation based on the interactions among pea protein, amylopectin, and stearic acid”的最新研究成果，通过热力学和动力学等手段，揭示了高水分挤压过程中蛋白质-淀粉-脂肪之间通过“锚点定向，柔性交联”方式形成纤维结构的新机制，是该团队在植物蛋白高水分挤压纤维结构形成机理与调控机制方面的又一突破。中国农业科学院农产品加工研究所2019级博士研究生陈琼玲为论文第一作者，王强研究员和张金闯副研究员为共同通讯作者。

蛋白质、淀粉和油脂三大组分混合，经高水分挤压，蛋白质球状结构逐渐打开和重排，可形成类似动物肉的扁平层状纤维结构，最终决定植物基肉制品的口感。团队前期的研究结果发现，在高水分挤压过程中，支链淀粉有利于促进蛋白分子“分层叠变”交联，硬脂酸则有利于促进蛋白分子共价键合和形成纤维结构。然而，支链淀粉和硬脂酸对蛋白质纤维结构的形成是否具有协同作用仍不明确，蛋白质、淀粉和油脂组分之间相互作用形成纤维结构的机制也未明晰，阻碍了植物基肉制品纤维结构的有效精准调控。

因此，本研究以豌豆蛋白为研究对象，探究了支链淀粉和硬脂酸对高水分挤压豌豆蛋白纤维结构形成的协同效应，进而解析了蛋白质、支链淀粉、硬脂酸组分互作规律及其对植物基肉制品纤维结构的调控机制。研究结果表明，当蛋白质、支链淀粉和硬脂酸共存时，支链淀粉和硬脂酸对蛋白质纤维结构具有协同作用，其中，硬脂酸促进蛋白质疏水基团暴露，阻碍蛋白质分子链回弹和再折叠，而支链淀粉提供了促进蛋白分子链伸展、重排、聚合的支点，从而以“锚点定向，柔性交联”方式促进纤维结构的形成。该研究揭示了高水分挤压过程中主要组分间互作规律，为实现植物基肉制品纤维结构精准调控奠定了理论基础。

项目资助：

本研究得到了国家重点研发计划（2021YFC2101402）、中国农业科学院农产品加工研究所创新工程院所重点任务青年创新专项（CAAS-ASTIP-Q2022-IFST-05）和中国农业科学院农产品加工研究所潍坊食品科学与加工技术研究院科研专项（WFIFST-2022-01）的资助。

图1 高水分挤压过程中蛋白质-支链淀粉-硬脂酸“锚点定向，柔性交联”纤维结构形成机制

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2022.108254

作者简介

王强，二级研究员，博士生导师，国际食品科学院院士，2021年中国工程院院士增选有效候选人。现任中国农业科学院植物蛋白结构与功能调控创新团队首席专家、国家花生产业技术体系加工研究室主任、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，享受国务院特殊津贴，农业农村部神农领军人才，中国农业科学院领军人才，中国粮油学会花生食品分会会长，中国食品科学技术学会植物基食品分会副理事长，Journal of Integrative Agriculture食品栏目执行主编、NPJ Science of Food编委、Foods客座主编。

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；在国际上首次提出高水分挤压过程中蛋白纤维结构形成的“分层叠变”新理论，创建了基于高水分挤压的植物基肉制品颠覆性加工技术，革新设计了智能化加工装备和可视化平台，引领了产业发展方向。主持“十三五”国家重点研发计划专项（基础研究类）、国家自然科学基金、863、公益性农业行业科研专项等国家项目40余项。以第一完成人获得2014年国家技术发明二等奖、2013和2019中华农业科技奖一等奖、2015年中华农业科技奖“优秀创新团队类”、2012年ICC最高学术奖、2014年中国专利优秀奖、2017年中国商业联合会科学技术奖特等奖、2019年中国农业农村十大新装备，主笔撰写的《关于大力发展新疆花生产业夯实新疆长治久安基础的建议》、《关于“大力推动我国花生产业高质量发展”的建议》分别得到中共中央领导和国务院领导的批示。授权发明专利90余项（其中国际专利12项），软件著作权12项，制修订国家和行业标准9项，出版著作12部（英文专著3部），发表学术论文330余篇，其中SCI 论文120篇、JCR一区57篇、ESI全球前1%高被引论文2篇、F5000高被引论文1篇，总影响因子792，被引近3000次，培养硕博研究生、博士后及外国留学生100多人。

张金闯，博士，副研究员，中国农科院加工所珠峰计划B类人才，植物蛋白结构与功能调控创新团队科研骨干，荣获北京市优秀毕业生、中国农科院优秀博士学位论文等荣誉奖励。主要从事植物蛋白资源利用与人造食品创制研究工作。以植物蛋白高水分挤压技术制备具有类似动物肉纤维结构和口感的新型植物基肉制品为研究重点，揭示了高水分挤压过程中蛋白多尺度结构变化与纤维结构形成的“分层叠变”机理与动态调控机制，实现了由纤维结构形成机理到关键技术装备突破与重大产品创制，并构建了新型植物基肉制品“制备过程-蛋白结构变化-品质精准调控”可视化研究平台。主持国家自然科学基金、国家重点研发计划等国家级项目课题3项。近五年，以第一/通讯作者在Trends in Food Science & Technology（IF:16.002）、Crit Rev Food Sci（IF:11.208）、Food Hydrocolloids（IF:11.504）、FOOD CHEM（IF:9.231）、J FOOD ENG（IF:6.203）、J AGR FOOD CHEM（IF:5.895）、农业工程学报、中国食品学报、食品科学等食品科学与工程领域知名期刊发表相关SCI/EI收录论文30余篇（其中JCR前5%SCI论文17篇），累计影响因子142.833，被引次数500余次，授权美国发明专利1件、中国发明专利5件、实用新型专利3件，获得软件著作权1项，参编著作2部，参与制订植物基肉制品相关标准3项。相关成果在良品铺子、益海嘉里等知名企业转化应用，入选中国科协2021“科创中国”现代农林领域十大先导技术榜单，得到了全球最大人造肉公司Impossible Food创始人兼总裁Patrick Brown教授、世界卫生组织Gerald G.MOY教授、美国塔夫斯大学David Kaplan教授（h-Index:160）、美国康奈尔大学Syed S. H. Rizvi教授等国际知名专家学者的高度评价。

陈琼玲，中国农业科学院农产品加工研究所2019级博士研究生，主要研究方向为高水分挤压过程中生物大分子相互作用机制及在植物基肉制品中的应用研究。近五年，以第一作者在Trends in Food Science & Technology（IF:16.002）、Food Hydrocolloids（IF:11.504）、Food Chemistry（IF:9.231）等知名期刊发表学术论文7篇，申请国家发明专利11项，参编著作3部。