高濕擠壓條件對含豆渣組織蛋白中膳食纖維的影響

張嵐，金思文，于寒松，劉俊梅，樸春紅，王玉華，胡耀輝，*（.吉林醫(yī)藥學院公共衛(wèi)生學院，吉林吉林0；.集安市疾病預防控制中心，吉林集安400；.吉林農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，吉林長春08）

高濕擠壓條件對含豆渣組織蛋白中膳食纖維的影響

張嵐1，金思文2，于寒松3，劉俊梅3，樸春紅3，王玉華3，胡耀輝3，*
（1.吉林醫(yī)藥學院公共衛(wèi)生學院，吉林吉林132013；2.集安市疾病預防控制中心，吉林集安134200；3.吉林農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，吉林長春130118）

摘要：分析了高濕擠壓操作條件對含豆渣組織蛋白中膳食纖維的影響，為評價高濕擠壓生產(chǎn)高膳食纖維組織蛋白產(chǎn)品營養(yǎng)特性提供理論基礎。以豆渣為主要原料，采用雙螺桿擠壓機在豆渣含量（0%～60%）、物料水分（50%～60%）、擠壓溫度（130℃～150℃）條件下擠壓制備組織蛋白。應用酶-重量法測定組織蛋白中總膳食纖維、不溶性膳食纖維和可溶性膳食纖維含量，比較擠壓前后產(chǎn)品膳食纖維含量變化，分析擠壓條件對可溶性膳食纖維含量的影響。結果表明，豆渣可顯著增加組織蛋白產(chǎn)品膳食纖維含量（P<0.05）；物料水分增加不利于不溶性膳食纖維降解，擠壓溫度升高促進不溶性膳食纖維降解。含豆渣組織蛋白膳食纖維豐富，高濕擠壓可在一定程度上提高產(chǎn)品中可溶性膳食纖維含量。

關鍵詞：高濕擠壓；豆渣；組織蛋白；可溶性膳食纖維

豆渣是傳統(tǒng)豆制品加工的副產(chǎn)物，富含蛋白和膳食纖維[1-2]。膳食纖維是一種天然有機高分子化合物，在人體內具有重要的生理作用，是維持人體健康必不可少的，特別是可溶性膳食纖維對人體健康更加重要。過去，豆渣被作為廢棄物直接丟棄或作為廉價飼料應用，或作為廢棄物扔掉，造成大量優(yōu)質蛋白質資源的浪費并對環(huán)境造成嚴重污染，隨著科學的發(fā)展及人類文化素質的提高，人們已經(jīng)從營養(yǎng)學的角度重新認識豆渣。經(jīng)研究證明，傳統(tǒng)豆制品生產(chǎn)后，大豆中的部分營養(yǎng)成分殘留在豆渣中。食用豆渣可以降低血液中膽固醇的含量，減少糖尿病人對胰島素的消耗；豆渣中豐富的膳食纖維可以預防腸癌，并能達到減肥的功效，因此，豆渣被視為一種新的保健食品來源。將豆渣作為主要原料采用雙螺桿擠壓機生產(chǎn)組織化蛋白，可以提高組織蛋白產(chǎn)品中的膳食纖維含量，使產(chǎn)品營養(yǎng)均衡，同時可以規(guī)避動物疾病帶來的風險，同時滿足人們對低脂肪、低熱量食品的需求。

高濕擠壓是是近20年國際新興的食品加工技術，物料水分高達40%以上，利用該技術能夠生產(chǎn)組織化程度更高，食用方便、營養(yǎng)豐富的組織化蛋白產(chǎn)品，本試驗以豆渣、大豆分離蛋白、谷朊粉按不同比例混合，采用雙螺桿擠壓機在不同物料水分及擠壓溫度下對不同混合物進行擠壓，對組織化蛋白中的總膳食纖維、不溶性膳食纖維及可溶性膳食纖維進行測定，探討高濕擠壓條件對含豆渣組織蛋白膳食纖維的影響。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

鮮豆渣：實驗室制備，以大豆∶水按1∶10（g/L）比例浸泡12 h，勻速投料，反復投料5次，分離制得鮮豆渣，鮮豆渣經(jīng)鼓風干燥箱低溫烘干（45℃），利用高速粉碎機初粉，粉末經(jīng)超微粉碎至可過200目篩，備用；大豆分離蛋白（HGK-A807凝膠型）：哈高科大豆食品有限公司；小麥活性谷朊粉：西澤牌，扶風縣谷物蛋白廠，原料基本組成成分見表1。

表1　原料基本組成成分Table 1　Basic components of raw materials

95%乙醇、氫氧化鈉、乙酸，溴甲酚綠、重鉻酸鉀、酸洗硅藻土：分析純；MES、TRIS、熱穩(wěn)定α-淀粉酶溶液、中性蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶：購自北京鼎國昌盛生物技術有限責任公司。

1.2儀器與設備

EV25型雙螺桿擠壓機工作站：法國CLEXTRAL公司；SX2-2.5-10型馬福爐：廣州滬瑞明儀器有限公司；K1100F型全自動凱氏定氮儀：濟南海能儀器股份有限公司；ZHWY-200B型恒溫培養(yǎng)振蕩器：上海智誠分析儀器制造有限公司。

1.3方法

1.3.1擠壓及試驗設計

固定操作參數(shù)喂料速度為2 kg/h，螺桿轉速為250 r/min，變量操作參數(shù)為物料體系、物料水分及擠壓溫度。采用法國克萊斯特羅雙螺桿擠壓機工作站，進行高水分擠壓。主要技術參數(shù)為?？谥睆? mm，加熱段6段，采用4℃冷卻水迅速降溫。豆渣含量范圍0%、30%、45%、60%，固定谷朊粉添加比例為35%，按比例添加大豆分離蛋白，混合均勻，獲得4組原料。擠壓時調整物料體系水分至50%、55%、60%，擠壓溫度分別為130、140、150℃，析因設計A（4×3×3），獲得36組含豆渣組織蛋白樣品。每次調整操作參數(shù)后需當擠壓機各項參數(shù)穩(wěn)定后才可均勻取樣，擠壓產(chǎn)品自然冷卻，一式兩份。

1.3.2膳食纖維的測定方法

膳食纖維測定方法GB/T 5009.88-2008《食品中膳食纖維的測定》（酶重量法）；蛋白質測定方法GB 5009.5-2010《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》；灰分測定方法GB 5009.4-2010《食品安全國家標準食品中灰分的測定》。

1.3.3數(shù)據(jù)分析

采用SPSS16.0進行數(shù)據(jù)處理和分析。

2　結果與分析

2.1豆渣含量對組織化蛋白中膳食纖維的影響

圖1表示豆渣含量對組織化蛋白中膳食纖維的影響。

圖1　豆渣含量對組織化蛋白中膳食纖維的影響Fig.1　Effect of soybean residues content on dietary fiber in textured protein

從圖1中可以看出，隨著原料中豆渣含量增加，產(chǎn)品中的總膳食纖維（DF）、不溶性膳食纖維（IDF）及可溶性膳食纖維（SDF）的含量均顯著增加（P<0.05），當豆渣含量為60%時，產(chǎn)品中可溶性膳食纖維含量最高，為11.2 g/100 g。這是因為原料中主要的膳食纖維來源是豆渣，而大豆分離蛋白與谷朊粉中幾乎不含膳食纖維。

2.2物料水分對組織化蛋白中膳食纖維的影響

圖2代表物料水分對組織化蛋白中膳食纖維的影響。

圖2　物料水分對組織化蛋白中膳食纖維的影響Fig.2　Effect of moisture content on dietary fiber in textured protein

由圖2可知，物料水分增加，組織蛋白中總膳食纖維、不溶性膳食纖維及可溶性膳食纖維變化不顯著。其中不溶性膳食纖維隨著物料水分增加而略有增加，可溶性膳食纖維隨水分增加而略有降低的趨勢。這可能是因為，原料中水分含量增加，會導致物料在機筒內黏性下降，因此，擠壓機模頭壓力降低，影響了擠壓對纖維的降解程度所造成的。

2.3擠壓溫度對組織化蛋白中膳食纖維的影響

圖3代表擠壓溫度對組織化蛋白膳食纖維的影響。

圖3　擠壓溫度對組織化蛋白中膳食纖維的影響Fig.3　Effect of cooking temperature on dietary fiber in textured protein

由圖3可知，擠壓溫度對產(chǎn)品中總膳食纖維含量幾乎無影響。而擠壓溫度升高，產(chǎn)品不溶性膳食纖維略降低，而可溶性膳食纖維含量相應增加。這說明，擠壓溫度升高，會促進纖維降解，使不溶性膳食纖維轉化為可溶性膳食纖維。

2.4擠壓前后膳食纖維的變化

圖4～圖6代表擠壓前后組織蛋白中總膳食纖維、不溶性膳食纖維及可溶性膳食纖維的變化情況。

圖4　擠壓后組織蛋白中總膳食纖維的變化情況Fig.4　Changes of total dietary fiber in textured protein after extrusion

圖5　擠壓后組織蛋白中不溶性膳食纖維的變化情況Fig.5　Changes of insoluble dietary fiber in textured protein after extrusion

圖6　擠壓后組織蛋白中可溶性膳食纖維的變化情況Fig.6　Changes of soluble dietary fiber in textured protein after extrusion

從圖4中我們可以看出，當原料中添加豆渣后，原料及產(chǎn)品中總膳食纖維含量顯著增加，而經(jīng)過擠壓后，產(chǎn)品中總膳食纖維含量與擠壓前幾乎不變。從圖5中可知，擠壓后產(chǎn)品中不溶性膳食纖維含量均較擠壓前有所降低。且豆渣含量為30%時，不溶性膳食纖維降低最多，隨豆渣含量增加，不溶性膳食纖維降解越少。從圖6中可知，擠壓后產(chǎn)品中可溶性膳食纖維均較擠壓前增加。豆渣含量為30%時，可溶性膳食纖維增加最多，增量為2.2%，這與不溶性膳食纖維降解及轉化是相對應的。

2.5擠壓條件及組織化蛋白中膳食纖維的相關性分析

表2表示擠壓條件及組織化蛋白中膳食纖維的相關系數(shù)。

表2　擠壓條件及組織化蛋白中膳食纖維的相關系數(shù)Table 2　Correlation coefficient among extruder parameters and dietary fiber

表2結果表明，物料水分與擠壓溫度與組織化蛋白中總膳食纖維、不溶性膳食纖維及可溶性膳食纖維無顯著相關性。而豆渣含量與組織化蛋白中總膳食纖維、不溶性膳食纖維及可溶性膳食纖維均呈高度正相關（r=0.996，0.994，0.984；P<0.01）；總膳食纖維與不溶性膳食纖維及可溶性膳食纖維均呈高度正相關（r= 0.997，0.989；P<0.01）；不溶性膳食纖維與可溶性膳食纖維呈高度正相關（r=0.975；P<0.01）。說明，在考察的豆渣含量，物料水分及擠壓溫度的操作范圍內，豆渣對于產(chǎn)品中膳食纖維的影響最為顯著，而物料水分與擠壓溫度幾乎無影響。

3　討論

豆渣膳食纖維的水溶性成分很低（2%～3%），大大低于美國學者Richard E和Donald J提出的可溶性纖維（SDF）占總膳食纖維含量的10%以上才是較適宜的膳食纖維構成[3]。

擠壓提高膳食纖維水溶性的影響因素有擠壓溫度、螺桿轉速、物料含水量、物料粒度、進料速度、物料酸堿性、擠壓機類型、原料種類等。要保證擠出過程的穩(wěn)定及順利進行，加水量、螺桿轉速、擠出溫度等各個因素之間要協(xié)調。

金茂國等用雙螺桿擠壓機對干燥豆渣進行擠壓，發(fā)現(xiàn)在雙螺桿擠壓中，螺桿轉速對可溶性膳食纖維影響最大，其次為物料水分和擠壓溫度[4]。鄭建仙等采用雙螺桿擠壓機對不同粒度蔗渣進行纖維改性，經(jīng)擠壓后可溶性膳食纖維顯著提高[5]。劉金霞等[6]采用雙螺桿低水分擠壓小麥膳食纖維，可溶性膳食纖維提高。易文芝等以玉米粉、大米粉和豆渣粉為原料，用雙螺桿擠壓機擠壓膨化，認為豆渣添加量為8%情況下，擠壓后可溶性膳食纖維含量隨溫度的升高而增加，但增加不顯著，本研究結果與其一致[7]。婁海偉等研究認為，當物料水分為10%～40%之間，可溶性膳食纖維含量隨物料水分增加而增加，當物料水分為25%時，豆渣可溶性膳食纖維最好，但繼續(xù)增加物料水分，可溶性膳食纖維降低[8]。大多數(shù)報道物料擠壓后SDF變化明顯，但少數(shù)研究表明擠壓對SDF含量影響較小，主要是由擠壓條件造成，在輕度或者中度的擠壓條件下，擠壓蒸煮沒有顯著改變膳食纖維含量，在更加劇烈的擠壓條件下，水溶性膳食纖維含量趨于增加[9-10]。但當條件太劇烈時，易造成SDF結構的破壞，不利于SDF含量的提高[11]。以上研究均為在低水分條件下，擠壓膨化工藝對產(chǎn)品可溶性膳食纖維含量的影響。

本研究采用的是高濕擠壓技術，物料水分高于50%，此時，豆渣添加量是影響產(chǎn)品中可溶性膳食纖維的主要因素，而物料水分和擠壓溫度在考察的范圍內對產(chǎn)品可溶性膳食纖維影響不大，不過也遵循一定的規(guī)律，物料水分增加，可溶性膳食纖維降低，擠壓溫度升高，可溶性膳食纖維含量增加。

物料中的水分一方面調節(jié)物料的濕潤程度、物料形變特性以及物料的輸送特性，另一方面，物料水分影響機筒內壓力、摩擦力及剪切力大小。物料水分增加使物料形變性和輸送特性增強，降低機筒內壓力、摩擦力及剪切力，使物料在機筒內停留時間縮短，不利于纖維分子斷裂，因此，不溶性膳食纖維轉化為低分子量水溶性膳食纖維的程度降低。而物料水分低有利于可溶性膳食纖維的提高。本研究物料水分為50%以上，因此認為，在高水分條件下，機筒內壓力及剪切力降低，導致不溶性膳食纖維降解程度降低，表現(xiàn)為產(chǎn)品中可溶性膳食纖維含量降低。

擠壓溫度是影響擠壓效果的重要因素。擠壓過程是高溫高剪切過程，在這一過程中，物料溫度隨擠壓溫度升高，機筒內壓力增加，剪切力增加，不溶性膳食纖維發(fā)生熱力分解，導致纖維高聚物糖苷鍵斷裂，形成可溶性微粒，實現(xiàn)IDF（纖維素、半纖維素、木質素、不溶性果膠等）向SDF的轉變[12]。Redgwell等研究柑橘的擠壓改性，發(fā)現(xiàn)擠壓后可溶性柑橘纖維單糖成分中糖醛酸（果膠指示物）含量的增高，表明擠壓過程果膠物質的增溶，而甘露糖和葡萄糖的增加表明了細胞壁中半纖維素聚合物結構的降解。并且對擠壓后的SDF進行化學分餾后，發(fā)現(xiàn)擠壓條件相對溫和的情況下能引起半纖維素的增溶，而條件劇烈的情況下可能引起纖維素的降解[13]。Onyango報道，擠壓過程SDF的增加是IDF片段增溶的結果，細胞壁中木質纖維素鏈的斷裂，導致低分子可溶性片段的形成[14]。Zarzyck等報道這種方式形成的可溶性膳食纖維保持有不溶性片段的化學結構，擠壓形成的可溶性片段并不完全具有本來可溶性片段的性質[15]。擠壓機筒溫度高，傳遞給物料的熱量多，物料升溫幅度大，有利于膳食纖維分子的化學鍵斷裂，親水性增加。但有研究認為，擠壓溫度過高，超過170℃，豆渣在機筒中焦糊，堆積成塊堵塞機筒，可溶性膳食纖維含量急劇下降[16]。

同時，在高溫條件下，部分C-O鍵和C-C鍵也斷裂，并產(chǎn)生一些新的產(chǎn)物和低分子揮發(fā)性化合物，提高溶解性[17]。本研究中，擠壓溫度升高，可溶性膳食纖維含量略有增加，這可能是因為擠壓溫度升高，化學鍵斷裂程度逐漸增強，因此，分子降解量和親水性集團暴露量增多，轉化為低分子質量的水溶性聚合物增多，表現(xiàn)為產(chǎn)品中可溶性膳食纖維含量增加。

4　結論

豆渣可有效改善組織化蛋白產(chǎn)品的膳食纖維含量，使組織化蛋白營養(yǎng)更加均衡，滿足人們對膳食纖維的需求。在高水分條件下，物料水分增加，不利于不溶性膳食纖維降解，產(chǎn)品可溶性膳食纖維含量降低，而擠壓溫度升高，促進不溶性膳食纖維降解，產(chǎn)品可溶性膳食纖維增加。同時，擠壓后，產(chǎn)品中可溶性膳食纖維含量有所增加。

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.24.005

收稿日期：2014-07-10

基金項目：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系建設專項資金（CARS-04）

作者簡介：張嵐（1980—），女（漢），講師，博士，研究方向：生物反應器與功能性食品。

*通信作者

Effect of High-moisture Extrusion on Dietary Fiber in Textured Protein Made from Soybean Residues

ZHANG Lan1，JIN Si-wen2，YU Han-song3，LIU Jun-mei3，PIAO Chun-hong3，WANG Yu-hua3，HU Yao-hui3，*
（1.College of Public Health，Jilin Medical College，Jilin 132013，Jilin，China；2.Ji'an Center for Disease Control and Prevention，Ji'an 134200，Jilin，China；3.College of Food Science and Engeering，Jilin Agricultral University，Changchun 130118，Jilin，China）

Abstract：The effects of extruding operating conditions on dietary fiber in textured protein made from soybean residues were analyzed，and theoretical basis of evaluation on nutritional characteristics of high dietary fiber textured protein that made by high-moisture extrution was provided.Soybean residues as main raw material，textured protein was produced by twin-screw extruder under the condition of soybean residues content（0%-60%），moisture content（50%-60%），cooking temperature（130℃-150℃）.Total dietary fiber，insoluble dietary fiber and soluble dietary fiber content of textured protein were determined by enzyme-weight method，the changes of dietary fiber content were compared before and after extrusion，and the effects of extrusion conditions on the content of soluble dietary fiber were analyzed.The results showed that content of dietary fiber in textured protein increased significantly（P<0.05）with improving of the soybean residues.Moisture content did not favor the degradation of insoluble dietary fiber，however，the cooking temperature could promote the degradation of insoluble dietary fiber.Textured protein，contains soybean residues was rich in protein and dietary fiber，high-moisture extrusion could improve the soluble dietary fiber content in the product.

Key words：high-moisture extrusion；soybean residues；textured protein；soluble dietary fiber