食品挤压是温度、压力和机械剪切等因素共同作用的过程,水分对挤压过程的顺利实施和挤压产品的特性有着重要影响,物料水分含量是划分中低水分和高水分挤压技术的主要标志。与中低水分蛋白挤压产品相比,高水分挤压组织化产品因具有视觉外观和口感均类似鸡胸脯肉的纤维状结构,已引起人们普遍关注。为此,前人提出高水分挤压产品纤维化结构形成机理的“膜状气腔”理论假设,其中,明确指出挤压过程中水分的变化和作用对挤压产品纤维化结构形成的重要性。在前期相关方法研究和“膜状气腔”理论假设的启示下,本研究以物料水分为切入点,对水分在植物蛋白挤压过程中的作用进行系统分析,旨在探讨高、低水分挤压技术生产纤维状模拟肉蛋白产品的本质差异,进而提出植物蛋白高水分挤压产品纤维化结构形成机理的理论模型。本研究以大豆分离蛋白(SPI)为原料,以DSE-25型同向啮合双螺杆挤压机为加工设备,设计不同物料水分(28%~60%)和挤压温度(140~160℃),通过在线检测和理论模型推导,分析了水分对挤压过程中扭矩、压力降、在线黏度、停留时间分布(RTD)以及单位机械能耗(SME)等系统参数的影响;通过差示量热扫描(DSC)和低场脉冲核磁共振(LF-NMR)技术分析了水分在挤压产品中的形态和分布;通过感官、质构、蛋白质溶解性、电泳和红外光谱等技术,从宏观到微观层面,分析了水分对挤压产品的外观、质构、化学键交联、蛋白质亚基(7S/11S球蛋白比例)和蛋白质二级结构的影响;通过突然停机操作,得到挤压机机筒内不同区段的样品,分析了水分在机筒内对蛋白质特性的影响;最后对水分形态与挤压过程中系统参数、最终挤压产品特性之间进行典型相关分析,系统阐明挤压过程中不同形态水分的作用。主要结论如下:(1)SPI经挤压蒸煮后发生了聚合、交联等变性反应,形成了大分子量聚合物,溶解度降低;挤压组织化产品的结构是由疏水作用、氢键、二硫键以及彼此之间的协同作用共同维持,且非共价键作用大于二硫键作用,4种蛋白二级结构均存在,且β-折叠、β-转角>无规则卷曲>α-螺旋。(2)SPI原料中临界冻结水或自由水含量在35%~38%,这可能是高、低水分挤压组织化技术水分临界值划分的依据。当水分含量高于此临界值时,物料中添加的水主要转化为挤压组织化产品中的冻结水或自由水。挤压蒸煮过程中,主要是冻结水或自由水对挤压过程和组织化产品的特性起作用;水分具有增塑、降黏、导热、熟化、辅助成型以及作为反应溶剂等作用。(3)高水分挤压组织化过程中,存在大量自由水,通过降低SPI在挤压机机筒内的黏度和停留时间,减小物料在挤压机内受到机械作用的大小,从而降低蛋白质亚基聚合交联的程度,增加二硫键与氢键、二硫键与疏水作用之间的协同作用以及7S/11S球蛋白比例,最终使挤压蛋白产品的颜色变浅,产品的纤维化程度提高。这可能是高水分挤压技术较中低水分挤压技术在生产纤维状蛋白模拟肉时更具优势的本质原因。