《LWT》：Metal-phenolic network modified high internal phase emulsions: a novel fat replacer for plant-based patty
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随着传统肉类生产对环境的影响日益凸显，植物基肉类似物应运而生，但其质地缺陷（如硬度、多汁性不足）仍是挑战。研究人员针对此问题，开展了利用金属-酚醛网络修饰的大豆分离蛋白稳定高内相乳液作为脂肪替代物的研究。结果表明，该策略能显著改善植物基肉饼的质构特性（如硬度、咀嚼性）和持水能力，其机理与MPN增强TGase催化的蛋白质交联、促进基质内蛋白质聚集和聚合物缠结有关。这项研究为开发高品质的植物基肉类脂肪替代品提供了新思路，有助于推动可持续蛋白质生产平台的发展。
大口吃肉是许多人的快乐源泉，但传统畜牧业带来的巨大环境压力——从水资源消耗、土地占用到温室气体排放——也让人们开始重新审视盘中的美味。为了满足全球对蛋白质日益增长的需求，同时减轻地球的负担，植物基肉类似物（Meat Analogs）成为了食品科学领域的前沿。这类产品旨在模拟真肉的口感、风味和多汁性，但其核心挑战之一，便是如何“无中生有”地复刻出动物脂肪带来的细腻纹理和醇厚口感。直接添加植物油往往导致质地松散、咀嚼感不佳，这成了植物肉升级路上的“卡脖子”难题。
为此，科学家们将目光投向了高内相乳液。这是一种油相体积分数极高（≥74%）的浓稠乳液，其中的油滴紧密堆积，能赋予产品类似脂肪的黏稠凝胶状外观和口感，被视为极具潜力的传统油脂替代品。然而，仅仅用乳液替代油脂还不够，关键在于如何让这些微小的油滴与周围的植物蛋白基质“手拉手”紧密结合起来，从而构建出强韧的立体网络结构。金属-酚醛网络（MPN）技术为此提供了新思路。MPN由多酚（如绿茶中的明星成分表没食子儿茶素没食子酸酯，即EGCG）与金属离子（如Fe3+）通过配位作用形成，它像一种智能“涂层”，既能修饰界面性质，又能促进蛋白质分子的交联与聚集。
这项发表在《LWT - Food Science and Technology》上的研究，正是探索了用MPN修饰的大豆分离蛋白（SPI）来稳定高内相乳液，并将其作为脂肪相应用于植物基肉饼中。研究人员系统探究了MPN如何改变SPI的结构与功能，评估了所得乳液的性质，并最终在模拟肉饼和凝胶模型中验证了其对产品品质的提升效果。研究发现，尽管MPN的引入增大了乳液油滴的尺寸，但它却能显著增强肉饼基质的交联密度，形成更致密、更坚韧的蛋白质网络。最终，用MPN修饰乳液制备的植物基肉饼，在硬度和咀嚼性等关键质构参数上达到了与动物源肉饼相当的水平，同时持水能力也得到增强。这为克服植物基肉类似物的质构缺陷提供了一种创新且有效的界面工程策略，朝着下一代可持续脂肪替代品的开发迈出了坚实一步。
为开展此项研究，作者主要运用了以下几项关键技术方法：首先，通过傅里叶变换红外光谱、荧光光谱、圆二色光谱及表面疏水性测定，系统表征了SPI与EGCG、Fe3+形成复合物后的结构变化。其次，制备了由不同复合物稳定的高内相乳液，并使用光学显微镜、激光粒度分析仪评估了其微观结构、粒径及储存稳定性；同时通过测定过氧化值和p-茴香胺值评估了乳液的脂质氧化稳定性。然后，以组织化大豆蛋白、SPI、乳液、转谷氨酰胺酶等为主要原料制备植物基肉饼，并对其色泽、水分分布、质构剖面和蒸煮损失进行了全面品质评价。最后，为阐明机理，研究构建了以SPI为基质的模拟凝胶模型，通过离心法测定其持水能力，利用扫描电镜观察其微观结构，并采用流变仪进行了频率扫描、振幅扫描和粘度测试以分析其流变学行为。
3.1. FTIR分析
通过比较SPI、SPI-EGCG和SPI-EGCG-Fe3+的红外光谱发现，EGCG和MPN的引入导致了酰胺A带的移动，表明蛋白质与EGCG之间存在氢键和疏水相互作用，而Fe3+-EGCG配位键的形成进一步改变了这一振动。酰胺I和II带的轻微红移则提示蛋白质链在复合物形成过程中可能发生了重排。
3.2. 荧光光谱分析
EGCG或MPN的加入导致SPI的内源荧光峰发生红移，且荧光强度显著降低。这表明EGCG和MPN与SPI的结合改变了其三级结构，使氨基酸残基暴露于更亲水的环境，并发生了荧光猝灭。
3.3. 蛋白质的二级结构
圆二色光谱分析显示，与SPI相比，SPI-EGCG的β-折叠含量从37%增至42%，而SPI-EGCG-Fe3+的β-折叠含量进一步增至45%。MPN修饰促进了蛋白质从β-转角和无规卷曲向β-折叠的转变，这主要归因于蛋白质骨架的部分去折叠和重排。
3.4. 蛋白质的表面疏水性
EGCG和MPN的引入显著降低了SPI的表面疏水性，且MPN的效果更为明显。这主要由于EGCG/MPN增加了体系的亲水性羟基，与SPI的疏水区域结合，并改变了其局部微环境。表面疏水性的降低可能影响SPI的乳化能力。
3.5. 蛋白质的粒径和溶解性
与EGCG或MPN复合导致SPI的粒径增大，其中SPI-EGCG-Fe3+复合物的粒径最大，这表明复合促进了蛋白质聚集。EGCG的加入使SPI溶解度从28%升高至39%，而Fe3+的引入则使其降至27%，溶解度的变化与表面疏水性和蛋白质聚集程度相关。
3.6. HIPE的粒径、微观结构和储存稳定性
EGCG和MPN的引入显著增大了乳液液滴的粒径，SPI稳定的乳液平均粒径为6.10 μm，SPI-EGCG稳定的为8.93 μm，而SPI-EGCG-Fe3+稳定的则达到35.03 μm。微观结构观察证实了液滴尺寸的增大。在储存过程中，SPI-EGCG和SPI-EGCG-Fe3+稳定的乳液表现出更明显的相分离和液滴聚集现象，稳定性较差。
3.7. 脂质氧化稳定性分析
在加速氧化条件下，所有乳液组对脂质的保护均优于游离油。其中，SPI-EGCG稳定的乳液因EGCG的抗氧化作用表现出最佳的氧化稳定性（过氧化值和p-茴香胺值最低）。尽管Fe3+具有促氧化性，但其与EGCG形成MPN后（SPI-EGCG-Fe3+组）的氧化稳定性仍优于单纯的SPI稳定组，表明MPN涂层仍能提供一定的保护。
3.8. 肉饼的色泽评价
添加EGCG的肉饼亮度、红度略有下降，但视觉差异不明显。而添加了MPN（SPI-EGCG-Fe3+）的肉饼在所有色泽参数上均显著降低，这可能是由于EGCG的儿茶酚配体与Fe3+螯合产生了颜色干扰。
3.9. 肉饼的水分分布
低场核磁共振分析显示，肉饼的水分分布曲线存在三个峰，分别代表结合水、不易流动水和自由水。与SPI组相比，添加SPI-EGCG和SPI-EGCG-Fe3+乳液制备的肉饼，其结合水和不易流动水的峰向左移动，且SPI-EGCG-Fe3+组移动最大，表明其水结合能力最强。这与EGCG和Fe3+的交联能力增强蛋白质网络结构有关。
3.10. 肉饼的质构特性与蒸煮损失
质构剖面分析表明，使用SPI-EGCG-Fe3+复合物稳定乳液制备的肉饼，其硬度、胶着性和咀嚼性均显著高于SPI组和SPI-EGCG组，其中硬度达到58.89 N，咀嚼性达到51.16 N，与文献报道的纯牛肉饼质地参数相当。这归因于MPN与肉基质的相互作用促进了蛋白质聚集，强化了聚合物网络的韧性。然而，各组肉饼的蒸煮损失率相近，表明乳液界面性质的差异对高温烹制过程中的持水持油能力影响不大。
3.11. 凝胶的持水能力与微观结构
在模拟凝胶模型中，含有SPI-EGCG-Fe3+复合物稳定乳液的凝胶表现出最高的持水能力。扫描电镜观察显示，该凝胶具有更光滑、更致密的波浪状结构，而对照组凝胶结构相对松散多孔。这证实了MPN能够促进形成更致密的蛋白质网络。
3.12. 凝胶的流变学特性
流变学测试表明，所有凝胶均表现出剪切稀化行为，且G-SPI-EGCG-Fe3+凝胶具有更高的表观粘度。频率扫描显示所有凝胶的储能模量始终大于损耗模量，呈现典型的凝胶特征，且G-SPI-EGCG-Fe3+的模量值最高。振幅扫描进一步揭示，G-SPI-EGCG-Fe3+凝胶的线性黏弹区范围最宽，能承受更大的应变，其储能模量也显著高于对照组。这些结果共同表明MPN修饰增强了凝胶的结构完整性和弹性，使其网络更稳定、更坚固。
结论与讨论
本研究成功开发了一种基于MPN修饰SPI稳定的高内相乳液的新型脂肪替代物，用于改善植物基肉饼的质地。核心结论是：尽管MPN界面修饰会增大乳液液滴尺寸并略微影响乳液储存稳定性，但它能通过Fe3+-多酚配位和蛋白质-多酚相互作用，有效改变SPI的构象，降低其表面疏水性，并促进β-折叠结构的形成。当这种改性乳液被整合到植物基肉饼中时，MPN能显著增强转谷氨酰胺酶催化的蛋白质交联，促进蛋白质聚集和基质内聚合物缠结，从而形成更致密、更坚韧的三维网络结构。这最终体现在产品质构参数的全面提升上，使其硬度和咀嚼性等关键指标达到与动物肉相当的水平，同时持水能力也得到增强。
该研究的重要意义在于，它提出并验证了一种通过精准界面工程设计来攻克植物基肉类似物质构缺陷的有效策略。它将食品胶体科学中的高内相乳液技术与材料学中的金属-酚醛网络概念创新性结合，为解决植物肉“口感不佳”的行业痛点提供了新思路。这不仅推进了高性能、可持续脂肪替代品的开发，也为未来设计下一代植物基食品提供了理论依据和技术参考。当然，研究也指出了后续需要探索的方向，例如MPN引起的颜色变化需寻求解决方案，以及对SPI–EGCG–Fe3+复合物中荧光猝灭机制的更精确解析。总体而言，这项工作证实了界面MPN工程是一种在提升植物基肉类似物质构的同时推动可持续蛋白质生产平台发展的前瞻性方法。
