中国农业科学院农产品加工研究所王强研究员团队：基于豌豆蛋白、支链淀粉和硬脂酸相互作用的高水分挤压蛋白纤维结构形成机制
中国农业科学院农产品加工研究所王强研究员团队在食品领域国际知名学术期刊Food Hydrocolloids（IF=11.504）发表了题为“Mechanism of high-moisture extruded protein fibrous structure formation based on the interactions among pea protein, amylopectin, and stearic acid”的论文。
在植物蛋白质组织化的高水分挤压 (HME) 加工过程中，蛋白质、淀粉和脂质之间的相互作用应决定纤维结构的形成，这尚未得到系统证实。在这项研究中，基于豌豆蛋白、支链淀粉和硬脂酸之间的分子间相互作用，研究了在 HME 加工（58% 水分）过程中蛋白质纤维结构形成的机制。结果表明，支链淀粉和硬脂酸协同作用有助于改善豌豆蛋白挤出物的纤维结构，如硬度和纤维度。在挤出机机筒中，蛋白质与支链淀粉和硬脂酸的络合导致形成具有更高热稳定性的聚集体，延迟了蛋白质凝胶网络的形成。在模具中，支链淀粉和硬脂酸削弱了蛋白质之间的氢键，阻碍了豆类和球蛋白亚基的聚集。在冷却区和挤出物中，支链淀粉和硬脂酸通过“锚定取向和柔性交联”机制促进纤维结构的形成。即作为锚的硬脂酸阻碍了蛋白质分子链的重折叠，而支链淀粉则促进了蛋白质分子的重排、交联和聚集。支链淀粉和硬脂酸协同削弱了蛋白质之间的相互作用力，导致聚集体形成更灵活的结构，有利于挤出物中各向异性纤维结构的定向和形成。
图1 三元相互作用对豌豆分离蛋白(PPI)挤出物性能的影响。(a)硬度、耐嚼性和弹性。(b)抗拉力和纤维化程度。(c)体外蛋白质消化率。
图2 豌豆分离蛋白(PPI)(A)、 PPI- 支链淀粉(B，a)、 PPI- 硬脂酸(C，b)和 PPI- 支链淀粉-硬脂酸(D，c)混合物在高水分挤压加工过程中每个区域的扫描电子显微镜(a，b，d)和共聚焦激光扫描显微(a，b，c)图像。
图3 支链淀粉和硬脂酸混合物分散体在高水分挤压加工过程中的流变特性。
在挤出机筒中，支链淀粉和硬脂酸共同诱导蛋白质中疏水基团的暴露，促进 α-螺旋结构的开卷，同时形成 β-折叠和 β-转弯结构。支链淀粉和硬脂酸的亲水 α 链(40kDa)与支链淀粉和壳聚糖之间的纠缠和结合引起内在荧光光谱的蓝移，并形成具有较高热稳定性的聚集体。最终延缓了蛋白质凝胶网络的形成，推迟了蛋白质基质与支链淀粉从熔融区到模具的相分离。在模型中，支链淀粉和硬脂酸减弱了蛋白质间的氢键，促进 α-螺旋和 β-折叠向 β-转折和随机螺旋结构的转化。此外，蛋白质、支链淀粉和硬脂酸之间的相互作用阻碍了豆蛋白和粘蛋白亚基的聚集，并趋于诱导和稳定蛋白质的展开和柔性构象，导致表观粘度和动态模量显著降低。在冷却区和挤出物中，支链淀粉和硬脂酸可能通过“锚定取向和柔性交联”机制促进纤维结构的形成。即硬脂酸起锚定作用，阻碍蛋白质分子链的重折叠，而支链淀粉促进蛋白质分子的重排、聚集和交联。支链淀粉和硬脂酸协同减弱了蛋白质之间的相互作用力，导致聚集体形成更松散、更柔韧的结构，这些结构主要由疏水相互作用和氢键维持。这些松散柔韧的结构使聚集体沿挤出方向排列，形成挤出物中各向异性的纤维结构。总体而言，豌豆蛋白、支链淀粉和硬脂酸之间的分子间相互作用在蛋白质 HME 过程中产生纤维结构中起着关键作用，为蛋白质组织化过程中纤维结构的发展和改善提供了有价值的和深入的理解。
责任编辑：唐长波、鲍雅倩