含水量對(duì)脫脂大豆粉擠壓組織化產(chǎn)品特性的影響

汪建明，陶 杰，趙 慧，王奕云

(食品營(yíng)養(yǎng)與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津 300457)

組織化蛋白是指以脫脂蛋白、濃縮蛋白或分離蛋白為原料(主要是植物蛋白原料)，根據(jù)營(yíng)養(yǎng)或技術(shù)需要加入一定量合適的輔料或不添加任何輔料，通過物理或化學(xué)方法改變其蛋白組成方式，使蛋白質(zhì)分子之間整齊排列產(chǎn)生同方向的組織結(jié)構(gòu)，形成的一類具有肉類咀嚼感的纖維狀蛋白制品[1].擠壓過程是溫度、壓力和機(jī)械剪切等因素共同作用的結(jié)果，水分對(duì)該過程的順利進(jìn)行和最終產(chǎn)品特性的形成有十分重要的作用[2]，水分作為潤(rùn)滑劑、塑化劑和反應(yīng)試劑等降低了玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，確保了物料在機(jī)筒內(nèi)熔融[3].

孫照勇等[4]研究了中低含水量對(duì)擠壓組織化蛋白物理性質(zhì)的影響.魏益民等[5]研究了螺桿轉(zhuǎn)速、物料濕度、喂料速度和機(jī)筒溫度操作參數(shù)對(duì)擠壓組織化蛋白的物理性質(zhì)的影響.以上研究都是對(duì)產(chǎn)品的物理性質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià).擠壓組織化蛋白產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)有4類，即系統(tǒng)參數(shù)、理化特性、功能特性和營(yíng)養(yǎng)特性.本文分別從理化特性(色澤、質(zhì)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)和溶劑保持力)和營(yíng)養(yǎng)特性(感官、脲酶活性和體外消化率)方面研究了含水量對(duì)擠壓組織化蛋白的影響.通過模擬實(shí)驗(yàn)更加真實(shí)地反映了產(chǎn)品的品質(zhì)特性.

1 原料與方法

1.1 原料

脫脂大豆粉：由市售豆粕(蛋白質(zhì)含量39.4%，干基)粉碎得到，至少60%過40 目篩.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

利用SYSLG32–Ⅱ型擠壓膨化實(shí)驗(yàn)機(jī)(螺桿直徑為32,mm，徑長(zhǎng)比為1∶18)進(jìn)行擠壓組織化實(shí)驗(yàn).Ⅰ區(qū)溫度設(shè)定為70,℃，Ⅱ區(qū)溫度(機(jī)筒溫度)設(shè)定為140,℃，Ⅲ區(qū)溫度設(shè)定為 120,℃，螺桿轉(zhuǎn)速為125,r/min.

通過加水(加水量分別為m(水)/m(大豆粉)＝0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40)調(diào)節(jié)物料的濕基含水量(以下簡(jiǎn)稱含水量)，實(shí)際測(cè)得物料含水量分別為24%、28%、33%、37%、42%、46%，研究不同含水量對(duì)脫脂大豆粉擠壓組織化產(chǎn)品特性的影響.

1.3 擠壓組織化產(chǎn)品特性的測(cè)定

1.3.1 色度

色度是評(píng)價(jià)擠壓組織化產(chǎn)品品質(zhì)的指標(biāo)之一，在一定程度上反映了擠壓組織化過程中化學(xué)反應(yīng)和營(yíng)養(yǎng)變化的程度[6–7].根據(jù)均勻色空間理論[8]確定樣品的 L*(明度)、a*(紅色度)、b*(黃色度)、Δ E (色差).L*反映的是白度和亮度的綜合值，該值越大表明被測(cè)物越亮白.a*和b*稱為彩度指數(shù)，兩者共同決定色調(diào)(+a*)紅色/(-a*)綠色和(+b*)黃色/(-b*)藍(lán)色.Δ E 表示樣品與白色板的色差，值越小表示與白色板的差別越小，被測(cè)物越亮白.

色度指標(biāo)使用DC–P3 型全自動(dòng)測(cè)色色差儀測(cè)量，其中，L*、a*和b*可由色差儀直接讀出，Δ E 由式(1)求得.

1.3.2 質(zhì)構(gòu)特性

將自然冷卻的新鮮擠壓組織化產(chǎn)品切成長(zhǎng)10,mm 的小塊，使用TA.XT Plus 型質(zhì)構(gòu)測(cè)定儀(TPA模式，P/36R 探頭)測(cè)定樣品的質(zhì)構(gòu)參數(shù).測(cè)試前速度為 5,mm/s，測(cè)試速度為 1,mm/s，測(cè)試后速度為1,mm/s，下壓程度為50%，往復(fù)2 次，間隔時(shí)間5,s.

質(zhì)構(gòu)參數(shù)包括硬度、膠著度、咀嚼度、彈性、黏聚性以及回復(fù)性，參照Bournem[9]的定義方法.硬度、膠著度及咀嚼度的單位為g；彈性為第2 次穿刺高度與第1 次穿刺高度的比值；黏聚性為第2 次穿刺做功面積與第1 次穿刺做功面積的比值；回復(fù)性為第2 次穿刺后物質(zhì)面積與第1 次穿刺后物質(zhì)面積的比值.

1.3.3 感官特性

根據(jù)表1 的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[10]進(jìn)行感官評(píng)分，每一項(xiàng)的滿分為5 分.

表1 擠壓組織化樣品感官評(píng)分表Tab.1 Standards for sensory evaluation of extruded product

1.3.4 微觀結(jié)構(gòu)

將樣品粉碎后于60,℃干燥過夜，采用掃描電子顯微鏡(SU1510，放大3,000 倍)對(duì)擠壓組織化產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察分析.

1.3.5 脲酶活性

尿素緩沖液的制備：稱取 15,g 尿素，溶于500,mL 0.05,mol/L 磷酸鹽緩沖液中，即得尿素緩沖液.進(jìn)行脲酶活性(urease activity，UA)測(cè)定前，將磷酸鹽緩沖液和尿素緩沖液均調(diào)節(jié)至pH 7.0.

參照AACC22-90 方法，取干燥樣品，粉碎過40目篩，分別稱取0.100,g 樣品粉末置于2 支10,mL 離心管中，其中一支加入5,mL pH 7.0 的尿素緩沖液，另一支加入5,mL pH 7.0 的磷酸鹽緩沖液(空白對(duì)照)，離心管分別單獨(dú)混勻后，置于30,℃水浴鍋中，水浴處理30,min，過程中每5,min 搖勻一次，結(jié)束后立即測(cè)定上層液體的pH，以兩離心管pH 的差值表示脲酶活性.

1.3.6 溶劑保持力

溶劑保持力(solvent retention capacity，SRC)參照AACC56-11 方法測(cè)定，分別選取蒸餾水、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的蔗糖溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的碳酸鈉溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的乳酸溶液4 種溶劑.利用蔗糖溶劑保持力(SSRC)反映樣品中戊聚糖含量和醇溶蛋白特性，碳酸鈉溶劑保持力(SCSRC)反映樣品中淀粉粒的損傷程度，乳酸溶劑保持力(LASRC)反映樣品中的谷蛋白特性[11–12]，水溶性保持力(WSRC)反映樣品所有組分的特性，綜合反映樣品的品質(zhì).

稱取1.00,g 樣品粉末于50,mL 帶蓋離心管中，分別加入5.00,g 蒸餾水、50%蔗糖溶液、5%碳酸鈉溶液和5%乳酸溶液作溶劑，劇烈搖晃離心管至樣品粉末與溶劑混合均勻，靜置溶脹20,min，溶脹過程中每隔5,min 混勻一次，每次搖晃5,s 左右.溶脹結(jié)束后，立即將離心管置于離心機(jī)中，3,000,r/min 離心15,min.離心后，緩慢棄去上清液，將離心管倒置于濾紙上排水10,min，帶蓋稱其質(zhì)量.

溶劑保持力SRC 根據(jù)式(2)計(jì)算.

式中：m1為稱取樣品的質(zhì)量，g；m2為空離心管和蓋子的質(zhì)量，g；m3為排水后離心管、蓋子和樣品的質(zhì)量，g；w 為稱取樣品的含水量，%.

1.3.7 體外消化率

緩沖液A 的制備：稱取10.0,g 磷酸二氫鉀、0.5,g硫酸鎂、0.5,g 氯化鈉、0.1,g 氯化鈣和0.5,g 尿素(試劑級(jí))，定容至1,L 即可.

走入金杯印刷有限公司位于東莞的生產(chǎn)車間，印刷機(jī)械整齊地排列在車間里，燈光明亮，地面干凈，沒有一絲刺鼻的油墨味。要不是機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的轟鳴聲和操作臺(tái)上偶爾閃過的工人身影，我會(huì)以為自己正置身于窗明幾凈的實(shí)驗(yàn)室。我把問題拋給了一直陪在我們身邊的金杯印刷董事長(zhǎng)楊金溪。他笑答道：“因?yàn)榻鸨∷⒁恢笔褂貌缓掖嫉闹参镉湍退杂湍?，同時(shí)配以無(wú)水膠印工藝，所以聞不到異味?！毖哉Z(yǔ)中，楊金溪透著自豪。

緩沖液B 的制備：稱取15.0,g 碳酸鈉和1.0,g 硫化鈉，定容至1,L 即可.

分別稱取0.25,g 左右樣品于濾袋中，將每個(gè)濾袋封口，平均放置于消化罐中的分隔板兩側(cè)；最少放置一個(gè)封口的空白濾袋，用于確定測(cè)定結(jié)果校正因子.將緩沖液A 和B 預(yù)熱至37,℃，按照V(A)∶V(B)＝5∶1 的比例混合(1,330,mL 緩沖溶液A 和266,mL 緩沖溶液B，理論上pH 為6.8)，每個(gè)消化罐中加入1,600,mL A/B 混合緩沖液.將盛有樣品和緩沖溶液的消化罐放置于DAISY Ⅱ體外模擬培養(yǎng)箱中，進(jìn)行體外模擬消化.允許消化罐的溫度在20～30,min 達(dá)到平衡.參考張鐵鷹等[13]的方法準(zhǔn)備豬小腸消化液.然后，在盛有樣品和緩沖溶液的消化罐中加入400,mL 豬小腸消化液，在(37.0±0.5),℃條件下消化48,h 后，根據(jù)測(cè)量結(jié)果采用式(3)計(jì)算樣品的體外消化率.

式中：m 為樣品質(zhì)量，g；m1為樣品濾袋質(zhì)量，g；m2為體外消化后濾袋和樣品殘?jiān)目傎|(zhì)量，g；C 為空白濾袋校正因子(烘箱干燥后空白濾袋的質(zhì)量/空白濾袋的初始質(zhì)量).

2 結(jié)果與討論

2.1 擠壓組織化產(chǎn)品的色度

含水量對(duì)擠壓組織化產(chǎn)品色度的影響見表2.

表2 含水量對(duì)脫脂大豆粉擠壓組織化產(chǎn)品色度的影響Tab.2 Effects of moisture content on the colour qualities of the extruded products of defatted soybean powder

由表2 可知：在研究范圍內(nèi)，脫脂大豆粉擠壓組織化產(chǎn)品亮度指數(shù)L*的變化范圍為35.85～40.00，彩度指數(shù)a*的變化范圍為2.77～3.98，彩度指數(shù)b*的變化范圍為 14.91～17.20，色差 ΔE 的變化范圍為59.29～62.83.在加工中，期望亮度指數(shù)L*越大，色差 ΔE 越小，說(shuō)明產(chǎn)品越亮白，色澤總體上越好.含水量為24%和37%時(shí)，脫脂大豆粉擠壓組織化產(chǎn)品的色澤較好，含水量在40%以上時(shí)，脫脂大豆粉擠壓組織化產(chǎn)品的亮度指數(shù) L*明顯降低，色差 ΔE 明顯變大.這是因?yàn)?，在物料的運(yùn)行過程中，水分不僅起到黏合的作用，還起到很好的潤(rùn)滑作用，當(dāng)含水量低時(shí)，主要起潤(rùn)滑作用，物料在機(jī)筒內(nèi)的滯留時(shí)間短，但隨著含水量的增加，物料的黏度增加，物料在機(jī)筒內(nèi)的滯留時(shí)間增加，物料發(fā)生美拉德反應(yīng)時(shí)間也會(huì)增加，最終導(dǎo)致產(chǎn)品顏色的改變.

2.2 擠壓組織化產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)特性

含水量對(duì)擠壓組織化產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)參數(shù)的影響見圖1.

圖1 含水量對(duì)脫脂大豆粉擠壓組織化產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)參數(shù)的影響Fig.1 Effects of moisture content on the springiness，cohesiveness and resilience of the extruded products of defatted soybean powder

由圖1(b)可知：含水量變化對(duì)產(chǎn)品彈性影響比較顯著，對(duì)產(chǎn)品的黏聚性和回復(fù)性影響不顯著；隨著含水量的增加，擠壓組織化產(chǎn)品的彈性、黏聚性和回復(fù)性三者的變化均為先增大后趨于平緩，變化趨勢(shì)基本一致.含水量在37%時(shí)，產(chǎn)品的彈性為0.758，之后隨著含水量的增加，彈性變化很小，所以含水量在37%時(shí)產(chǎn)品的彈性較大，口感較好.

2.3 擠壓組織化產(chǎn)品的感官特性

根據(jù)1.3.3 方法對(duì)擠壓組織化產(chǎn)品的感官評(píng)分結(jié)果見圖2.

圖2 含水量對(duì)脫脂大豆粉擠壓組織化產(chǎn)品感官特性的影響Fig.2 Effects of moisture content on the sensory analysis of the extruded products of defatted soybean powder

分析圖2 可知：含水量在24%時(shí)，擠壓組織化產(chǎn)品的色澤和風(fēng)味較好，含水量為28%和42%時(shí)，色澤最好.含水量在33%和42%時(shí)，成型性相同且色澤較好；含水量為37%和46%時(shí)，表觀狀態(tài)相同且色澤較好；含水量在24%、33%、37%和46%時(shí)，風(fēng)味較好；含水量在28%和46%時(shí)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較好.

2.4 擠壓組織化產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)

含水量對(duì)擠壓組織化產(chǎn)品微觀結(jié)構(gòu)的影響見圖3.

圖3 含水量對(duì)脫脂大豆粉擠壓組織化產(chǎn)品微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.3 Effects of moisture content on the microstructure of the extruded products of defatted soybean powder

由圖3 可看出：經(jīng)過擠壓組織化處理，水分能夠幫助蛋白質(zhì)分子的折疊和對(duì)齊，使脫脂大豆粉蛋白質(zhì)分子由最初的無(wú)序多孔結(jié)構(gòu)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)致密、具有一定規(guī)則的晶型排列結(jié)構(gòu)[14]；隨著含水量的增加，擠壓組織化產(chǎn)品逐漸出現(xiàn)細(xì)小的氣孔，且含水量越高，機(jī)筒內(nèi)水分蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽越多，使蛋白質(zhì)形成膜狀氣孔結(jié)構(gòu)，加劇蛋白質(zhì)內(nèi)部疏水基暴露和蛋白質(zhì)交聯(lián)導(dǎo)致變性程度增大[15]，氣孔結(jié)構(gòu)越明顯.

2.5 擠壓組織化產(chǎn)品的脲酶活性

含水量對(duì)擠壓組織化產(chǎn)品脲酶活性的影響見圖4.

圖4 含水量對(duì)脫脂大豆粉擠壓組織化產(chǎn)品脲酶活性的影響Fig.4 Effects of moisture content on urease activity of defatted soybean flour extruded products

由圖4 可知：脫脂大豆粉原料的脲酶活性低于0.4,U，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 5009.183—2003)；不同含水量脫脂擠壓組織化產(chǎn)品的脲酶活性均低于原料的脲酶活性，說(shuō)明擠壓組織化過程進(jìn)一步降低了脫脂大豆粉的脲酶活性，有利于擠壓組織化產(chǎn)品的消化性；隨著含水量的變化，脫脂大豆粉擠壓組織化產(chǎn)品的脲酶活性呈現(xiàn)不規(guī)則變化，但影響并不顯著.

大豆制品中的脲酶本身并不是抗?fàn)I養(yǎng)因子，但因?yàn)槠浠钚耘c抗胰蛋白酶抑制劑的含量呈正相關(guān)性.而抗胰蛋白酶抑制劑能在腸道消化過程中干擾蛋白質(zhì)消化酶發(fā)揮作用，導(dǎo)致攝入蛋白質(zhì)的消化性和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值降低.所以，在加工過程中可以通過脲酶活性評(píng)定加工程度對(duì)大豆制品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響.

2.6 溶劑保持力

含水量對(duì)擠壓組織化產(chǎn)品溶劑保持力的影響見圖5.

由圖5 可知：在含水量為24%或28%時(shí)，擠壓組織化產(chǎn)品的溶劑保持力最佳；隨著含水量的增加，脫脂大豆粉擠壓組織化產(chǎn)品的溶劑保持力呈現(xiàn)先增加后降低，最后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，但在研究范圍內(nèi)，脫脂大豆粉經(jīng)過擠壓組織化后4 種溶劑保持力均比原料有所增加，原因可能是水分在脫脂大豆粉擠壓組織化過程中具有增塑性，可以增加脫脂大豆粉分子的運(yùn)行性，提高脫脂大豆粉分子的溶脹程度和形成分子網(wǎng)絡(luò)的能力.但脫脂大豆粉及其擠壓組織化產(chǎn)品，因其分子組成的特性和含量限制，溶劑保持力必定有最大的限度，在一定范圍內(nèi)，含水量的增加會(huì)使其溶劑保持力相對(duì)降低，超過這一范圍，其溶劑保持力則處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài).

2.7 擠壓組織化產(chǎn)品的體外消化率

體外消化率的測(cè)定可以間接反映物質(zhì)在體內(nèi)消化和吸收的情況.含水量對(duì)擠壓組織化產(chǎn)品體外消化率的影響見圖6.

圖6 含水量對(duì)脫脂大豆粉擠壓組織化產(chǎn)品體外消化率的影響Fig.6 Effects of moisture content on in vitro digestibility of defatted soybean flour extruded products

由圖6 可知：不同含水量的脫脂大豆粉經(jīng)擠壓組織化后，產(chǎn)品的體外消化率均高于未經(jīng)處理脫脂大豆粉原料的體外消化率，含水量對(duì)產(chǎn)品的體外消化率影響較為顯著；在含水量為42%時(shí)，擠壓組織化產(chǎn)品的體外消化率為56.93%，比原料(45.03%)提高了12%左右.引起這種變化的原因可能是脫脂大豆粉經(jīng)過擠壓組織化后，蛋白質(zhì)部分降解使游離氨基酸含量升高，同時(shí)蛋白質(zhì)分子變性伸展，酶作用位點(diǎn)的暴露也會(huì)改善組織化蛋白產(chǎn)品的消化性.此外，脫脂大豆粉原料經(jīng)擠壓組織化后，各種抗?fàn)I養(yǎng)因子，如胰蛋白酶抑制劑[16]和植凝集素，因加熱變性、鈍化而失去作用，因此脫脂大豆粉擠壓組織化產(chǎn)品的體外消化率顯著提高.

3 結(jié)論

含水量和機(jī)筒溫度作為擠壓過程中的重要參數(shù)影響最終產(chǎn)品的特性，機(jī)筒溫度會(huì)影響蛋白質(zhì)的變性及美拉德反應(yīng)的程度.本文重點(diǎn)討論了含水量對(duì)脫脂大豆粉擠壓過程的影響，通過色澤、質(zhì)構(gòu)特性、感官特性、溶劑保持力、脲酶活性等指標(biāo)對(duì)終產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)價(jià).當(dāng)機(jī)筒溫度為140,℃、螺桿轉(zhuǎn)速為125,r/min、含水量為37%時(shí)，脫脂大豆粉擠壓組織化產(chǎn)品的色澤、口感、風(fēng)味和表觀狀態(tài)較好，脲酶活性進(jìn)一步降低，溶劑保持力有所升高.經(jīng)過擠壓組織化處理，脫脂大豆粉由最初的無(wú)序多孔結(jié)構(gòu)，變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)致密、具有一定規(guī)則的晶型排列結(jié)構(gòu).

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