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Food Hydrocolloids|陈坚院士团队刘潇助理研究员课题组研究成果:基于振幅振荡剪切流变学探究直链/支链淀粉对酵母-大豆蛋白高水分挤出物结构形成的影响机制

来源:未来食品科学中心   文图:刘潇 审核:汪超  发布日期:2024-06-11  查看次数:

近日,Food Hydrocolloids在线发表了江南大学未来食品科学中心陈坚院士团队研究成果“Exploring the mechanism of amylose/amylopectin improving formation of yeast-soy protein high-moisture extrudates based on small and large amplitude oscillatory shear rheology” (Liu et al., Food Hydrocolloids, 2024, 153, 110062)。刘潇助理研究员为论文第一作者兼通讯作者。

与传统肉制品相比,以大豆蛋白为主要原料的植物基肉制品更具绿色可持续效益。与大豆蛋白相比,酵母蛋白具有更高的生产效率和更全面的氨基酸组成,是新质生产力的典型代表。然而,前期研究发现在高水分挤出过程中,酵母蛋白替代大豆蛋白达到50%时无法形成纤维结构。此外,由于挤出条件被视为是黑箱过程,难以对挤出物结构进行实时监测。探索挤出过程的高温高剪切影响因素和机理,建立模型指导挤出过程,有助于实现对酵母蛋白基高水分挤出物结构的有效控制。

针对上述问题,江南大学食品合成生物学与生物制造团队研究人员根据相分离理论,在50%酵母蛋白占比基础上,添加不同类型淀粉替代部分大豆蛋白。通过使用闭腔流变仪模拟高水分挤出过程(混合、熔融、冷却和挤出),研究淀粉添加(直链淀粉/支链淀粉)对50%酵母蛋白占比挤出物结构的影响及形成机制。研究人员首先观察了挤出物的宏观和微观结构,发现添加淀粉可以改善挤出物结构,但不同类型淀粉对改善效果有差异。随后对挤出物进行两相分布观察,发现直链淀粉促进蛋白聚集,形成分离相分离;支链淀粉与蛋白的相互作用增强,形成缔合相分离。在动态机械分析中发现,与直链淀粉相比,支链淀粉显著提高了挤出物的纤维化程度并提高其抗拉伸能力。此外,通过小振幅振荡剪切(SAOS)技术检测挤出过程中的流变特性并建立质构纹理图。在混合和熔融区,直链淀粉降低了蛋白和淀粉相的混溶性,而支链淀粉对蛋白质网络的完整性和均一性具有积极影响。支链淀粉可以将挤出物转化为状,有助于重建蛋白质网络。

为进一步探究高水分挤出过程中的结构变化情况,研究人员使用大振幅振荡剪切(LAOS)技术绘制利萨茹曲线并计算能量耗散比。在曲线中观察到添加淀粉的挤出物显示出二次环结构,表明淀粉影响分子链的断裂和重建速率,从而改变高应变下蛋白质网络的重排速率。与添加直链淀粉和混合淀粉类型的挤出物相比,支链淀粉具有更为明显的二次环曲线,表明其提高了挤出物的结构稳定性。在冷却区低应变下添加支链淀粉挤出物表现出最高的能量耗散,表明该材料具有更高塑性,有助于在冷却区形成纤维结构。

上述研究工作得到了中央高校基本科研专项资金(JUSRP122046)、安琪酵母股份有限公司项目的资助。

图1 挤出物的宏观结构图像 A:YP-SPI 挤出物,B:添加直链淀粉的挤出物,C:添加支链淀粉的挤出物,D:添加直链/支链淀粉的挤出物

图2 挤出物的扫描电镜观察

图3 挤出物的弹性利萨如曲线

图9 挤出物在30℃(A)、加热至140℃(B)、冷却至100℃(C)和冷却至30℃(D)时耗散比图

(编辑:潘梦妍)