中国农业科学院农产品加工研究所王强团队：高水分挤压过程中蛋白质-脂肪酸分子互作规律

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著名学术期刊Food Chemistry（中科院1区，IF=9.231）在线发表了题为“Microscopic insight into the interactions between pea protein and fatty acids during high-moisture extrusion processing”的最新研究成果，是对该团队前期研究明确脂肪酸不饱和度对植物蛋白纤维结构改善作用（Effect of fatty acid saturation degree on the rheological properties of pea protein and its high-moisture extruded products. Food Chemistry, 2022. doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.133139）机理的拓展延伸。中国农业科学院农产品加工研究所博士研究生陈琼玲和张金闯副研究员为论文第一作者，王强研究员和美国塔夫茨大学David L. Kaplan终身荣誉教授为共同通讯作者。

 油脂是植物基肉制品重要的组成成分之一，在挤压过程中具有乳化和增塑作用，有利于提高植物基肉制品的多汁性、柔嫩度和风味。团队前期的研究结果发现，不同饱和度的脂肪酸对植物蛋白原料的流变学特性、高水分挤压过程中的系统响应参数以及挤出物的微观形态、硬度、弹性、抗拉伸力、各向异性纤维结构、蛋白质体外消化率的影响具有显著差异。然而，不同饱和度的脂肪酸对高水分挤压过程中蛋白构象梯次变化的影响机制目前尚不明确，蛋白质和脂肪酸分子间的相互作用规律仍不明晰，阻碍了对植物基肉制品纤维结构的有效调控。

因此，本研究解析了高水分挤压过程中不同饱和度的脂肪酸（硬脂酸、油酸、亚油酸）对豌豆蛋白构象变化的影响机制，探究了蛋白质与脂肪酸分子间的互作规律及其对植物基肉制品纤维结构的共同调控作用。研究结果表明，在挤压机筒中，脂肪酸阻碍蛋白质分子链的伸展，减弱蒸煮区蛋白质分子间的疏水相互作用。在模口区，脂肪酸有利于维持蛋白分子链伸展的结构，并减弱蛋白分子间氢键和疏水相互作用，而不饱和脂肪酸的氧化导致高分子量蛋白聚集体和刚性凝胶结构的形成。从成型区到挤出物的过程中，硬脂酸促进蛋白分子间共价键合形成层状纤维结构，而不饱和脂肪酸的聚结阻碍蛋白质连续网络及纤维结构的形成。该研究阐明了高水分挤压过程中不同饱和度的脂肪酸与蛋白质分子间的互作规律及其对植物基肉制品纤维结构的影响机制，为植物基肉制品品质精准调控和提升提供了理论依据。

项目资助：

本研究得到了国家重点研发计划（2021YFC2101402）、国家自然科学基金（31901608）和中国农业科学院科技创新工程项目（CAAS-ASTIP-2022-IFST）的资助。

图1 高水分挤压过程中豌豆蛋白-脂肪酸分子间相互作用

图2 高水分挤压过程中豌豆分离蛋白（a）及豌豆分离蛋白-硬脂酸（A，b）/油酸（B，c）/亚油酸（C，d）混合物激光共聚焦（A，B，C）及扫描电镜图（a，b，c，d）

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农产品加工研究所特约顾问，九三学社中央农林委委员，“国家花生产业技术体系”加工研究室主任。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，农业部“粮油加工技术与工程”创新团队首席，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，植物蛋白结构与功能调控创新团队科研骨干，中国农科院加工所珠峰计划B类人才，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。主要从事植物蛋白挤压技术与应用研究工作，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400余次，授权美国发明专利1项、中国发明专利4项、实用新型专利3项，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:153）、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6篇，申请国家发明专利11项，参编著作3部。