不同复水方式对大豆拉丝蛋白复水品质的影响及动力学模型构建

曲 敏 ，贾圆芳 ，刘琳琳 ，朱秀清 ，朱 颖 ，黄雨洋 ，孙冰玉 ，吕铭守

（哈尔滨商业大学食品工程学院/黑龙江省普通高校食品科学与工程重点实验室/黑龙江省谷物食品与谷物资源综合加工重点实验室，哈尔滨 150076）

0 引 言

大豆拉丝蛋白（textured fibril soy protein，TFSP）是一种以低温脱脂豆粕、大豆分离蛋白和谷朊粉等多种蛋白为主要原料，采用集成化程度高的低水分双螺杆挤压技术生产出来的高密度纤维状植物蛋白[1-2]。富含8种人体必需氨基酸、无胆固醇、具有类似肌肉纤维的质地、咀嚼感、豆腥味淡和泡水不散的特点，被广泛应用于大豆蛋白基仿真肉产品开发[3-4]。可有效降低高血脂、高血压和心脑血管疾病等患病率的风险，缓解肉类供应紧张及解决动物肉生产带来的环境问题[5-6]。

TFSP在应用前需要进行复水处理。复水，也称为再水合，复水品质是评价脱水产品非常重要的质量指标[7]，其与复水过程中发生的结构变化有关，涉及干燥方式和条件、复水方式和温度、复水比等[8]。常规的温水复水时间长、营养损失大，导致产品的风味、化学成分及感官性质发生不利变化，一定条件下限制了TFSP的应用。因此，改善TFSP的复水品质是大豆蛋白基仿真肉产品开发中迫切需要解决的问题。复水动力学模型可对复水过程中的水分变化规律进行有效预测和描述，深入理解食品的复水机理，主要包括理论模型和经验模型两大类，其中经验模型因数学运算简单、实用性强被广泛应用于农产品如南瓜片、姜片和蔷薇果等的复水研究[9-11]，所得结果可用于了解该类脱水产品在复水过程中的传质特性，控制复水进程。

一定温度处理可加速复水进程。即浸泡水温度越高，越利于脱水产品的复水完成。然而高温可能会影响产品的营养成分，提高生产成本[12]。因此，在食品工业中，通常采用40～45 °C作为脱水产品的适宜复水温度。PENG等[13]认为将小麦组织蛋白在45 °C下复水，可缩短复水时间，最低限度降低对产品结构的破坏；王大为等[14]通过考察绿豆最大饱和吸水率及最快复水时间，选用40°C作为浸泡绿豆的最佳温度。WANG等[15]综合颜色、外观、气味和质地方面研究发现，40 °C的复水温度是TFSP较适宜的复水条件。浸泡水中离子的存在也会加速复水进程。VÁSQUEZ等[16]通过在豌豆浸泡水中添加碳酸氢钠证明了其可以显著缩短蒸煮时间、加速烹饪过程和改善烹饪效果。XIONG等[17]认为由于碳酸氢钠呈弱碱性，具有良好的pH值调节能力，溶于水后分解成碳酸氢根离子，促进多糖和蛋白质的分解，进一步促进对水分的吸收，同时有助于提高持水能力。ZOU等[18]研究表明，碳酸氢钠可以通过提高pH值、增强静电斥力等提高水煮（pale，soft and exudative，PSE）肉的的适口和加工性质，并改善其嫩度。

使用高功率超声波处理是加速复水的另一种方法。频率高于20 kHz的高功率声波，可引起食品的物理化学变化[19]。由于复水是一种传质单元操作，因此使用超声波处理可直接或间接地加速这种传输现象[20]。一方面超声波的直接效应会导致食物组织的膨胀和收缩，引起内部压力变化从而促进复水过程中水的进入[21]；另一方面超声波的间接效应通过破坏蛋白质的氢键以及空化和机械效应产生的静电力来改变蛋白质内部的微观结构，使其形成小而均一的孔洞结构，促进对水分的吸收[22]，其还可以诱导生物化学效应，进而影响产品的色泽、持水性和微观结构等[23]。王昱圭等[24]使用高功率超声辅助复水改变了麻竹笋的内部组织结构，密集孔洞的形成使水分子更易进入组织细胞，提高了复水比。PATERO等[25]使用超声波促进了高粱的水合作用并提高了水的吸收速率和平衡含水量。

目前，超声波与碱法辅助干制品的复水研究大多集中在果蔬谷物类食品及海产干制品[26-28]，而对TFSP的研究较少。本文以TFSP为研究对象，研究在40 °C的复水条件下超声波和不同NaHCO3浓度辅助复水对TFSP复水特性及品质特性的影响，并采用Weibull模型、Peleg模型和一阶动力学模型等3种经验模型来拟合TFSP的复水过程，预测其复水特性，以期为TFSP的复水加工提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

大豆拉丝蛋白（蛋白质质量分数为59 %、含水率为8 %），五常大罗新食品有限公司；碳酸氢钠，湖南银桥食品添加剂有限公司。

ESJ180-4型电子天平，上海恒平科学仪器有限公司；DK-8D型恒温水浴锅，上海一恒科学仪器有限公司；THC-1000SF超声清洗机，济宁天华超声电子仪器有限公司；NMI20-015 V-I低场核磁成像分析仪，苏州纽迈电子科技有限公司；L2-4K型低速台式离心机，湖南可成仪器设备有限公司；CS-800型色差仪，杭州彩谱科技有限公司；TA-XT2i型质构分析仪，英国StableMicroSystem公司；S-3400N型扫描电镜，日本Hitachi公司。

1.2 试验方法

1.2.1 复水样品制备

复水试验参考ZHOU等[29]的方法并稍作修改。将20 g质地均一的TFSP样品分别在0 、0.125 %、0.250 %、0.500 %、1.000 %、2.000 %的NaHCO3溶液或0、100、200、300、400、500 W的超声条件（超声频率为45 kHz）下浸泡120 min，浸泡温度40 °C，浸泡料液比1:30 g/mL，使用带孔支架覆盖于TFSP上使其完全浸入水中以保持浸泡中水分过量，防止该过程受到缺水的负面影响。复水过程中，在前30 min内每隔5 min从水中取出样品，用吸水纸吸去样品表面残留的水分，称量，记录样品质量，然后放回水中；在30 ～60 min内每隔10 min从水中取出样品，记录一次；在60 ～120 min内每隔20 min记录一次，然后结束复水试验。

参考HARNKARNSUJARITET等[30]的方法进行复水样品的含水率(MC，g/g）计算，可表示如下：

式中W0为复水前样品的质量，g；Wt为复水后样品的质量，g。

1.2.2 复水动力学模型构建

干制品的复水包括同时进行的3个连续过程：吸水、膨胀和可溶物的浸出[9]。在此过程中会发生分子扩散、对流、水力流动和毛细流动等。由于不同物质的结构差异，其复水主导机制也不同。表1为3种复水动力学经验模型。

表1 TFSP复水数据曲线拟合的经验模型Table 1 Empirical model for curve fitting of TFSP rehydration data

1.2.3 指标测定

1） 复水TFSP色泽的测定

采用BAO等[32]的测定方法并稍作修改，对1.2.1节中复水后TFSP的色泽L*、a*、b*值进行测试。

2） 复水TFSP持水性的测定

参考曲敏等[33]和沈晓梅等[34]的方法并加以改进。分别称取3 g在1.2.1节中不同条件下完全复水的TFSP于50 mL离心管底部，并在样品下面平铺足量的纱布以吸收离心过程中排出的水分，以 4 000 r/min进行离心处理，每次离心持续20 min以使TFSP中的水分充分排出。通过测定离心前后样品的质量来计算持水性（%）。计算式如下：

式中m1为离心前样品的质量，g；m2为离心后样品的质量，g。

3） 复水TFSP水分分布及核磁成像的测定

为了描述复水过程中水分的结合形态，试验采用XIN等[35]的方法对TFSP进行T2弛豫测量并稍作修改。选用1.2.1中复水的样品5 g，立即用聚四氟乙烯胶带密封，以防止蒸发，然后放入核磁共振试管中，使用核磁共振成像分析仪测定TFSP复水过程中的水分分布。采用Carr- Purcell-Meiboom-Gill (CPMG)序列测定横向弛豫时间T2。

根据PENG等[13]的方法进行核磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）测定。取1.2.1节中TFSP在0 %（对照）、0.500 %NaHCO3溶液和500 W超声处理条件下复水5、10、20、40和60 min时的样品各5 g进行核磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）测量。采用T1和T2的加权成像，并利用标准的多层自旋回波（spin echo，SE）序列来实现对TFSP的MRI测定。

4） 复水TFSP质构特性和组织化度的测定

将1.2.1节中复水的TFSP切成直径2.5 cm、高1 cm的圆柱体，在TPA模式下进行质构测试。物性测试仪探头型号为P/50，操作参数为测试前速度2 mm/s，测试速度1 mm/s，测试后速度1 mm/s，下压程度50 %，触发力0.05 N，测定指标为硬度、弹性、咀嚼性。

将1.2.1节中复水的TFSP切成1.5 cm × 1.5 cm × 1.0 cm的长方体，采用A/CKB探头计算纹理化在TPA模式下的质构测试。参数设定为：测试前速度2 mm/s，测试速度1 mm/s，测试后速度2 mm/s，切割强度90 %。测定时将样品分别沿挤出机出口的平行方向和垂直方向进行切割。横、纵剪切力的比值即为组织化度。

5） 复水TFSP微观结构的表征

根据HAN等[36]的方法进行了一些修改。将1.2.1节中复水的TFSP用2.5 %戊二醛在25 °C下固定6 h，然后用0.1 mol/L磷酸盐缓冲液洗涤3次。采用浓度为30 %、50 %、70 %、80 %、90 %和100 %的分级乙醇对样品进行脱水。冻干后，将样品喷上一层金，并在500和2 000倍的放大倍数下观察。

1.3 数据处理

每组试验重复3次，结果以平均值±标准差的形式表示。采用MATLAB R2015b对3个动力学方程与复水试验数据进行拟合，用决定系数R2、估计的标准误差SSSE和均方根误差RRMSE检验动力学模型与试验数据的拟合度。通过SPSS 23.0软件进行数据统计分析，并通过单因素方差分析评估了显著性差异(P<0.05)。用Origin 2019软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 超声波及碱法处理对TFSP复水特性的影响

复水曲线反映了复水过程中含水率随时间的变化情况。从图1看出，对照组、NaHCO3处理组和超声处理组的复水过程均呈先快后慢逐渐趋于稳定的状态。随复水时间和NaHCO3浓度的增加，复水TFSP的含水率发生一定变化。在20 min内，各组样品的含水率增速较快，NaHCO3组和对照差异较小；20～30 min时，各组的水分含量变化有差异，对照低于NaHCO3组，NaHCO3组中以2%组增速最快；30～60 min时，各组增速变缓，对照增速最慢、与NaHCO3组的差异增大，NaHCO3组中以2.000 %组含水率最大，60 min时达到3.29 g/g；60 min后趋于平衡。复水至120 min时，0.125 %～2.000 %5个NaHCO3浓度处理的复水TFSP含水率分别较对照增加了约14.03 %、17.27 %、18.82 %、20.29 %、23.41 %。说明NaHCO3浓度变化对TFSP的复水过程影响较大，这可能是由于一定浓度的NaHCO3处理破坏了TFSP表层，增加了TFSP中可溶性蛋白的溶解性，从而促进了蛋白质与水的快速结合、增大了TFSP的组织间隙，最终促进了水分向其内部的渗透和扩散[37-38]。OLADELE等[38]发现一种巴西豆的平衡含水率和吸水速率随着浸泡溶液中碱浓度的增加而增加，与本研究的结论一致。

图1 大豆拉丝蛋白在40 °C下不同复水方式下的复水曲线Fig.1 Rehydration curves of textured fibril soy protein under different rehydration modes at 40 °C

随复水时间和超声功率的增加，复水TFSP的含水率增加。在20 min内，各组样品的含水率增速较快，其中，对照低于超声处理组；在20～40 min时，各组的含水率增速均变缓，但对照明显低于超声组（P＜0.05），而以500 W组水分含量最大，40 min时达到3.51 g/g；40 min后各组样品的含水率趋于平衡。复水至120 min时，100～500 W 5个超声功率处理的复水TFSP含水率分别较对照增加了约16.05 %、18.82 %、23.33 %、24.02 %、27.14 %，即超声功率越高、复水TFSP的含水率越高。可见，超声处理明显缩短了TFSP的复水时间并提高了平衡含水率。这可能是由于超声波的直接效应产生连续收缩和扩张的作用力以及空化和机械效应产生的静电力改变了TFSP内部的微观结构，使其形成小而均一的微孔结构，有利于水分子进入TFSP的内部，使其在初始复水阶段有较强的吸水力[22]。这与MIANO等[20]和SUN等[39]探究超声处理对绿豆和生姜复水过程的研究结果一致，发现超声的应用增强了绿豆的复水过程，并缩短了该过程所需的时间，应用超声处理姜片得到更高的含水率。

2.2 复水曲线的建模

2.2.1 Weibull 模型

将TFSP含水率随时间变化的数据代入模型中得到TFSP复水过程中Weibull 模型的拟合参数值。该模型中，α值为系统响应的速率参数，表示复水完成全过程的63%所需要的时间；β值受物质形状和试验条件的影响，β值越大，代表初始吸水速率越小[24]。从表2可看出，随着NaHCO3浓度的增加，α值整体呈增大趋势，β值呈先减小后增大趋势。当NaHCO3的浓度大于1.000 %时，α值和β值超过对照组。说明，随着NaHCO3浓度的增大，TFSP完成63 %水分吸收所需要的时间在增加，初始吸水速率呈先增大后减小的趋势，此阶段复水时间比对照组短。当NaHCO3浓度大于1.000 %时，复水时间比对照组长。此现象也发生在VÁSQUE等[16]和刘阳等[40]在豌豆与绿豆的复水研究中。超声辅助复水时，α值和β值整体随着超声功率的增大而逐渐降低，均小于对照组和NaHCO3处理组。说明随着超声功率的增大，TFSP的复水速率增加，其完成63 %复水所需要的时间越少。这与黄旭辉[41]探究超声波处理对海参复水特性的研究结果一致。

表2 不同复水方式TFSP的Weibull 模型拟合参数Table 2 Weibull model fitting parameters of TFSP under different rehydration modes

在Weibull 模型、Peleg 模型及一阶动力学模型中，R2越接近1，试验值和预测值之间的关系就越大，SSE值和RMSE值越低，表明建立的模型拟合度越好[42]。由表2 Weibull 模型可知，两个处理条件的R2均大于0.98，SSE和RMSE值均较小，说明模型与实验数据的相关性良好，可有效拟合纯水、NaHCO3和超声辅助TFSP复水的过程。研究表明，Weibull 模型针对谷物豆类或海产干制品类等产品的复水特征也得到了高度拟合的复水数据，能较好预测不同处理条件下海军豆、小麦组织蛋白和智利海参等的复水动力学[13、43-44]。

2.2.2 Peleg 模型

在Peleg模型中，拟合常数K1值与初始传质速率有关(t=t0)，K1越小，水分初始吸收速率越快，拟合常数K2值与最大吸水量(t=∞)有关，K2越小，平衡时的含水率越大[45]。由表3可知，随着NaHCO3浓度的增加，参数K1值呈先减小后增大趋势，参数K2值整体呈减小的趋势。随着超声功率的增大，K1值逐渐变小，在500 W时达到最小值6.423 5，而K2值呈先增大后减小的趋势。各组的K1值大小顺序是：对照组、NaHCO3处理组、超声处理组，说明超声辅助较对照和NaHCO3处理TFSP吸水速率快。而K2值的大小顺序则是：超声处理组、对照组、NaHCO3组，表明随着NaHCO3浓度的增加，TFSP的平衡含水率呈逐渐增加状态，而随着超声功率的增大，产品的平衡含水率在降低。这与超声辅助TFSP复水的结果不一致，且与Weibull模型相比，其R2、RMSE、SSE三个参数值都不理想。说明Peleg模型对TFSP的复水数据拟合度较低，不适合预测多孔性拉丝蛋白类干制产品的复水过程。LI等[31]报道了Peleg模型能较好地预测黑豆在不同温度浸泡过程中的含水量变化，认为Peleg模型更适合拟合豆类的复水动力学。可见，复水产品的种类、结构以及复水传质特点决定了复水动力学模型的选择。

表3 不同复水方式TFSP的Peleg模型拟合参数Table 3 Peleg model fitting parameters of TFSP under different rehydration modes

2.2.3 一阶动力学模型

一阶动力学模型的常数k越大，复水速率越快。从表4中可以看出，随着NaHCO3浓度的增大，k值整体逐渐降低，说明复水速率逐渐降低。随着超声功率的增大，k值呈现升高、降低、再升高的变化。k值的大小顺序则是：超声处理组、对照组、NaHCO3组。说明超声辅助复水较对照和NaHCO3处理TFSP的复水速率快。此结论与刘阳等[40]探究超声和NaHCO3处理对绿豆浸泡特性影响的结果一致。但在此模型中，R2、RMSE、SSE 3个参数值都不理想，试验值和预测值之间差别较大，且该模型描述的变化规律与Peleg模型和Weibull 模型有一定的差异，说明该模型对TFSP的复水过程拟合度较小，不适合作为TFSP复水过程的拟合模型。KUMAR等[46]和SOYSAL等[8]报道了一阶动力学模型更适合预测脱水甜玉米在储存过程中复水率、复水系数和水分含量的变化以及预测油桃片在复水过程中温度对水分转移的情况和平衡含水量的变化。

表4 不同复水方式TFSP的一阶动力学模型拟合参数Table 4 First-order kinetic model Fitting parameters of TFSP in different rehydration modes

已有研究表明，最适合模型的回归方程应具有接近1的R2和较低的SSE与RMSE[42]。因此，通过与其他2个模型的比较，得出了Weibull模型更适合描述本研究的试验数据，SSE、RMSE值最低，R2值最高（R2≥0.986 7），因此Weibull模型可用于预测不同复水条件下达到TFSP目标水分含量所需要的时间。

2.3 超声波及碱法处理对复水TFSP色泽的影响

色差检测中，L*值表示样品黑白值，其值越大说明颜色越白；a*值表示样品红绿值，其值越小颜色越绿；b*值表示样品黄蓝程度，其值越大色泽越偏黄色[47]。

从表5看出，NaHCO3处理和超声处理均可对复水TFSP的色泽产生影响。经NaHCO3和超声处理后，L*值均显著降低，其中，0.500 %NaHCO3组较对照下降了12.57 %，400 W超声组下降了5.65 %。NaHCO3处理组中，a*值整体略有升高，而b*值无显著性差异；超声处理组中，a*值变化不明显，而b*值增加较显著，500 W较对照增加了8.21 %。一般来说，低脂肪水平和高含水量可导致较高的a*值和较低的L*值[48]。由于TFSP的蛋白质含量高，脂肪含量较少，经NaHCO3处理后其水分含量增多，复水TFSP的亮度降低，颜色呈米黄色。超声处理产生的空化效应会不可避免地造成色素的损失[15]，使得复水TFSP呈淡黄色。

表5 NaHCO3处理和超声处理对TFSP色泽的影响Table 5 Effects of NaHCO3 treatment and ultrasonic treatment on the color of TFSP

2.4 超声波及碱法处理对复水TFSP持水性的影响

干物质对食品持水力的大小可以反映其重新吸水的能力，而影响持水力的主要原因是组织中蛋白质网络结构对水分子的束缚作用[49]。

由图2可看出，与对照组相比，NaHCO3处理和超声处理均可提高TFSP复水后的持水性。随着NaHCO3浓度的增加，持水性呈先增加后减小的趋势，其中0.500 %添加组的持水性达到最大，较对照组提高8.12 %。说明适当浓度的碱处理可提高TFSP的持水性，过多或过少的碱浓度均不利于TFSP的持水性，尤其碱浓度过高，增大可溶性蛋白的溶解度，使TFSP的皮层发软发粘，降低对水分的截留能力。随着超声功率的增加，TFSP复水后的持水性呈逐渐升高的趋势，当超声功率大于400 W时，持水性的变化不明显，较对照组提高10.11 %。说明超声处理增加了TFSP与水分子的结合，促进水对其的吸附。这与ZHANG等[50]探究超声波处理对干海参复水特性的影响结果一致。且0.500 %NaHCO3处理与400 W超声功率处理TFSP的持水性接近，较对照组的复水率高，且变化显著（P＜0.05）。

图2 不同复水方式对TFSP持水性的影响Fig.2 Effect of different rehydration methods on TFSP water holding capacity

2.5 超声波及碱法处理对复水TFSP水分分布及核磁成像的影响

复水TFSP共有4组弛豫时间峰T21、T22、T23、T24，其中T21与T22代表结合水，包括组成水、分子间空间内的水以及样品中部分分子通过氢键与极性基团紧密结合的水；T23代表不易流动水，包括分布在与离子或离子基团结合的水分子单层外的水；T24代表自由水。峰面积A21、A22、A23和A24分别代表以上4种水分存在方式的含水量情况[51]。

图3中显示，不易流动水是对照、NaHCO3处理和超声处理复水TFSP中水分的主要存在形式，其次是自由水和结合水。这与李杨等[52]研究超声制浆对复水冷冻干燥豆腐水分分布的结果一致。NaHCO3处理组中弛豫时间T23区间出现两个峰，可能是由于该区的部分不易流动水与离子或离子基团的结合程度减弱，水分受束缚程度变小。因此合并两个峰面积研究不易流动水的含水量变化情况。对弛豫时间T2和各组分信号量A2进行统计分析得到表6，与对照组相比，随着NaHCO3浓度的增加，T21和T24整体向长弛豫方向移动，而T22、T23向短弛豫方向移动；A21、A22与A24逐渐减小，A23呈先增大后减小的变化规律。当NaHCO3浓度为0.500 %时，峰较高且峰面积最大为4 458.34 g-1，T2弛豫时间最短为160.28 ms。说明经NaHCO3处理的复水TFSP的结合水和自由水的流动性增强，而样品组分分子与不易流动水结合的更紧密，且代表不易流动水的总水分含量增加。其中NaHCO3浓度为0.500 %时总水分含量最高，这主要是由不易流动水的含量增加引起的。

图3 在不同复水方式下的TFSP的低场核磁共振弛豫时间分布Fig.3 Low-field NMR relaxation time distribution of TFSP under different rehydration modes

表6 不同复水方式下TFSP的水分弛豫时间T2和峰面积的变化Table 6 Changes of water relaxation time T2 and peak area of TFSP under different rehydration modes

随着超声功率的增加，T21变化较小，T22、T23和T24整体向短弛豫方向移动；A21、A22和A23呈增大趋势，A24整体呈减小的变化规律，与对照组相比，经超声处理后TFSP的峰高和峰面积均明显增加，当超声功率为400 W时，A23峰面积为7 292.01 g-1，T23弛豫时间最短为153.20 ms。可见在超声效应的作用下，自由水减少、结合水和不易流动水增加。说明TFSP中的自由水向结合水和不易流动水转化，也可能在超声效应的作用下，随着超声功率的增加，促进了蛋白质分子之间的交联，使其网络结构的孔隙变小，不易流动水可包埋在这种微观结构中，使不易流动水的含量增加[52]。此外，较NaHCO3处理组相比，超声处理TFSP的峰面积较大且T2弛豫时间更短，与TFSP复水过程中水分含量的变化趋势一致，超声处理辅助复水可明显缩短复水时间且最大程度提高水分含量。

MRI被用于监测水分迁移过程，并揭示食品中的水分分布规律[53]。质子密度越高，复水样品的含水量越多。从图4可以看出，随着复水时间的增加，复水TFSP的对照组、NaHCO3处理组和超声处理组均可观察到亮度从外层到内层逐渐增强，即呈现逐渐增高的质子密度，说明水分分布面积增大。在相同的复水时间内，水分分布多少的顺序是：超声处理组、NaHCO3组、对照组。这与上述复水规律一致，即超声处理辅助复水TFSP的完全复水所需要的时间最短。这与WANG等[15]研究超声处理可缩短低水分组织化大豆蛋白复水时间的结果一致。

图4 TFSP复水过程中的质子密度图像Fig.4 Proton density image of TFSP during rehydration

2.6 超声波及碱法处理对复水TFSP质构特性及组织化度的影响

在一定范围内，组织化度越大表示样品的纤维结构及产品的质量越好，也可以用于表征复水后组织化蛋白品质越好[13、54]。如表7可知，NaHCO3处理和超声处理均显著影响了TFSP的质构特性和组织化度（P＜0.05），与对照组相比，随着浸泡水中NaHCO3浓度和超声功率的增加，组织化度呈先增大后减小的趋势，TFSP的硬度和咀嚼性呈先减小后增大的趋势，弹性无明显变化。这是因为NaHCO3浓度和超声功率的增加，使复水TFSP呈现横、纵向剪切力同步减小或增大的趋势，但纵向剪切力较横向剪切力变化快，因此组织化度呈现先增大后减小的变化；当NaHCO3浓度增加到0.250 %时，TFSP的组织化度达到最大，硬度最小，咀嚼性相应减小，硬度较对照组减小54.17 %。可能是因为一定浓度的NaHCO3处理，增大了TFSP皮层的溶解性，加速了TFSP吸水膨胀，使纤维结构遇水变软，导致硬度和咀嚼性变小[17]。超声功率为400 W时，TFSP的组织化度达到最大，较对照组提高41.80 %，硬度和咀嚼性适中，这可能是因为超声波的空化效应导致TFSP溶胀更快并增大了纤维结构之间的孔隙，使组织变得更疏松[22]，在较短时间内即可达到TFSP的复水效果，从而降低产品的硬度，且保持较好的弹性和咀嚼性。已有研究表明超声波辅助复水减少了玉米粒、大麦仁等谷类和鹰嘴豆、海军豆等豆类的水合时间，且可有效改善食品的品质特性[43、55-57]。

表7 不同复水条件处理的TFSP质构特性及组织化度Table 7 Textural characteristics and texture degree of TFSP treated under different rehydration conditions

因此，若以最大组织化度为主要评价指标，TFSP在复水时应选择400 W超声辅助复水效果最佳；而若以最低硬度为主要评价指标，则选择0.250 %NaHCO3辅助复水效果为好。NaHCO3复水的TFSP表面和内部结构细滑，适用于开发素肉糜类产品，NaHCO3的浓度范围以0.250%～0.500%为宜；超声处理复水的TFSP组织化度高咀嚼性强，适合做拆丝预处理开发有一定纤维感和弹性的素肉产品，超声功率的范围以300～400W为宜。

2.7 超声波及碱法处理对复水TFSP微观结构的影响

图5实物图显示，复水前TFSP样品的表面致密且不平整，横截面的孔隙较小（A、B），经纯水、NaHCO3和超声复水条件处理后，复水TFSP的表面均呈现光滑连续的形状，截面呈现多孔纤维结构（C-H）。这表明水向TFSP的扩散有利于使其组织结构变松散，从而使TFSP样品的表面和横截面存在较大差异。利用扫描电镜对复水后TFSP表面和截面的微观结构进行了测量。在复水过程中，TFSP的微观结构与水分子从其表面向内部扩散和内部吸水特性密切相关，即片层和孔洞结构有利于水从外向内渗透的速度[14]。但由于3种复水方式的不同，从而使TFSP的结构产生一定的变化。扫描电镜（scanning electron microscope，SEM）显示，对照组的TFSP表面致密光滑，横截面呈较紧密的片层结构（图C、F）；经NaHCO3处理样品的表面呈现明显细腻的纤维状纹理，横截面有片层结构，片层之间较充实并通过网络结构相互连接，产生了一定的缝隙（图D、G）；经超声处理样品的表面欠光滑、横截面呈均匀清晰的薄片层结构（图E、H）。

图5 不同复水方式下TFSP扫描电镜图Fig.5 The scanning electron microscope plot of TFSP in different rehydration modes

可见对照组采用常规的复水方法，由于TFSP表面结构的特点导致复水时间过长；一定浓度的NaHCO3处理破坏了TFSP表面结构，促进其吸水并增大了样品组织的孔隙，提高了容纳水的能力；而超声波可引起食物内部的压力变化，在此压力作用下TFSP中的水分产生了持续的流动，促进了复水过程，同时导致样品的结构变化，形成新的通道，加速复水传输现象。这与上述复水规律一致，即NaHCO3和超声辅助处理均提高了复水TFSP的最终含水率。

如图6所示，在复水过程中，超声波改变了固体和水之间的界面压力，在固液界面的转移会产生振荡和微流，增大了复水产品的孔隙，降低了传质内阻，促进复水过程中水分子的进入，因此在较短时间内即可容纳更多的水[21-22]；NaHCO3溶于水后形成HCO3-，离子环境的存在增强了蛋白质分子间作用力，促使其空间结构改变并增加了一定间隙，进一步促进对水分的吸收，从而使复水产品可容纳更多的水[17]。

图6 超声和NaHCO3处理对TFSP复水的机制图Fig.6 Mechanism diagram of TFSP rehydration by ultrasound and NaHCO3 treatment

3 结 论

本研究分别利用超声和NaHCO3辅助复水大豆拉丝蛋白（textured fibril soy protein，TFSP），研究发现：

1）超声和NaHCO3处理均可提高TFSP的最终含水率，且超声处理可有效缩短TFSP的复水时间。Weibull模型适用于拟合TFSP在纯水、超声辅助处理和NaHCO3辅助处理等不同复水方式下的动力学过程，拟合度高。其中，纯水组（R2≥0.993 3）、超声组（R2≥0.990 5）和NaHCO3组（R2≥0.986 7）。

2）与对照组相比，超声和NaHCO3处理均显著提高了TFSP的持水能力和弱结合水含量（P＜0.05），降低了TFSP的色泽，改善了TFSP的质构特性和组织化度。

3）扫描电镜（scanning electron microscope，SEM）观察显示，对照组的TFSP表面光滑，横截面片层结构紧致；NaHCO3处理TFSP的表面呈细腻纤维状纹理，横截面呈片层结构；超声处理组表面欠光滑、横截面的薄片层结构均匀清晰。

本文的研究结果证实了超声和NaHCO3处理均可提高TFSP的复水速率和平衡含水率，Weibull模型适用于预测TFSP在复水过程中水分的变化规律，使其复水特性、色泽、质构特性及微观结构等复水品质有不同程度的改善。若以最大组织化度为主要评价指标，TFSP在复水时应选择400 W超声辅助复水效果最佳。超声处理复水的TFSP组织化度高咀嚼性强，适合做拆丝预处理开发有一定纤维感和弹性的素肉产品，超声功率的范围以300～400W为宜；而若以最低硬度为主要评价指标，则选择0.250 %NaHCO3辅助复水效果为好。NaHCO3复水的TFSP表面和内部结构细滑，适用于开发素肉糜类产品，NaHCO3的浓度范围以0.250%～0.500%为宜。但由于两种方法作用的机理和结果不同，因此，要根据其进一步加工的产品品质特点选择合适的复水处理方式，即在考虑复水速率的同时，还要综合考虑复水品质，以期为后续的产品开发完善加工工艺。同时，根据本研究结果在未来可以考虑研究使用超声辅助碱法复水，以期获得提高大豆拉丝蛋白复水速率与改善品质的适宜复水策略，得到更好的复水效果。