品质导向的粮油食品精准加工分子基础与调控

粮油是国家最重要的战略物资,粮油食品产业在国民经济中起着基础作用,深度关系着国计民生和国民健康。粮食和油料中营养组分丰富及其多尺度结构复杂,且加工方式多变,进而影响粮油食品的感官、安全特性和消化吸收、营养健康效应。本文通过系统梳理粮油食品发展现状及产业战略意义,品质导向的粮油食品加工与制造发展现状及面临的挑战,提出从粮油食品的加工过程控制,营养组分多尺度结构变化与结构重构,多维度品质特性调控3个角度,系统解析基于品质导向的粮油食品精准加工的结构基础与调控机制,重点探讨粮油食品中主要营养组分的加工适应性、互作机制,粮油食品加工对感官品质、健康品质和安全品质等品质特性的影响,多维品质与加工过程构效关系与关联调控机制等制约粮油食品未来发展的研究方向,以期建立品质导向的粮油食品精准加工的理论基础、技术方法和新型绿色加工策略,为创制感官、安全和健康品质协同提升的营养健康粮油食品提供理论支撑,推动我国粮油食品加工产业的高质量发展。

大豆肽不溶性聚集体形成机制及应用研究进展

大豆肽是一种具有多种功能特性的酶解产物,因其具有抗氧化、降血压等特性在食品领域中应用广泛。蛋白质酶解过程中产生的不溶性聚集体含有人体必需的多种氨基酸,是一种优质的蛋白质资源。但其产生会降低蛋白质水解效率,丢弃则造成资源浪费和环境污染。目前这种不溶性聚集体的成因及有效利用引起了学界的广泛关注。文章综述了大豆肽不溶性聚集体的形成机制、影响因素、功能特性及在食品领域中的应用,为肽不溶性聚集体的深入研究及在食品领域中的应用拓展提供了理论基础。

发酵方式对玉米粉品质和风味特性的影响

以未经发酵的玉米粉为对照,对自然发酵、植物乳杆菌、酿酒酵母菌及复配菌种(植物乳杆菌和酿酒酵母菌)发酵制得的玉米粉品质进行分析。结果表明:相比未发酵玉米粉,发酵后玉米粉中粗蛋白、粗脂肪、粗纤维和粗灰分含量显著降低(P<0.05),总淀粉含量显著上升(P<0.05);发酵使玉米粉的糊化温度显著升高(P<0.05),自然发酵和复配菌种发酵后的玉米粉衰减值和回生值显著降低(P<0.05),玉米粉的稳定性和抗老化性能提高;植物乳杆菌和复配菌种发酵对玉米粉的微观结构影响较大;酿酒酵母菌和复配菌种发酵产生的香气和代谢产物有效改善了发酵玉米粉的不良气味。通过不同发酵方式的对比得知,植物乳杆菌、酿酒酵母菌和复配菌种发酵可以将玉米粉自然发酵所需的13 d分别缩短至72、18 h和48 h,有效提高了生产效率。经复配菌种发酵后制得品质、风味且加工性能更加优良的玉米粉。

微波对大豆蛋白氧化聚集体结构及功能特性的影响

为了探究不同时间微波处理对大豆蛋白氧化聚集体的结构和功能性质的影响,由偶氮二异丁脒盐酸盐(2,2′-azobis(2-amidinopropane)dihydrochloride,AAPH)诱导构建大豆蛋白氧化反应体系,采用功率为350 W的微波对其照射不同时间(0、10、20、30、40、50、60、70 s),探究微波处理对氧化聚集大豆蛋白的结构特性和加工特性的影响。结果表明,氧化可诱导形成粒径、分子量更大,结构更致密的蛋白质聚集体,同时对加工特性造成损害。适当时间(<30 s)的微波处理会导致氧化聚集体的分子结构打开、粒径降低和浊度降低,无序结构减少,进而改善了起泡性、乳化性和持水、持油性。长处理时间(>30 s)的微波处理导致已解聚的大豆蛋白分子重新形成更大的分子聚集体,降低功能性质。这表明微波物理场可以通过改变大豆蛋白氧化聚集体的结构和聚集行为调节其功能性质,为大豆蛋白功能性质的改善及微波在大豆蛋白氧化聚集体行为调控的应用方面提供参考。

酶种类对生物解离大豆蛋白酶解物功能性和苦味的影响

在生物解离提取大豆油脂过程中会伴随产生丰富的水解液,水解液主要成分为大豆蛋白酶解物。以不同种类蛋白酶(碱性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、风味蛋白酶、复合蛋白酶和胰蛋白酶)对挤压膨化大豆粉进行酶解,将得到的不同蛋白酶解物作为研究对象,采用水解度、SDS-PAGE凝胶电泳、氨基酸组成分析、傅里叶红外光谱对大豆蛋白酶解物结构进行表征,利用乳化活性和乳化稳定性、溶解性及感官评价等表征大豆蛋白酶解物功能性和苦味。结果显示:采用碱性蛋白酶进行生物解离时,提油率最高,为91.23%;碱性蛋白酶解物溶解性为91.12%,但是酶解产物的苦味值大大增加,乳化性也不理想。采用风味蛋白酶处理时,尽管提油率不是最高,为87.73%,但是酶解产物苦味值为1.5,溶解性为87.12%,乳化活性和乳化稳定性效果最优。

干燥工艺对鱼油微胶囊结构和品质特性的影响

以易氧化、热敏性强、光敏性强的深海鱼油作为芯材,以大豆分离蛋白和磷脂酰胆碱作为壁材,采用超声技术制备纳米乳液,并通过喷雾干燥、真空冷冻干燥、微波干燥3种干燥工艺制备微胶囊,进一步研究干燥方式对鱼油微胶囊的结构、理化特性和产品特性的影响。结果表明:喷雾干燥法制备的深海鱼油微胶囊产品微观结构致密,呈球形颗粒,无油滴聚集现象,粒径小,溶解度较好,包埋率可达95.54%,且氧化稳定性和热稳定性能较好;真空冷冻干燥和微波干燥鱼油微胶囊结构不规则,表面有孔状结构,表面含油率高,包埋率分别为86.70%和74.28%,有一定的油滴聚集现象,粒径较大,溶解度差;喷雾干燥、真空冷冻干燥、微波干燥制备的鱼油微胶囊在胃液中游离脂肪酸释放率分别为20.03%、25.98%、75.91%,在肠液中游离脂肪酸释放率分别为78.73%、71.78%、22.91%。体外模拟消化实验表明,喷雾干燥工艺制备的鱼油微胶囊在胃液中游离脂肪酸释放率较低,但可以较好地在肠液中释放。由此可知,喷雾干燥工艺制备的鱼油微胶囊产品性能要优于其他两种干燥工艺,这为微胶囊产品的干燥工艺以及应用评价体系的构建提供理论依据。

大豆分离蛋白-花青素复合物的制备及其蛋白结构与功能性质分析

大豆分离蛋白经热处理后与花青素进行复合形成复合物,采用荧光光谱表征复合体系构象变化,以溶解性、乳化性、乳化稳定性、粒度分析及Zeta电位为指标分析该复合体系中大豆分离蛋白二级结构的变化与功能性质表达之间的关系。结果表明:在pH 7.4的条件下,热处理大豆分离蛋白与花青素复合后,大豆分离蛋白的Zeta电位绝对值显著增大,乳化性、乳化稳定性显著提高,但溶解性显著下降。通过荧光光谱分析发现花青素对热处理大豆分离蛋白的荧光猝灭机制为静态猝灭,蛋白与花青素间形成了结合位点数近似于1的复合物,三维荧光光谱结果表明花青素的复合使得蛋白质多肽链的骨架伸展,蛋白结构发生变化。

鱼油纳米乳液运载体系构建与稳定性研究

以大豆蛋白-磷脂酰胆碱作为复合乳化剂,采用高压均质技术制备鱼油纳米乳液,研究了大豆蛋白质量分数、磷脂酰胆碱质量分数、鱼油质量分数、均质压力对鱼油纳米乳液平均粒径、PDI、ζ-电位、浊度等性质影响,确定了最佳制备工艺参数为:大豆蛋白质量分数2%,磷脂酰胆碱质量分数0.2%,鱼油质量分数1.5%,均质压力100 MPa,得到鱼油纳米乳液的平均粒径为(245±3.1)nm,PDI为0.226±0.019,ζ-电位为(-30.2±0.6)mV,浊度为(2 413±34.7)cm^(-1)。通过超高分辨显微镜观测到鱼油被包埋于复合乳化剂中且均匀分布在乳液体系中;通过稳定性研究发现:大豆蛋白-磷脂酰胆碱鱼油纳米乳液分别在4℃和25℃储存30 d均稳定;对一定浓度的Na+有较好的抗性;酸性条件不稳定,碱性条件下稳定。

热处理大豆蛋白体外消化产物结构特征分析

以大豆分离蛋白为基础原料,运用多种蛋白分析检测手段,深入探讨70、80、85、90、100℃热处理条件对大豆分离蛋白体外模拟消化特性影响。从蛋白质水解度(the degree of hydrolysis,DH)曲线来看,随着热处理温度的升高,DH曲线呈现先上升后下降的变化趋势,而长时间也会使DH呈现下降的趋势。傅里叶转换红外光谱及拉曼光谱图分析显示,经不同温度热预处理样品的消化产物二级结构中α-螺旋结构含量较未经预处理样品的高,而β-折叠结构含量降低,β-转角与无规卷曲结构含量变化不明显;随着时间的延长,α-螺旋结构含量呈先升高后降低的变化趋势,而β-折叠结构含量先降低后升高。拉曼光谱中酪氨酸峰变化较小且不规律,热处理使色氨酸残基更趋近于"包埋态"。

提取方式对大豆膳食纤维理化及功能特性的影响

生物解离大豆残渣中膳食纤维含量丰富,为明晰生物解离提取法对大豆膳食纤维的改性效果,获取高品质大豆膳食纤维,本研究测定生物解离大豆膳食纤维的纯度、理化性质及功能特性,并与水提法天然大豆膳食纤维,化学法、发酵法及挤压膨化法改性大豆膳食纤维进行对比。结果表明:生物解离大豆膳食纤维纯度可达82.58%,其中可溶性膳食纤维含量约占总膳食纤维的60%,属于优质膳食纤维;生物解离膳食纤维的持水性、持油性、膨胀性和溶解性分别为6.87 g/g、5.48 g/g、8.22 mL/g和5.07%,均明显高于其他方式提取的膳食纤维。功能特性测定结果表明,不同方式提取的膳食纤维功能特性强弱次序均为生物解离膳食纤维>挤压膨化法改性膳食纤维>发酵法改性膳食纤维>化学法改性膳食纤维>水提法膳食纤维。生物解离膳食纤维在pH 7.0时对Pb^(2+)、As^+、Cu^(2+)3种重金属离子吸附能力分别为351.2、304.1、214.1μmol/g。此外,生物解离大豆膳食纤维的葡萄糖吸收能力、α-淀粉酶抑制能力和胆汁酸阻滞指数分别为6.56～35.78 mmol/g、18.42%和33.12%～35.52%,均显著高于其余提取方式的膳食纤维。因此,生物解离提取法对大豆膳食纤维改性效果显著,生物解离残渣可作为一种新型的膳食纤维来源进行开发应用。

不同热处理温度下大豆11S球蛋白Zeta电位、粒径和红外光谱分析

对不同热处理条件下大豆11S球蛋白的Zeta电位、粒径和红外光谱进行研究。随着热处理时间的延长,80℃和90℃条件下大豆11S球蛋白的Zeta电位绝对值逐渐减小,而100℃条件下Zeta电位绝对值呈先减小后增大的趋势,3个温度条件下11S球蛋白的平均粒径逐渐增加。100℃热处理的Zeta电位绝对值变化更显著,平均粒径更大。Zeta电位和平均粒径的变化与热处理改变了蛋白质的分子结构有关。对于2%的大豆11S球蛋白溶液,80℃热处理过程中β-转角和无规卷曲结构的转化可能相互抵消,而最终表现为α-螺旋结构转变为β-折叠结构;90℃热处理前30 min发生α-螺旋和β-折叠结构向β-转角结构转变,超过30 min各二级结构不再相互转化;100℃热处理前20 min会使α-螺旋和β-折叠结构迅速转变为β-转角和无规卷曲结构,20～45 min各二级结构没有相互转化,而超过45 min后这种转变进一步加强。

高压均质对天然和热变性大豆蛋白-磷脂水包油型乳状液功能性质的影响

为揭示大豆蛋白和大豆卵磷脂在油-水界面层的交互作用及复合微乳体系的稳定机制,探究了温度(20、60℃)和均质压力(0~80 MPa)的协同作用对蛋白质-磷脂复合乳化体系功能性质的影响。结果显示:相比于天然大豆蛋白与磷脂(native soybean isolate-lecithin,NSI-Lec)形成的乳状液,热变性大豆蛋白与磷脂(denatured soybean isolate-lecithin,DSI-Lec)的乳状液功能性质随均质压力的变化更明显。NSI-Lec乳液在均质压力达到80 MPa时乳化性、乳化稳定性及电位变化不再显著,但DSI-Lec乳液在该条件下功能性质继续提高。当均质压力高于40 MPa时,DSI-Lec乳液的乳层析指数明显下降,说明乳液更加稳定。粒径分布结果表明:NSI-Lec乳液呈双峰粒径分布,DSI-Lec乳液在均质压力高于20 MPa后粒度分布曲线向小粒径方向移动,且当均质压力达到80 MPa时粒径分布呈现单峰。激光共聚焦显微镜结果显示,DSI-Lec乳液随均质压力的提升分布更均匀,乳液连续性较好。

花青素与大豆分离蛋白非共价/共价作用对其界面功能性质的影响

采用三维荧光光谱法研究不同质量浓度花青素与大豆分离蛋白间的复合程度,采用起泡特性及起泡稳定性测定、乳化特性及乳化稳定性测定、光学显微镜观察分析、巯基含量测定等方法,重点解析非共价结合/共价交联方式下蛋白质-花青素复合体系结构变化与功能性质间的关系。结果表明:在pH 7.4、2 h和pH 9.0、24 h处理条件下,随着花青素质量浓度的增大,复合物中蛋白特征峰荧光强度降低,蛋白质多肽链解折叠,共价结合能力强于非共价结合能力。复合液中蛋白的起泡特性及起泡稳定性、乳化特性及乳化稳定性均有提高,巯基含量下降,其中在pH 9.0、24 h条件下,6号样品表现尤为明显。样品5、6乳液体系中乳滴大小均一、分散均匀、乳液稳定。

植物基肉制品研究进展与未来挑战

植物基肉制品是以植物蛋白为原料,主要通过挤压等技术生产具有类似肉类质构、口感和风味的仿肉制品。植物基肉制品是近几年较为火热且具有广阔前景的“人造肉”产品。本文通过介绍植物蛋白特别是大豆蛋白和配方组成,阐述植物基肉制品在世界范围内的发展历程,分析食品挤压技术在植物基肉制品中的应用和高水分挤压过程中蛋白质纤维形成机理,探讨植物基肉制品面临的挑战及未来发展趋势,期望为我国植物基肉制品及相关领域研究提供参考。

花青素对大豆蛋白体外胃消化结构的影响

利用胃蛋白酶对大豆分离蛋白-花青素复合物进行体外模拟消化,研究消化过程中花青素对蛋白水解度、结构、亚基组成及分子质量分布等指标的影响。结果表明:大豆分离蛋白在30 min内消化较明显,蛋白对照组最终水解度高达48.5%,花青素的添加一定程度抑制了蛋白消化。花青素抑制11S球蛋白消化,促进7S球蛋白主要致敏原α-亚基降解,因而推测花青素添加有降低大豆蛋白食用致敏性的效果。排阻色谱分析表明,体外消化将大分子蛋白水解为小分子肽,花青素的添加抑制了小分子肽的形成,最终产物分子质量分布主要集中在3～100 kDa。圆二色谱图显示,花青素改变了大豆蛋白构象,α-螺旋含量降低,β-折叠及无规则卷曲含量增加,β-转角变化无明显规律。荧光光谱分析表明,花青素添加使蛋白及消化产物λmax发生红移,并对蛋白产生了荧光猝灭作用。本研究明晰了蛋白与花青素同食过程中大豆蛋白的解离机制,并为食品生产加工领域制备易消化、高吸收、低致敏的优质蛋白产品及营养膳食搭配方式提供理论指导。

红外光谱研究超声促聚集作用对大豆蛋白-磷脂结构与功能的影响

大豆分离蛋白和大豆卵磷脂在中性条件下(pH 7.0)复合后,可自发组成蛋白质-磷脂复合体系,但仍有部分未自组装的蛋白质和磷脂存在于溶液中。为实现蛋白质-磷脂最大程度复合,解析复合体系功能性质与大豆蛋白二级结构间的构效关系,本研究采用"超声改性-结构变化-功能表达"的研究理念,采用傅里叶变换红外光谱法研究体系结构变化,测定持水性、持油性、凝胶质地剖面并分析其功能性质。结果表明:超声处理会显著改善大豆蛋白-磷脂复合体系的功能性质,超声时间较短时,持水性、持油性等功能性质随功率的增加先升高后降低;超声时间较长时,功能性质随功率的增加持续降低。傅里叶变换红外光谱分析发现低、中功率条件下,大豆蛋白二级结构中β-折叠相对含量较多而α-螺旋结构相对含量较少,说明大豆蛋白与磷脂间的交互作用更明显。超声波作用下复合体系凝胶质地剖面分析表明,功能性质与蛋白质的二级结构改变具有一定的关联性。以上结果说明,适当的超声处理有助于改变大豆蛋白-磷脂复合体系的结构并提升其功能性质。

空化微射流对豆渣膳食纤维结构及功能特性影响

为分析空化微射流对生物酶法制油豆渣膳食纤维结构及功能的影响,基于空化微射流技术,以处理时间为变量,通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜等方法表征豆渣膳食纤维分子结构、晶体结构、表观形态及持水、持油、膨胀特性,明确空化微射流对豆渣膳食纤维结构变化的影响机制。结果表明:生物酶法制油豆渣经空化微射流处理后,不溶性膳食纤维持水、持油性分别提高至(9.42±0.05)g/g、(3.92±0.05)mL/g,膨胀力可达处理前的1.6倍,其纤维素晶体构型未改变,但物理形态更细小。综上,空化微射流技术能有效改善豆渣膳食纤维结构及功能特性,为豆渣的开发利用提供技术支持。

大豆蛋白-溶血磷脂O/W型复合乳液的乳化特性

针对大豆溶血磷脂添加量对大豆分离蛋白-溶血磷脂复合乳化体系乳化特性的影响进行探究。对复合乳化体系分别进行了界面蛋白吸附量、界面张力、乳化活性、乳化稳定性、粒径分布、Zeta电位的测定,并采用光学显微镜对乳液中油滴分布及微观结构变化进行观察。结果表明:随着溶血磷脂添加量的增加,乳化特性指标均基本呈现先升高后降低的趋势。其中,当溶血磷脂添加量为10%时,乳液的乳化特性表现最佳,这表明添加适量溶血磷脂会促进其与大豆分离蛋白的相互作用,降低界面张力,在油-水界面上形成较稳定的界面膜,形成稳定的复合乳状液。

不同品种大豆分离蛋白体外消化产物的结构特性

以我国5种大豆分离蛋白(SPI)为基础原料,运用多种蛋白分析检测手段,研究这5种大豆分离蛋白结构对体外模拟消化特性的影响。结果表明:大豆分离蛋白及消化产物的红外光谱、拉曼光谱分析二级结构元素含量变化规律基本一致,α-螺旋结构、β-折叠结构与DH呈现一定相关性。5种大豆分离蛋白样品及其消化产物的酪氨酸残基趋向于“暴露式”,随着消化时间的延长,λmax整体上增大,拉曼色氨酸侧链归属谱带强度随消化时间的延长逐渐降低,表明色氨酸残基趋向于亲水性微环境。5种大豆分离蛋白经连续5h的体外模拟消化试验,水解度DH随着消化时间的延长而增加,当消化时间超过1h后,DH的增加速度减慢,而在相同条件下不同样品DH存在差异性。

真空低温油炸工艺对豆腐泡品质的影响

研发真空低温油炸豆腐泡,并通过响应面优化确定最佳真空低温油炸工艺:油炸时间7.5 min、油炸温度95℃、真空度0.085 MPa,此条件下豆腐泡的水分质量分数为77.52%,脂肪质量分数为27.97%,感官评分高达94分,通过全质构分析比较真空低温油炸豆腐泡与传统油炸豆腐泡口腔咀嚼性的差异:真空低温油炸豆腐泡的弹性和咀嚼性优于传统油炸豆腐泡;用扫描电镜从微观结构上分析二者的差异,传统油炸豆腐泡经高温油炸过后表面粗糙程度较大,且失水较多,孔径较大。因此该工艺优化结果可为豆腐及其他豆制品产业提供实验参考。