JIA | 中国农科院农产品加工研究所王强团队构建了植物蛋白高水分挤压全过程精准调控数学关联模型与可视化平台

植物基肉制品（plant-based meat substitutes）是以豆类、谷物类等植物原料（包括藻类及真菌类等）或其加工品作为蛋白质、脂肪的来源，添加或不添加其他辅料、食品添加剂（含营养强化剂），经加工制成的具有类似畜、禽、水产等动物肉制品质构、风味、形态等特征的食品。高水分挤压技术是制备具有类似动物肉纤维结构和质地的新型植物基肉制品最具潜力的技术之一，但高水分挤压过程是一个多输入和多输出的过程，挤压过程中蛋白等生物大分子的构象梯次变化的函数关系尚不清楚，与纤维结构形成的关系也不明确，严重阻碍了挤压过程的精准控制与纤维结构品质提升。

近期，中国农业科学院农产品加工研究所王强研究员团队在Journal of Integrative Agriculture (《农业科学学报》(英文)，JIA) 2022年8期发表了题为“Plant-based meat substitutes by high-moisture extrusion: Visualizing the whole process in data systematically from raw material to the products”的研究，通过数学建模与虚拟仿真技术结合，创建了国内外首个新型植物基肉制品“制备过程-蛋白结构变化-品质精准调控”可视化平台。此研究是该团队对植物蛋白高水分挤压纤维结构形成机理与品质调控方面的又一探索性成果。

该研究首先通过高水分挤压工艺和装备创新，成功制备了与动物肉质地相当的新型植物基肉制品产品。进一步，采集加工过程中75组不同原料特性（X）和工艺参数（W）条件下，蛋白质多尺度结构变化（Y）、系统响应参数（S）和产品品质（Z）等数据共8000余条，采用分层增广主成分分析方法（FA-PCA），建立高水分挤压过程纤维结构品质控制模型6套。结果表明，FA-PCA建模方法的R2优于传统主成分分析法（PCA），可实现蛋白质纤维结构的有效调控。相比原料和工艺参数，通过高水分挤压过程中蛋白质梯次性多尺度结构变化预测产品品质效果最佳，证明了蛋白质多尺度结构对于纤维结构控制的重要性。基于此，将数学模型与虚拟仿真技术结合，创建了涵盖数据库系统、动态仿真系统和虚拟现实系统等的高水分挤压可视化软件。

中国农业科学院农产品加工研究所张金闯副研究员为论文第一作者，王强研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（31901608）、国家重点研发计划（2021YFC2101402）和中国农业科学院科技创新工程项目（CAAS-ASTIP-2022-IFST）的资助。

点击链接查看全文：https://doi.org/10.1016/S2095-311‍9(21)63892-3

转自：植物科学SCI

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