核桃蛋白植物肉的制備及其特性研究

中圖分類號：TS201.1 文獻標志碼：A

Abstract：Walnut protein was extracted from low-temperature defatted walnut meal. Then， soybean protein isolate，gluten，corn starch and other raw materials were added to prepare plant protein-based meat through extrusion using either round （A） or rectangular （B） moulds.The effect of walnut protein addition on the characteristics of plant-based meat products was studied. It was observed that the extrusion process resulted in a comparatively loose，layered internal structure within the plant-based meat. It was demonstrated that an increase in walnut protein content from to resulted in significant alterations to the fibre structure of the plant meat.Furthermore，an increase in protein content was accompanied by a rise in texture properties and color values，which subsequently declined. Low-field NMR analysis revealed that the content of free water in all samples was comparable. The findings indicated that，for mold A，the optimal performance in terms of water-holding capacity，oil-holding capacity，and cooking loss rate was achieved at a walnut protein content of . For mold B，the ideal functional properties were observed at walnut protein addition.This study provides a theoretical foundation and a technical reference point for the development of walnut protein-based meat.

Key words：walnut protein； plant-based meat; texture properties;water distribution; cooking loss

0 引言

植物肉作為一種新型食品，因其高蛋白、低脂肪、零膽固醇以及環保可持續等特點，受到廣泛關注.目前國內常采用擠壓法來生產植物肉.在制備過程中，蛋白質的種類和添加量對植物肉的功能特性具有重要影響.對植物肉產品而言，持水性直接決定其維持水分的能力，持油性則關系到脂肪在加工品中的分布和穩定性；而質構特性，尤其是硬度和咀嚼度，常影響產品的口感和品質.因此，開發不同蛋白質來源、考察蛋白添加量對植物肉產品特性的影響，對于優化植物肉的生產工藝、提高產品質量具有重要意義.

核桃蛋白是一種優質的植物蛋白資源，具有獨特的營養價值和功能性，在植物肉的生產中具有較大的應用潛力.目前核桃蛋白在植物肉中的研究較少，關于擠壓機不同模具對產品特性的影響也缺乏系統研究.本課題通過實驗研究不同形狀模具對植物肉產品特性的影響，考察不同核桃蛋白添加量制得植物肉的持水性、持油性、質構特性、蒸煮損失率等關鍵指標，以期為新型植物肉的配方設計提供科學依據.

1材料與方法

1. 1 實驗材料與儀器

1.1.1主要材料

低溫脫脂核桃粕（水分含量 12.65% ，蛋白含量 38.57% ，以干基計），陜西雨鶴生物科技有限公司；大豆分離蛋白（蛋白含量 85.20% ），山東萬得福生物科技有限公司；谷朊粉，河南恩苗食品有限公司；玉米淀粉，山東恒仁工貿（集團）有限公司；大豆油，中糧福臨門食品營銷有限公司；高溫蒸煮袋的材質為尼龍（NY）/鋁箔（AL）/流延聚丙烯（CPP），廣州市恒通塑料制品廠.

1. 1.2 主要儀器

UVTE-36型雙螺桿擠壓機，長沙創享食品科技有限公司；TA-XTPlus型物性分析儀，英國

SMS公司；CM-5型色差儀，日本柯尼卡美智達有限公司；TAQ20型差式掃描量熱儀，沃特世科技（上海）有限公司；TD8型冷凍離心機，美國貝克曼庫爾特公司；SU3500型掃描電子顯微鏡（SEM，日本日立公司；PQ001-20-25V型核磁共振分析儀，蘇州紐邁分析儀器股份有限公司；DZF-6096型真空干燥箱，上海一恒科學技術有限公司.

1. 2 實驗方法

1.2.1 核桃蛋白植物肉的擠壓法制備

以低溫脫脂核桃粕為原料，通過堿溶酸沉、噴霧干燥法制備核桃濃縮蛋白（蛋白含量 78.86%） .使用雙螺桿擠壓機制備植物肉，具體配方為：核桃蛋白添加量 10wt%～50wt% ，大豆分離蛋白 ，谷骯粉 15wt% ，玉米淀粉 ，其余為去離子水.將原料置于擠壓機的料筒中混合，螺桿由正反螺紋組件和嚙合塊組成，模頭分別以兩種不同形狀的模具（圓形模具A、矩形模具B）為擠出口.擠壓參數設置如下：螺桿轉速 350r/min ，喂料速度 25kg/h ，加熱溫度 90^°C^[3] .擠出樣品經 50^°C 真空干燥，用于后續分析實驗.

1.2.2 核桃蛋白植物肉的形貌觀察

將不同核桃蛋白植物肉樣品進行橫縱方向切片，稱取 1g 并固定在樣品臺上.噴金處理后，置于SEM下放大350倍觀察并拍照.

1.2.3植物肉的持水性和持油性測定

參考Tehrani等4]的方法，稱取核桃蛋白植物肉 2g ，置于 100mL 離心管中，加入 60mL 去離子水（或大豆油），常溫下渦旋處理 10min ，以4000r/min 離心 30min ，棄去上層清液，計算樣品持水（油）性：

式（1）中： m 為樣品的質量， g;m_i 為樣品和離心管的總質量， g;m₂ 為除去上清液后的離心管質量，g.

1.2.4 植物肉的質構特性測定

參考肖志剛等5的方法，采用物性分析儀對植物肉的質構特性進行測試.樣品切成 20×20× 10mm 長方體，置于載物臺上，采用TA-5探頭壓縮兩次，測試前、后探頭速度為 0.5mm/s ，測試過程中速度為 1.0mm/s ，壓縮應變設為 50%

1.2.5 植物肉的色值測定

采用色差儀對植物肉的色值進行分析，測定同一樣品的5個不同部位，記錄特征值 L^* 值、 a^* 值和 b^* 值.標準白板的 L₀^* 值、 a₀^* 值和 b₀^* 值分別為 96.53，-0.012 和1.58.

1.2.6 植物肉的蒸煮損失率測定

將植物肉樣品放入蒸煮袋中，確保密封性良好，防止蒸煮過程中水分過多蒸發.放入 30^°C 恒溫水浴鍋中，升溫蒸煮至中心溫度達到 70^°C 左右.蒸煮完成后，將樣品取出并自然冷卻至室溫，使用無紡布或紙巾輕輕擦拭樣品表面的水分，確保測量時不受表面水分影響.計算樣品蒸煮損失率：

式（2）中： f₀ 為蒸煮前樣品質量； f₁ 為蒸煮后樣 品質量.

1. 2.7 植物肉的低場核磁（LF-NMR）測定

將核桃蛋白植物肉粉碎后置于LF-NMR儀器樣品管中，在脈沖序列為Q-FID的條件下，使用標準液校準.將加載后的探針移動到儀器上，使用CPMG脈沖序列進行橫向弛豫時間 （T₂ ）檢測信號. T₂ 測量在 90^° 和 180^° 脈沖（τ）之間的等待時間為 1500ms 、回波時間為 0.15ms 、累加次數為4次，共16次掃描.利用多指數擬合分析方法反演CPMG衰減信號，得到自旋-自旋 T₂ 弛豫時間分布[7].

1.3 數據分析

采用SPSS20.0統計軟件和Origin2021軟件分別進行數據分析及圖形繪制.通過單因素方差分析（ANOVA）確定樣本間的顯著性，進行Duncan檢驗，所得試驗結果采用三次重復試驗的平均值和標準差進行表示.

2 結果與討論

2.1核桃蛋白添加量對植物肉外觀形貌的影響

圖1顯示，當核桃蛋白添加量為 時，由于此時體系中水分含量較高 （50wt%） ，植物肉的組織拉絲效果并不明顯，所形成的纖維結構內部孔洞較小，表面較為平整光滑，這主要是因為在相對較低的蛋白含量下，核桃蛋白植物肉在冷卻模具中受到較高剪切力，導致植物肉的拉伸性隨之降低.

對于模具A來講，隨著核桃蛋白添加量增至 時，植物肉內部形成了疏松的纖維細絲結構，呈現明顯分層現象，結構清晰，這是因為合適的蛋白含量能夠促進疏水基團暴露，使混合物由最初的少孔結構形成層次分明的三維網絡結構.

對于模具B，核桃蛋白添加量增至 時，形成層次分明的疏松結構.繼續升高至 .此時水分含量過低 ），機筒的高溫加劇了蛋白質內部疏水基團的暴露，產生了不相容的聚合物網絡，從而導致核桃蛋白植物肉形成了分離的斷層結構[8].

隨著核桃蛋白添加量的增加，兩種模具所制得植物肉的持水性均呈現出先升高后降低的趨勢.由圖2可知，對于模具A樣品，當核桃蛋白添加量為

40wt%時，植物肉表現出較好的持水性，而模具B則在核桃蛋白添加量為 時表現為最佳的持水性，二者呈現的差異是由模具的形狀和大小引起的.

隨著核桃蛋白添加量的增加，一方面，植物肉組織間出現明顯的分層現象，有利于蛋白質分子中的親水基團與水分子形成氫鍵等相互作用，從而增加了水分在植物肉中的滯留時間°.另一方面，較多的蛋白質分子能夠與一定量的水分子結合，加快聚合物分子的自由運動，促進蛋白質-蛋白質、蛋白質-水的相互作用，使親水基團的數量和分布都發生變化，蛋白質的溶脹特性和形成網絡結構的能力進一步增強，持水能力得到提高[1°].若核桃蛋白添加量過大，持水性呈下降趨勢，這可能是由于此時樣品中水分含量較少，影響蛋白質之間的交聯和相互作用（如二硫鍵的形成），形成的三維網絡結構遭到破壞，植物肉的持水性下降[11].

2.3核桃蛋白添加量對植物肉持油性的影響

由圖3可以看出，隨著核桃蛋白添加量的增加，兩種模具所得植物肉的持油性均呈現出先升高后降低的趨勢.隨著核桃蛋白添加量增加，因蛋白具有良好的乳化性，能夠在脂肪球表面形成一層具有彈性的柔韌膜，從而增加油脂顆粒在植物肉中的停留時間.

另一方面，植物肉內部孔隙的變大，三維網絡結構增加了油脂分子在組織內部停留的時間12·當核桃蛋白添加量繼續增至 時，兩種模具的植物肉持油性下降，這可能是由于體系內蛋白質達到過飽和狀態，水分含量過低，干擾了連續基質的形成，造成植物肉的持油性降低[13].

2.4核桃蛋白添加量對植物肉質構特性的影響

由表1可知，核桃蛋白添加量對植物肉硬度的影響較大，對咀嚼度和彈性影響相對較小.當核桃蛋白添加量為 30wt%～40wt% 時，產品硬度值較高.這是由于，隨著核桃蛋白添加量增加，伴隨著水分含量減少，蛋白質-水、蛋白質-蛋白質之間相互交聯并固化，形成三維網絡結構，使植物肉質的硬度增加；同時，咀嚼性和彈性也隨之增加[14].若核桃蛋白添加量過大，植物蛋白質間形成的網絡結構過于緊密，使得硬度、彈性、咀嚼性隨之降低.因此，可通過核桃蛋白添加量調控植物肉產品的質構和口感.

2.5核桃蛋白添加量對植物肉色值的影響

如表2所示，隨著核桃蛋白添加量從 增加到 ，模具A所得植物肉的亮度值（L?） 和紅綠值 （a×） 均逐漸增加，這表明適當增加蛋白含量，有利于提高核桃蛋白植物肉產品的外觀色澤[15].蛋白添加量的增加，可使組織化蛋白形成更多的定向纖維和多孔結構，減少了推動物料通過機筒所需的力以及物料與螺桿和機筒之間的摩擦，縮短了物料在擠壓機中的停留時間，降低了美拉德反應引起的褐變程度，從而提高了植物肉的

光澤度.此外，水分子與受熱斷開的蛋白質鏈上的親水結合位點的結合更加緊密，塑化作用增強，這可能與 L? 的增加有關.當核桃蛋白添加量進一步增至 ，植物肉的 L* 值均呈下降趨勢，這可能是因為當核桃蛋白添加量過多時，水分含量隨之減少，物料的黏度隨之升高，在機筒內的滯留時間變長，加劇了物料之間發生美拉德反應程度，使植物肉的外觀色值降低.實驗結果表明，適量的蛋白物料有助于提升植物肉產品的外觀色澤[16].

2.6核桃蛋白添加量對植物肉蒸煮損失的影響 2.7核桃蛋白添加量對植物肉水分分布的影響

由圖4可知，隨著核桃蛋白添加量從 增至 ，兩種模具制得植物肉的蒸煮損失率均呈下降趨勢.當核桃蛋白含量進一步增大，蒸煮損失率變化不明顯（ _{（pgt;0.05）} .這可能是由于，核桃蛋白添加量的適當增加，一定程度上提高了蛋白之間的相互交聯作用，使得植物肉質地變得致密，水分子運動受限，整個體系能夠更加牢固地鎖水與持水，從而減少了植物肉的蒸煮損失，進一步提升產品的品質.這與豌豆蛋白雞肉糜的蒸煮特性變化趨勢較為一致[17].

通過測定自旋-自旋馳豫時間，核桃蛋白添加量對植物肉水分分布的 T₂ 反演圖譜如圖5所示.根據質子馳豫信號峰強度，所有樣品可以觀察到兩個位置的峰，在 T₂lt;1ms 時表現出最高峰，說明在樣品中存在較多的結合水，同時也存在低信號強度的自由水 （12lt;10ms） ：

從峰面積大小可知，隨著核桃蛋白添加量從 增至 ，兩種模具制得植物肉的結合水含量降低，這可能是因為，體系中添加去離子水較少，經擠壓并干燥后，產品中殘存的結合水含量也較低.可以發現，各植物肉樣品中的自由水含量差距較小[18].

3結論

以低溫脫脂核桃蛋白為主要原料，選取不同的擠壓模具制備植物肉，并對其功能特性進行研究.實驗發現，核桃蛋白添加量對植物肉的品質特性影響較大，當其為 時，植物肉形成了疏松的纖維結構，呈現良好的分層現象；進一步增大核桃蛋白添加量至 ，會導致植物肉組織結構出現斷層現象.兩種模具所制得植物肉樣品均具有較好的持水性、持油性、質構特性和蒸煮損失率.本課題研究結果可為核桃粕資源的高值化利用提供技術依據，下一步將開展核桃蛋白植物肉替代動物肉的真實場景應用研究.

參考文獻

[1]JiménezMunozLM，TavaresGM，CorredigM.Design future foods using plant protein blends for best nutritional andtechnological functionality[J].Trends in Food Science amp;.Technology，2021，113：139-150.

[2]豆康寧，趙永敢，金少舉，等.植物基肉制品的研究進展 [J].食品與機械，2022，38（11）：230-235.

[3]岳程程，王哲，佟麗鳳，等.水分添加量對高水分擠壓大 豆粕植物蛋白肉品質及結構特性的影響[J].食品工業科 技，2023，44（22）：52-60.

[4]Tehrani M M，Ehtiati A，Azghandi S S.Application of genetic algorithm to optimize extrusion condition for soybased meat analogue texturization[J].Journal of Food Science and Technology，2017，54：1 119-1125.

[5]肖志剛，江睿生，霍金杰，等.植物基人造肉研究進展[J]. 中國糧油學報，2022，37（7）：195-202.

[6]魏心如，韓敏義，王鵬，等.熱處理對雞胸肉剪切力與蒸 煮損失的影響[J].江蘇農業學報，2014，30（3）：629-633.

[7] Zheng Y，Gao Y，Sun C，et al. Amyloid fibrils-regulated high-moisture extruded soy proteins： Texture，structure， and taste[J].Food Hydrocolloids，2023，144：109 026.

[8] Hadidi M，Pouramin S，Adinepour F，et al. Chitosan nanoparticles loaded with clove essential oil： Characterization， antioxidant and antibacterial activities[J]. Carbohydrate Polymers，2020，236：116 075.

[9] Wu M，Sun Y，Bi C，et al. Effects of extrusion conditions on the physicochemical properties of soy protein/gluten composite[J]. International Journal of Agricultural and Biological Engineering，2018，11（4） ：230-237.

[10]肖志剛，張雪萍，王哲，等.擠壓溫度對高水分核桃蛋白 植物肉流變學和結構特性的影響[J].糧食與油脂，2022， 35（2） ：133-137.

[11]付曉航，李赫，曹金諾，等.擠壓加工對植物組織蛋白功 能性影響的研究進展[J].食品研究與開發，2021，42（6）： 179-183.

[12] Jones O G. Recent advances in the functionality of nonanimal-sourced proteins contributing to their use in meat analogs[J]. Current Opinion in Food Science，2016，7： 7-13.

[13]王思淇，張彤，李天嬌，等.植物蛋白基肉制品的制作工 藝優化及品質分析[J].中國食品添加劑，2024，35（8）： 113-120.

[14] Chen Q，Zhang J，Zhang Y，et al. Rheological properties of pea protein isolate-amylose/amylopectin mixtures and the application in the high-moisture extruded meat substitutes[J]. Food Hydrocolloids，2021，117：106 732.

[15］陳鋒亮，魏益民，張波，等.食品擠壓過程中水分的作用 及變化研究進展[J].食品科學，2009，30（21）：416-419.

[16] Wittek P，Zeiler N，Karbstein H P，et al. High moisture extrusion of soy protein： Investigations on the formation of anisotropic product structure[J]. Foods，2021，10（1）： 102-118.

[17］王石.雙蛋白雞肉糜3D打印特性及產品品質的研究 [D].沈陽：沈陽農業大學，2020.

[18] Zheng Y，Xu J，Sun C，et al. Multihole nozzle-mediated high-moisture extrusion of soy proteins into fiber-rich structures[J].Food Hydrocolloids，2024，151：109 819.

【責任編輯：蔣亞儒】