大豆組織蛋白素肉丸子的研制

楊春梅，包薩日娜，吳金鴻*，王正武

(上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，陸伯勛食品安全研究中心，上海 200240)

大豆組織蛋白素肉丸子的研制

楊春梅，包薩日娜，吳金鴻*，王正武

(上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，陸伯勛食品安全研究中心，上海 200240)

利用雙螺桿擠壓膨化機(jī)加工大豆組織蛋白，通過(guò)正交試驗(yàn)結(jié)合主成分分析方法，考察蛋白質(zhì)、油脂與淀粉添加量和水分含量對(duì)加工產(chǎn)品品質(zhì)的影響；以大豆組織蛋白為原料，研制素肉丸子，分析食鹽、白砂糖、牛肉香膏和味精對(duì)素肉丸子風(fēng)味的影響并測(cè)定其質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)。結(jié)果表明：物料體系組分對(duì)大豆組織蛋白品質(zhì)影響的顯著性由大到小依次為油脂、蛋白質(zhì)、水分及淀粉，優(yōu)化得到的最佳物料體系組成是水分含量30%、大豆分離蛋白20%、馬鈴薯淀粉25%、大豆油6%；最佳素肉丸子風(fēng)味配方為食鹽4%、白砂糖1%、牛肉香膏1.5%、味精1%；質(zhì)構(gòu)分析結(jié)果表明，在50%壓縮比時(shí)測(cè)定的大豆組織蛋白素肉丸子質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)是硬度6.111kg、內(nèi)聚性0.765、彈性0.869、耐咀性4.113kg、回復(fù)性0.429。

大豆組織蛋白；雙螺桿；擠壓膨化；素肉丸子

大豆組織蛋白是將脫脂大豆粕進(jìn)行擠壓膨化，使物料在水分、壓力、熱和機(jī)械切力的共同作用下發(fā)生塑性變形而制得的產(chǎn)品。擠壓處理后的大豆組織蛋白分子由天然的球狀聚集態(tài)重組為纖維狀，形成一定的層次結(jié)構(gòu)[1]，具有與肉相似的組織狀態(tài)和咀嚼感；并且蛋白質(zhì)含量高，脂肪含量低，不含膽固醇，因而可用于人造肉和其他高纖維化強(qiáng)的仿肉制品的制作[2-3]。將大豆組織蛋白添加到食品中全部代替肉類，研究開(kāi)發(fā)能模擬并代替肉的全素食品，不僅降低成本，還可滿足不同消費(fèi)者的需求，包括素食主義者及尋求健康合理、少膽固醇飲食的消費(fèi)者。

雙螺桿擠壓機(jī)能將天然生物高分子物料的各種加工(包括加料、輸送、壓縮、加熱、剪切、混合及成型等)合成為一個(gè)連續(xù)過(guò)程，具有高溫、高壓、短時(shí)強(qiáng)烈擠壓、剪切處理和熱處理的功能，因此利用雙螺桿擠壓機(jī)生產(chǎn)大豆組織蛋白自動(dòng)化程度高，易于工業(yè)化推廣應(yīng)用，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的加工技術(shù)[4-6]。經(jīng)雙螺桿擠壓加工的大豆產(chǎn)品，不僅可以去除大豆本身的豆腥昧，還可鈍化大豆中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，如胰蛋白酶抑制因子、大豆凝集素及抗原蛋白，提高大豆產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[7]，因此雙螺桿擠壓機(jī)加工的大豆組織蛋白是開(kāi)發(fā)大豆健康食品或功能性食品備受歡迎的新型食品原料之一。近年來(lái)一些學(xué)者就組織化大豆蛋白原料體系配方對(duì)產(chǎn)品的加工及其質(zhì)量影響進(jìn)行了探討，如常曉明[8]、王洪武等[9]采用雙螺桿膨化機(jī)，研究了原料體系對(duì)擠壓過(guò)程及產(chǎn)品組織化質(zhì)量的影響。研究結(jié)果表明高蛋白質(zhì)含量可促進(jìn)擠壓組織化的作用，添加適量油脂和淀粉能促進(jìn)擠壓穩(wěn)定性、組織質(zhì)量，以及改善擠壓產(chǎn)品的風(fēng)味與口感，但依據(jù)不同的分析指標(biāo)得出的優(yōu)化輔料配方有明顯的差異。

此外，大豆組織蛋白素肉食品由于其獨(dú)特的風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)與營(yíng)養(yǎng)特性而備受歡迎，成為目前功能性高蛋白食品研究的熱點(diǎn)之一。李雪蓮等[10]采用大豆組織蛋白、魔芋精粉、蛋白粉、植物油等基本原料，代替豬肉、雞肉等動(dòng)物肉，進(jìn)行制作素火腿腸的試驗(yàn)研究；孫月梅等[11]以大豆組織蛋白為主要原料，添加大豆油、鹽、糖、番茄醬、五香粉等輔料加工制成素肉食塊，對(duì)其彈性、脆性、硬度、組織結(jié)構(gòu)、口感等感官指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定各材料的最佳配比，使產(chǎn)品達(dá)到最好的狀態(tài)與口感；賈君等[12]選用雙螺桿擠壓機(jī)，以冷榨豆餅為原料，擠壓得到組織化大豆蛋白，再加入牛肉骨頭湯、牛肉香料、甘草粉、辣椒醬等輔料，制成仿生蛋白牛肉干。因此，本實(shí)驗(yàn)根據(jù)目前成熟的大豆組織化蛋白雙螺桿擠壓加工技術(shù)，經(jīng)過(guò)雙螺桿擠壓加工-油炸-風(fēng)味調(diào)配的工藝處理，研制牛肉香濃厚、口味適宜、具有一定彈性和咀嚼感的大豆組織蛋白素肉丸子新產(chǎn)品，并進(jìn)行產(chǎn)品配方的探討，為生產(chǎn)出適合普通群眾消費(fèi)水平的低成本、高質(zhì)量植物蛋白仿肉食品提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

低溫脫脂豆粕(水分8.73%、蛋白質(zhì)含量39.24%、氮溶指數(shù)46.99%、脂肪含量1.87%、灰分含量4.28%) 山東禹王實(shí)業(yè)公司；大豆分離蛋白 德州大王集團(tuán)蛋白食品公司；馬鈴薯淀粉 上海奎珍貿(mào)易公司；大豆油 上海嘉里食品工業(yè)有限公司；牛肉香膏 上海愛(ài)普香料有限公司；食鹽、糖、味精、面粉 市售。

DS32-II型雙螺桿擠壓膨化機(jī) 濟(jì)南賽信膨化機(jī)械有限公司；TA-XT-plus質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)Stable Micro System公司；Quanta 200掃描電子顯微鏡(SMS P/100探頭) 荷蘭FEI公司；WSC-S測(cè)色色差計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.2 大豆組織蛋白的制備

1.2.1 制備工藝

工藝流程：原料低溫脫脂豆粕→粉碎→加水和輔料混合→雙螺桿擠壓組織化→干燥冷卻→大豆組織蛋白。

操作要點(diǎn)：以低溫脫脂豆粕為原料，使用錘式粉碎機(jī)粉碎并過(guò)80目篩，制成豆粕粉。將1kg豆粕粉原料與其他物料(水分、大豆分離蛋白、馬鈴薯淀粉、大豆油)按物料體系設(shè)計(jì)方案混合后，攪拌揉搓使各物料充分混合均勻，形成穩(wěn)定體系，成為樣品毛坯，采用雙螺桿擠壓機(jī)，在擠壓段機(jī)筒溫度140℃、螺桿轉(zhuǎn)速140r/min的條件下進(jìn)行擠壓膨化加工，得到大豆組織蛋白。

1.2.2 物料體系的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取物料體系的水分、大豆分離蛋白、馬鈴薯淀粉和大豆油添加量4個(gè)因素，設(shè)計(jì)四因素三水平的正交試驗(yàn)，因素水平見(jiàn)表1，通過(guò)對(duì)成品膨化率、吸水率和色澤等多個(gè)反映產(chǎn)品品質(zhì)的指標(biāo)分析，確定最佳物料體系組成[8]。

表1 物料組成正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels in orthogonal array design for optimizing backbone composition of TSP meatballs

1.2.3 大豆組織蛋白品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的測(cè)定

1.2.3.1 膨化率測(cè)定[13]

通過(guò)對(duì)組織化大豆蛋白成品垂直于擠出方向的直徑與擠壓機(jī)磨頭直徑進(jìn)行比較，計(jì)算其膨化率大小。膨化率的測(cè)定用游標(biāo)卡尺，方法為隨機(jī)測(cè)定樣品直徑3次，求其平均值作為產(chǎn)品的直徑，除以?？谥睆?3.2mm)，其商為膨化率。

1.2.3.2 吸水率測(cè)定

切取樣品相對(duì)均勻的部分，稱量后放入水中，浸泡5min取出，使用濾紙吸干其表面水分，稱量[14-15]。結(jié)果計(jì)算：

式中：m1為樣品質(zhì)量/g；m2為吸水后樣品質(zhì)量/g。

1.2.3.3 色澤測(cè)定

將樣品粉碎后過(guò)80目篩，使用色差計(jì)測(cè)定其色澤，用L*a*b*色空間表示，其中L*值為明度指數(shù)，b*值是偏黃、偏藍(lán)度。

1.2.4 大豆組織蛋白超微結(jié)構(gòu)的掃描電鏡(SEM)分析

取低溫脫脂豆粕和優(yōu)化物料體系制備的大豆組織蛋白樣品，先用3%戊二醛固定，pH7.2磷酸緩沖液漂洗，再用1%鋨酸固定，pH7.2磷酸緩沖液沖洗，用體積分?jǐn)?shù)50%、70%、90%和100%乙醇梯度洗脫，醋酸異戊酯梯度洗脫，CO2臨界點(diǎn)干燥(臨界點(diǎn)干燥儀：HCP-2)，離子濺射(離子濺射儀：IB-3，噴金50～60A)，最后用掃描電子顯微鏡觀察。

1.3 大豆組織蛋白素肉丸子的制備及風(fēng)味調(diào)配

1.3.1 素肉丸子的制備

采用優(yōu)化的物料體系制備的大豆組織蛋白作為原料，根據(jù)相關(guān)的大豆組織蛋白素肉食品的研究報(bào)道[11-12,16]，經(jīng)過(guò)幾次預(yù)實(shí)驗(yàn)，確定了如下制備大豆組織蛋白素肉丸子的加工方法。

胚料制備：面粉50g、變性淀粉50g、大豆分離蛋白25g，大豆油2mL，加水250mL，斬拌成較穩(wěn)定的乳狀膠體。大豆組織蛋白125g粉碎后過(guò)80目篩，加入上述乳狀膠體中，揉捏成面團(tuán)狀。

油炸：將面團(tuán)直接放入油鍋，140℃油炸2min使其內(nèi)外油炸充分，之后200℃油炸2min熟透后取出。

冷卻：將煮好的丸子均勻排列在網(wǎng)箱內(nèi)，使其冷卻至常溫。

1.3.2 風(fēng)味調(diào)配

選取食鹽、白砂糖、牛肉香膏和味精添加量4個(gè)因素，設(shè)計(jì)四因素三水平正交試驗(yàn)，選擇10位感官評(píng)定員遵照感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(表2)進(jìn)行評(píng)分，得出最佳的風(fēng)味配方。

表2 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards for TSP meatballs

1.4 大豆組織蛋白素肉丸子質(zhì)構(gòu)特性分析

選擇形狀、大小基本一致的大豆組織蛋白素肉丸子，使用質(zhì)構(gòu)儀對(duì)樣品進(jìn)行質(zhì)構(gòu)分析(TPA)實(shí)驗(yàn)，借此分析其硬度、內(nèi)聚性、彈性、耐咀性和恢復(fù)性。選取形變量30%、50%和70%，測(cè)前速率2mm/s，測(cè)試速率2mm/s，測(cè)后速率與測(cè)試速率一致，停留間隔5s，觸發(fā)值5g[17-18]。在每個(gè)形變量下進(jìn)行3次實(shí)驗(yàn)，取平均值作為指標(biāo)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 物料體系組成對(duì)大豆組織蛋白品質(zhì)的影響

2.1.1 物料體系組成的優(yōu)化

大量研究表明制備大豆組織蛋白的物料體系對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有著直接的影響[9,16,19-20]。本實(shí)驗(yàn)選取物料體系中水分、大豆分離蛋白、馬鈴薯淀粉和大豆油4種物料組分，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)考察不同添加量對(duì)大豆組織蛋白產(chǎn)品品質(zhì)的影響。一般主要從組織蛋白產(chǎn)品的功能特性(吸水率、吸油率、持水性、乳化性等)、質(zhì)構(gòu)特性(膨化度、硬度、韌性等)、物理特性(色澤、密度等)評(píng)價(jià)大豆組織蛋白質(zhì)量的優(yōu)劣[21]，因此本實(shí)驗(yàn)測(cè)定了不同物料體系下大豆組織蛋白產(chǎn)品的膨化率、吸水率和色澤，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 大豆組織蛋白品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果Table 3 Functional and texture properties of TSP meatballs in orthogonal array design experiments for optimizing backbone composition of TSP meatballs

目前無(wú)法用單一指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)組織蛋白的質(zhì)量，需要應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)各指標(biāo)建立綜合評(píng)價(jià)模型，于源[22]利用主成分分析法，分析了組織化大豆各指標(biāo)之間的關(guān)系與權(quán)重，最終獲得綜合評(píng)價(jià)大豆組織化蛋白的質(zhì)量指標(biāo)。較好品質(zhì)的大豆組織蛋白具有一定膨化度，吸水率高，色澤亮黃，因此本實(shí)驗(yàn)采用SPSS軟件(SPSS 16.0版本)對(duì)以上品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，分析各指標(biāo)之間的關(guān)系與權(quán)重，獲得綜合評(píng)價(jià)大豆組織化蛋白的質(zhì)量指標(biāo)。

分析過(guò)程及結(jié)果如下：首先通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)處理后得到各指標(biāo)相關(guān)系數(shù)矩陣(表4)，由表4可知各指標(biāo)間的相關(guān)性都非常低(小于0.5)；其次通過(guò)方差分解主成分提取分析得到特征值及方差貢獻(xiàn)率分析結(jié)果(表5)及初始因子載荷矩陣(表6)，由主成分提取原則(特征根＞1且累計(jì)貢獻(xiàn)率＞85%)可提取得到3個(gè)主成分(膨化率、吸水率、L*)，由方差貢獻(xiàn)率可知3個(gè)主成分的權(quán)重由大到小分別為：膨化率(46%)＞吸水率(24%)＞L*(17%)。由表3可知，第一主成分基本反映了膨化率與吸水率的指標(biāo)信息，第二與第三主成分基本反映了色澤(L*與b*)指標(biāo)信息；接著用表3中數(shù)據(jù)除以主成分相對(duì)應(yīng)的特征根開(kāi)平方根可得到每個(gè)主成分特征向量，并將其與標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)相乘后可得到每個(gè)主成分的得分(取絕對(duì)值)，將每個(gè)主成分得分與其方差貢獻(xiàn)率相乘并線性加和后得到綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)R(表7)。

表7 綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)分析結(jié)果表Table 7 Results of comprehensive evaluation index

表4 相關(guān)系數(shù)矩陣Table 4 Correlation coefficient matrix?

表5 方差分解主成分提取分析表Table 5 Principal component analysis table

表6 因素載荷矩陣Table 6 Component loading matrix

以綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)R為分析指標(biāo)，進(jìn)行正交試驗(yàn)直觀分析，結(jié)果見(jiàn)表8。根據(jù)表8均值(k值)可知：最佳產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)應(yīng)的物料體系的組合方案為A1B2C3D3，即水分含量30%、大豆分離蛋白添加量20%、馬鈴薯淀粉添加量25%、大豆油添加量6%。由極差分析結(jié)果(R值)可知：物料體系中，影響組織化大豆蛋白產(chǎn)品品質(zhì)的最主要影響因素是油脂，其次是蛋白質(zhì)和水分，影響最小的因素是淀粉。

表8 不同物料體系正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 8 Orthogonal array design scheme for optimizing backbone composition of TSP meatballs and experimental results of comprehensive evaluation index

2.1.2 大豆組織蛋白超微結(jié)構(gòu)的掃描電鏡分析

圖1 豆粕及其組織化樣品掃描電鏡圖Fig. 1 SEM image of defatted soybean flour and TSP

由圖1可見(jiàn)，豆粕經(jīng)粉碎機(jī)粉碎后，形成不規(guī)則圓形顆粒(圖1a)，其表面呈現(xiàn)坑凹不平狀。而經(jīng)過(guò)擠壓膨化工藝加工后的大豆組織蛋白其切面呈現(xiàn)明顯片層狀和纖維拉伸狀的結(jié)構(gòu)(圖1b、1c、1d)，與魏益民等[23]報(bào)道的大豆組織產(chǎn)品的微結(jié)構(gòu)相似，這表明根據(jù)優(yōu)化的物料體系所制備的產(chǎn)品已具有組織化結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

2.2 大豆組織蛋白素肉丸子風(fēng)味配方的優(yōu)化

按照1.3.1節(jié)方法制備大豆組織蛋白素肉丸子。根據(jù)感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(表2)對(duì)素肉丸子進(jìn)行評(píng)分，匯總評(píng)分結(jié)果并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以統(tǒng)計(jì)的評(píng)分結(jié)果作為正交試驗(yàn)的指標(biāo)值進(jìn)行直觀分析，分析結(jié)果見(jiàn)表9。由表9可知風(fēng)味配方的最佳組合方案為A2B1C3D1，即食鹽4%、白砂糖1%、牛肉香膏1.5%、味精1%。根據(jù)R值可知，在風(fēng)味配方中食鹽為最主要影響因素，其次是牛肉香膏和白砂糖，味精影響最小。

表9 風(fēng)味配方正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 9 Factors and levels in orthogonal array design for optimizing flavor adjunct composition of TSP meatballs

2.3 大豆組織蛋白素肉丸子質(zhì)構(gòu)特性的分析

本實(shí)驗(yàn)測(cè)定3種不同壓縮程度下(即形變量)的質(zhì)構(gòu)剖面分析(TPA)圖譜(圖2)，平行測(cè)定3次，并分析5個(gè)特性參數(shù)，見(jiàn)表1 0。

圖2 不同形變量的質(zhì)構(gòu)圖譜Fig. 2 Texture property analysis at different compression levels

表10 素肉丸子質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定結(jié)果Table 10 Texture properties of TSP meatballs

從圖2可以看出，樣品在3種壓縮速率下的第一次壓縮過(guò)程中都未出現(xiàn)破裂現(xiàn)象，只出現(xiàn)一個(gè)最大峰值，所以測(cè)試結(jié)果只顯示硬度值，無(wú)脆性值。圖2中各壓縮程度下TPA曲線均能保持較好的對(duì)稱性，說(shuō)明壓縮后丸子彈性和回復(fù)性能好。對(duì)表10中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，以進(jìn)一步明確壓縮程度對(duì)5個(gè)質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)的影響，分析結(jié)果見(jiàn)表11。從表11中可以看出壓縮程度對(duì)硬度影響極顯著，對(duì)耐咀性影響顯著。

表11 質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)的顯著性檢驗(yàn)Table 11 Significance test of texture parameters of TSP meatballs

由于壓縮程度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)特性有較大的影響，因此本實(shí)驗(yàn)選擇50%的壓縮比進(jìn)行分析質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)，該條件下得到質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)為硬度6.111kg、內(nèi)聚性0.765、彈性0.869、耐咀性4.113kg、回復(fù)性0.429。

3 結(jié) 論

3.1 物料體系影響大豆組織蛋白產(chǎn)品品質(zhì)。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品膨化率、吸水率和色澤的測(cè)定，結(jié)合主成分分析與正交試驗(yàn)直觀分析優(yōu)化得出最佳物料體系組成為水分含量30%、大豆分離蛋白20%、馬鈴薯淀粉25%、大豆油6%。物料體系組分對(duì)大豆組織蛋白品質(zhì)影響的顯著性由大到小依次為油脂、蛋白質(zhì)、水分及淀粉。

3.2 通過(guò)正交試驗(yàn)得出最佳素肉丸子風(fēng)味配方為食鹽4%、白砂糖1%、牛肉香膏1.5%、味精1%。其中，食鹽為最主要影響因素，其次是牛肉膏和白砂糖，味精影響最小。

3.3 在50%的壓縮比下測(cè)定得到的大豆組織蛋白素肉丸子質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)是硬度6.111kg、內(nèi)聚性0.765、彈性0.869、耐咀性4.113kg、回復(fù)性0.429。

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Development of Textured Soybean Protein Meatballs

YANG Chun-mei，BAO Sarina，WU Jin-hong*，WANG Zheng-wu
( Bor S. luh Food Safety Research Center, School of Agriculture and Biology, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)

Twin-screw extruder processing was used to prepare textured soybean protein (TSP). The effects of protein, fat and starch amounts and water content on TSP quality were explored by orthogonal tests coupled with principal component analysis.In addition, TSP was used as the raw material to prepare meatballs. The effects of salt, sugar, beef perfume and monosodium glutamate on the flavor and texture parameters of meatballs were investigated. The results showed that the descending order of material components for affecting TSP quality was fat, protein, water content and starch, respectively. Meanwhile, the optimal material system was composed of 30% water, 20% soybean protein isolate, 25% potato starch, and 6% soybean oil. Moreover,the optimal flavor formula of meatballs was 4% salt, 1% sugar, 1.5% beef perfume and 1% monosodium glutamate. Texture property analysis showed that texture parameters of meatballs at the compression ratio of 50% were 6.111 kg of hardness, 0.765 of cohesion, 0.869 of elasticity, 4.113 kg of chewiness and 0.429 of resilience.

soybean protein；twin-screw；mock；extrusion；mock meatball

TS214.2

B

1002-6630(2011)06-0301-06

2010-06-07

上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)項(xiàng)目(10DZ0504000；1052NM06700)；上海交通大學(xué)青年基金項(xiàng)目(AB150200)

楊春梅(1987—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)楣δ苄允称?。E-mail：tilly1987@sohu.com

*通信作者：吳金鴻(1978—)，女，助理研究員，博士，研究方向?yàn)楣δ苄允称泛褪称坊瘜W(xué)。E-mail：wujinhong@sjtu.edu.cn