大豆-小麦蛋白混合物的高水分挤压蒸煮:海藻酸钠/黄原胶/麦芽糊精对促进纤维结构的影响

1.简介

随着肉类消费市场对供应的需求增加，以及可供饲养牲畜的土地减少，植物性产品已被开发出来，并逐渐被用作动物蛋白的营养替代品(1，2)．特别是植物性产品的高水分挤压蒸煮，是构建健康生态、解决食品安全的重要绿色加工技术(3.，4)．这可以归因于植物蛋白的高湿挤压蒸煮过程，蛋白质在高温加热、高压、强剪切力和大量水(40-80%)的相互作用下发生变性和重排，形成纤维结构(5- - - - - -8)．

大豆蛋白是植物性产品的主要原料，常与其他植物蛋白混合制备具有各向异性结构的植物性产品(4)．例如，在挤压产品中大豆蛋白与小麦蛋白的结合有助于促进大豆蛋白挤压产品中纤维结构的形成(5)．高水分纹理植物蛋白产品由于纹理特性的限制，目前在食品消费市场上还不能达到肉类的质量标准(9- - - - - -12)．研究人员试图通过添加多糖(13)．例如，添加6%海藻酸钠(SA)的大豆蛋白挤出物具有最高的组织化和再水化程度(14)．黄原胶(XG)具有剪切稀释特性，可增强产品的机械强度，目前用于3D打印(15)．XG可以改变材料的流动行为，并适用于高水分挤压环境。麦芽糖糊精(MD)可影响挤压产品的结合水含量和蒸煮性能(16)．因此，改善挤出物质地特性的一种方法是添加多糖，这在植物基产品中已取得成功。然而，现有的研究还没有发现多糖对大豆和小麦蛋白质高湿挤压产品结构特性的影响差异。

多糖具有良好的结合水的能力，提供加工性能，增加粘度，限制水流和改善口感(13)．在多糖-大豆蛋白复合挤压加工体系中，多糖可以以氢键的形式与更多的水结合并相互作用，同时在挤压过程中增加了材料的稠度，导致挤出物的纤颤增强(14- - - - - -16)．不同多糖与植物蛋白的相互作用可以进一步影响高水分挤压植物基产品的分子结构，从而影响植物基产品的质量特性。因此，本研究旨在评估SA、XG和MD对植物蛋白组织产物理化特性的影响。更重要的是，通过不同挤压区材料构象和形态的变化，研究了多糖提高挤出物质量的机理。考察了挤出物的结构性能、颜色、水/油吸收能力、蒸煮性能和比机械能。采用低场核磁共振法测定水分分布。多糖-蛋白质相互作用程度的表征，每个区域样品热性质的变化，以及通过蛋白质溶解度来表征蛋白质分子键的强度。最后，观察挤压加工过程中材料的微观结构，进一步说明SA、XG和MD在提高高水分挤压产品质量方面的可行性，这对未来优化植物蛋白组织产品的营养价值及其在食品工业大规模生产中的应用具有重要意义。

2.材料与方法

2.1.材料

蛋白质含量为91.2%、碳水化合物含量为0.53%、脂肪含量为0.65%(干基)的大豆分离蛋白(SPI)和蛋白质含量为85.2%、碳水化合物含量为5.1%、脂肪含量为1.0%(干基)的小麦面筋(WG)分别购自中国哈尔滨金龙股份有限公司和中国河南万德福农业发展有限公司。海藻酸钠(SA)、黄原胶(XG)和麦芽糊精(MD)分别购自青岛明月海藻集团有限公司(中国青岛)、内蒙古福丰生物科技有限公司(中国呼和浩特)和西王集团有限公司(中国济南)。所有化学试剂均为分析级，购自天津天利化学试剂有限公司(天津，中国)。

2.2.高水分挤压样品的制备

在螺杆直径为25 mm、L/D比为1:24的法国clextralv -25型同向旋转双螺杆挤出机上进行挤压实验。在高水分挤压实验中，螺杆转速恒定在350 rpm。给料速率恒定为2 kg/h。调整给水速率(4 kg/h)，使产品最终含水率为57%。以SPI、WG以比例(70:30)(w/w，干基)为基料，分别与SA、XG、MD以1、2、3、4、5% (w/w，干基)混合。以不添加多糖的试验组为空白对照(K₀)．套筒温度从原料输入桶开始设定为30°、60°、90°、130°、130°和130°C，冷却模头截面恒定在30°C (图1)．待挤出物稳定后，在5分钟内拆卸模具，采集样品，立即停止挤压试验。特别是，从桶的不同部分快速收集样品，密封在食品真空包装中，并在−18°C保存。部分样品冷冻干燥(- 60°C)，研磨，100目筛分，用于进一步分析。

2.3.纹理属性

参照Peng等人的研究方法，对挤压试样的结构性能进行了测试。(11)，略有改动。将样品切割成20 × 20 × 5 mm(长×宽×高)，并在纹理分析仪(TA。XT Plus，稳态微系统有限公司，美国)。分析参数为硬度、嚼劲和弹性。前测速度、测试速度、后测速度均为1mm /s，下行压力比为样品高度的50%，间隔时间为4 s。纤维度通过CKB探针以1mm /s的速度切割样品来确定，该速度由挤压方向的横向和纵向剪切力的比值计算(9)．拉伸强度用A/TG探针测定，拉伸速率为1mm /s，拉伸厚度约为15mm的试样[参考Chen等人提供的样品制备图](10)为形状]，记录试样破裂时的最大力和位移。所有的结构性能测量都在25°C进行。

2.4.颜色测试

挤出物(含K₀， SA-4%， XG-2%和MD-2%)使用CR-400色度计(柯尼卡美能达株式会社，日本)测量(25°C)。用标准白板校准后，平行测量五次，取最大值和最小值，得到样品的L*、a*和b*值，并参照Lee等人描述的方法，用Adobe Photoshop软件绘制相应的色卡进行分析(17)．

2.5.烹饪收益率

含钾的挤出物的蒸煮产率₀， SA-4%， XG-2%， MD-2%)按照Nisov等的方法进行测定(18)，稍作修改。将挤压后的试样切成(2 × 2 × 2 cm, L × H × M)方形。挤出的样品在不锈钢锅中80°C恒温20分钟。在过滤器上静置15分钟(25°C)后，称重。挤出样品的蒸煮产率由式1计算:

其中m₀挤压试样的初始重量是m₁在蒸煮和过滤干燥15分钟后的挤压样品的重量。

2.6.吸水能力(WAC)和吸油能力(OAC)

含钾的挤出物的吸水能力(WAC)和吸油能力(OAC)₀， SA-4%， XG-2%， MD-2%)参照Kantanen等方法测定(19)．将样品分成条状(30 × 10 × 20 mm, L × H × M)，在40℃烘箱中干燥24 H。干燥后的样品分别放入50 mL试管中，与40 mL去离子水或菜籽油混合，在50℃水浴中水化12 H，最后在筛子上风干5 min(25℃)。根据式2计算样品的WAC或OAC:

其中M_一个样品干燥后的重量和M_b是样品经去离子水或菜籽油水合和干燥后的重量。

2.7.低场核磁共振(LF-NMR)

为了分析挤出物的水分分布，每种挤出物(含K₀， SA-4%， XG-2%， MD-2%)切成小条(5 × 10 × 10 mm厚，M × L × H)，置于直径为10 mm的NMR样品比色皿中。在低场NMR分析仪(Niumag Co.， Ltd.， Shanghai, China)上记录了挤出物的水分分布结果(25°C)。横向松弛时间(T_{2 b, 21岁,22岁})和峰值比(P_{2 b, 21岁,22岁})采用car - purcell - meiboom - gill (CPMG)脉冲序列(6)．

2.8.比机械能(SME)

在高水分挤压过程中，评估了单位时间内的扭矩和样品产量。SME由公式3确定(20.)．

其中挤出机的功率为15千瓦，最大螺杆转速为600转/分，实际螺杆转速为350转/分。在挤出机控制面板中实时记录扭矩，产量为每秒钟挤出产品的产量(含K₀， SA-4%， XG-2%， MD-2%)。

2.9.傅里叶变换红外光谱法

采用美国PerkinElmer公司的双红外光谱仪进行傅里叶变换红外光谱(FT-IR)，对含K的挤出物的二级结构含量进行了评价₀， SA-4%， XG-2%和MD-2%)。利用一些调整夏等人概述的方法(11)，将冷冻干燥、筛分后的样品粉(1.8 mg)与KBr (180 mg)混合后压制。空白基底(以空气为参考)以4000至500厘米的波数扫描32次¹， 4厘米¹决议。通过拟合酰胺I带(1700 - 1600 cm)获得数据¹)，并在Peak Fit 4.12软件(SPSS Inc.， Chicago, USA)中使用傅里叶自反褶积和二阶导数拟合。二级结构[α-螺旋(1646 - 1664 cm)]的含量¹)， β-薄片(1615 - 1637和1682 - 1700 cm)¹)， β-转弯(1,664-1,681 cm¹)和随机线圈(1637 - 1645厘米)¹)，以Amide I面积计算，参考Dou等(14)．

2.10.接枝度(DG)

参考Chen等人提供的方法(10)， 2 mg/mL(含K₀， SA-4%， XG-2%， MD-2%)在挤压区各区混合OPA(邻苯二甲醛)试剂[以水为基溶剂，含0.8 g OPA, 500 mL四硼酸钠溶液(0.01 M, pH = 9.7)， 50 mL十二烷基硫酸钠(20%质量分数)，2 mL β-巯基乙醇]，比例为1:80 (v/v)。反应在90°C的水浴中进行5分钟。以原料为对照，用紫外-可见分光光度计(ALPHA 1650, shanghai, China)在340 nm处测量样品的吸光度，DG按式4计算:

一个₁原料和A的吸光度是多少₂是样品在挤压各区域的吸光度。

2.11.热分析

用差示扫描量热法(DSC)分析了含K₀， SA-4%， XG-2%， MD-2%)，根据Chen等人的方法，采用DSC Q2000 (TA Instruments, New Castle, DE, USA)进行了测试。10)．样品(8mg)称量后密封在铝盘中，温度范围设置为25 ~ 130°C。升温速率为5°C/min。整个实验在恒定的氮气条件下(50 mL/min)进行，记录样品的峰值温度(Tp)和焓变(ΔH)。

2.12.蛋白质溶解度测定

通过研究不同挤压区挤出物在特定化学试剂中蛋白质溶解度的差异来反映挤压过程中的蛋白质相互作用。王凤秋杰等的研究方法(6)，并稍加修改。采用四种萃取剂:(1)磷酸盐缓冲液(pH = 7.5, 0.1 mol/L);(2)在(1)中加入8.0 M尿素;(3)(1)中0.05 M二硫苏糖醇;(4) 0.05 M二硫苏糖醇和8.0 M尿素在(1)。样品(100 mg)精确称量，与10 mL提取物溶解在离心管中，然后在25℃水浴中反应2 h。样品在离心机(GL21M，湖南，中国)中以12000 rpm离心20 min(25℃)。根据Bradford法，取上清液，用紫外可见分光光度计(ALPHA 1650，上海，中国)在595 nm处测定可溶性蛋白。样品蛋白质含量采用凯氏定氮法测定。根据上清液中可溶性蛋白含量与样品蛋白质含量的比值计算蛋白质溶解度。

2.13.扫描电子显微镜

含钾的挤出物的微观结构分析₀， SA-4%， XG-2%和MD-2%)，采用Dou等人的方法进行。14)．将样品切成3 × 10 × 2mm (L × M × H)的薄片，放入烧杯中加入5 mL戊二醛(2.5%浓度;pH 7.2)， 4°C静置1.5 h。用磷酸盐缓冲液(0.1 M;pH值7.2)各10分钟。然后用乙醇脱水3次，在纯叔丁醇中浸泡15分钟，最后冷冻干燥，涂金喷涂。使用扫描电子显微镜(Zeiss supra-55，德国)在15.0 kV加速电压下捕获样品的表面形貌图像。这些照片是在×1.5 k拍摄的。

2.14.数据统计分析

数据以均数±标准差表示，所有试验均在相同条件下重复进行三次。使用方差分析，所有数据之间的统计显著性进行评估(ANOVA)。在(水平上)p< 0.05)，采用Tukey s-b(K)评价数据是否有显著性差异。

3.结果与讨论

3.1.结构特性分析

评价肉类代用品质量的重要指标是质地特征(21)．通过计算施加于挤压的纵向剪切力(N)与横向剪切力(N)的比值以获得一定的变形程度，评价纤维结构的形成情况(22)．如表1SA、XG和MD的加入对挤出物的织构性能有显著影响。不同程度地添加多糖以促进纤维结构的形成，减少纤维结构的负面影响。SA-4%、XG-2%和MD-2%的添加使产品的纤维度高于对照组(1.11)和相同梯度的其他多糖组，表明形成了更好的纤维结构。陈等人(10)显示，挤出物的柔韧性通常与硬度、弹性和嚼劲有关。现有的研究并没有揭示肉类类似物达到最佳品质所需的硬度、弹性和嚼劲(3.)．当SA添加量为4%时，挤出物的纤维度最高(2.1)，硬度为10557.53 g，弹性增强至0.92，整体抗拉强度为762.28 g。XG作为增稠剂和稳定剂可提高体系的粘度(23)．由于体系粘度的增加，XG添加量为2%，其弹性(1.01)和抗拉强度(634.28 g)均高于对照挤出物(467.94 g)，但当XG添加量从2增加到5%时，挤出物的硬度、弹性和抗拉强度均显著降低，因此纤维性较差。这可能是由于使用过量的XG抑制了原材料在挤压过程中的变形，从而削弱了样品的成型能力(24)．MD提高了产品的粘接性能(25)．添加2%的MD可以显著提高硬度(10,258.47 g)、弹性(0.92)和咀嚼性(9,091.6 g)。相反，MD的增加会对挤出物的纤维结构形成产生负面影响，因为硬度、咀嚼性和拉伸性能都会降低。先前的研究显示，添加10%的直链淀粉不利于高水分质感豌豆蛋白纤维性颤动的形成(10)．

3.2.挤出物的物理性质

3.2.1.色彩分析

颜色是肉类类似物的重要品质之一，也是肉类类似物消费者的重要感官标准之一(3.)．如表2，所测得的L*、a*和b*值被用来生成相应的色板，这些色板提供了挤出物颜色的视觉表示(17)．挤出物的颜色通常受米勒德反应的影响(26)，而在本研究中，SA、XG和MD的添加对L*值有显著影响。当SA的添加量为4%时，挤出物的亮度最高。这可能是由于SA具有良好的流动性，提高了料筒内的流动速率，缩短了美拉德反应的时间，从而改善了挤出物的颜色(14)．与对照组相比，添加2% XG和2% MD的挤出物颜色更深。这可能是由于XG的“伪塑性”，当材料在挤压过程的不同区域受到剪切力时，它会影响流动速率(27)．MD通过增加材料的胶凝性能，可以促进蛋白质的聚集，增加体系的粘度，从而增加材料在桶中的停留时间(28)．材料在挤出机内进行米勒德反应的时间越长，产生的深色物质越多(b*值显著增加)，从而降低了挤出物的亮度。此外，多糖不仅能改变挤出物的颜色，还能通过Millard反应产生挥发性化合物(如吡嗪)，从而使挤出物具有新的风味(29)．

3.2.2.烹饪收益率

在高温蒸煮下，挤出物吸水率的差异会直接影响挤出物的嫩度(30.)．如图2一个， SA、XG和MD的加入提高了挤出物的蒸腾性能。多糖提高蒸煮性能的能力顺序为MD-2% > XG-2% > SA-4%。这可能是由于这三种多糖分子都含有大量的羟基官能团，羟基官能团可以与水分子形成氢键，增强蛋白质之间的氢键含量。同时，这可能促进蛋白质-多糖复合物的形成，增强了挤出物的吸水能力，蒸煮后可以吸收更多的水分(13)．据报道，MD在高湿湿条件下，聚合物链伸长，水亲和性增加，吸湿性增强(31)．因此，添加2%的MD可以更好地促进挤出物的水结合，减少蒸煮水分损失。这可以防止挤压产品在烹饪过程中损失大量水分，并防止营养物质的过度损失。此外，上述结果还表明，挤出物蒸煮率的提高是由于水分损失的减少。这表明不同多糖的加入改变了挤出物的结构，对于理解烹饪性质的差异至关重要(32)．

3.2.3.水和油的吸收能力(WAC和OAC)

吸水能力是指挤出物与水相互作用的程度，受挤出物的力学性能、亲水性基团、极性位点数量等的影响(33)．与对照组相比，三种多糖的加入显著提高了挤出物的吸水能力(图2 b)．其中，XG-2%的吸水能力提高了174.64%。这可能是因为多糖含有丰富的亲水基团，可以形成更多的氢键来保留水分子(34)．因此，SA、XG和MD的加入均能提高挤出物的吸水能力。这一特性为在食品加工中添加水溶性营养物质提供了可能。

吸油能力主要取决于挤出物表面疏水基的数量，反映了挤出物与油的结合程度(12)．与吸水能力结果相反，多糖的加入显著降低了吸油能力，当SA添加量为4%时，其吸油能力最低，为6.86%。在高水分条件下挤压时，原料与水的相互作用增加，通过蛋白质变性和聚集形成纤维结构，导致大量疏水基团被掩盖在分子内部，阻碍了油的结合能力(35)．

3.2.4.比机械能(SME)

比机械能被认为是被挤出物所吸收的机械能的大小，它可以反映给料在挤出机中的流动行为(17)．如在图2 cSPI-WG中SA/XG/MD的加入显著降低了SME，顺序为SA-4% > XG-2% > MD-2%。这说明多糖的加入有助于降低挤压过程中被挤压物的粘度，有效地促进了被挤压物更快的流动。多糖的加入能够降低豌豆蛋白高湿挤压过程中的能量消耗，而较低的SME则增强了大豆蛋白挤出物的纤维结构(36)．例如，与对照相比，XG-2%的SME从356.63下降到307.92 kJ/kg，纤维度从1.11增加到1.47。这一发现与(37)，结果显示，随着高水分大豆蛋白制品纤维度的增加，SME逐渐降低。

3.2.5.配水

低场核磁共振是评估食物中水的状态和分布的有力工具(38)．T₂弛豫时间是指质子之间通过能量交换达到动态平衡所需的时间(39)．较短或较长的横向松弛时间分别对应较低或较高的自由度。然而，样本中与大分子结合最强烈的是水(T_{2 b})，其次是适度束缚固定水(T₂₁)和弱束缚自由水(T₂₂) (6)．采用LF-NMR对添加SA、XG和MD的SPI-WG挤出物的水分分布进行了测定。如在图3一， SA-4%、XG-2%和MD-2%的结合水均高于对照，说明多糖蛋白挤出物内部存在较多的水分子。先前的研究表明，多糖的加入增强了蛋白质之间的氢键，并限制了水分子的流动性(40)．对照组T值最低₂₁(峰面积为9217.96)，说明SA(峰面积为9349.34)、XG和MD(峰面积为9297.18)在挤压过程中固定了更多的水分。其中，XG的T最大₂₁(峰面积为9,972.45)，这可能是由于XG在挤压加工后表现出较强的凝胶性，促使蛋白质-多糖复合物包裹更多的水(41)．有趣的是，添加2% MD的T占比最大₂₂的6.82% (图3 b)，说明MD-2%对自由水的吸附能力更强。这与MD-2% (图2一个)．

3.3.傅里叶变换红外光谱法

多糖含有羟基官能团和大量的分子间或分子内氢键，可以通过FT-IR间接检测样品间氢键强度的变化信息(42)．如图4，样品在3600 - 3200厘米处显示出较宽的频带¹，这是由分子间O-H的高频拉伸振动引起的。较低的波数表示组分间氢键相互作用增强(43)．在原料尚未与水接触的混合区，含有多糖的实验组在3600 - 3200 cm出现红移¹地区。这说明无水挤压在添加多糖后并没有形成新的氢键，而是削弱了蛋白质网络中的氢键。在加热区，加水促进蛋白-多糖混合物发生不同程度的反应，其带波数最低(3265 cm¹)达到MD-2%，这意味着可能形成了更多的氢键。随着材料进入熔化区，材料熔化，分子结构展开，与水接触的表面积增加，条带均向较短波长移动，此时多糖试验组的氢键相互作用明显增强。值得注意的是，在混合区模具区域，XG-2%和SA-2%持续增强了各组分之间的氢键相互作用(3283 - 3267和3288 - 3262 cm)¹)．这可能是由于XG的伪塑性(高剪切下剪切变薄)和SA较强的吸水能力(能吸附约200-300倍自身体积的水)(40，44)．在加热区模具区域，MD-2%削弱了元件之间的氢键相互作用(3,265-3,291 cm)¹)．这可能是由于MD与蛋白质发生反应，形成某种不溶于水的聚合物，阻碍了样品与水的部分结合。在冷却区，随着温度降低、剪切降低和水的停止输入，仅为3291 cm¹MD-2%带向3272 cm方向移动¹．假设MD-2%与更多的水结合(对应于LF-NMR结果)图3一)，很可能是游离水。

酰胺I带(1600 - 1700厘米¹)与蛋白质化学键的振动状态(如C=O, C - n)相关，反映了样品在不同挤压区二级结构(图5)．在混合冷却区，样品的α-螺旋结构保持不变，主要是β-薄片、β-turn和随机线圈结构之间的转变。各样品β-片含量均呈先升高后降低后升高的趋势。在混合-熔化区，蛋白质开始变性，链逐渐拉伸，形成一定的刚性结构(2)．虽然SA-4%和MD-2%在熔融区β-片含量降低，但XG-2%的β-片含量较高，说明XG-2%具有更好的热稳定性。在模区，高温破坏了维持混合物构象的化学键。这提高了混合物的表面疏水性，从而减少了蛋白质-水的相互作用，破坏了有序的结构(8)．在冷却区，通过二级结构组分之间的转变，形成了更多的β-片状结构，促进了挤出物结构的有序形成。与对照组相比，SA-4%、XG-2%和MD-2%的β-片结构分别从44.86、38.66和48.22%显著增加到49.32、49.45和49.28%。蛋白质发生交联并形成聚集体，这与结构周围β-turn的变化相关(10)．其中，SA-4%的β转角含量在熔融区显著增加，从19.07增加到21.12%，在冷却区显著降低，从21.12减少到15.41%。这说明SA-4%首先发生聚集，然后重排再聚集，XG-2%和MD-2%也有类似的趋势。结果表明，SA-4%、XG-2%和MD-2%的模区随机线圈含量最高。据报道，样品在高温(150°C)下挤压，观察到随机线圈含量增加，β-薄片结构含量减少，导致蛋白质分子排列紊乱(14)．由此可见，挤压材料研磨性能的增强可能是由于SA、XG和MD在混合冷却区与蛋白质的结合和转化行为。这主要促进了SPI-WG混合物蛋白质结构的展开，提高了热稳定性，增强了蛋白质的聚集能力，表现为β-片状结构的增加和β-turn结构的减少，最终形成了致密刚性纤维结构的挤出物。

3.4.接枝度(DG)

接枝程度可以反映样品在不同挤压段的美拉德反应程度(45)．SA、XG和MD对SPI-WG挤出物接枝度的影响表3．在混合区，SA、XG和MD的加入显著提高了挤出物的接枝度。这一现象与3600 ~ 3200 cm的带宽一致¹红外光谱观察。多糖分子中的羧基通过美拉德反应与蛋白质的游离氨基相互作用，削弱了分子内和分子间的氢键相互作用(46)．在加热区，SA-4%、XG-2%和MD-2%的接枝度较高，这可能是由于氢键与初始变性和拉伸的SPI-WG蛋白分子链结合所致。在熔融区，XG-2%和MD-2%进一步消耗游离氨基，导致接枝度提高。同时，添加4% SA为SPI-WG的后续解离和延伸提供了有利条件，表明模区接枝度(38.02%)显著提高。与SA-4%(38.02%)和XG-2%(33.1%)相比，MD-2%在模区接枝程度较低(31.34%)。结果表明，MD-2%在高温下出现无序，不利于蛋白质的聚集，与蛋白质二级结构的变化(图5)．冷却区XG-2%的接枝度较模区提高了24.8%。对照组和SA-4%的接枝度与模区相比分别降低了31.15和22.12%，而MD-2%的接枝度与模区几乎相同。这说明XG可以促进蛋白质在冷却区聚集和交联，并产生更有序的纤维结构。然而，对照组和SA-4%接枝度的降低可能是由于低温、无水环境条件下样品的美拉德反应度的降低和冷却段的伸长(10)．因此，最终挤出物的颜色更亮(表3)．

3.5.热性能

DSC吸热曲线的吸热峰主要反映了蛋白质的变性温度(Td)和加热过程中的能量变化(ΔH) (47)．原料蛋白质的变性是形成纤维结构的重要因素之一，变性温度的变化会影响挤出物的产品特性(48)．如图6，吸热峰主要出现在80 ~ 110℃，这是由于蛋白质热交联、多糖与蛋白质的美拉德反应等热化学反应引起原料的能量转换。在混合区，SA、XG和MD的加入显著提高了混合料的Td和ΔH。这表明多糖有利于提高混合物的热稳定性和扩大结构。在加热模区，一方面，加工温度的升高(60 ~ 130℃)导致蛋白质的展开;这促进了蛋白质表面暴露的分子位点与多糖、水的相互作用，形成稳定的疏水团聚体，导致混合物变性温度降低(10)．另一方面，混合物中大量的水与蛋白质-多糖紧密结合，首先发生新的分子键能交联，ΔH增加。然后，蛋白质在高温(130°C)下形成熔体。由于热力学不相容和水的润滑，摩擦力和机械能降低，这意味着系统中的热能转换减少，分子间作用力被破坏，蛋白质-蛋白质和蛋白质-多糖之间的交联作用减弱(49)．其中，加热区和熔融区SA-4%由于与更多的水分子结合，表现出较高的热转变温度和ΔH，表明该区域的混合物致密度较高。在冷却区，特别是XG-2%实验组，ΔH增加了92.59%，这意味着蛋白质重新交联，形成了新的分子键来稳定构象。但MD-2%表现出较低的ΔH，这可能是由于MD与一些水紧密结合，减少了蛋白质的水化作用。这降低了变性温度(88.56°C)，并减少了蛋白质组分变性所需的能量。

3.6.蛋白质溶解性分析

通过测定不同挤压区样品的蛋白质溶解度，分析了蛋白质间不同交联键对纤维结构形成的影响。如图7，样品的蛋白质溶解度在1.21 ~ 59.33%之间。磷酸盐缓冲液能够提取天然蛋白质。所有挤压样品在磷酸盐缓冲液中的蛋白质溶解度最低(图7)．这说明大多数蛋白质在高水分挤压条件下发生了热变性，改变了蛋白质的原有结构，增加了蛋白质的聚集程度，从而表现出最低的溶解度(8)．尿素是用于破坏氢键和疏水相互作用的试剂之一，而二硫苏糖醇是用于切割蛋白质的二硫化物键的还原剂之一。两种试剂相互作用通过样品之间的非共价和共价相互作用分别为(50)．结果表明，在挤出物中保持的化学交联键的比例大小顺序为:非共价相互作用>共价相互作用，这与(6)．可以看出，挤压样品的蛋白质结构主要由氢键和疏水相互作用维持，其次是二硫化物键。蛋白质的溶解度在混合-熔化区逐渐增加，在死亡区逐渐降低，最后在冷却区反弹。这表明蛋白质分子键的断裂和重组发生在挤压过程中，在高水分、高温度和高剪切条件下，蛋白质的共价和非共价相互作用减少，导致蛋白质构象稳定，蛋白质交联增强，在低温和低剪切条件下形成新的蛋白质分子键(2)．此外，在尿素中(图7 b)， SA-4%、XG-2%和MD-2%不同区域的蛋白水解率均低于对照，而二硫苏糖醇(图7 c)， SA-4%、XG-2%和MD-2%不同区域的蛋白水解率较高。这说明不同的挤压区对样品的非共价相互作用有显著影响。此前，研究人员报道，多糖的加入降低了熔体的粘度，限制了水和蛋白质之间的接触面积，促进了蛋白质-蛋白质和蛋白质-多糖之间的聚合，并在内部产生了更稳定的二硫化物键(14)．样品中蛋白质溶解度最高的是在图7 d在尿素和二硫苏糖醇存在的情况下，表明挤出物主要由共价和非共价相互作用组成，共同维持定向蛋白结构的稳定性。整体呈先减小后增大的趋势，进一步说明冷却区是纤维取向形成的关键区域。上述结果证实了SA、XG和MD通过改变蛋白质之间的化学交联键来影响挤出物的蛋白质网络结构。虽然2% XG的添加使模冷区形成的聚集体的共价和非共价相互作用提高了约62.79%，但从挤出物研磨分析结果来看，过度促进蛋白质聚集不利于纤维结构取向。相反，SA-4%能更好地平衡样品间化学交联键的转化。在混合冷却区，SA-4%的二硫键稳定在14.62%左右，氢键和疏水相互作用稳定在19.28%左右，促使样品最终形成最高的纤维度(2.1)。

3.7.挤出物的微观结构

原料挤压形成纤维结构通常被认为是一个黑箱过程，为了进一步了解添加4% SA、2% XG和2% MD对SPI-WG挤出物微观结构的影响，对不同挤压区域的样品进行了扫描电镜观察(图8)．混合区蛋白结构发生了初步变化，SA-4%、XG-2%和MD-2%的蛋白在混合区形成了块状结构。在加热-模区，由于蛋白质颗粒吸收水分而发生膨胀(14)．对照组观察到多孔结构，但未整体显示临界纤维结构。此外，实验组用多糖形成了部分块状结构，改善了部分蛋白质结构。其中，SA-4%在模区有明显的纤维取向。XG-2%在模区表现出最无序的结构，表明其显著提高了混合物的流动性。在冷却区，挤出物的结构发生了明显的变化，出现了纤维网络结构。据(2)，各向异性结构中蛋白质形成的关键区域是冷却区，在冷却区剪切力相对较低，有利于层流流动。与光滑结构的对照组相比，添加4% SA、2% XG和2% MD的试验组具有更多的纤维结构。SA-4%组具有明显的纤维结构和紧密的凝胶状结构。XG-2%组横截面呈局部团聚。MD-2%组的条带纤维形态较粗，取向一致，界面较平，但下层存在粗糙的多孔结构。相比之下，添加4% SA有利于不同挤压区结构的稳定性，添加2% XG有利于混合物高温流动性和低温聚集，添加2% MD形成类似于肉类的粗纤维丝结构。这表明SA、XG和MD在挤压环境中表现出不同的性能，有利于改变挤出物的纤维结构。

4.结论

本研究在高水分挤压条件下，综合考察了SA、XG和MD添加对SPI-WG挤出物的结构和理化性能的影响。结果表明，SA、XG和MD的加入为改善SPI-WG混合料各向异性纤维结构的形成提供了可能，并可显著改善挤出物的织构性能(如纤维度)。XG-2%的吸水能力最强(501.57%)。MD-2%的游离水比例最大(6.82%)。SA-4%中束缚固定水最高(峰面积9349.34)。SA、XG和MD的亲水性有助于调节挤出物的水分分布和胶凝能力，这可能与蛋白质二级结构的转变有关。蛋白质的折叠程度和流动能力决定了挤出物纤维结构的形成。控制原料在不同挤压区化学交联键的转化，批判性地理解化学键通过熔融区-冷却区断裂和重组行为，是蛋白质-多糖共混物形成具有特征三维蛋白质网络的高水分挤压物的重要因素。此外，通过提高原料的热稳定性，更高的能量转换可以形成更密集的蛋白质网络。SA-4%可获得理想的纤维结构(比K提高89%₀稳定分子间的相互作用，提高体系的热转变温度。本研究的结果证明了一种赋予高湿挤压大豆蛋白-小麦蛋白有益功能和营养特性的替代方法，从而提高了高湿挤压植物蛋白产品的质量。

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参考文献