中国农科院加工所王强团队：系统阐述了模具构件设计及其在植物蛋白挤压技术中的应用研究进展

模具作为挤压技术的关键核心构件，其构造结构的创新设计对食品工程工艺的研究具有决定性作用，是食品挤压技术发展的标志性变革之一。经过近百年的革新发展，推动挤压技术装备从化工领域逐渐引入到食品领域，研究对象也从淀粉拓展到蛋白，螺杆数量从单螺杆发展到双螺杆、多螺杆，物料水分从低水分（20%~40%）提高到高水分（40%~80%）范围，产品类型也从膨化食品过渡到组织/拉丝蛋白等，成为植物蛋白质构重组与植物基肉制品加工制造的关键核心技术。而模具设计属于机械设计与制造的研究范畴，在食品领域常常关注其工艺应用效果，关于模具的种类、构造、原理、功能、应用等的研究较为缺乏，模具的结构尺寸及其辅助参数与蛋白质构重组机理与纤维结构质地形成的关联关系尚未有系统研究，不利于植物蛋白产品的创新设计与品质精准调控。

针对上述问题，该研究梳理了基于模具结构创新设计的挤压技术发展史，归纳了模具的主要类型及其功能，重点阐述了模具研究的常用方法及其内部挤出物结构的形成机制，并深入分析了模具辅助参数对植物蛋白结构的影响，以及多样化模具设计在植物蛋白产品开发中的应用。在此基础上，归纳了当前挤压模具研究中尚未解决的关键问题，并对未来潜在的研究方向进行了展望。研究发现，模具的结构设计已从传统几何构型优化发展至集成在线监测、智能化模块及清洁便利性提升的新型模具系统。模具参数（包括出口尺寸、工作长度、温度和流道结构等）的设置，显著影响模具内部的压力分布、传热行为、壁面剪切效应与阻力损失，进而调控物料的流动特性、停留时间、机械性能、组分间相互作用、纤维结构形成以及挤压机的能耗等，已广泛应用于植物肉、肉松、宠物食品及膨化谷物等植物蛋白产品研发中，并显著影响产品中营养素的保留效率与有害物质的降解程度。构建“模具参数—流场—结构—质构”关联框架、开发可视化模具、集成在线分析技术、发展仿真与主动调控系统等成为模具创新设计的新发展方向。该研究为未来面向定向性能需求的挤压模具设计及植物基新产品开发提供了重要参考，也为食品挤压技术变革发展奠定了基础，得到了较早研究挤压过程中组分结构变化并提出经典理论的Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety主编Camire教授的高度认可。

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图2 挤压模具内部材料的多尺度研究方法及结构形成机理

图3 模具参数对植物蛋白挤出物的影响

项目资助：

本研究得到了中国农业科学院科技创新工程项目（ASTIP-Y2025QC30）、北京市自然科学基金面上项目（6242027）和中国科协青年人才托举工程项目（2022QNRC001）的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1111/1541-4337.70367

通讯作者介绍：

王 强

二级研究员/博士生导师

王强，二级研究员，博导，国际食品科学院院士，2021、2023年中国工程院院士增选有效候选人，入选2025年度“全球高被引科学家”榜单，连续五年入围全球前2%顶尖科学家榜单。现任中国农业科学院农产品加工研究所创新团队资深首席、中国粮油学会首席科学家、国家花生产业技术体系加工研究室主任、新疆自治区油料产业技术体系首席专家、中国粮油学会花生食品分会会长。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，Food Biomacromolecules主编、JIA食品栏目执行主编。长期从事粮油加工与营养健康领域科学研究，主持国家级项目和课题50余项，获国家技术发明二等奖、国家科技进步二等奖、中华农业科技奖一等奖、ICC最高学术奖、全球食品工业奖、日内瓦国际发明展金奖等多项奖励，主笔撰写的关于新疆花生产业发展的建议得到中共中央领导批示。授权美国、欧盟、日本和国家发明专利105余项，制修订国家和行业标准10项，出版著作13部，发表SCI 论文300余篇（IF>10 48篇），ESI全球前1%高被引论文12篇，h-index 53，总被引10000余次。

张金闯

博士/副研究员/硕士生导师

张金闯，博士/副研究员/硕士生导师，中国农业科学院农产品加工研究所王强研究员团队科研骨干，入围全球前2%顶尖科学家，入选中国科协“青年人才托举工程”，中国农业科学院“青年创新专项”计划，中国农业科学院优秀博士学位论文获得者，中国农业科学院加工所“珠峰计划”青年英才A类等，《Gels》、《Journal of Future Foods》、《Journal of Integrative Agriculture (JIA)》、《农业工程学报》等多个刊物客座主编或青年编委。主要从事食品生物大分子质构重组理论与技术研究，主持国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、北京市自然科学基金面上项目等国家及省部级项目5项，主研“高水分挤压植物基肉制品高效制造关键技术创新及产品创制”等成果获第50届日内瓦国际发明展金奖、2024全球食品工业奖、2024中国农业农村重大新技术成果和2024中国农业科学院重大技术突破，入选中国科协2021“科创中国”现代农林领域十大先导技术、2022中国食品科技十大进展（首届）等。以第一/通讯作者发表SCI/EI论文50余篇（含中科院一区论文20篇，高被引论文9篇，热点论文1篇），授权发明专利12件（含国际专利2件），获得软件著作权1项，参编著作4部，参与制订植物基肉制品国家、行业和团体标准5项，指导建立高水分挤压植物基肉制品生产线6条，经济社会效益显著。

第一作者介绍： 

周 欢

硕士研究生

周欢，中国农业科学院农产品加工研究所2023级硕士研究生。参与国家重点研发计划等国家及省部级项目3项，发表学术论文8篇，其中以第一作者在Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety（IF:14.1）、Future Foods（IF:8.2）等期刊发表学术论文2篇，申请国家发明专利1项。