植物蛋白組織化的動態流變學表征和微觀分形研究

《植物蛋白組織化的動態流變學表征和微觀分形研究》是依託中國農業大學，由吳敏擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：植物蛋白組織化的動態流變學表征和微觀分形研究
• 依託單位：中國農業大學
• 項目負責人：吳敏
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

植物蛋白近年來受到消費者的青睞。擠壓組織化過程可以實現植物蛋白的質構重組，其結構變化和形成機製成為研究熱點。目前對於組織化蛋白質的研究局限於巨觀質地的分析，對其形成纖維狀重組結構的微觀結構變化機理尚不清晰。本課題將首次利用動態流變學和力學特性分析方法，建立具有廣泛適用性的擠壓參數與產物動態流變、力學特性間的數學模型，並首次利用分形理論對組織化蛋白質結構進行研究，採用流變學、微觀學、蛋白質碳骨架等手段，獲得分形維數，並採用分形理論和標度理論推導組織化蛋白質的分形模型，進一步建立擠壓參數和蛋白質含量對分形維數的影響，建立多因素對組織化蛋白質結構變化分形維數的影響規律。這將使對組織化蛋白質結構形成機制的研究深入到微觀分子領域，並且將微觀結構模型與巨觀質構特性建立聯繫，闡明擠壓組織化質構重組蛋白質發生結構改變的作用機理，具有重要的科學意義。為揭示擠壓過程中的黑箱現象提供一定方法手段和理論基礎。

結題摘要

擠壓組織化加工技術屬於高溫高壓食品加工技術，該技術集破碎、捏合、混煉、熟化、殺菌、預乾燥、成型於一體的高效加工過程，該加工過程使得產品獲得一定的形狀和組織形態，類似於纖維狀結構的產物是由於蛋白質發生了質構重組。植物蛋白組織化過程和其結構形成機制是目前國內外研究者關注的熱點，大量的研究仍局限於巨觀質地和工藝參數的研究，對蛋白組織化形成纖維狀三維絡合物重組結構的微觀結構改變機理尚不清晰，在揭示擠壓過程的黑箱現象的方法還有局限。 課題引入了動態流變學和分形理論的方法，首先從擠壓組織化蛋白的品質調控和特性表征入手，開展了大量基礎實驗研究，獲得了表征組織化蛋白綜合理化特性的多回響值最佳化方案，初步解釋了擠壓過程中存在共混體系形成穩定堅固聚合體的過程。基於上述因素分析，繼續開展了擠壓過程動態流變學演變規律的研究，並系統構建了擠壓產物動態機械力學模型，建立了廣泛適用的擠壓參數與動態流變和機械力學模型的關係，模型擬合良好，整合了擠壓過程中的熱效應、剪下作用和組分變化對模型修正的影響。結果表明，植物蛋白在擠壓過程中的流變學特性可以有效的反饋這種典型非牛頓流體的結構改變和質構重組規律；重點研究了熱力學、結晶度、紅外光譜結合掃描電子顯微技術和共聚焦顯微鏡技術，對植物蛋白組織化產物進行了3D和2D層面的微觀結構分析，引入了分形理論，用計算分形維度的視角，跳出傳統的一維的線、二維的面、三維的立體乃至四維時空，更加趨近複雜和真是屬性的描述了組織化蛋白質客觀微觀結構。基於蛋白質分子結構的自相似和疊代生成原則，我們的研究獲得了組織化蛋白質的分形維數（1.6941-1.8404），取得了創新性的理論研究進展，為闡述植物蛋白在擠壓機中的質構重組過程和揭示黑箱現象，具有比較重要的科學意義。 課題共發表學術論文8篇，其中SCI或EI論文4篇，申請國家發明專利1項，培養已獲得學位研究生3名。