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

2022-12-12 14:34:54 食品科学杂志

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近日，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

作者介绍

魏兆军教授

1970年11月出生，博士、教授、博士生导师。北方民族大学生物科学与工程学院院长、合肥工业大学食品与生物工程学院教授。教育部食品科学与工程专业教学指导委员会委员；享受国务院政府特殊津贴、宁夏高等学校特聘教授、教育部新世纪优秀人才、安徽省杰出青年基金获得者、黄山学者特聘教授；安徽省农林特产食品加工产业技术创新战略联盟理事长、安徽省养生文化研究会会长。国家自然科学基金、教育部科技项目、国家留学基金委基金、十余个省基金项目评审专家；国家科技进步奖、教育部科技进步奖等评审专家；Trends in Food Science & Technology、Food Chemistry、Industrial Crops and Products等国内外50余期刊审稿人。Frontiers in Nutrition副主编、Current Topics in Nutraceutical Research副主编、Agri-Waste & Agri-Byproduct Journal主编、Food and Chemical Toxicology客座编辑、《食品科学》编委；先后获得国家科学技术进步二等奖，中国农业科学院科技进步二等奖，农业部科学技术进步一等奖，安徽省科技进步三等奖等。主持国家自然科学基金、安徽省科技重大专项等科研项目30余项。以第一或者通讯作者在Trends in Food Science & Technology、Food Chemistry、Industrial Crops and Products、Food and Chemical Toxicology发表高水平论文210余篇；授权或申请专利30余件。研究方向为农林特产功能性食品加工。

诸鸿韬博士研究生

2017年本科毕业于华南农业大学动物科学专业，获得学士学位；2020年硕士毕业于西南大学特种经济动物饲养专业，获得硕士学位。博士现就读于合肥工业大学食品与生物工程学院能源动力专业。博士期间主要研究方向为昆虫蛋白在食品中的加工与利用的关键技术。目前已在Food Chemistry、Journal of Insects as Food and Feed、Acta Biomaterialia、International Journal of Biological Macromolecules、Insect Biochemistry and Molecular Biology、Polymers等期刊发表高水平论文7篇，其中第一作者3 篇。

文章来源于合肥工业大学/北方民族大学魏兆军教授团队

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