《Food Research International》：Effects of extrusion temperature on the structural, physicochemical and rheological properties of oat-brown rice-cod peptide blends
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本研究探讨不同起始挤出温度（To:90,100,110℃）和温差（Td:8,12,16,20℃）对燕麦-糙米-鳕鱼肽复合物挤出物（OBCE）及粉末（OBCP）微观结构、质地、流变学等特性的影响。结果表明，高温处理提高OBCE膨胀比及延展性，降低密度、硬度和脆性，同时显著提升OBCP的水分溶出指数（WSI）和吸收指数（WAI）。挤出过程诱导淀粉凝胶化，热稳定温度从60℃升至75℃，并通过FT-IR和XRD证实其结晶结构变化，为开发营养均衡的海洋-谷物蛋白复合粉体提供技术依据。
作者：张毅、龚东学、宁叶、文成荣
单位：中国大连理工大学食品科学与技术学院，国家海洋食品工程技术研究中心海洋食品加工与安全控制实验室，海洋食品深加工协同创新中心
摘要
本研究探讨了燕麦-糙米-鳕鱼肽混合物（OBCB）的挤出工艺，作为一种实用且有效的方法来制备营养均衡的粉末。通过不同的起始挤出温度（To：90°C、100°C和110°C）和温度差（Td：8°C、12°C、16°C和20°C），评估了这些因素对燕麦-糙米-鳕鱼肽挤出物（OBCE）的微观结构和质地以及燕麦-糙米-鳕鱼肽挤出粉末（OBCP）的结构、流变性能、水合能力和糊化特性的影响。结果表明，较高的挤出温度（To和Td）能够获得膨胀比和延展性更高的OBCE，但其密度、硬度和脆性较低。挤出温度与OBCP的水溶性指数（WSI）和吸水性指数（WAI）之间存在正相关关系。此外，挤出工艺显著提高了OBCP的复水性，最佳复水率分别为81.44±0.21%（To=100°C, Td=12°C）和81.69±0.42%（To=100°C, Td=16°C）。在低温（30–60°C）条件下，OBCP溶液的G′和G″值分别比OBCB溶液高出一个和两个数量级。同时，产品的稳定性温度从约60°C提高到了75°C。剪切测试、频率扫描和快速粘度分析（RVA）均证实挤出工艺促进了淀粉的糊化。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）显示短程有序结构的丧失，这一现象在较高挤出温度下更为明显；X射线衍射（XRD）分析表明整体结晶度降低，并重新结晶为V型晶体聚合物。本研究阐明了挤出温度参数（To和Td）对这种新型谷物-海洋蛋白复合材料的协同调控机制，为稳定、高蛋白的全谷物基粉末产品的工业化生产提供了具体的技术支持。
引言
全谷物富含膳食纤维、B族维生素、植物甾醇和多酚化合物，其摄入与降低糖尿病、心血管疾病和某些癌症的风险显著相关（Kumar等人，2018；Pei等人，2024）。以全谷物为中心的饮食模式已成为现代营养干预的关键方向（Milani等人，2024）。在全谷物加工产品中，代餐饮料粉因高营养价值、便携性和适应性而迅速受到消费者市场的欢迎，尤其受到年轻人群和注重健康的人士的青睐（Okhravi等人，2024）。然而，目前的全谷物代餐饮料粉通常蛋白质营养搭配不均衡，因为其主要蛋白质来源为谷物或传统的陆地动物蛋白（如乳清蛋白和卵白蛋白），缺乏科学添加的海洋动物蛋白（Hicks等人，2019；Huang等人，2020）。这种单一的蛋白质来源不仅导致赖氨酸和甲硫氨酸等必需氨基酸含量不足，还降低了蛋白质的消化率和吸收效率（Carbone & Pasiakos，2022）。此外，谷物蛋白本身存在紧密排列的二级结构和较高的抗营养因子，进一步限制了代餐饮料粉的营养效果。为解决这一蛋白质营养不平衡问题，混合多种成分成为有效方法。然而，直接混合制成的产品仍存在质地粗糙和溶解稳定性差的问题（Wang等人，2020；Yu等人，2009）。
挤出技术作为全谷物深度加工的核心方法，通过高温、高压和剪切力的协同作用有效改善了全谷物材料的品质（W.T. Pigott，1951）。在挤出过程中，材料被热激活转化为热塑性熔体，淀粉颗粒部分糊化并降解，膳食纤维结构部分破坏，蛋白质变性并形成交联网络，从而共同改变了挤出物的物理化学性质（Offiah等人，2018）。该工艺实现了多种品质提升，如提高水溶性、改善消化率和吸收率，并形成独特的风味（Camire等人，1990）。在挤出膨化过程中，温度对产品质量至关重要：低温下促进部分淀粉糊化并保持膳食纤维结构，同时诱导可逆的蛋白质变性以提高溶解性；过高温度可能导致淀粉过度降解、蛋白质热损伤和有害物质（如丙烯酰胺）的产生（Ge等人，2024；Sandrin, Caon等人，2018）。温度还通过调控材料的膨胀程度、溶解稳定性及营养成分保留率，全面决定了全谷物代餐饮料粉的最终品质（Singh等人，2007）。
本研究考察了不同起始挤出温度（To：90°C、100°C和110°C）和温度差（Td：8°C、12°C、16°C和20°C）对燕麦-糙米-鳕鱼肽挤出物（OBCE）和挤出粉末（OBCP）品质的影响。通过多维度表征（包括微观结构、质地特性、糊化行为和流变特性）和统计分析（相关性分析），阐明了挤出温度参数对复合体系的协同调控机制。本研究创新性地构建了一种谷物-海洋蛋白复合体系，克服了传统全谷物产品仅依赖谷物或陆地动物蛋白所导致的蛋白质营养不平衡问题。以往大多数研究仅关注单一温度参数或忽视了温度变量之间的相互作用，而本研究系统地探讨了To和Td在调节产品性能中的双重调控作用，为提高强化海洋蛋白的全谷物产品的稳定性和功能性提供了新的理论见解。
材料
材料
燕麦粉（蛋白质含量15%；脂肪含量6.7%）和糙米粉（蛋白质含量8%；脂肪含量1.8%）购自上海金良食品科技有限公司（中国上海）。鳕鱼肽（分子量<1000 Da）购自海南华研胶原蛋白科技有限公司（中国海南）。
挤出工艺
燕麦粉43.56%、糙米粉41.86%、鳕鱼肽14.58%在Fuma食品工程有限公司的高速混合机ZGN-30中混合（湖南）
OBCE的微观结构
燕麦-糙米-鳕鱼肽挤出物（OBCE）的宏观形态和截面微观结构如图1a和b所示。随着起始挤出温度（To）和区域间温度差（Td）的升高，OBCE的膨胀体积增大，同时形成了更大的孔隙。这可能是由于温度升高提高了分子流动性，水分迅速蒸发形成大量气泡并膨胀、聚合所致。
结论
本研究系统地研究了不同起始挤出温度（To：90°C、100°C、110°C）和温度差（Td：8°C、12°C、16°C、20°C）对燕麦-糙米-鳕鱼肽混合物（OBCB）的物理化学、微观结构和功能特性的影响。提高To和Td显著改善了OBCE的膨胀比和微孔结构，同时降低了其硬度和脆性。
作者贡献声明
张毅：撰写初稿、实验研究。龚东学：实验研究、数据分析。宁叶：方法设计、数据分析。文成荣：撰写修订稿、监督工作、项目管理和资金申请。
利益冲突声明
作者声明与本研究无任何潜在的利益冲突。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（2022YFF1100500）的支持。实验平台由大连理工大学国家海洋食品工程技术研究中心提供，RVA技术支持由福建农林大学实验室提供。
