羧甲基纤维素对无麸质绿豆蛋白和豌豆蛋白高水分肉类似物理化及结构特性的影响

《Applied Food Research》：Effect of Carboxymethyl Cellulose on the Physico-chemical and Structural Properties of Gluten-Free Mung Bean and Pea Protein High-Moisture Meat Analogues

　　

由豆类蛋白（如绿豆蛋白（MBP）或豌豆蛋白（PP））制备的高水分肉类似物（HMMAs）通常表现出有限的纤维结构和较差的质构，限制了其模仿肉类的特性。本研究评估了羧甲基纤维素（CMC；0、1、3、5% w/w，干基）对由MBP制备的HMMA质构特性的影响，并与PP进行了比较。CMC的添加减少了两种配方中可见的纤维结构。扫描电子显微镜显示，未添加CMC的HMMA具有致密、均匀的结构，而增加CMC则破坏了蛋白质网络，产生更多孔基质。质构属性，包括硬度、弹性、内聚性、咀嚼性和坚实度，随CMC增加而降低（P < 0.05）。虽然CMC添加未显著改变MBP-HMMA的质构化程度（P > 0.05），但显著抑制了PP-HMMA中的纤维形成，对照样品出现最高质构化（P < 0.05）。由受过训练的感官评价员（n=12）进行的感官描述性分析证实了这些发现，显示出随着CMC水平升高，硬度、咀嚼次数、粗糙度和纤维结构评分降低。傅里叶变换红外光谱（FTIR）显示酰胺I–III条带的强度降低而无明显峰位移动，表明蛋白质结构有序性降低。接受性测试（n=50）表明，高CMC（5%）降低了总体喜爱度，而适量添加（最多3%）优化了硬度喜爱度，特别是对于PP-HMMA。这些结果表明，CMC是豆类基HMMA的有效质构改良剂，但其浓度必须根据蛋白质来源进行调整，以平衡结构完整性和消费者偏好。

**研究背景与问题：** 随着环境与健康意识的增强，人们对可持续饮食的需求上升，促使植物基肉替代品（meat analogues）快速发展。高水分挤出技术（high-moisture extrusion）可生产具有类似动物肉纤维结构的优质替代品。然而，常用原料如大豆蛋白和小麦面筋存在豆腥味、转基因生物（GMO）疑虑及过敏原性等局限。因此，非传统蛋白来源如绿豆蛋白（MBP）和豌豆蛋白（PP）逐渐受到关注，两者具有良好营养、非GMO及低过敏性特点。但MBP和PP的挤出性及凝胶特性较差，单独使用难以形成稳定纤维结构，限制其替代肉类的质感。为改善这些缺陷，研究人员常采用蛋白复配或多糖（如羧甲基纤维素CMC）添加策略。CMC是一种水溶性阴离子聚合物，具有增稠、凝胶和乳化功能，已在加工肉制品中应用，但针对单一蛋白源（MBP或PP）高水分肉类似物（HMMAs）中应用效果的研究有限。本研究的目的是开发无麸质高水分肉类似物，探讨CMC对MBP与PP基HMMA理化及结构特性的影响，以平衡结构完整性与消费者偏好。

**主要技术方法（不超过250字）：**
研究人员采用同向双螺杆挤出机（Co-rotating Twin Screw Extruder, ZSK 18MEGAlab, Coperion, Germany）进行高水分挤出，MBP和PP配方水分含量分别设为70%和58，添加CMC（0、1、3、5% w/w，干基）。通过扫描电子显微镜（SEM, SU3900, Hitachi, Japan）观察微观结构；使用质构分析仪（TA-XT2i, Texture Technologies Corp., USA）进行质构剖面分析（TPA）和Meullenet Owens刀片剪切测试以评估质构化程度（DT）。傅里叶变换红外光谱（FTIR, Bruker Vector 33, Germany）分析蛋白质二级结构变化。感官评估包括12名训练小组成员的描述性分析（GDA）和50名消费者的接受性测试，采用9点享乐标度。样本来源：MBP和PP购自AGT Food and Ingredients Inc., China；CMC来自Shandong Head Co Ltd., China。

**研究结果：**
3.1 **外观**：通过肉眼观察和相机拍照发现，PP基HMMA较MBP基HMMA具有更明显的纤维结构；添加CMC（特别是高浓度5%）导致纤维结构减少，形成较松散层状结构，其中MBP基HMMA在5% CMC时几乎无可见纤维。
3.2 **微观结构**：SEM（10,000×放大）显示，未添加CMC的HMMA呈现致密、均一的蛋白质网络；随着CMC含量增加，网络逐渐破坏，出现更松散的多孔和不规则结构，MBP基HMMA较PP基HMMA更易受CMC影响。
3.3 **颜色**：颜色参数（CIE LAB）表明，MBP基HMMA亮度（L*值）高于PP基；两种蛋白基HMMA的L*值随CMC增加显著升高，a*值（红度）降低，b*值（黄度）在MBP基中下降，在PP基中先升后降，高CMC水平（5%）颜色变化最显著。
3.4 **质构特性**：TPA及剪切力测试显示，硬度、弹性、内聚性、咀嚼性及坚实度均随CMC含量增加而显著降低（P < 0.05）；PP基HMMA在所有CMC水平下硬度和咀嚼性高于MBP基，表明PP形成更强蛋白质网络。质构化程度（DT）在MBP基HMMA中无显著变化，而PP基HMMA的DT随CMC增加显著下降（对照最高），说明CMC抑制了PP基HMMA的纤维形成。
3.5 **傅里叶变换红外光谱（FTIR）**：FTIR谱图显示，添加CMC后酰胺A、B、I、II、III带峰强降低，但峰位未明显移动，表明蛋白质有序结构减少；同时多糖骨架（900–1200 cm^-1）峰强增加，提示CMC与蛋白质通过氢键和疏水作用相互作用，可能涉及美拉德反应。
3.6 **感官分析**：描述性分析（12名训练人员）证实，纤维结构、硬度、粗糙度和咀嚼次数随CMC增加而降低，PP基HMMA纤维结构评分始终高于MBP基。接受性测试（50名消费者）显示，MBP基HMMA对照样品在硬度、韧性和总体喜爱度得分最高，而5% CMC得分最低；PP基HMMA中，3% CMC的硬度喜爱度得分最高，但总体喜爱度无显著差异，说明适量CMC（≤3%）可改善PP基HMMA的质地偏好。

**讨论与结论：** 研究结果表明，CMC作为质构改良剂对豆类基HMMAs的效果因蛋白来源而异。CMC的添加通过稀释蛋白质网络、竞争水分及破坏有序结构，导致硬度、纤维结构及感官评分下降。对于PP基HMMA，适量CMC（3%）可优化硬度以接近消费者偏好；而对于MBP基HMMA，CMC添加未带来类似益处，反而降低接受度。这些发现为开发无麸质多糖-蛋白复配体系提供了依据。论文发表在《Applied Food Research》。研究结论翻译：高水分肉类似物（HMMAs）系统可通过混合蛋白（MBP或PP）与CMC成功构建。PP基HMMA比MBP基HMMA展现出更清晰连续且致密的纤维结构。对于MBP基HMMA，对照样品（无CMC）在硬度、韧性和总体喜爱度方面获得最高接受度；相反，适量CMC（3%）通过降低产品硬度改善了PP基HMMA的质地偏好。因此，优化浓度的CMC有潜力改善PP基HMMA的质构特性和消费者接受度，但对MBP基HMMA无类似效果。