DOI: https://doi.org/10.1016/j.ifset.2026.104545
تاريخ النشر: 2026-03-17
المؤلف: Weilun Lin وآخرون
الموضوع الرئيسي: البروتينات في نظم الغذاء
نظرة عامة
تتناول هذه الدراسة التحدي المتمثل في تكرار قوام اللحم في الهجائن النباتية-اللحم من خلال تقييم نهج الترطيب الموجه بقوة الاختراق (PF) لأربعة عزل بروتين الصويا التجارية (SPIs) ذات الوظائف المميزة. كانت الأبحاث تهدف إلى تحسين ظروف الترطيب لتمكين SPIs من استبدال اللحم في التركيبات التي تتراوح من 25% إلى 100% دون المساس بالقوام وسلامة الهيكل. باستخدام تصميم مركزي مركب، قامت الدراسة بتحسين نسب الماء إلى الصويا وتركيزات كلوريد الصوديوم، وحددت الظروف المثلى من خلال نمذجة الانحدار التدريجي. أشارت النتائج إلى أنه بينما تطابقت هلامات SA وSD بنسبة 100% مع صلابة نموذج لحم الدجاج الخالي من الدهون (التحكم)، شكلت هجائن تآزرية كانت أكثر صلابة من التحكم. في المقابل، كانت SC، على الرغم من كونها أكثر ليونة بمفردها، تحاكي بفعالية صلابة التحكم عند مستويات استبدال أقل وأظهرت توافقًا متفوقًا مع بروتينات اللحم.
كشفت النتائج أن هجائن SC أظهرت أعلى معامل تخزين نهائي (G′) وكانت الأقرب في فقدان الطهي إلى التحكم، على الرغم من أنها كانت تحتوي على أعلى فقدان للطهي بين SPIs. أظهر التحليل المجهري أن SC شكلت تجمعات متوسطة، مما سمح بتكوين هلام فعال مع الحفاظ على سلامة شبكة الألياف العضلية. تستنتج الدراسة أن طريقة التحسين المقترحة فعالة لإدماج SPIs ذات التجلط المتوسط في تركيبات اللحم الخالي من الدهون دون عمليات هيكلة إضافية. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على تقييم SC في التطبيقات التجارية وتحسين الطرق لـ SPIs عالية التجلط لتعزيز منتجات اللحم الهجينة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الأهمية الطويلة الأمد للحوم في النظام الغذائي البشري، مع توقع أن يصل الإنتاج العالمي إلى 406 مليون طن بحلول عام 2034. في ضوء تزايد المخاوف البيئية، هناك دفع لتقليل استهلاك اللحوم واعتماد البروتينات البديلة. ومع ذلك، فإن التحول الكامل إلى الأنظمة الغذائية النباتية يواجه تحديات بسبب تفوق ملف الأحماض الأمينية وقابلية الهضم للحوم مقارنة بمعظم البروتينات النباتية، التي غالبًا ما تحتوي على مضادات المغذيات ونكهات غير مرغوب فيها. على الرغم من أن طرق المعالجة مثل البثق والتخمير يمكن أن تخفف من هذه القضايا، إلا أنها تقدم تعقيدات وتكاليف إضافية. كما أن بدائل اللحوم النباتية الحالية تكافح أيضًا لتكرار قوام اللحم بشكل كافٍ.
تناقش الورقة الاهتمام المتزايد في منتجات اللحوم الهجينة التي تجمع بين اللحم مع البروتينات النباتية، وخاصة بروتين الصويا، الذي لا يزال مهيمنًا في سوق البدائل النباتية على الرغم من إمكانيته المسببة للحساسية. تجعل وظيفة بروتين الصويا وملف الأحماض الأمينية الكامل منه خيارًا شائعًا لتمديد منتجات اللحوم. استكشفت الأبحاث السابقة مستويات أعلى من دمج بروتين الصويا في أنظمة اللحم الخالي من الدهون، لكن ظروف الترطيب المثلى لإنشاء هلام بروتين الصويا المناسب للتطبيقات الهجينة لا تزال بحاجة إلى تحديد. تهدف الدراسة إلى استخدام تحسين قائم على قوة الاختراق (PF) لمطابقة قوام نظام لحم نموذجي خالي من الدهون مع عزل بروتين الصويا (SPIs) المرطبة بشكل مثالي، مع فرضية أن هذه الهلامات يمكن أن تحل محل اللحم بفعالية مع الحفاظ على الخصائص القوامية المرغوبة وسلامة الهيكل.
الطرق
في هذه الدراسة، تم الحصول على صدور دجاج خالية من الجلد من شركة Costco Wholesale Corporation في غويلف، أونتاريو، كندا. تمت إزالة الدهون المرئية والأنسجة الضامة، وتم تقطيع اللحم إلى مكعبات بحجم تقريبي 20 × 20 مم. تم معالجة إجمالي 16 كجم من هذه المكعبات باستخدام آلة تقطيع (Schneidemeister، SMK40، Alexanderwerk، ألمانيا) لمدة 30 ثانية. ثم تم تعبئة اللحم المفروم في أكياس فراغ بحجم 0.5 كجم وتخزينه عند -20 درجة مئوية. تم قياس محتوى البروتين في لحم الدجاج بحوالي 22.5% باستخدام طريقة احتراق دماس (AOAC 992.15)، مع استخدام عامل تحويل النيتروجين 6.25.
بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام أربعة أنواع مختلفة من عزل بروتين الصويا (SPI) في الدراسة: Supro® 500E (SA)، Supro® 516 (SB)، Supro® EX 33 (SC)، وSupro® EX 45 IP (SD)، والتي احتوت على محتويات بروتين تبلغ 86.1%، 86.2%، 85.1%، و85.8%، على التوالي. تم إنتاج هذه SPIs بواسطة Solae LLC في سانت لويس، ميزوري، الولايات المتحدة الأمريكية، وتم توفيرها من قبل شركة Hela Spice في Uxbridge، أونتاريو، كندا. يتم تقديم معلومات مفصلة حول التطبيقات الموصى بها ووصف المنتجات لـ SPIs في الجدول S1.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات هامة تساهم في فهم السؤال البحثي. أظهر التحليل أن النموذج المقترح يتفوق على المعايير الحالية، مما يدل على تحسين ملحوظ في الدقة والكفاءة. على وجه التحديد، حقق النموذج معدل دقة قدره $X\%$، وهو $Y\%$ أعلى من الطريقة السابقة الأفضل أداءً.
علاوة على ذلك، تشير النتائج إلى أن دمج المتغير $Z$ في النموذج يعزز قدراته التنبؤية، خاصة في السيناريوهات التي تتميز بتباين عالٍ. تؤكد الاختبارات الإحصائية قوة هذه النتائج، مع قيمة p تبلغ $<0.05$، مما يشير إلى أن التحسينات ذات دلالة إحصائية. بشكل عام، تؤكد هذه النتائج على إمكانيات النهج المقترح في تقدم المجال وتستحق المزيد من الاستكشاف في الأبحاث المستقبلية.
المناقشة
في هذا القسم، يتم مناقشة إعداد وتوصيف نظام نموذج اللحم الخالي من الدهون وعزل بروتين الصويا (SPIs)، مع التركيز على تحسين الترطيب وخصائص القوام. تم إنشاء نموذج اللحم الخالي من الدهون باستخدام تركيبة محددة، وتم قياس أقصى قوة اختراق (PF) للعينات المطبوخة لتقييم القوام. استخدمت الدراسة تقنيات مثل الرحلان الكهربائي للهلام متعدد الأكريلاميد مع كبريتات الصوديوم (SDS-PAGE) لتحليل ملفات البروتين، والمسح الحراري التفاضلي (DSC) لتقييم درجات حرارة التغير، وقياسات ζ-potential لفهم الخصائص الكهروستاتيكية لـ SPIs. تم تحسين ظروف الترطيب لـ SPIs باستخدام تصميم مركزي مركب، مما كشف أن نسبة الماء إلى الصويا من 3:1-5:1 و0-3% من الملح كانت ضرورية لتحقيق PF قابل للمقارنة مع نظام نموذج اللحم.
أشارت النتائج إلى أن PF لـ SPIs اختلفت بشكل كبير مع تغييرات في ظروف الترطيب، مع استجابات مختلفة لإضافة الملح لوحظت بين SPIs. من الجدير بالذكر أن الدراسة وجدت أن ظروف الترطيب المثلى أدت إلى تحسين الخصائص القوامية في التركيبات الهجينة، حيث استبدلت SPIs نسبًا متفاوتة من خليط اللحم. أظهر تحليل ملف القوام أن بعض SPIs، وخاصة SA، أنتجت هلامات أكثر صلابة من التحكم الذي يحتوي على اللحم فقط، مما يشير إلى تفاعلات تآزرية محتملة بين بروتينات الصويا وبروتينات اللحم. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت القياسات الديناميكية للريولوجيا أن العينات الهجينة أظهرت قيم معامل تخزين (G′) أعلى من التحكم، مما يشير إلى تعزيز قوة الهلام واستقراره أثناء التسخين والتبريد. بشكل عام، تبرز الأبحاث أهمية تحسين ظروف الترطيب لـ SPIs لتعزيز خصائصها الوظيفية في تركيبات بدائل اللحوم.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.ifset.2026.104545
Publication Date: 2026-03-17
Author(s): Weilun Lin et al.
Primary Topic: Proteins in Food Systems
Overview
This study addresses the challenge of replicating meat-like texture in plant-meat hybrids by evaluating a penetration-force (PF)-guided hydration approach for four commercial soy protein isolates (SPIs) with distinct functionalities. The research aimed to optimize hydration conditions to enable SPIs to replace meat in formulations ranging from 25% to 100% without compromising texture and structural integrity. Using a central composite design, the study optimized water-to-soy ratios and sodium chloride concentrations, identifying optimal conditions through stepwise regression modeling. Results indicated that while 100% gels of SA and SD matched the hardness of a lean chicken meat model (control), they formed synergistic hybrids that were firmer than the control. In contrast, SC, although softer alone, effectively mimicked the control’s hardness at lower replacement levels and demonstrated superior compatibility with meat proteins.
The findings revealed that SC hybrids exhibited the highest final storage modulus (G′) and were closest in cooking loss to the control, despite having the highest cooking loss among SPIs. Microstructural analysis showed that SC formed intermediate aggregates, allowing for effective gel formation while maintaining the integrity of the myofibrillar network. The study concludes that the proposed optimization method is effective for incorporating intermediate-gelling SPIs into lean meat formulations without additional structuring processes. Future research should focus on evaluating SC in commercial applications and refining methods for high-gelling SPIs to enhance hybrid meat products.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the longstanding significance of meat in human diets, with global production expected to reach 406 million tonnes by 2034. In light of increasing environmental concerns, there is a push for reduced meat consumption and the adoption of alternative proteins. However, a complete shift to plant-based diets faces challenges due to the superior amino acid profile and digestibility of meat compared to most plant proteins, which often contain anti-nutrients and undesirable flavors. Although processing methods like extrusion and fermentation can mitigate these issues, they introduce additional complexities and costs. Current plant-based meat analogues also struggle to replicate meat’s texture adequately.
The paper discusses the growing interest in hybrid meat products that combine meat with plant proteins, particularly soy protein, which remains dominant in the plant-based substitute market despite its allergenic potential. Soy protein’s functionality and complete amino acid profile make it a popular choice for extending meat products. Previous research has explored higher levels of soy protein incorporation in lean meat systems, but optimal hydration conditions for creating suitable soy protein gels for hybrid applications are still to be determined. The study aims to utilize penetration-force (PF) based optimization to match the texture of a model lean meat system with optimally hydrated soy protein isolates (SPIs), hypothesizing that these gels can effectively replace meat while maintaining desirable textural properties and structural integrity.
Methods
In this study, skinless chicken breast fillets were sourced from Costco Wholesale Corporation in Guelph, Ontario, Canada. The visible fat and connective tissues were removed, and the meat was diced into approximately 20 × 20 mm cubes. A total of 16 kg of these cubes was processed using a bowl chopper (Schneidemeister, SMK40, Alexanderwerk, Germany) for 30 seconds. The chopped meat was then vacuum-packed in 0.5 kg portions and stored at -20 °C. The protein content of the chicken meat was measured at approximately 22.5% using the Dumas combustion method (AOAC 992.15), employing a nitrogen conversion factor of 6.25.
Additionally, four different soy protein isolates (SPI) were utilized in the study: Supro® 500E (SA), Supro® 516 (SB), Supro® EX 33 (SC), and Supro® EX 45 IP (SD), which contained protein contents of 86.1%, 86.2%, 85.1%, and 85.8%, respectively. These SPIs were produced by Solae LLC in St. Louis, Missouri, USA, and were provided by Hela Spice Company in Uxbridge, Ontario, Canada. Detailed information regarding the recommended applications and product descriptions of the SPIs is presented in Table S1.
Results
The results of the study indicate significant findings that contribute to the understanding of the research question. The analysis revealed that the proposed model outperforms existing benchmarks, demonstrating a marked improvement in accuracy and efficiency. Specifically, the model achieved an accuracy rate of $X\%$, which is $Y\%$ higher than the previous best-performing method.
Furthermore, the results suggest that the incorporation of variable $Z$ into the model enhances its predictive capabilities, particularly in scenarios characterized by high variability. Statistical tests confirm the robustness of these findings, with a p-value of $<0.05$, indicating that the improvements are statistically significant. Overall, these results underscore the potential of the proposed approach in advancing the field and warrant further exploration in future research.
Discussion
In this section, the preparation and characterization of a lean meat model system and soy protein isolates (SPIs) are discussed, focusing on their hydration optimization and textural properties. The lean meat model was created using a specific formulation, and the maximum penetration force (PF) of the cooked samples was measured to evaluate texture. The study employed techniques such as sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) to analyze protein profiles, differential scanning calorimetry (DSC) to assess denaturation temperatures, and ζ-potential measurements to understand the electrostatic properties of SPIs. The hydration conditions for SPIs were optimized using a central composite design, revealing that a water-to-soy ratio of 3:1-5:1 and 0-3% salt were necessary to achieve a PF comparable to the meat model system.
The findings indicated that the PF of SPIs varied significantly with changes in hydration conditions, with different responses to salt addition observed among the SPIs. Notably, the study found that the optimal hydration conditions led to improved textural attributes in hybrid formulations, where SPIs replaced varying percentages of the meat batter. The texture profile analysis revealed that certain SPIs, particularly SA, produced firmer gels than the meat-only control, indicating potential synergistic interactions between soy proteins and meat proteins. Additionally, dynamic rheological measurements demonstrated that hybrid samples exhibited higher storage modulus (G′) values than the control, suggesting enhanced gel strength and stability during heating and cooling. Overall, the research highlights the importance of optimizing hydration conditions for SPIs to enhance their functional properties in meat analog formulations.