“黔豆9號(hào)”大豆分離蛋白制備復(fù)合蛋白粉

王洪波，劉彤，范宇遙，易鋒，姚品

貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院（貴陽(yáng) 550025）

大豆分離蛋白是大豆中富含的一種不含膽固醇且蛋白質(zhì)含量在90%以上的植物蛋白，具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高與有益于人體健康兩大優(yōu)點(diǎn)[1]。其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高體現(xiàn)在可有效補(bǔ)充人體所需的蛋白質(zhì)，比其他種類的蛋白質(zhì)更容易被人體消化吸收，并且消化率93%～97%[2-4]。另一方面，其有益于人體健康的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：可幫助免疫系統(tǒng)制造對(duì)抗細(xì)菌和感染的抗體，快速補(bǔ)充人體免疫細(xì)胞，增強(qiáng)人體自身免疫力[5-6]；具有低脂、降低膽固醇、降血糖及促進(jìn)鈣元素吸收等功效[7-11]。因此，大豆分離蛋白，由于其自身的營(yíng)養(yǎng)成分及其低廉的成本，在食用蛋白質(zhì)市場(chǎng)上占據(jù)較大份額，其相關(guān)產(chǎn)品也因此成為優(yōu)先選擇的基本保健食品，是植物蛋白中為數(shù)不多的可替代動(dòng)物蛋白的品種之一[12]。

“黔豆9號(hào)”是貴州省油料研究所培養(yǎng)的一個(gè)能有效適應(yīng)貴州本地氣候與土壤條件的大豆品種，具有產(chǎn)量高且富含優(yōu)質(zhì)高蛋白的特點(diǎn)[13]，因此，試驗(yàn)的復(fù)合蛋白粉主要原料選用由該品種大豆制成的大豆分離蛋白制備。通過(guò)對(duì)大豆分離蛋白用量、進(jìn)料速度、出口溫度及卵磷脂添加量4個(gè)影響因素進(jìn)行設(shè)計(jì)，運(yùn)用響應(yīng)面法對(duì)復(fù)合蛋白粉生產(chǎn)條件進(jìn)行優(yōu)化，以期得到各影響因素間的定量數(shù)學(xué)模型，以及各因素交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響，得到較優(yōu)的工藝路線與工藝參數(shù)，對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆分離蛋白（貴州省油料研究所“黔豆9號(hào)”大豆中分離提?。?；乳清蛋白（食品級(jí)，山東德佳生物科技有限公司）；卵磷脂（食品級(jí)，江蘇輝耀生物工程有限公司）；鹽酸、濃硫酸、氫氧化鈉、乙醇等（均為分析純，西安天茂化工有限公司）。

FDY-600型實(shí)驗(yàn)室有機(jī)溶劑噴霧干燥機(jī)（湖南科業(yè)電子有限公司）；TG-1850型臺(tái)式離心機(jī)（四川蜀科儀器有限公司）；HDK-36型高速均質(zhì)機(jī)（四川仁科儀器有限公司）；MF-2型恒溫水浴鍋（泉州市銳捷設(shè)備有限公司）；722-S型可見(jiàn)分光光度計(jì)（上?，F(xiàn)科分光儀器有限公司）；PSG-25L型電熱鼓風(fēng)干燥箱（廣西富聚儀器設(shè)備有限公司）；HU-P20型電子天平（深圳貝爾絲精密儀器廠）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 復(fù)合蛋白粉的制備方法

將大豆分離蛋白和乳清蛋白按照一定比例進(jìn)行復(fù)配，使用恒溫水浴鍋控制溫度，添加穩(wěn)定劑得到初步溶液，向上述溶液中加入液態(tài)卵磷脂，卵磷脂添加量按照單因素及響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，用電子天平稱量后對(duì)應(yīng)加入。將所得溶液進(jìn)行混合調(diào)配，用高速均質(zhì)機(jī)進(jìn)行均質(zhì)處理，均質(zhì)時(shí)間10 min，使均質(zhì)后的溶液混合均一。用噴霧干燥機(jī)對(duì)均質(zhì)后的溶液進(jìn)行干燥，其后將干燥后的產(chǎn)品進(jìn)行冷卻、篩粉、滅菌處理，經(jīng)驗(yàn)收后得到成品。

1.2.2 復(fù)合蛋白粉制備工藝路線

1.2.3 單因素試驗(yàn)

以復(fù)合蛋白粉溶解度和感官評(píng)分為指標(biāo)，其他處理?xiàng)l件一致，分別考察大豆分離蛋白用量（55%，60%，65%，70%和75%），進(jìn)料速度（35，40，45，50和55 mL/min），出口溫度（70，75，80，85和90 ℃）；卵磷脂添加量（0.5%，1.0%，1.5%，2.0%和2.5%）對(duì)復(fù)合蛋白粉制備工藝的影響，其中大豆分離蛋白用量以其占大豆分離蛋白與乳清蛋白總質(zhì)量百分比來(lái)表示，卵磷脂添加量以其占大豆分離蛋白質(zhì)量百分比表示；進(jìn)料速度為復(fù)合蛋白粉均質(zhì)處理后，進(jìn)入噴霧干燥機(jī)的速度；出口溫度為復(fù)合蛋白粉從噴霧干燥機(jī)出來(lái)時(shí)的溫度。

1.2.4 響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken試驗(yàn)方案，選取大豆分離蛋白用量、進(jìn)料速度、出口溫度及卵磷脂添加量為自變量，分別以A，B，C和D表示，以復(fù)合蛋白粉感官評(píng)分為響應(yīng)值，分析復(fù)合蛋白粉的溶解度，設(shè)計(jì)四因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)以優(yōu)化制備工藝。響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平如表1所示。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表

1.2.5 復(fù)合蛋白粉的感官評(píng)價(jià)

感官鑒評(píng)員的篩選和培訓(xùn)依據(jù)GB/T 16291.1—2012標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。感官評(píng)價(jià)員按照表2的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)制備出的復(fù)合蛋白粉進(jìn)行打分（以15名感官評(píng)價(jià)員所給出分?jǐn)?shù)的算術(shù)平均值作為最終得分），評(píng)價(jià)結(jié)果如表3所示。

表2 復(fù)合蛋白粉感官評(píng)價(jià)表

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合蛋白粉生產(chǎn)工藝優(yōu)化的單因素試驗(yàn)

2.1.1 大豆分離蛋白用量對(duì)復(fù)合蛋白粉溶解度和感官評(píng)分的影響

如圖1所示，隨著大豆分離蛋白用量增加，復(fù)合蛋白粉溶解度與感官評(píng)分均出現(xiàn)先升高后下降趨勢(shì)。大豆分離蛋白用量60%時(shí)，復(fù)合蛋白粉的溶解度最大，達(dá)到88.19%，并且此時(shí)其感官評(píng)分也為最高分，為88.24分，復(fù)合蛋白粉品質(zhì)最好，說(shuō)明溶解度與感官得分有較強(qiáng)相關(guān)性。大豆分離蛋白用量55%時(shí)，復(fù)合蛋白粉的溶解度和感官評(píng)分均較低，這是由于此時(shí)大豆分離蛋白含量較低，導(dǎo)致集粉率較小。隨著大豆分離蛋白用量不斷增加，蛋白分子溶出率也不斷升高。大豆分離蛋白用量超過(guò)60%時(shí)，物料黏度較大，分子擴(kuò)散速率降低，蛋白分子溶出率降低，導(dǎo)致集粉率下降，蛋白粉掛壁較多且有焦糊味。

2.1.2 進(jìn)料速度對(duì)復(fù)合蛋白粉溶解度和感官評(píng)分的影響

如圖2所示，復(fù)合蛋白粉溶解度和感官評(píng)分均隨進(jìn)料速度增加，呈現(xiàn)先升高后下降趨勢(shì)。進(jìn)料速度35mL/min時(shí)，此時(shí)由于進(jìn)料速率較低，物料在噴霧干燥時(shí)受熱程度較高，使得復(fù)合蛋白粉容易產(chǎn)生焦糊、掛壁現(xiàn)象[14]，使得此時(shí)復(fù)合蛋白粉的溶解度和感官評(píng)分均處于較低水平；進(jìn)料速度45 mL/min時(shí)，復(fù)合蛋白粉的溶解度和感官評(píng)分均達(dá)到了最高值，分別為87.23%和88.36分。在進(jìn)料速度45～55 mL/min，其溶解度下降幅度較小，進(jìn)料速度55 mL/min時(shí)，復(fù)合蛋白粉的溶解度和感官評(píng)分均有所下降，這是因?yàn)榇藭r(shí)進(jìn)料速率較高，噴霧干燥時(shí)物料受熱程度較低，導(dǎo)致其水分偏高，掛壁現(xiàn)象較明顯，沖調(diào)性能差。

圖1 大豆分離蛋白用量對(duì)復(fù)合蛋白粉溶解度和感官評(píng)分的影響

圖2 進(jìn)料速度對(duì)復(fù)合蛋白粉溶解度和感官評(píng)分的影響

2.1.3 出口溫度對(duì)復(fù)合蛋白粉溶解度和感官評(píng)分的影響

如圖3所示，出口溫度逐漸上升過(guò)程中，復(fù)合蛋白粉的溶解度和感官評(píng)分均呈現(xiàn)先升高后下降的變化趨勢(shì)出口溫度85 ℃時(shí)，溶解度和感官評(píng)分達(dá)到最大，分別為88.13%和86.24分。究其原因，大豆蛋白在較高出口溫度時(shí)能夠充分變性，蛋白質(zhì)的溶解性也會(huì)得到提高，同時(shí)，大豆蛋白和脂質(zhì)的結(jié)合率提升，從而形成為完善的網(wǎng)絡(luò)，提高復(fù)合蛋白粉的保水性，因此開(kāi)始時(shí)隨著出口溫度不斷提高，蛋白粉的保水性也不斷提高，出口溫度80～85 ℃時(shí)，其持水性能較好。但是當(dāng)出口溫度過(guò)高，超過(guò)臨界值時(shí)，會(huì)產(chǎn)生褐變、蛋白質(zhì)聚集等現(xiàn)象，從而對(duì)復(fù)合蛋白粉的溶解度和感官得分產(chǎn)生不利影響。

圖3 出口溫度對(duì)復(fù)合蛋白粉溶解度和感官評(píng)分的影響

2.1.4 卵磷脂添加量復(fù)合蛋白粉溶解度和感官評(píng)分的影響

如圖4所示，隨著卵磷脂添加量增加，復(fù)合蛋白粉溶解度呈增加趨勢(shì)，感官評(píng)分呈先升高后下降趨勢(shì)，可見(jiàn)復(fù)合蛋白粉的感官評(píng)分受卵磷脂添加量一定程度影響。卵磷脂添加量1.0%時(shí)，感官評(píng)分為最高值（87.41分），這是由于此時(shí)復(fù)合蛋白粉溶解迅速且沒(méi)有粉團(tuán)形成，同時(shí)聞不到卵磷脂氣味，能夠達(dá)到較好試驗(yàn)效果[15]。隨著卵磷脂添加量增大，復(fù)合蛋白粉色澤變差，逐漸變黃，產(chǎn)生異味，從而使感官評(píng)分降低。

圖4 卵磷脂添加量對(duì)復(fù)合蛋白粉溶解度和感官評(píng)分的影響

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.2.1 模型建立及方差分析

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken的中心原理進(jìn)行試驗(yàn)，以大豆分離量蛋白用量（A）、進(jìn)料速度（B）、出口溫度（C）及卵磷脂添加量（D）4個(gè)因素作為自變量，以感官評(píng)分為響應(yīng)值，同時(shí)對(duì)復(fù)合蛋白粉的溶解度進(jìn)行了分析，采用四因素三水平的中心組合試驗(yàn)對(duì)制備工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果

2.2.2 復(fù)合蛋白粉感官評(píng)分的優(yōu)化

2.2.2.1 方差分析

應(yīng)用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)表3的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元回歸擬合分析，得到復(fù)合蛋白粉感官評(píng)分對(duì)大豆分離量蛋白用量（A）、進(jìn)料速度（B）、出口溫度（C）及卵磷脂添加量（D）4個(gè)因素的回歸方程：Y2=95.35-1.61A+0.12B-1.66C+0.19D-1.46AB-0.71AC+0.30AD-0.91BC-1.74BD+0.32CD-2.76A2-2.56B2-4.91C2-4.78D2。

響應(yīng)面方差分析結(jié)果如表4所示。由表4可得，響應(yīng)面模型p＜0.000 1，表明該模型極顯著，失擬項(xiàng)p=0.460 9，其數(shù)值＞0.05，模型的失擬項(xiàng)不顯著，說(shuō)明模型選擇與實(shí)際相符。相關(guān)系數(shù)R2=0.994 3，矯正相關(guān)系數(shù)=0.988 7，說(shuō)明復(fù)合蛋白粉感官評(píng)分試驗(yàn)測(cè)量值和預(yù)測(cè)值之間的擬合程度較好，可用此模型分析預(yù)測(cè)復(fù)合蛋白粉感官評(píng)分的具體情況。通過(guò)對(duì)該模型的方差分析表進(jìn)行顯著性分析可知：AC、AB、AC、BC、BD、A2、B2、C2、D2屬于對(duì)響應(yīng)值感官評(píng)分影響極顯著的因素。由F值可知，4個(gè)因素對(duì)復(fù)合蛋白粉感官評(píng)分的影響順序從大到小依次為出口溫度（C）＞大豆分離蛋白用量（A）＞卵磷脂添加量（D）＞進(jìn)料速度（B）。

表4 感官評(píng)分為響應(yīng)值的回歸模型方差分析

2.2.2.2 響應(yīng)面分析

應(yīng)用Design-Expert 8.0.6軟件繪制相應(yīng)的響應(yīng)面曲線圖并對(duì)其進(jìn)行分析，探究大豆分離蛋白用量、進(jìn)料速度、出口溫度及卵磷脂添加量之間的交互作用及最優(yōu)點(diǎn)，結(jié)果如圖5～圖8所示。

以復(fù)合蛋白粉感官評(píng)分為響應(yīng)值的響應(yīng)面圖可以直觀清晰的反應(yīng)響應(yīng)值受各因素交互作用的影響情況，結(jié)合圖5～圖8及表4的方差分析得出，大豆分離蛋白用量和出口溫度對(duì)感官評(píng)分的影響極顯著（p＜0.01），進(jìn)料速度和卵磷脂添加量對(duì)感官評(píng)分的影響不顯著（p＞0.05）。經(jīng)分析可知，對(duì)復(fù)合蛋白粉感官評(píng)分影響顯著的交互作用是大豆分離蛋白用量和進(jìn)料速度、大豆分離蛋白用量和出口溫度、進(jìn)料速度和出口溫度、進(jìn)料速度和卵磷脂添加量，其響應(yīng)面圖如圖5～圖8所示。以感官評(píng)分為指標(biāo)，應(yīng)用響應(yīng)面分析軟件得到復(fù)合蛋白粉最佳制備工藝為大豆分離蛋白用量59.29%、進(jìn)料速度40.54 mL/min、出口溫度84.67 ℃、卵磷脂添加量1.12%，該工藝條件下的復(fù)合蛋白粉感官評(píng)分最高，為95.31分。

圖5 大豆分離蛋白用量與進(jìn)料速度交互作用對(duì)復(fù)合蛋白粉感官評(píng)分的影響

圖6 大豆分離蛋白用量與出口溫度交互作用對(duì)復(fù)合蛋白粉感官評(píng)分的影響

圖7 進(jìn)料速度與出口溫度交互作用對(duì)復(fù)合蛋白粉感官評(píng)分的影響

圖8 進(jìn)料速度與卵磷脂添加量交互作用對(duì)復(fù)合蛋白粉感官評(píng)分的影響

2.2.3 復(fù)合蛋白粉最佳制備工藝條件的驗(yàn)證

在考慮到實(shí)際操作的情況下，將制備工藝修正為大豆分離蛋白用量59%、進(jìn)料速度41 mL/min、出口溫度85 ℃、卵磷脂添加量1.1%，并進(jìn)行5次平行驗(yàn)證試驗(yàn)（均參照修正后的參數(shù)），得到的溶解度分別為90.45%，91.23%，90.73%，91.64%和90.18%，平均溶解度為90.85%，得到的感官評(píng)分分別為94.87，95.32，94.56，95.42和95.05分，平均感官評(píng)分為95.04分，實(shí)際值與預(yù)測(cè)值相對(duì)誤差在可接受范圍內(nèi)，說(shuō)明采用響應(yīng)面法優(yōu)化復(fù)合蛋白粉制備工藝可行，具有指導(dǎo)意義。

3 結(jié)論

試驗(yàn)探索貴州生產(chǎn)的“黔豆9號(hào)”大豆分離蛋白制備復(fù)合蛋白粉工藝，以提高“黔豆9號(hào)”大豆的產(chǎn)品附加值，提升當(dāng)?shù)鼐用袷杖?，為?guó)家“脫貧攻堅(jiān)”戰(zhàn)略貢獻(xiàn)力量。運(yùn)用單因素及響應(yīng)面法Box-Behnken等方法，優(yōu)化工藝配方與參數(shù)，得到復(fù)合蛋白粉最優(yōu)工藝配方與參數(shù)為大豆分離蛋白用量59%、進(jìn)料速度41 mL/min、出口溫度85 ℃、卵磷脂添加量1.1%，在此工藝條件下，復(fù)合蛋白粉溶解度為90.85%，感官評(píng)分為95.04分。