擠壓操作參數(shù)對(duì)脫脂豆粕中大豆異黃酮含量及損失率的影響

馮世德 張永忠 申德超

(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)理學(xué)院1，大慶 163319)

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院2，哈爾濱 150030)

(山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品學(xué)院3，淄博 255049)

大豆異黃酮是一種植物雌性激素，據(jù)研究表明，大豆異黃酮可以降低患癌癥的幾率，抑制酪氨酸激酶活性，此外，大豆異黃酮還有預(yù)防心血管疾病，降低低密度脂蛋白水平，緩解更年期婦女綜合癥，提高骨密度等特性。但是，加工和貯存條件嚴(yán)重影響異黃酮的穩(wěn)定性，成分分布比例和生理活性。

我國(guó)的大豆主要用于油脂的制取，其制取方法主要采用浸出工藝和壓榨制取。在美國(guó)油脂工業(yè)中，已有80%的大豆都經(jīng)過擠壓膨化預(yù)處理。目前國(guó)外已把擠壓膨化機(jī)作為浸油廠的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，應(yīng)用擠壓膨化浸出法與傳統(tǒng)的軋胚浸出法相比，在浸出設(shè)備的生產(chǎn)能力、油脂浸出速度、能耗、溶劑料胚比以及油品質(zhì)量等方面有許多優(yōu)越之處［1］。大豆經(jīng)不同擠壓參數(shù)處理，其豆粕蛋白氮溶解指數(shù)和蛋白表面疏水性均受到不同程度的影響［2］，營(yíng)養(yǎng)成分中理化性質(zhì)均發(fā)生改變［3－5］。同樣，大豆及其制品在加工貯存過程中，不同預(yù)處理手段對(duì)大豆異黃酮含量和分布有著不同的影響［6－7］，而對(duì)于油脂擠壓制取前后對(duì)大豆異黃酮含量的變化則鮮有報(bào)道。本研究采用一套改進(jìn)后的擠壓膨化預(yù)處理工藝［8］，研究擠壓大豆預(yù)處理過程對(duì)大豆異黃酮含量的影響，分析擠壓參數(shù)變化與大豆異黃酮損失率之間的關(guān)系，為擠壓制油過程中擠壓參數(shù)的設(shè)定提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

東農(nóng)32大豆:東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，其中蛋白質(zhì)38.3%，脂肪 22.1%，水分 10.7%，大豆異黃酮 2 497.40 μg/g;染料木苷標(biāo)準(zhǔn)品:Sigma公司;其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

剖分式單螺桿擠壓機(jī)［東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院自行設(shè)計(jì)，由組合式套筒3節(jié)和螺桿4段組成。擠壓機(jī)為剖分式，可沿軸向張開，便于機(jī)筒內(nèi)部的清理與螺桿上物料的采集。其螺桿轉(zhuǎn)速為0～300 r/min無級(jí)可調(diào)，機(jī)筒溫度為0～300℃連續(xù)可調(diào)，擠壓機(jī)?？组L(zhǎng)度與δ段長(zhǎng)度(模板與螺桿端部的距離)有級(jí)可調(diào)］;UV－7500紫外分光光度計(jì):上海天美科學(xué)儀器有限公司;H.H.S 21－2R電熱攪拌恒溫水浴鍋:上海醫(yī)療器械五廠;LG10－2.4A型高速離心機(jī):北京醫(yī)用離心機(jī)廠。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 擠壓浸油工藝路線

大豆→ 稱量(精確到0.1 g)→粉碎(錘片式粉碎機(jī))→測(cè)物料水分→調(diào)節(jié)物料水分→擠壓膨化→干燥→粉碎→浸油采用正己烷提取(60℃，8 h)

1.3.2 大豆異黃酮的提取

取擠壓膨化后的脫脂豆粕1.0 g(精確到0.000 1 g)，用95%乙醇10 mL，80℃回流提取時(shí)間2 h，4 000 r/min離心8 min，取上清液，測(cè)大豆異黃酮含量。同時(shí)測(cè)定直接粉碎的未擠壓樣中大豆異黃酮的含量，采用正己烷(60℃，8 h)脫脂，按上述方法進(jìn)行大豆異黃酮的提取測(cè)定。

1.3.3 三波長(zhǎng)紫外分光光度法測(cè)定大豆異黃酮含量

1.3.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

準(zhǔn)確稱取染料木苷標(biāo)準(zhǔn)品10.0 mg溶解于95%乙醇中，并定容至 100 mL。分別取、6、9、12、15 mL于50 mL容量瓶中定容。用紫外可見分光光度計(jì)讀取240、260、280 nm 處［9］吸光度值，計(jì)算 ΔA。以染料木苷的濃度為橫坐標(biāo)，ΔA吸光度為縱坐標(biāo)，得回歸標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.3.2 大豆異黃酮含量測(cè)定

精確吸取一定量被測(cè)溶液于刻度試管中，將其稀釋至線性濃度范圍內(nèi)，經(jīng)測(cè)定讀取240、260、280 nm處吸光度值后代入標(biāo)準(zhǔn)曲線即得大豆異黃酮質(zhì)量濃度。

1.3.3.3 大豆異黃酮損失率測(cè)定

1.3.4 擠壓回歸模型的建立

采用五因素五水平(1/2)實(shí)施二次旋轉(zhuǎn)回歸試驗(yàn)設(shè)計(jì)［10］，研究物料水分、膨化溫度、膜孔長(zhǎng)度、δ段長(zhǎng)度和螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)豆粕中大豆異黃酮含量和損失率的影響，大豆膨化樣模擬浸油工藝脫脂后、粉碎過40目篩分后，采用乙醇回流提取測(cè)定脫脂豆粕中大豆異黃酮，考察擠壓膨化過程對(duì)36組樣品中大豆異黃酮含量和損失量的影響。

表1 不同擠壓條件下試驗(yàn)因素水平表

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

圖1 三波長(zhǎng)紫外分光光度法測(cè)定染料木苷的標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 回歸模型的建立和檢驗(yàn)

表2 試驗(yàn)安排與結(jié)果

應(yīng)用二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)和Reda軟件包進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，得到擠壓參數(shù)對(duì)大豆異黃酮含量的回歸方程。

大豆異黃酮含量回歸方程(方程中各自變量均以水平值代入):

表3 大豆異黃酮含量回歸方程方差分析

從表3 可以看出，F(xiàn)1＜(6，9)=3.37，回歸方程擬合較好，又因 F2＞(20，15)=2.33，說明方程在0.05水平是顯著的，即試驗(yàn)數(shù)據(jù)與所采用的二次數(shù)學(xué)模型基本相符。

2.3 擠壓參數(shù)對(duì)大豆異黃酮含量的影響

試驗(yàn)對(duì)未擠壓脫脂豆粕進(jìn)行大豆異黃酮含量測(cè)定，未擠壓脫脂豆粕中大豆異黃酮含量為2 497.38 μg/g。從模型可知，擠壓條件不同導(dǎo)致大豆異黃酮的含量差異很大，適宜的擠壓膨化條件可以減少大豆異黃酮的損失率，其中18號(hào)樣、23號(hào)樣的大豆異黃酮損失為2.44%和2.84%;8號(hào)樣、25號(hào)樣的大豆異黃酮的損失率最高達(dá)70.53%和80.22%。因此，系統(tǒng)研究各擠壓參數(shù)對(duì)大豆異黃酮含量的影響，依據(jù)所建立的回歸模型，將4個(gè)擠壓參數(shù)分別固定于－1，0，1水平，代入方程，即可求得關(guān)于大豆異黃酮含量的單因素方程，根據(jù)單因素方程作圖如圖2所示，根據(jù)圖形我們來分析單一擠壓參數(shù)變化對(duì)大豆異黃酮含量的影響。

2.3.1 物料水分

大豆異黃酮含量隨物料水分增加而降低，物料水分為10.7%時(shí)，大豆異黃酮含量最高，物料水分為16.7%時(shí)，大豆異黃酮含量最低，當(dāng)升至18.7%時(shí)，大豆異黃酮含量略有回升。膨化溫度、?？组L(zhǎng)度、δ段長(zhǎng)度、螺桿轉(zhuǎn)速的取值直接影響整體大豆異黃酮含量，當(dāng)這4個(gè)因素取0水平時(shí)，大豆異黃酮含量最高，10.7%的物料水分，大豆異黃酮含量可達(dá)到2 429.74 μg/g，物料水分16.7%時(shí)，大豆異黃酮含量降至最低為1 555.45μg/g。當(dāng)其他4個(gè)擠壓參數(shù)取1和－1水平時(shí)，大豆異黃酮含量會(huì)顯著降低，－1水平時(shí)最低，10.7%的物料水分，大豆異黃酮含量可達(dá)到1 546.81 μg/g，物料水分 16.7% 時(shí)，大豆異黃酮含量降至最低為683.26μg/g。

2.3.2 膨化溫度

物料水分、模孔長(zhǎng)度、δ段長(zhǎng)度、螺桿轉(zhuǎn)速的取值影響大豆異黃酮含量與膨化溫度的關(guān)系，當(dāng)這4個(gè)參數(shù)取－1水平時(shí)，大豆異黃酮含量基本隨溫度升高而增加;當(dāng)這4個(gè)參數(shù)取0水平時(shí)，100℃的膨化溫度，大豆異黃酮含量最低，70℃和130℃膨化時(shí)，大豆異黃酮含量略有升高，130℃時(shí)為2 011.80μg/g，升高幅度為402.78μg/g;當(dāng)物料水分、模孔長(zhǎng)度、δ段長(zhǎng)度、螺桿轉(zhuǎn)速取1水平時(shí)，大豆異黃酮含量與膨化溫度表現(xiàn)出與前面截然相反的關(guān)系，即大豆異黃酮含量隨膨化溫度升高而降低，70℃時(shí)大豆異黃酮含量最高為1 640.01μg/g，130℃時(shí)最低為629.53 μg/g。

2.3.3 模孔長(zhǎng)度

物料水分、膨化溫度、δ段長(zhǎng)度、螺桿轉(zhuǎn)速的取值影響大豆異黃酮含量與?？组L(zhǎng)度的關(guān)系，當(dāng)這4個(gè)擠壓參數(shù)?。?水平時(shí)，大豆異黃酮含量隨模孔長(zhǎng)度增加而升高;當(dāng)這4個(gè)擠壓參數(shù)取0水平時(shí)，?？组L(zhǎng)度變化對(duì)大豆異黃酮含量影響不大，?？组L(zhǎng)度為30 mm時(shí)略有增加;當(dāng)這4個(gè)擠壓參數(shù)取1水平時(shí)，大豆異黃酮含量隨?？组L(zhǎng)度增加而降低。

2.3.4 δ 段長(zhǎng)度

物料水分、膨化溫度、?？组L(zhǎng)度、螺桿轉(zhuǎn)速的取值影響大豆異黃酮含量與δ段長(zhǎng)度的關(guān)系，當(dāng)這4個(gè)擠壓參數(shù)?。?水平時(shí)，大豆異黃酮含量隨δ段長(zhǎng)度增加而升高，大豆異黃酮含量最高可達(dá)2 860.01 μg/g;當(dāng)這4個(gè)擠壓參數(shù)取0水平時(shí)，大豆異黃酮含量也隨δ段長(zhǎng)度增加而升高，但升高幅度降低，最高大豆異黃酮含量為2 045.81μg/g;當(dāng)這4個(gè)擠壓參數(shù)取1水平時(shí)，大豆異黃酮含量隨δ段長(zhǎng)度增加而降低。

2.3.5 螺桿轉(zhuǎn)速

大豆異黃酮含量隨螺桿轉(zhuǎn)速的取值而變化，60 r/min的低轉(zhuǎn)速和260 r/min的高轉(zhuǎn)速均會(huì)降低大豆異黃酮含量。但是，最佳螺桿轉(zhuǎn)速與物料水分、膨化溫度、模孔長(zhǎng)度、δ段長(zhǎng)度的取值有關(guān)，當(dāng)這4個(gè)擠壓參數(shù)取－1水平時(shí)，最優(yōu)螺桿轉(zhuǎn)速為210 r/min;最優(yōu)螺桿轉(zhuǎn)速隨這4個(gè)擠壓參數(shù)取值的升高而降低。

圖2 擠壓條件與大豆異黃酮含量的關(guān)系

2.4 擠壓參數(shù)的優(yōu)化

根據(jù)大豆異黃酮含量的回歸模型，利用頻數(shù)分析，將各因素－2至2水平的取值分為10段，統(tǒng)計(jì)其產(chǎn)生大豆異黃酮含量＞2 300μg/g的頻率，進(jìn)而優(yōu)化出最佳擠壓參數(shù)的取值范圍。

表4 大豆異黃酮含量大于2 300μg/g的擠壓膨化條件(頻數(shù))

從表4中可以看出，統(tǒng)計(jì)出大豆異黃酮含量＞2 300μg/g的最優(yōu)擠壓條件為:物料水分 10.7～11.6%，膨化溫度 101.2～102.0 ℃，?？组L(zhǎng)度 30 mm，δ段長(zhǎng)度25 mm，螺桿轉(zhuǎn)速130 r/min。

2.5 擠壓參數(shù)變化對(duì)大豆異黃酮損失率的影響

圖3 擠壓參數(shù)與大豆異黃酮損失率的關(guān)系

以17～26號(hào)樣品為研究對(duì)象，比較單一擠壓參數(shù)變化時(shí)，大豆異黃酮的損失程度，結(jié)果見圖3。度帶來的大豆異黃酮損失率最低，只有2.44%和2.84%;相反，260 r/min的高螺桿轉(zhuǎn)速和10 mm的短δ段導(dǎo)致異黃酮的損失率最大，分別為80.22%和68.86%。

從圖3可以看出，當(dāng)其他擠壓參數(shù)固定于0水平時(shí)，單一擠壓參數(shù)變化對(duì)大豆異黃酮的損失率影響較大。當(dāng)物料水分由10.7%增加至18.7%，大豆異黃酮損失率增加30.98%，膨化溫度由70℃升高到130℃，大豆異黃酮損失率增加13.88%，?？组L(zhǎng)度由10 mm增加至50 mm，大豆異黃酮損失率減少2.61%，δ段長(zhǎng)度由10 mm增加至30 mm，大豆異黃酮損失率減少66.02%，螺桿轉(zhuǎn)速由60 r/min增加至260 r/min，大豆異黃酮損失率增加21.09%。其中10.7%的低物料水分和30 mm的長(zhǎng)δ段帶來的大豆異黃酮損失率最低，只有2.44%和2.84%;相反，260 r/min的高螺桿轉(zhuǎn)速和10 mm的短δ段導(dǎo)致大豆異黃酮的損失率最大，分別為80.22%和 68.86%。S.M.Mahungu等［11］研究了擠壓大豆過程中對(duì)大豆異黃酮含量和組分的影響，試驗(yàn)對(duì)擠壓溫度、水分含量和保留時(shí)間3個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，得出擠壓溫度對(duì)大豆異黃酮含量影響最大，分析這種影響可能源自大豆異黃酮的降解，Hsi－Mei Lai［12］通過大豆異黃酮的熱穩(wěn)定試驗(yàn)證明了大豆異黃酮的熱降解過程，主要為丙二?；痛蠖巩慄S酮向糖苷型的轉(zhuǎn)化。研究豆渣與其他谷物混合物進(jìn)行擠壓，同樣得出擠壓過程減少了大豆異黃酮的總量［13－14］。

3 結(jié)論

3.1 不同擠壓過程對(duì)大豆異黃酮含量有很大影響，適宜的擠壓膨化條件可以使大豆異黃酮損失率減少為2.44%。其中大豆異黃酮得率＞2 300μg/g的最優(yōu)擠壓條件為:物料水分10.7%～11.6%，膨化溫度101.2～102.0 ℃，?？组L(zhǎng)度30 mm，δ段長(zhǎng)度25 mm，螺桿轉(zhuǎn)速130 r/min。各因素對(duì)大豆異黃酮含量的影響大小依次為:螺桿轉(zhuǎn)速、物料水分、δ段長(zhǎng)度、膨化溫度、模孔長(zhǎng)度。

3.2 單一擠壓參數(shù)變化對(duì)大豆異黃酮含量也有很大影響，其中10.7%的低物料水分和30 mmδ段長(zhǎng)

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