基于挤压能量调控的高水分挤压花生蛋白纤维化机制

Planted-protein products have received much attention with respect to their nutrition, delicious and health, but because of the fibrous macrostructure was not easy to form, the applications of this products in industries of foods are restricted. The key point is the fibers formation mechanism during extrusion process was still not clear. This project will focus on the effect of the extrusion way and inputting energy on the quality of extrudates, to study the molecular interaction between protein and protein or water, and clarify the change of protein conformation and extrudates key domain during different extrusion section, to modeling the formation path of high moisture extrusion peanut protein, structure dynamic model “extrusion parameters→protein strucutre→products quality” will be constructed, finally elucidate the fibers structure formation mechanism on molecular level. This project will provide the scientific basis for the production process control of the high moisture textured peanut protein.

高水分挤压（≥40％）因其显著的低能耗、无需复水、纤维化程度高等特点在植物蛋白素肉领域有重要应用，但因其品质形成机理不清，导致产品品质不稳定。其中关键科学问题是蛋白纤维网络关键结构域形成机理尚不明确。本项目拟深入研究高温度、高剪切、高压力叠加作用下花生蛋白多尺度结构变化规律；明确高水分挤压过程中水分形态分布与蛋白相互作用类型，及其对蛋白纤维结构影响机制；建立挤压能量参数（温度、剪切力、压力）、多尺度结构变化与蛋白纤维结构的关联关系，构建“挤压参数—多尺度结构—品质功能”的结构动态模型，从水分迁移分布和关键结构域角度阐明挤压蛋白纤维化结构的形成途径和机制，旨在为提出高水分挤压组织化蛋白的原料标准，为实现高水分挤压组织化过程精准调控提供科学依据。

本研究以花生蛋白高水分挤压过程为切入点，明确挤压过程中挤压温度-物料水分、挤压温度-剪切方式以及物料水分-剪切方式构成的能量输入方式及大小对高水分花生拉丝蛋白品质调控作用；从多个尺度呈现高水分花生拉丝蛋白纤维结构形成过程，揭示高水分挤压过程中花生蛋白纤维结构形成过程机制，确定关键挤压区段；探究花生/复合蛋白共混体系高水分挤压组织化特性，明晰物料蛋白种类及含量、加工响应参数及产品品质构效关系；采用系统分析方法，建立高水分花生拉丝蛋白品质形成过程数学模型，为高水分挤压过程中花生蛋白构象变化预测与品质控制提供了理论依据。.挤压过程中，物料从混合区到蒸煮区，蛋白分子基本完全变性，分子结构打开，并相互靠近（聚集），原有的分子间作用力尤其是较强的作用力等受到破坏，β-转角结构和无规则卷曲结构向β-折叠结构转变。熔融物料从模口区到成型区，组分发生相分离现象，蛋白分子重新有序排列，形成主要靠氢键和二硫键交互作用维持的新的蛋白构象，蛋白质二级结构以α-螺旋和β-折叠为主，占比分别为45.05%和36.26%。成型区后的冷却保温过程，为稳定和强化新形成的蛋白构象创造了有利条件，这也是形成网络状纤维结构的关键。最终，高水分花生拉丝蛋白的纤维结构主要靠非共价键作用维持，以氢键和二硫键交互作用为主，4种蛋白二级结构均存在，且α-螺旋＞β-折叠＞β-转角＞无规则卷曲。在纤维结构形成过程中，球蛋白发挥着更为重要的作用，尤其是相对分子量为42 kDa，39 kDa和22 kDa的球蛋白亚基。因此，高水分挤压促使花生蛋白形成网络状纤维结构的过程，就是打乱原始蛋白分子构象，而又重新有序排列的过程，其中，模口区和成型区以及它们的连接部分是纤维结构形成的关键区段。