高水分挤压蛋白纤维形成在植物性肉类替代品中的应用——科学、技术和前景
2022年8月24日，中国农业科学院农产品加工研究所王强研究员团队在国际食品期刊Trends in Food Science & Technology（IF: 16.001）发表题为“High-moisture extruded protein fiber formation toward plant-based meat substitutes applications: Science, technology, and prospect”的综述性论文。该论文第一作者为张金闯和陈琼玲，通讯作者为中国农业科学院农产品加工研究所王强研究员和美国塔夫茨大学David L. Kaplan教授。
最近，植物性肉类替代品因其在环境可持续性和个人健康方面的益处而引起了人们极大的兴趣。高水分（40%以上）挤压是制备具有类肉纤维结构和质地的全切植物性肉类替代品的重要技术。然而，在更基本的层面上理解与蛋白质分子或相转变为纤维结构相关的挤压加工过程中的相互作用仍然具有挑战性，纤维结构被认为是内部信息稀缺的“黑匣子”。该文总结了可以通过高水分挤压变形的蛋白质来源，随后从三个跨学科主题解释高水分挤压蛋白质组织化理论。此外，还分析了挤出条件、螺杆配置、冷却模具设计等技术要点。最后，概述了高水分挤压植物性肉类替代品的综合评价。
图 1 高水分挤压加工过程中“亚层转变”机制及影响蛋白质纤维结构形成的因素。
图 2 多尺度方法来表征由高水分挤压引起的蛋白质模拟肉纤维结构。
图 3 高水分挤压加工过程中蛋白纤维结构形成的相变机制。
图 4 高水分挤压模拟的应用数学。a) 螺杆模拟（剪切速率、剪切应力和 XY 平面分布）；b) 用于冷却模具设计模拟（使用 Navier-Stokes/相分离模型的挤压模拟；热扩散率 (α) 和 Cahn-Hilliard 扩散率 (M') 之比的参数研究结果；Hagen-Poiseuille 流动条件下旋节线相分离的时间演化）；c) 整个挤压过程的模拟。
图 5 植物蛋白纤维结构形成的高水分挤压工艺。
来自豆类、油籽、谷物、杂豆、蔬菜、藻类、真菌和昆虫的多种蛋白质来源可用于高水分挤出。来自植物或非植物的混合蛋白比单一蛋白源作为挤压原料具有更好的质地和营养可接受性。人们逐步一致认为，蛋白质聚集和相分离的动力学决定了高水分挤出过程中纤维结构的形成。蛋白质纤维结构的形成主要通过“亚层转变”交联从模具到冷却区发生。模拟工作与实际实验相结合需要额外的关注和洞察力来调节和控制高水分挤出过程，还需要更加全面和综合方法来评价植物性肉类替代品与不同动物肉类的区别。
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