高水分条件下多糖胶体的挤出加工用于植物基肉类替代品：一项比较研究与优化

《Food Research International》：High-moisture extrusion of polysaccharide colloids for plant-based meat analogues: a comparative study and optimization

多糖胶体高水分挤压加工特性及其在植物基肉制品中的应用研究。通过响应面法优化烹饪温度（130-150℃）、水分含量（45-55%）和冷却温度（30-40℃），结合低场核磁共振分析水分分布，发现高乙酰基果胶（HAG）和曲拉坦（CUR）能分别模仿鲍鱼和牛腱的结构特性，感官评价得分分别为82.6和89.0，显著优于市售素食产品但略低于真实肉类。揭示了多糖分子结构与挤压加工参数对产物质构的协同调控机制。

　　

杨荣|方亚鹏|孙翠霞

上海交通大学农业与生物学院食品科学与技术系，上海200240，中国

摘要

多糖胶体在高水分挤出（HME）过程中被广泛用于肉制品类似物（MAs）中，以改善其质地和纤维结构。然而，单一组分系统的挤出特性尚未得到充分研究。本研究对十种多糖胶体进行了比较评估，这些多糖胶体用于植物基肉制品类似物的制备，并以五种动物组织（猪皮、牛腱、鲍鱼、瘤胃和食道）作为质地基准。通过响应面方法优化了挤出参数（烹饪温度、水分含量和冷却温度）。利用低场核磁共振分析了水分分布，并通过模糊数学感官评价将挤出物与商业肉类和素食产品进行了对比。许多胶体，包括阿拉伯胶、海藻酸钠和卡拉胶，在挤出过程中容易出现结构破碎、不良气味或质地较差的问题。值得注意的是，高酰基结冷胶（HAG）和凝乳胶（CUR）显示出作为肉制品类似物的潜力。它们的优良分子特性赋予了最佳的质地、良好的加工性能和较高的接受度：HAG有效地模仿了鲍鱼和牛腱的质地，而CUR在模仿猪皮和牛腱方面表现优异。LF-NMR分析表明，挤出物中的水分主要以固定状态存在。同时，模糊数学感官评价中HAG和CUR的得分分别为82.6和89.0，虽然高于商业素食类似物，但略低于真实肉类产品。这些发现突显了特定胶体的关键作用，为多样化肉制品类似物的开发以及制备具有定制质地的优质产品奠定了基础。

引言

肉制品类似物（MAs）通常通过挤出工艺制造，以模仿动物肉的纤维结构、质地、口感、颜色、风味和外观。MAs的来源非常广泛，包括动物蛋白（如来自昆虫和培养肉的蛋白）、植物蛋白（主要是大豆、小麦和豌豆）、真菌蛋白以及藻类提取物（Juhrich等人，2025年）。近年来，由于对环境可持续性、动物福利和人类健康的关注，全球对MAs的需求呈指数级增长。传统的商业MAs主要依赖植物蛋白，并通过低水分挤出工艺生产，形成海绵状结构，质地有限。高水分挤出（HME，含水量40-80%）作为一种有前景的热机械技术，可用于制备具有更好质地的MAs。与LME不同，HME工艺在挤出机桶末端增加了冷却模具，有助于将原材料转化为更具各向异性的纤维状挤出物（Guyony等人，2023年）。目前，HME仍面临质地坚硬单调、纤维结构有限和产品形式单一等问题（Boukid，2021年）。这些问题无法达到动物肉的口感水平，需要解决以满足消费者需求。因此，推进HME技术以克服这些质地限制对于开发更符合消费者需求的MAs至关重要。

改善MAs的质地通常涉及调整原料配方，特别是将胶体加入挤出系统并调整蛋白质/胶体的比例（Sui等人，2024年）。胶体具有独特的多功能特性，有助于形成网络结构，可能影响高水分挤出物的质地。Lei等人（2025年）报告称，魔芋葡甘露聚糖可以在高水分挤出过程中调节核桃蛋白和小麦面筋肉制品类似物的纤维结构，并促进蛋白质从高分子量形式向低分子量形式的转化。四种多糖（魔芋葡甘露聚糖、卡拉胶、海藻酸钠和小麦淀粉）在基于大豆的肉制品类似物的HME加工中发挥了重要作用，提高了持水能力，减缓了酶修饰大豆蛋白浓缩物的降解，并通过β-折叠片层形成和二硫键交联增强了结构有序性（Zhao等人，2025年）。在基于鱼糜的肉制品类似物中，据报道海藻酸钠（2%）可以诱导纤维结构的形成（Wang等人，2024年）。然而，这些研究主要将胶体作为蛋白质-多糖混合物中的补充成分。单一胶体系统的固有挤出行为和质地功能，独立于蛋白质相互作用，仍需进一步研究。这一空白限制了我们对特定多糖结构如何在高水分挤出条件下直接控制质地形成的基本机制理解。因此，系统地评估各种胶体对于建立结构-功能关系至关重要，这将指导蛋白质-胶体混合物的合理设计，从而开发出更优质的肉制品类似物。基于这种方法，我们之前的研究探讨了烹饪温度对凝乳胶挤出物质地和结构的影响，发现挤出物表现出三种不同的状态，每种状态都具有独特的质地特性，具有在食品行业中的应用潜力（Yang等人，2024年）。

因此，本研究的目的是利用HME全面调查和比较各种胶体（阿拉伯胶、瓜尔胶、魔芋胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、κ-卡拉胶、ι-卡拉胶、高酰基结冷胶、低酰基结冷胶和凝乳胶）的挤出特性。选择了五种商业产品（猪皮、牛腱、鲍鱼、瘤胃和食道）作为参考基准。通过响应面方法优化挤出参数（烹饪温度、水分含量和冷却温度），以模拟商业产品的质地特性，并利用低场核磁共振分析水分分布。随后使用优化的胶体制备了植物基肉制品类似物，并通过模糊数学感官评价将其与真实肉类和商业素食产品进行了对比。本研究旨在阐明不同胶体的挤出特性，并为丰富MAs的多样性以及开发具有高质量和独特质地的产品提供理论支持。

材料与试剂

选择了五种具有不同结构和感官特性的商业可用动物组织，作为参考基准，以复制植物基肉制品类似物中的多种动物组织质地。这些组织包括牛腱（高弹性和咀嚼性）、猪皮（富含胶原蛋白的韧性）、瘤胃（多孔且脆嫩的质地）、食道（中等硬度且略有脆性）和鲍鱼（粘弹性和细腻的咀嚼性）。这些组织代表了关键

质地特性

剪切测试用于测量样品的硬度和咀嚼性，为评估食品质地提供了重要信息。该测试可能作为柔软度和韧性的可靠指标，类似于在植物基肉替代品中观察到的质地化程度（Fang等人，2014年；Yang等人，2024年；Zhang等人，2020年）。

结论

总之，本研究系统地评估了十种不同水胶体的高水分挤出（HME）特性，明确了它们的分子结构与其作为质地改良剂性能之间的明确联系。结果表明，所选胶体不仅可以作为传统添加剂使用，还可以作为高质量植物基肉制品类似物的主要结构基质。

具体而言，高酰基结冷胶和凝乳胶（CUR）显示出较大的潜力

作者贡献声明

杨荣：写作 – 审稿与编辑，撰写初稿，实验研究，数据分析，概念化。方亚鹏：写作 – 审稿与编辑，项目管理，方法论，资金获取。孙翠霞：写作 – 审稿与编辑，监督，方法论，资金获取。

未引用参考文献

Pettinelli等人，2020年

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（32572619，32272260）的资助