紫蘇油粕高水分組織化蛋白產(chǎn)品的工藝研究

田海娟，張傳智，姚招娣

（1.吉林工商學(xué)院食品工程學(xué)院，吉林長春 130062；

2.糧油食品深加工吉林省高等學(xué)校重點實驗室，吉林長春 130062）

紫蘇油粕高水分組織化蛋白產(chǎn)品的工藝研究

田海娟1，2，張傳智2，姚招娣1

（1.吉林工商學(xué)院食品工程學(xué)院，吉林長春 130062；

2.糧油食品深加工吉林省高等學(xué)校重點實驗室，吉林長春 130062）

摘 要：以紫蘇油粕和大豆蛋白為原料，采用雙螺桿擠壓組織化技術(shù)，通過單因素試驗和正交試驗確定紫蘇油粕高水分植物蛋白產(chǎn)品的最優(yōu)工藝。結(jié)果表明，水分添加量對植物蛋白產(chǎn)品的品質(zhì)影響最大，其次是螺桿速度，擠壓溫度對產(chǎn)品的影響最小。紫蘇油粕仿動物蛋白纖維質(zhì)地植物蛋白產(chǎn)品的最優(yōu)工藝參數(shù)為：物料水分添加量50%、紫蘇油粕添加量10%、擠壓溫度130℃、螺桿速度40 Hz。

關(guān)鍵詞：紫蘇油粕；高水分；擠壓

紫蘇餅粕是紫蘇籽脫脂后的副產(chǎn)品，其味芳香，適口性好，蛋白質(zhì)含量高，雜質(zhì)很少，不像菜籽粕那樣含有硫苷及其降解物，亦不像棉籽粕那樣含有棉酚有毒成分，不存在對人體健康不利的物質(zhì)，而且必需氨基酸含量較全面，功效比值、凈蛋白比值和真消化率都很高，是非常好的植物蛋白資源。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究證實，紫蘇籽中的有效成分對人體具有提高學(xué)習(xí)記憶能力和視網(wǎng)膜反射能力、抗衰老、降血脂、降血壓、抗癌、抗過敏及炎癥、增強免疫等保健功能和藥用功效。目前紫蘇餅粕主要被當(dāng)作動物飼料、燃料或回入田中充當(dāng)肥料，沒有得到充分合理的利用[1]。直至現(xiàn)在，對紫蘇餅油粕蛋白質(zhì)的研究還只涉及到其含量和氨基酸組成幾個方面，而對于蛋白質(zhì)的產(chǎn)品開發(fā)的研究還少有報道[2-3]。因此，如何將提高紫蘇餅粕附加值就成為一個重要的研究方向。植物蛋白高水分?jǐn)D壓組織化技術(shù)起步于20世紀(jì)90年代，從擠壓設(shè)備到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)均不同于中低水分?jǐn)D壓組織化，是一種較新的食品加工技術(shù)。在高水分?jǐn)D壓組織化條件下，大量水分的存在主要影響了物料的黏度、熱的傳輸能力以及機筒內(nèi)的壓力，對于物料中各組分間的相互作用及變化又有別于中低水分的擠壓組織化。該技術(shù)無論在擠壓機結(jié)構(gòu)和性能方面，還是在擠壓參數(shù)設(shè)置和終產(chǎn)品特性方面均與低水分?jǐn)D壓組織化研究存在很大差異。試驗利用高水分?jǐn)D壓膨化技術(shù)，研究物料水分添加量、紫蘇油粕添加量、擠壓溫度、螺桿速度對紫蘇油粕植物蛋白產(chǎn)品品質(zhì)的影響；為了提高紫蘇油粕的利用率和改善擠壓產(chǎn)品的風(fēng)味和口感提供一定的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

大豆蛋白粉：金龍牌；玉米粉（300目～400目）：市售；紫蘇油粕：洮南百群食品科技有限公司提供；純凈水：冰爽。

1.2 儀器與設(shè)備

電子稱；SQW-601超微粉碎機：山東三清不銹鋼設(shè)備有限公司；D531-11DS-雙螺桿擠壓機：濟南賽信機械有限公司；400多功能真空包裝機：中國南通濠河包裝機械有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

紫蘇油粕→粉碎（200目～300目）→調(diào)配→擠壓膨化→產(chǎn)品→包裝→成品

1.3.2 單因素試驗和正交試驗設(shè)計

試驗過程中影響因素很多，經(jīng)過多次試驗，并加以比較，本試驗選擇了四個主要影響因素作為研究對象，分別為喂料加水量、紫蘇油粕添加量、擠壓溫度、螺桿轉(zhuǎn)速，并進行正交試驗。

設(shè)計四組單因素試驗，分別為：對物料添加水分含量為35%、40%、45%、50%、55%進行處理，設(shè)定擠壓溫度為130℃，紫蘇油粕添加量為10%，螺桿擠壓速度為40Hz；對物料添加紫蘇油粕含量為5%、10%、15%、20%、25%進行處理，設(shè)定物料水分添加量為50%，擠壓溫度為130℃，螺桿擠壓速度為40 Hz；設(shè)定擠壓溫度為 100、110、120、130、140 ℃進行試驗，設(shè)定物料水分添加量為50%，紫蘇添加量為10%，螺桿擠壓速度為40 Hz；設(shè)定螺桿擠壓速度為30、35、40Hz、45、50 Hz進行試驗，設(shè)定物料水分添加量為50%，紫蘇油粕添加量為10%，擠壓溫度為130℃。

設(shè)定正交試驗為：做L9（34）四因素三水平的正交優(yōu)化試驗，以產(chǎn)品感官評分標(biāo)準(zhǔn)為指標(biāo)，考察物料添加水量、紫蘇油粕添加量、擠壓溫度及螺桿速度對產(chǎn)品品質(zhì)的影響。

1.3.3 產(chǎn)品質(zhì)量的確定

通過對產(chǎn)品的色澤、表觀狀態(tài)、組織化程度、口感和風(fēng)味進行感官評分，進而來確定產(chǎn)品的質(zhì)量。并且組織10名感官人員進行感官評分，將所得分?jǐn)?shù)進行統(tǒng)計，求出平均值，即可對產(chǎn)品的品質(zhì)進行評定。評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素對產(chǎn)品品質(zhì)的影響

2.1.1 喂料水分添加量對產(chǎn)品品質(zhì)的影響

水分添加量在植物蛋白擠壓過程中起著關(guān)鍵的作用，高水分?jǐn)D壓可能有著與低水分?jǐn)D壓截然不同的組織化機理[4-5]。高水分含量不僅增大水與蛋白質(zhì)接觸的機會，而且還會提高產(chǎn)品的口感。分別對物料添加水分含量為35%、40%、45%、50%、55%進行處理，設(shè)定擠壓溫度為130℃，螺桿擠壓速度為40 Hz，紫蘇油粕添加量為10%，然后對所得產(chǎn)品進行感官評分，所得結(jié)果見圖1。

表1 感官評分表Table 1 Sensory quality evaluation standard

圖1 水分添加量對產(chǎn)品品質(zhì)的影響Fig.1 Water content on the quality of corn flakes

由圖1可知，水分含量在40%～50%之間，產(chǎn)品的品質(zhì)隨著水分含量的增加而提高，這可能由于隨著水分的增加，水和蛋白質(zhì)分子的接觸機會增加，能明顯的提高纖維的組織結(jié)構(gòu)，當(dāng)水分含量高于50%時，產(chǎn)品的品質(zhì)變化的不明顯，這是由于水和蛋白質(zhì)分子的接觸達到飽和，所以再增加水分沒有明顯效果，因此選用水分添加量為45%、50%、55%作為正交試驗的三個水平。

2.1.2 紫蘇油粕添加量對產(chǎn)品品質(zhì)的影響

紫蘇油粕的添加量影響產(chǎn)品的風(fēng)味、口感以及組織結(jié)構(gòu)，添加量過多會使產(chǎn)品產(chǎn)生濃重的紫蘇苦味，添加量過少又會使紫蘇油粕的香味呈現(xiàn)不出來，并且使紫蘇油粕的營養(yǎng)價值不能較好的被人們利用。分別對物料添加紫蘇油粕含量為5%、10%、15%、20%、25%進行處理，設(shè)定物料水分添加量為50%，擠壓溫度為130℃，螺桿擠壓速度為40 Hz，然后對所得產(chǎn)品進行感官評分，所得結(jié)果見圖2。

圖2 紫蘇添加量對產(chǎn)品品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of the amount of Perilla oil meal on the quality of protein product

由圖2可知，紫蘇油粕添加量在5%～10%之間時，產(chǎn)品的品質(zhì)逐漸提高，這是由于隨著紫蘇油粕的添加，紫蘇的香味使產(chǎn)品的口感和風(fēng)味逐漸提高，而紫蘇油粕添加量在10%～25%時，紫蘇油粕的品質(zhì)逐漸下降，這是由于紫蘇油粕不僅香味還有苦味，添加量過多產(chǎn)品會出現(xiàn)紫蘇油粕的苦味，使產(chǎn)品的口感和風(fēng)味下降，并且顏色也會加深，沒有光澤，因此選用5%、10%、15%作為紫蘇添加量正交試驗的三個水平。

2.1.3 擠壓溫度對產(chǎn)品品質(zhì)的影響

溫度對產(chǎn)品的質(zhì)地有著重大的影響，它是產(chǎn)品的組織化結(jié)構(gòu)形成的關(guān)鍵因素，對產(chǎn)品的糊化、蛋白質(zhì)的變性起著重要的作用。分別設(shè)定擠壓溫度為100、110、120、130、140℃進行試驗，設(shè)定物料添加水量為50%，紫蘇油粕添加量為10%，螺桿擠壓速度為40 Hz，對所得產(chǎn)品進行感官評分，所得結(jié)果見圖3。

圖3 擠壓溫度對產(chǎn)品品質(zhì)的影響Fig.3 Extrusion temperature on the quality of protein product

由圖3可知，擠壓溫度在100℃～120℃之間時，產(chǎn)品的品質(zhì)隨著溫度的升高而提高，這是由于溫度不僅是蛋白質(zhì)分子變性的關(guān)鍵因素，而且還會影響產(chǎn)品的色澤和組織化程度，因此，當(dāng)溫度在100℃～120℃時，隨著溫度的升高產(chǎn)品的色澤和纖維組織結(jié)構(gòu)提高，當(dāng)達到130℃后，隨著溫度的再度上升，產(chǎn)品的品質(zhì)反而無明顯變化，這是由于溫度過高會影響產(chǎn)品的色澤和組織化程度，因此選擇擠壓溫度為110、120、130℃作為正交試驗的三個水平。

2.1.4 螺桿速度對產(chǎn)品品質(zhì)的影響

在擠壓過程中，螺桿擠壓速度對蛋白質(zhì)分子的變性、淀粉的糊化和剪切起著關(guān)鍵的作用，擠壓的速度影響了蛋白質(zhì)生物分子間的相互作用并且直接影響產(chǎn)品的形狀和質(zhì)地[6]。分別設(shè)定螺桿擠壓速度為30、35、40、45、50 Hz進行試驗，設(shè)定物料水分添加量為50%，紫蘇油粕添加量為10%，擠壓溫度為130℃，然后對所得產(chǎn)品進行感官評分，所得結(jié)果見圖4。

圖4 螺桿速度對產(chǎn)品品質(zhì)的影響Fig.4 The screw rotation speed on the quality of protein product

由圖4可知，螺桿擠壓速度在30 Hz～45 Hz之間時，產(chǎn)品的品質(zhì)隨著擠壓速度的上升而提高，這是由于隨著螺桿速度的升高，蛋白質(zhì)分子受到的剪切作用逐漸變大，產(chǎn)品的組織化程度和表觀狀態(tài)逐漸提高，當(dāng)達到40 Hz后，產(chǎn)品的品質(zhì)隨著螺桿速度的上升而下降，這是由于螺桿速度再增加，產(chǎn)品的組織化纖維結(jié)構(gòu)將被破壞，從而使產(chǎn)品的品質(zhì)下降，因此選用螺桿速度35、40、45 Hz作為正交試驗的三個水平。

2.2 產(chǎn)品生產(chǎn)工藝條件的優(yōu)化

根據(jù)單因素的結(jié)果，做L9（34）四因素三水平的正交優(yōu)化試驗，以產(chǎn)品感官評分標(biāo)準(zhǔn)為指標(biāo)，考察物料含水量、紫蘇油粕添加量、擠壓溫度及螺桿速度對產(chǎn)品品質(zhì)的影響，因素水平見表2。正交試驗結(jié)果見表3。

表2 L9（34）正交因素水平表Table 2Factors and levels in the L9（34）orthogonal array design

通過對正交試驗結(jié)果進行分析發(fā)現(xiàn)，各因素對試驗結(jié)果影響的主次順序為：B＞C＞D＞A，即紫蘇油粕添加量＞擠壓溫度＞螺桿速度＞水分添加量。根據(jù)平均值k1、k2、k3和極差 R 確定最優(yōu)組合是 A2B2C3D2，即物料水分添加量50%、紫蘇油粕添加量10%、擠壓溫度130℃、螺桿速度40 Hz，此時紫蘇油粕植物蛋白產(chǎn)品品質(zhì)較好。

表3 L9（34）正交試驗結(jié)果Table 3The Result of Design of L9（34）Orthogonal test

3 結(jié)論

通過對物料水分含量、紫蘇油粕添加量、擠壓溫度、螺桿速度的單因素實驗和正交試驗，確定紫蘇油粕植物蛋白產(chǎn)品最佳工藝條件為水分添加量50%、紫蘇油粕添加量10%、擠壓溫度130℃、螺桿速度40 Hz。

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[1]薛曉珍,楊蓮.紫蘇油的營養(yǎng)和藥用價值研究[J].中國食物與營養(yǎng),2008,8(2):313

[2]蒲海燕,李影球,李梅.紫蘇的功能性成分及其產(chǎn)品開發(fā)[J].中國食品添加劑,2008,8(3):35-46

[3]陳瑩.醇法大豆?jié)饪s蛋白擠壓組織化的研究[D].無錫輕工業(yè)學(xué)院博士學(xué)位論文,1991

[4]王洪武,周建國,林炳鑒.雙螺桿擠壓機工藝參數(shù)對組織蛋白的影響[J].中國糧油學(xué)報,2001,16(2):54-57

[5]鄭健仙.蛋白質(zhì)在擠壓蒸煮過程中的變化(續(xù))[J].食品與發(fā)酵工業(yè),1994(5):76-81

[6]張裕中,張文明.物料在雙螺桿擠壓機中停留時間分布的研究[J].糧食與飼料工業(yè),2000(12):48-50

Study on High Moisture Organized Technology of Perilla Oil Meal Protein Product

TIAN Hai-juan1，2，ZHANG Chuan-zhi2，YAO Zhao-di1
（1.Branch of Food Engineering，Jilin Business and Technology College，Changchun 130062，Jilin，China；2.Key Laboratory of Grain and Oil Processing of Jilin Province，Jilin Business and Technology College，Changchun 130062，Jilin，China）

Key words：perilla oil meal；high water；extrusion

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2013.13.019

吉林工商學(xué)院糧油食品深加工吉林省高校重點實驗室科研項目（吉高校重點實驗室科合字[2012]第016號）

田海娟（1980—），女（漢），講師，在讀博士研究生，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工與資源利用。Abstract：Perilla oil meal and soy protein as a raw material， used the high moisture twin-screw extrusion technology，and through the single factor experiment and orthogonal experiment to determine the optimal process of Perilla oil meal protein products.The results showed that，the moisture content of the biggest effected on quality of protein products， followed by the screw speed， extruding temperature minimal impact on the product.The optimal process parameters were moisture content 50%，perilla addition 10%，extrusion temperature 130℃，and screw speed 40 Hz.

2013-06-19