魏兆军教授：家蚕丝胶肽在高蛋白营养棒早期储存过程中的抗硬性作用及机理
合肥工业大学/北方民族大学魏兆军教授团队在Food Chemistry (Q1，IF: 9.231)期刊上发表了题为“Anti-hardening effect and mechanism of silkworm sericin peptide in high protein nutrition bars during early storage”的研究论文。合肥工业大学2021级博士研究生诸鸿韬为论文的第一作者，合肥工业大学/北方民族大学魏兆军教授为论文的通信作者。
高蛋白营养棒（HPNBs）是一类具有高蛋白含量的方便食品，具有加工简单、耐储存、易食用、营养价值高等多种优点，此前被大量应用于军事、航天、运动等特殊食品领域，随着经济的发展和人们对膳食营养的追求，近年来，蛋白棒产品被进一步推广，在消费市场得到了迅猛地发展。作为决定饮食体验的一个重要因素，食物的质地极大地影响了消费者对产品的接受程度和购买意愿。HPNBs在储存过程中容易硬化，严重影响食品的颜色、味道、质地、营养等指标，极大限制了产品的保质期和消费者的饮食体验。此前的研究表明，HPNBs的硬化一般分为涉及不同成分之间的物理变化，如相分离、水迁移和蛋白质自聚集的前期硬化和后期阶段主要是在储存几周或几个月后，由Maillard反应等化学反应主导的中储存中后期硬化。此前的研究对HPNBs食品的抗硬化方法进行了各种尝试，有效的方法包括蛋白质改性、用蛋白质水解产物替代蛋白质成分、添加多酚类物质以抑制Maillard反应等。虽然这些方法相对减少了HPNBs储存后硬度的上升，但由于使用了大量的植物提取物或化学制剂，进而降低了HPNBs中的蛋白质含量，牺牲了产品的营养价值，并导致了生产成本的增加。
丝胶是来自蚕丝的一类天然蛋白质，在传统缫丝工业中通常去除并随废水排出。此前的研究表明，丝胶中含有大量的丝氨酸和多种必需氨基酸，具有极高的营养价值。并同时具备多种生物活性，如抗氧化性、抑菌性等，对人体也有诸多有益处，如降血糖、降血压、促进神经细胞发育、抗疲劳等，且几乎没有毒副作用。目前，丝胶蛋白在生物材料、医药、日用化妆品等领域取得了相应的研究进展，但对丝氨酸在食品领域的研究工作的进一步投入和推动仍有待提升。
图片摘要
在这项研究中，作者将水解丝胶肽（SRP）作为一种新型的抗硬化剂添加到HPNBs中，首次评估并研究了其抗硬效果和机制。数据表明，HPNBs在贮藏前期的硬化主要是由水迁移、蛋白质自聚和引发相分离等物理变化引起的。在由乳清分离蛋白（WPI）和酪蛋白酸钠（CS）制成的HPNBs中加入SRP可以有效地减弱储存72小时内蛋白质棒的硬化，而且这种效果与SRP的加入量呈正相关。对于WPI-HPNBs和CS-HPNBs，8%的SRP在72小时的储存过程中分别降低了63.7%和54.6%的硬度。SRP通过增加体系中水和亲水小分子的流动性，改善了水分子的迁移。同时，通过增加颗粒的ζ-电位，减少颗粒的表面疏水性，保持了颗粒的原始结构，削弱了颗粒间的吸引力，提高了颗粒的稳定性，最终减缓了蛋白质自我聚集和形成更大颗粒的过程。因此，SRP有效地阻碍了HPNBs体系在储存早期由水迁移和蛋白质自聚集引起的相分离，并抑制了HPNBs的硬化。
这项研究通过研究丝胶蛋白对高蛋白营养棒早期硬化的作用和机理，开创性地展示了丝胶蛋白作为食品功能成分或添加剂的潜力，并为丝胶在食品中抗硬化领域的作用提供了充分的证据。基于丝胶蛋白的独特功能和生物活性，研究人员可以进行更多的创新和尝试，通过创新丝胶蛋白在食品领域的应用，助力蚕茧的高值化利用，提高蚕桑行业的经济效益，推动我国传统养蚕业的升级改造，并为家蚕等昆虫蛋白及昆虫产品在食品行业的应用启发新的思路。
· 结果展示
图1. HPNBs的全质构分析测试及试验前后形态
图2. HPNBs的水分流动性变化
图3. HPNB在早期储存期间的微观形态表征
图4. HPNBs的颗粒形态结构
图5. HPNBs的粒径分布、ζ-电位和表面疏水性
图6. HPNBs的ATR-FTIR光谱和蛋白质二级结构含量
Reference：
Zhu, H., Zhang, X.-X., Zhang, R., Feng, J.-Y., Thakur, K., Zhang, J.-G., & Wei, Z.-J. (2023). Anti-hardening effect and mechanism of silkworm sericin peptide in high protein nutrition bars during early storage[J]. Food Chemistry, 407, 135168. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.135168.
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.135168
来源 | 食品科学杂志
