導(dǎo)語(yǔ)：
隨著全球?qū)沙掷m(xù)食品需求的激增，植物肉市場(chǎng)迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。然而，傳統(tǒng)大豆蛋白基植物肉常面臨質(zhì)地僵硬、風(fēng)味與營(yíng)養(yǎng)成分單一、消化率低等難題，解決相關(guān)的瓶頸問(wèn)題，對(duì)于推進(jìn)植物性肉制品技術(shù)的發(fā)展和促進(jìn)植物性肉制品行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。
近期，華南理工大學(xué)魏東教授團(tuán)隊(duì)在《Bioresource Technology》發(fā)表突破性研究，通過(guò)生物培養(yǎng)過(guò)程在線檢測(cè)儀(BODS)精準(zhǔn)調(diào)控發(fā)酵工藝，首次利用葉綠素缺陷型黃金藻突變體A4-1，通過(guò)細(xì)胞破碎技術(shù)(DAP)與大豆蛋白完美融合，開(kāi)發(fā)出富含蛋白質(zhì)的金色微藻粉，成功提升植物肉綜合品質(zhì)。
本研究亮點(diǎn)
將含43.8 %蛋白質(zhì)的黃金藻突變體A4-1破壁藻粉(DAP)與SPI以5% DAP+95%SPI的質(zhì)量比在高水分?jǐn)D壓(HME)過(guò)程中結(jié)合：
口感：擠出物彈性提升210.6%，嚼勁度增加141.7%，硬度降低19.36%。
結(jié)構(gòu)：三維結(jié)構(gòu)纖維豐富，二級(jí)結(jié)構(gòu)中α-螺旋的比例顯著增加，結(jié)合水含量顯著提高。
消化：體外模擬消化性顯著提高了37.6 %，同時(shí)減少了擠出物的苦味和澀味。
突變體A4-1：通過(guò)常壓室溫等離子體(ARTP)誘變技術(shù)，從野生型Auxenochlorella pyrenoidosa中篩選出的黃金色突變株。
核心優(yōu)勢(shì)：與綠色野生型 (WT) 菌株相比，在暗培養(yǎng)中的 A4-1 突變體呈黃色，葉綠素 a 減少 118 倍，未檢測(cè)到葉綠素 b。蛋白質(zhì) (44.22 % DW)、總氨基酸 (AAs，34.84 % DW) 和必需 AA (17.50 % DW) 的含量高，與 WT 相比分別增加了 31 % 、 22 % 和 30 % (p < 0.05)。
技術(shù)亮點(diǎn)：生物培養(yǎng)過(guò)程在線檢測(cè)儀(BODS)
全自動(dòng)智能發(fā)酵
1、發(fā)酵條件
初始細(xì)胞密度為1×10^8個(gè)細(xì)胞/mL；pH值6.5，通過(guò)添加1.0 mol/L硝酸并補(bǔ)充氮源來(lái)控制;溫度30℃；攪拌速度80 r/min；初始通氣速率1.5 L/min。在同一條件下進(jìn)行平行發(fā)酵測(cè)試，分別使用氯化銨(1.52 g/L)或尿素（1.1 g/L）作為氮源，與上述以硝酸鈉為氮源的發(fā)酵中氮摩爾濃度相同。
2、過(guò)程監(jiān)測(cè)
采用BODS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)葡萄糖濃度、銨根離子，結(jié)合自動(dòng)補(bǔ)料系統(tǒng)，確保Auxenochlorella pyrenoidosa突變體（A4-1藻株）在5L發(fā)酵罐中高效生長(zhǎng)。
3、實(shí)時(shí)監(jiān)控
如圖1A和B所示，細(xì)胞密度和生物量濃度持續(xù)增加，并在大約72到84小時(shí)進(jìn)入穩(wěn)定期。
通過(guò)BODS自動(dòng)檢測(cè)和控制補(bǔ)料，按照工藝對(duì)過(guò)程中葡萄糖濃度進(jìn)行控制，氮濃度通過(guò)補(bǔ)料維持在494 ± 53 mg/L范圍內(nèi)（圖1D）。
如圖1E所示，使用氯化銨作為氮源時(shí)，蛋白質(zhì)含量(干重43.3%)和生產(chǎn)力（1.31克/升/天）最高，而碳水化合物含量（干重24.1%）和總脂質(zhì)含量（干重13.8%）最低。
1、結(jié)構(gòu)升級(jí)
微觀3D網(wǎng)絡(luò)：掃描電鏡顯示，5% DAP使擠壓物形成類動(dòng)物肌肉纖維結(jié)構(gòu)，孔隙均勻。
水分鎖定：低場(chǎng)核磁共振(LF-NMR)證實(shí)，DAP添加使結(jié)合水比例提升，增強(qiáng)產(chǎn)品保水性。5%的DAP摻入顯示出最高的固定水比例(83.70 %)。結(jié)合水的增加通常與水分活度呈負(fù)相關(guān)，從而抑制微生物生長(zhǎng)。自由水含量直降62%，減少水分流失。
電子鼻(A和B)和電子舌(C和D)分析：對(duì)擠出物進(jìn)行感官分析顯示，藻粉有效降低苦味與澀味，谷氨酸含量提升6.65% DW，賦予產(chǎn)品天然鮮味。
創(chuàng)新與展望
本研究介紹了一種新策略，利用來(lái)自葉綠素合成缺陷型蛋白核小球藻突變體(A 4-1菌株)的破壁藻粉(DAP)，不僅消除了傳統(tǒng)藻類生物質(zhì)的綠色和異味限制，在高水分?jǐn)D壓條件下還協(xié)同增強(qiáng)了基于SPI的肉類類似物的結(jié)構(gòu)完整性以及生物可及性。DAP有助于蛋白質(zhì)在擠出冷卻過(guò)程中多肽鏈的重新排列，顯著提高了210.6 %的彈性，結(jié)合水比例的增加也增強(qiáng)了蛋白質(zhì)凝膠的穩(wěn)定性，并促進(jìn)了蛋白質(zhì)纖維的形成，這是植物基肉類產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)化的一個(gè)突破。
未來(lái)可繼續(xù)探索綠藻缺陷突變體(A4-1菌株)在工業(yè)條件下大規(guī)模微藻發(fā)酵生產(chǎn)中的發(fā)酵性能以及氯化銨在蛋白質(zhì)合成中表現(xiàn)，以及藻類成分在調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)-大分子相互作用中的具體作用機(jī)制。
關(guān)于BODS
導(dǎo)語(yǔ)：
隨著全球?qū)沙掷m(xù)食品需求的激增，植物肉市場(chǎng)迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。然而，傳統(tǒng)大豆蛋白基植物肉常面臨質(zhì)地僵硬、風(fēng)味與營(yíng)養(yǎng)成分單一、消化率低等難題，解決相關(guān)的瓶頸問(wèn)題，對(duì)于推進(jìn)植物性肉制品技術(shù)的發(fā)展和促進(jìn)植物性肉制品行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。
近期，華南理工大學(xué)魏東教授團(tuán)隊(duì)在《Bioresource Technology》發(fā)表突破性研究，通過(guò)生物培養(yǎng)過(guò)程在線檢測(cè)儀(BODS)精準(zhǔn)調(diào)控發(fā)酵工藝，首次利用葉綠素缺陷型黃金藻突變體A4-1，通過(guò)細(xì)胞破碎技術(shù)(DAP)與大豆蛋白完美融合，開(kāi)發(fā)出富含蛋白質(zhì)的金色微藻粉，成功提升植物肉綜合品質(zhì)。
本研究亮點(diǎn)
將含43.8 %蛋白質(zhì)的黃金藻突變體A4-1破壁藻粉(DAP)與SPI以5% DAP+95%SPI的質(zhì)量比在高水分?jǐn)D壓(HME)過(guò)程中結(jié)合：
口感：擠出物彈性提升210.6%，嚼勁度增加141.7%，硬度降低19.36%。
結(jié)構(gòu)：三維結(jié)構(gòu)纖維豐富，二級(jí)結(jié)構(gòu)中α-螺旋的比例顯著增加，結(jié)合水含量顯著提高。
消化：體外模擬消化性顯著提高了37.6 %，同時(shí)減少了擠出物的苦味和澀味。
突變體A4-1：通過(guò)常壓室溫等離子體(ARTP)誘變技術(shù)，從野生型Auxenochlorella pyrenoidosa中篩選出的黃金色突變株。
核心優(yōu)勢(shì)：與綠色野生型 (WT) 菌株相比，在暗培養(yǎng)中的 A4-1 突變體呈黃色，葉綠素 a 減少 118 倍，未檢測(cè)到葉綠素 b。蛋白質(zhì) (44.22 % DW)、總氨基酸 (AAs，34.84 % DW) 和必需 AA (17.50 % DW) 的含量高，與 WT 相比分別增加了 31 % 、 22 % 和 30 % (p < 0.05)。
技術(shù)亮點(diǎn)：生物培養(yǎng)過(guò)程在線檢測(cè)儀(BODS)
全自動(dòng)智能發(fā)酵
1、發(fā)酵條件
初始細(xì)胞密度為1×10^8個(gè)細(xì)胞/mL；pH值6.5，通過(guò)添加1.0 mol/L硝酸并補(bǔ)充氮源來(lái)控制;溫度30℃；攪拌速度80 r/min；初始通氣速率1.5 L/min。在同一條件下進(jìn)行平行發(fā)酵測(cè)試，分別使用氯化銨(1.52 g/L)或尿素（1.1 g/L）作為氮源，與上述以硝酸鈉為氮源的發(fā)酵中氮摩爾濃度相同。
2、過(guò)程監(jiān)測(cè)
采用BODS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)葡萄糖濃度、銨根離子，結(jié)合自動(dòng)補(bǔ)料系統(tǒng)，確保Auxenochlorella pyrenoidosa突變體（A4-1藻株）在5L發(fā)酵罐中高效生長(zhǎng)。
3、實(shí)時(shí)監(jiān)控
如圖1A和B所示，細(xì)胞密度和生物量濃度持續(xù)增加，并在大約72到84小時(shí)進(jìn)入穩(wěn)定期。
通過(guò)BODS自動(dòng)檢測(cè)和控制補(bǔ)料，按照工藝對(duì)過(guò)程中葡萄糖濃度進(jìn)行控制，氮濃度通過(guò)補(bǔ)料維持在494 ± 53 mg/L范圍內(nèi)（圖1D）。
如圖1E所示，使用氯化銨作為氮源時(shí)，蛋白質(zhì)含量(干重43.3%)和生產(chǎn)力（1.31克/升/天）最高，而碳水化合物含量（干重24.1%）和總脂質(zhì)含量（干重13.8%）最低。
1、結(jié)構(gòu)升級(jí)
微觀3D網(wǎng)絡(luò)：掃描電鏡顯示，5% DAP使擠壓物形成類動(dòng)物肌肉纖維結(jié)構(gòu)，孔隙均勻。
水分鎖定：低場(chǎng)核磁共振(LF-NMR)證實(shí)，DAP添加使結(jié)合水比例提升，增強(qiáng)產(chǎn)品保水性。5%的DAP摻入顯示出最高的固定水比例(83.70 %)。結(jié)合水的增加通常與水分活度呈負(fù)相關(guān)，從而抑制微生物生長(zhǎng)。自由水含量直降62%，減少水分流失。
電子鼻(A和B)和電子舌(C和D)分析：對(duì)擠出物進(jìn)行感官分析顯示，藻粉有效降低苦味與澀味，谷氨酸含量提升6.65% DW，賦予產(chǎn)品天然鮮味。
創(chuàng)新與展望
本研究介紹了一種新策略，利用來(lái)自葉綠素合成缺陷型蛋白核小球藻突變體(A 4-1菌株)的破壁藻粉(DAP)，不僅消除了傳統(tǒng)藻類生物質(zhì)的綠色和異味限制，在高水分?jǐn)D壓條件下還協(xié)同增強(qiáng)了基于SPI的肉類類似物的結(jié)構(gòu)完整性以及生物可及性。DAP有助于蛋白質(zhì)在擠出冷卻過(guò)程中多肽鏈的重新排列，顯著提高了210.6 %的彈性，結(jié)合水比例的增加也增強(qiáng)了蛋白質(zhì)凝膠的穩(wěn)定性，并促進(jìn)了蛋白質(zhì)纖維的形成，這是植物基肉類產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)化的一個(gè)突破。
未來(lái)可繼續(xù)探索綠藻缺陷突變體(A4-1菌株)在工業(yè)條件下大規(guī)模微藻發(fā)酵生產(chǎn)中的發(fā)酵性能以及氯化銨在蛋白質(zhì)合成中表現(xiàn)，以及藻類成分在調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)-大分子相互作用中的具體作用機(jī)制。
關(guān)于BODS
