海藻糖对高湿挤压肉类类似物品质特性的影响

朱来景 刘萌 王彦丽 赵祥忠

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.05.006

引文格式：朱來景，刘萌，王彦丽，等.海藻糖对高湿挤压肉类类似物品质特性的影响[J].中国调味品，2024，49（5）：31-37.

ZHU L J， LIU M， WANG Y L， et al.Effect of trehalose on quality characteristics of meat analogs by high humidity extrusion[J].China Condiment，2024，49（5）：31-37.

摘要：为改善大豆蛋白肉类类似物的纤维化度和其他品质特性，探究高湿挤压过程中海藻糖（trehalose，TR）的添加比例对大豆蛋白肉类类似物品质的影响，采用湿法挤压技术制作大豆蛋白肉类类似物，分析TR的不同添加比例对大豆蛋白肉类类似物色泽、质构特性、流变特性和微观结构的影响。此外，还分析了TR的添加对肉类类似物中蛋白质二级结构的影响。结果表明，添加了6% TR的肉类类似物的硬度为（11.82±0.53） kgf，咀嚼度为（10.02±0.39） kgf，并且表现出了最高的纤维化度，为1.99±0.05，相比于未添加TR的样品增加了22%。表观观察到所有添加了TR的样品外观较0% TR的样品更平整光滑。此外，还发现添加了6% TR的样品的亮度值为56.68±0.19，最接近于熟制鸡胸肉的亮度值56.34±0.40。扫描电镜结果显示，添加了6% TR的肉类类似物相较于0% TR的样品有着更明显的各向异性结构。总而言之，肉类类似物中TR的最佳添加比例为6%，并且TR是制备高品质特性大豆蛋白肉类类似物的一种较理想的添加剂。

关键词：肉类类似物；高水分挤压；海藻糖；大豆蛋白；品质特性

中图分类号：TS201.1      文献标志码：A      文章编号：1000-9973（2024）05-0031-07

Effect of Trehalose on Quality Characteristics of Meat Analogs by

High Humidity Extrusion

ZHU Lai-jing， LIU Meng， WANG Yan-li， ZHAO Xiang-zhong*

（School of Food Science and Engineering， Qilu University of Technology （Shandong

Academy of Sciences）， Jinan 250353， China）

Abstract： In order to improve the fibrousness and other quality characteristics of soy protein meat analogs， and explore the effect of the addition ratio of trehalose （TR） on the quality of soy protein meat analogs during high humidity extrusion， soy protein meat analogs are prepared by humidity extrusion technology， and the effects of different addition ratios of TR on the color， texture characteristics， rheological characteristics and microstructure of soy protein meat analogs are analyzed. In addition， the effects of the addition of TR on the secondary structure of proteins in the meat analogs. The results show that the hardness of the meat analog added with 6% TR is （11.82±0.53） kgf， the chewiness is （10.02±0.39） kgf， and the meat analog has the highest fibrousness of 1.99±0.05， which increases by 22% compared to the sample without adding TR. Through appearance observation， it is found that all samples added with TR have a smoother appearance compared to the samples added with 0% TR. It is also found that the brightness value of the sample added with 6% TR is 56.68±0.19， which is the closest to the brightness value of cooked chicken breast （56.34±0.40）. Scanning electron microscopy results show that meat analog added with 6% TR has a more pronounced anisotropic structure compared to the sample added with 0% TR. In conclusion， the optimal addition ratio of TR in meat analogs is 6%， and TR is an ideal additive for preparing high-quality soy protein meat analogs.

Key words： meat analogs; high humidity extrusion; trehalose; soy protein; quality characteristics

收稿日期：2023-10-10

基金项目：山东省重点研发计划（2020CXGC010604）

作者简介：朱来景（1998—），男，硕士研究生，研究方向：蛋白质工程。

*通信作者：赵祥忠（1969—），男，副教授，硕士，研究方向：海洋食品与生物技术。

由于人口的不断增长，人类对于肉类产品的需求进一步增加，而肉类产品产量的增加不可避免地会对环境造成一定程度的危害，由于动物保护及环境保护等话题热度的上升，以植物为原料的肉类类似物及相关产品引起了国内外的广泛关注[1]。植物基肉类类似物作为可以代替动物肉类的产品，在现今的生产条件中主要由湿法挤压技术生产，湿法挤压技术可以被认为是一种具有开发植物基肉类类似物潜力的加工技术[2]。

植物蛋白和糖类的各种组合已被用于制造肉类类似物[3]，一些水溶性或水分散性糖类物质可以充当交联剂来改善肉类类似物的质构特性，并且通常与纤维结构的产生直接相关[4]。胡小静等[5]将魔芋多糖和大豆蛋白混合制作魔芋仿生鸡肉肉类类似物，制作的样品品质、口感俱佳。海藻糖（trehalose，TR）作为一种安全性高、稳定性强的糖类，在食品加工行业中得到了广泛的应用[6]。TR的甜度是蔗糖的45%左右，并且TR具有柔和的甜味，吃起来清爽无后味[7]。康立宁等[8]研究发现，蛋白质的变性程度越小，组织化能力越好，纤维结构越强，大豆蛋白产品的品质就越好。TR在高温挤压、冷冻储藏或者烘干的过程中，能够很好地避免蛋白质的变性，TR被认为是一种特殊的蛋白质稳定剂[9]，能够通过与非天然状态相互作用来帮助适当的蛋白质折叠[10]，从而影响蛋白质的二级结构比例，改善大豆蛋白肉类类似物的纤维结构。本文选取TR作为添加剂，通过分析TR的添加量对大豆蛋白肉类类似物品质特性的影响，确定最佳的TR添加量，以期改善大豆蛋白肉类类似物的品质特性。

1  材料与方法

1.1  材料与试剂

大豆分离蛋白（蛋白≥90%）：安阳天祥瑞食品科技有限公司；海藻糖（原料为玉米淀粉）：德州汇洋生物科技有限公司；生鸡胸肉：济南长清家家悦超市有限公司。

1.2  仪器与设备

AHT36型双螺杆挤压机  济南真諾机械有限公司；TA.XT C-20型质构仪、RH-20型流变仪  上海保圣实业发展有限公司；EZ-Test型生物力学测试仪  日本岛津公司；NR20XE型高品质色差仪  深圳市三恩时科技有限公司；Scientz-18N型冷冻干燥机  宁波新芝生物科技股份有限公司；TESCAN MIRA LMS型扫描电子显微镜  捷克泰思肯公司。

1.3  实验方法

1.3.1  大豆蛋白肉类类似物的制备

挤压实验在双螺杆食品挤压机中进行，大豆蛋白与TR按质量比100∶0（0%）、98∶2（2%）、96∶4（4%）、94∶6（6%）、92∶8（8%）制备基料，湿法挤压机默认螺杆转速为840 r/min，第一区～第七区的挤压机机筒温度分别设定为40，60，80，120，140，160，150 ℃。挤压机机筒的顶端连接冷却模头，模温机的冷却循环水温度分别设定为45，60 ℃，控制挤出物水分含量大约为60%。开始实验时喂料筒中分批次加入制备好的实验基料，等待湿法挤压机挤出状态稳定后将肉类类似物样品收集起来[11]，对试样进行质构和色泽测定。对于完成质构测定的测试样品经真空包装封口机进行抽真空包装，以隔绝氧气防止其氧化变质，然后进行冷藏保存。待需进行试样分析时，将冷冻干燥机冷冻干燥后的样品经研钵磨碎，过100目筛，用真空包装袋收集过筛后的肉类类似物粉末样品，放入真空干燥罐中，以备后续试样分析。

1.3.2  肉类类似物的表观结构

对挤压出的大豆蛋白肉类类似物的表观结构进行观察，并对其表观特征、软硬程度、拉丝效果进行拍照观察对比，然后使用相机拍摄外表面图、横切面图和纵切面图，所有照片都在相同背景和LED光照射下拍摄。

1.3.3  色度分析

利用色差仪对不同TR浓度的肉类类似物样品的3个不同部位进行色泽测定，并取平均值进行方差分析，校准板的标样测量值L*值、a*值和b*值分别为96.41，-0.29，0.27，数值L*、a*、b*表色系。L*值为明度指数，a*值和b*值为彩度指数。ΔE表示产品与白色板的色差，ΔE值越大表示与白色板的差别越大，按下式计算[12]：

ΔE=  L*－L*s2+（a*－a*s）2+（b*－b*s）2。

式中：L*s、a*s、b*s为标准白色板的测定值，分别为96.41，－0.29，0.27。

1.3.4  质构特性及纹理特性分析

将挤出的样品按照尺寸25 mm×25 mm×10 mm切割成小块，使用质构仪，实验类型为全质构测试，测试类型为下压，选用柱形探头TA/20；设定测试前、后速度均为5 mm/s，测试速度为1 mm/s，触发点数值为5 gf，添加不同含量TR的肉类类似物样品均进行测试，记录对应的硬度、黏着性、弹性、咀嚼性[13]。然后将挤出物切成150 mm×70 mm×500 mm的长方体，使用生物力学测试仪采用肉剪切测试方案——沃布氏切刀以50 mm/min的速度沿垂直方向（横向剪切力，FV）和平行方向（纵向剪切力，FL）切割肉类类似物，分别记录横向剪切力和纵向剪切力[14]。纤维度使用FV（横向剪切力）与FL（纵向剪切力）的比值表示，每组样品重复测定3次，取平均值。

1.3.5  流变特性分析

将样品置于冰箱中冷冻过夜，使用真空冷冻干燥机进行冷冻干燥。将冻干后的样品置于研钵中研磨，过100目筛，收集过筛后的粉末样品。将1 g粉末样品分散到5 mL去离子水中[15]，并以900 r/min的速度搅拌2 h，然后在4 ℃下于冰箱中冷藏储存过夜，以确保分散体在测量前完全水合[16]。分散样品的流变特性在25 ℃下测量，剪切速率为1～100 s-1。使用具有铝制平行板几何形状（直径50 mm，间隙50 mm）的流变仪。将样品平铺到流变仪面板上，然后下降几何平板至平铺均匀。为了避免蒸发，在测量过程中，在所有浓度样品的边缘添加了一层薄薄的低黏度石蜡油，在这些样品测量中确定了表观黏度和剪切速率[17]。

1.3.6  傅里叶变换红外光谱测定

将1 mg冷冻干燥粉末样品和100 mg KBr混合并压缩成颗粒[18]。扫描次数为64，分辨率为4 cm-1，每个样品测试3次，取平均值。使用Omnic 9.2软件和PeakFit 4.12软件进行基线校正、归一化、傅里叶去卷积化处理，然后进行拟合分析。

1.3.7  扫描电子显微镜（SEM）分析

样品进行切片（10 mm×5 mm×5 mm）后使用真空冷冻干燥机干燥，然后取微量块体样品直接粘到导电胶上进行喷金处理，随后使用TESCAN MIRA LMS扫描电子显微镜拍摄样品形貌，形貌拍摄时加速电压为3 kV，探测器为SE2二次电子探测器[19]。

1.3.8  数据处理

本研究采用SPSS 26.0软件对实验数据进行显著性分析，数据以平均值±标准差的形式表示，P<0.05表示差异显著。采用Origin 2021软件进行数据绘图。

2  结果分析

2.1  表观特征分析

不同TR添加量（0%、2%、4%、6%、8%）的肉类类似物样品的表观特征、横切面和拉丝效果见图1。

由图1中A可知，随着TR添加量的不断增加，肉类类似物的外观特征愈发平整光滑，肉类类似物样品的褶痕逐渐减少，样品边缘更加平整，并且色泽上更加明亮，与后续色度分析结果相一致。由图1中B可知，对于不同浓度的样品的横切面进行对比，可以看出随着TR添加量的不断增加，横切面的颜色有逐渐变浅的趋势，可能是随着TR添加量的增加，在高湿挤压过程中，样品内部加工过程中的美拉德反应受到了一定程度的抑制，并且添加一定比例TR的肉类类似物样品的切面边缘表观更加平整。由图1中C可知，对于肉类类似物拉丝效果的对比，所有挤出物样品都呈现出拉丝效果，但是當TR的添加量相对较高时，观察到肉类类似物样品的拉丝效果更加细腻明显。

从挤出物样品表观特征上分析可以得出，TR的加入有效地改善了肉类类似物的表观特征，使肉类类似物的外观更加平整且内部结构更加紧凑，这与质构结果的分析相符合，TR的加入从外观上还增加了肉类类似物的亮度，该结果与肉类类似物的色度分析结果一致。

2.2  色泽分析

颜色在消费者考虑食品的可接受性时起着重要作用[20]。用色度测量仪测定肉类类似物的L*值、a*值、b*值来判断TR的添加量对肉类类似物色泽的影响程度。高水分挤压条件下肉类类似物的色泽主要受美拉德反应和原料自身色泽的影响[21]，而TR具有非还原性，当其与氨基酸和蛋白质处于共存状态时甚至受热也不会发生褐变。加入一定量的TR对于肉类类似物褐变反应的发生具有抑制效果，所以TR有望成为抑制挤压筒内肉类类似物美拉德反应的添加剂。

由表1可知，TR提高了大豆蛋白肉类类似物的亮度值L*值，且亮度值L*值随着TR添加量的增加呈逐渐升高的趋势，此结果符合肉类类似物表观结构的分析。原因可能是TR作为纯白色颗粒状固体，对肉类类似物挤出物中颜色较深的物质起到了稀释的作用，使肉类类似物的L*值增加。总色差ΔE和亮度值L*值变化趋势不一致，表现为随着TR添加量的增加ΔE整体呈现下降的趋势，但在TR添加量为0%时，ΔE达到最大值，随着TR添加量的增加，ΔE逐渐下降，这意味着肉类类似物的颜色越接近于校准板的颜色。当TR添加量为6%时，肉类类似物的L*值、a*值、b*值最接近于熟制鸡胸肉的L*值、a*值、b*值。结果说明TR的添加对肉类类似物的亮度有促进作用，并且可以生产出更接近于真肉色泽的肉类类似物。

另外，肉类类似物红绿色值a*值与黄蓝色值b*值随着TR添加量的增加总体上呈现先升高后降低的变化趋势。美拉德反应的发生温度一般在110～180 ℃，高湿挤压机机筒内的温度为120～160 ℃，肉类类似物的颜色变化可以与美拉德反应的发生相联系，一些学者发现a*值和b*值与美拉德反应程度之间呈现正相关性[22]，所以a*值和b*值的变化结果表明高湿挤压机机筒中美拉德反应随着TR添加量的增加先增强后减弱，故色度的测定结果验证了高剂量TR的添加（≥6%）对湿法挤压过程中美拉德反应的发生起到了抑制作用。

2.3  质构特性分析

TR的添加对肉类类似物的硬度、弹性、咀嚼性、纤维化度都有较显著的影响。由表2可知，TR的添加显著增加了肉类类似物的硬度，且随着TR添加量的增加，挤压出的肉类类似物的硬度呈先逐渐上升后下降的趋势，在TR添加量为6%时，肉类类似物的硬度达到最高值，由7.78 kgf增加到11.82 kgf，说明添加一定量的TR可以增加肉类类似物的硬度。原因可能是在TR存在过多的情况下，其加强了蛋白质与蛋白质之间的相互作用，而TR添加量过多时，由于TR的黏性又会减弱蛋白质之间的相互作用，故硬度又会呈现降低的趋势，蛋白质与糖类物质在挤出过程中的状态可类比为两类熔融状复合物生成热凝胶[23]。而TR添加量为6%时的肉类类似物的咀嚼度也同时达到最高，由5.54 kgf升高到10.02 kgf，由于在高湿挤压过程中形成了一种热凝胶物质，TR的添加同时增强了肉类类似物的咀嚼度。结果显示：添加TR的肉类类似物比未添加的硬度更大，且更有嚼劲，但对肉类类似物弹性的影响不是很明显。在表观特征的分析中发现，未添加TR的肉类类似物样品的外观结构比添加TR的样品显得更加松散，这与质构数据的分析结果相吻合。

纤维化度是表征肉类类似物样品纹理结构或纤维结构的一个指标，纤维化度使用FV（横向剪切力）与FL（纵向剪切力）的比值表示。当TR添加量为8%时，肉类类似物样品可能会因为在挤压过程中蛋白质-海藻糖相互作用形成蛋白质-海藻糖偶联物，氢键与二硫键的相互作用均显著增强，共价键和非共价键的相互作用使蛋白质网络结构的稳定性增强，导致肉类类似物孔隙率的减少和硬度的增加，从而导致剪切力增大，这一分析结果与肉类类似物硬度值增加以及后续微观结构分析结果一致。通过添加TR改善了肉类类似物的纤维度，特别是当TR的添加量为6%时，纤维化度达到最高值（1.99±0.05），而且添加TR的肉类类似物的纤维化度普遍高于未添加的肉类类似物。结果显示：添加TR可以有效提高肉类类似物的纤维化度，TR与大豆蛋白结合具有生产出高纤维化度肉类类似物的潜力，从而使肉类类似物更易被消费者接受。

2.4  流变特性分析

不同TR添加量（表观黏度随剪切速率的变化）的分散体的流变性质曲线见图2。

由图2可知，不同TR添加量的肉类类似物样品的表观黏度均随剪切速率的增大而减小，呈现剪切稀化流动现象，即由于流速的增加引起黏度的减小。当剪切速率较低时，样品的表观黏度随TR添加量的增加而显著下降，原因是聚合物浓度的减小导致表观黏度的降低，水合完全后的分散体样品系统不仅包括溶解的蛋白质成分，还包括一些不溶性的成分，聚合物浓度的减小是单个分子重叠和分子间连接的断裂导致的。高剪切速率时，分子间或者分子内相互作用被破坏，导致各组不同TR浓度分散体的表观黏度的差异不明显[24]。所以TR的添加阻碍了蛋白质分子链在湿法挤压时发生交联而使表观黏度下降，从而破坏了大豆蛋白中的新构象[25]。另外，TR的添加使肉类类似物粉末样品在水合完全后的流动性增大，符合微观结构和质构特性中肉类类似物内部结构变得疏松和孔隙率增大的研究结果。

2.5  傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析

FTIR常用于蛋白质结构的检测[26]，其中酰胺Ⅰ带（1 700～1 600 cm-1）常用于鉴定蛋白质的二级结构[27]。蛋白质的二级结构有α-螺旋、β-折叠的规则结构及β-转角、无规则卷曲的半规则及不规则结构。挤压属于高温短时间的食品加工方法，在挤压机内食品材料受高温、高压和剪切力等多种因素的共同作用，蛋白质会发生物理或者化学上的改变，这些改变会使蛋白质发生变性，结构与功能特性发生全面性改变。分析蛋白质二级结构的变化对于分析TR的添加比例对肉类类似物品质特性的影响具有十分重要的意义，故定量分析光谱二阶导数。参考姚海霞等[28]的方法设定二级结构条带区域：β-折叠（1 600～1 640 cm-1）、无规则卷曲（1 640～1 650 cm-1）、α-螺旋（1 650～1 660 cm-1）、β-转角（1 660～1 700 cm-1）。

总而言之，各样品的FTIR光谱随吸光度变化的规律基本一致。由图3可知，当波数确定时，肉类类似物的吸光度随着TR添加量的增加而相应提高。添加TR的肉类类似物样品的傅里叶变换红外光谱图在2 900 cm-1（C—H拉伸）、1 745 cm-1（C—O拉伸）和1 150 cm-1（CH2和C—O—C对称拉伸）处出现3个特征吸收峰。大约在800，1 700 cm-1处的峰为宽峰，这主要由-OH、-NH及-CH的伸缩振动引起；在1 760 cm-1处有一个尖峰主要来自饱和C中—CH的伸缩振动。在2 900 cm-1左右的峰主要由饱和碳—CH的拉伸振动所驱动，在3 000～3 500 cm-1处有与羟基官能团有关的强带出现，TR的特征官能团主要是羟基基团，说明样品中有TR存在，从而证明了TR加入到肉类类似物中。

由表3可知，不添加TR的肉类类似物二级结构组分中表现出β-折叠>β-转角>无规则卷曲>α-螺旋，β-折叠是大豆蛋白肉类类似物中二级结构的主要作用力。蛋白质分子二级结构的变化主要是由于在挤压过程中在各项因素的作用下，蛋白质分子维持高级结构的化学键被破坏，分子去折叠化，α-螺旋、β-折叠比例下降，β-转角、无规则卷曲比例升高，分子逐渐展开呈链状结构[29]。TR的添加使大豆蛋白肉类类似物的β-折叠含量显著增加，且添加TR的大豆蛋白肉类类似物的β-折叠含量整体高于未添加TR的空白对照组。其中TR添加量为6%时，大豆蛋白肉类类似物的β-折叠含量最高。Choi等[30]提出α-螺旋与β-折叠为相对稳定的有序结构，无规则卷曲与β-转角为蛋白质二级结构中的无序结构。

TR添加量为0%时β-折叠含量最低，这是因为TR添加量为0%时，蛋白质结构在挤压条件下发生了较严重的变性而造成β-折叠结构较少（P<0.05）。TR添加量为0%时挤出物中的无规则卷曲含量占比达到最大值20.50%，此情况下无规则卷曲结构会促使柔性蛋白质结构的产生，与质构结果相符合。TR添加量为6%时，肉类类似物中有序二級结构的比例达到最高值，且添加TR的肉类类似物中蛋白质有序二级结构的比例高于未添加TR的肉类类似物样品。在此条件下，大豆蛋白经挤压后β-转角结构增加可以归因于聚集体的形成，这有利于肉类类似物中纤维结构的形成，TR通过增加有序结构的比例来促进肉类类似物中纤维结构的形成[31]。

2.6  大豆蛋白肉类类似物的微观结构

SEM图像可以鉴别肉类类似物样品内部结构。为探讨TR的添加量对大豆蛋白肉类类似物纤维结构的影响，进行SEM电镜的拍摄。由图4可知大豆蛋白肉类类似物的微观结构，加入TR的肉类类似物SEM图像上分别发现了显著的层状及纤维结构。另外，1 500倍SEM图像下的肉类类似物的孔隙结构随着TR添加量的增加而减少，肉类类似物样品孔隙率的减少导致样品的硬度和咀嚼度增大，这与质构数据的分析结果相符合。低剂量TR浓度对照的SEM图像不能清晰地观察到分层及纤维结构，这是由于孔隙结构太密集。综上所述，添加了TR的肉类类似物的纤维化度普遍优于未添加TR的肉类类似物样品，这种现象符合纤维度的研究结果。另外，随着TR添加比例的增加，视野内的孔隙数目明显减少，添加TR的肉类类似物样品具有更致密的纤维结构以及更高的纹理稳定性，这一结果符合肉类类似物咀嚼性和质构特性中硬度的分析结果。

3  結论与展望

本研究以大豆蛋白为原料，通过双螺杆挤压机进行湿法挤压实验，研究不同TR添加量（0%、2%、4%、6%、8%）对大豆蛋白肉类类似物品质特性的影响。结果发现，添加TR的样品相较于未添加TR的肉类类似物均成型良好且样品的纤维化度较高，添加TR可以有效改善肉类类似物的纤维结构和质构特性。TR的添加还显著改变了肉类类似物的色泽，使肉类类似物在色泽上更接近于真肉，肉类类似物更易被消费者接受。此外，通过扫描电镜观察微观结构可以看到TR的添加使肉类类似物中孔隙结构明显增多，有效改善了肉类类似物的纤维结构，还改变了高水分肉类类似物的流变性能。总之，确定了肉类类似物中TR的最佳添加量为6%，在此条件下肉类类似物的硬度为（11.82±0.53） kgf，咀嚼度为（10.02±0.39） kgf，并且表现出了最高的纤维化度，为1.99±0.05，其色泽最接近于熟制鸡胸肉，并且具有相对较好的各项品质特性。但是，对于TR是否能够抑制大豆蛋白肉类类似物中蛋白质的变性及TR和蛋白质之间相互作用的机理等问题还没有得到明确的研究结果，未来应更加深入地对TR的功能特性进行研究，以期进一步改善肉类类似物的品质特性。

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