大豆蛋白復配擠壓工藝優(yōu)化研究

樊 炯，馬駿驊，張慧恩，曹少謙，戚向陽，楊 華

（浙江萬里學院生物與環(huán)境學院，浙江寧波 315100）

大豆（Glycine max（L）. Merril）l，屬于蝶形花科、大豆屬，原產(chǎn)于我國，人們通常稱其為“黃豆”，與蠶豆、豌豆同屬豆科植物。在我國新石器時代，便有大規(guī)模種植大豆的記載，古代詩歌集《詩經(jīng)》 中，已經(jīng)有“蓺之荏菽、荏菽旆旆”的記載。同時，大豆具有很高的營養(yǎng)價值，我國種植的大豆蛋白質(zhì)含量為40%～50%，是理想的蛋白質(zhì)來源，除蛋氨酸和半胱氨酸比聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO） 推薦值稍低外，其他氨基酸組成基本平衡，為完全蛋白[1]。

大豆及其制品含有豐富的大豆蛋白和營養(yǎng)，但不含肉類食品的高油高脂，不會像肉類膳食由于攝入量過高而導致肥胖、心腦血管等疾病發(fā)生的反作用。近年來，各領(lǐng)域的新型技術(shù)不斷涌現(xiàn)，能給予大豆蛋白有類似瘦肉的纖維質(zhì)感和良好的咀嚼度；經(jīng)過組織化加工也能使大豆蛋白呈現(xiàn)干燥的狀態(tài)，這對減少微生物含量、延長貨架期有著重要作用[2]。對大豆和大豆蛋白及其質(zhì)構(gòu)特性的研究極具有理論和實踐意義，了解不同種蛋白在蛋白質(zhì)含量、組分和結(jié)構(gòu)上的差異，這對于大豆產(chǎn)品開發(fā)的物料選擇有重要的指導價值[3]。

大豆蛋白是以低溫豆粕為原料，豆粕是大豆油脂工業(yè)中胚料經(jīng)過浸出脫溶后的產(chǎn)物，蛋白質(zhì)含量一般為40%～60%[4]。像大豆分離、組織蛋白由分離提取制得的此類新型制品與動物蛋白相比有著不少優(yōu)點，如不含膽固醇，雖然含有的甲硫氨酸少，但其存在的異黃酮是生理活性物質(zhì)，可以降低膽固醇。大豆蛋白也有缺點：不耐高溫、氣味怪（100 ℃就會破壞大豆蛋白的性質(zhì)，從而導致營養(yǎng)流失）。

最常見的大豆蛋白產(chǎn)品是在肉制品中的應用。酸堿的處理會使大豆蛋白的親水基團與疏水基團變得緊密，導致三、四級結(jié)構(gòu)變化，使其具有獨特的保水性、持水性和乳化性。這類特性很適合應用于肉制品加工制作[5-8]。

在乳制品中的應用。澳大利亞等國使用特殊大豆分離蛋白來代替奶粉、非奶飲品和其他乳品等。幾乎不含膽固醇而且營養(yǎng)均衡，是替代嬰兒食品的理想選擇[9-11]。此外，大豆蛋白還有乳化、凝膠等特性，在咖啡奶油和甜品中效果顯著，其次在酸乳酪產(chǎn)品中，還可以代替脫脂奶粉和酪素鈉[12]。

在營養(yǎng)食品方面的應用。英國、中東等國家為嬰兒、病人和運動員提供了各種營養(yǎng)食品。將大豆蛋白、調(diào)味料和其他維生素按不同比例和攝取量，添加并分配給需要的不同群體，得到了很好的反饋。國外研究發(fā)現(xiàn)，大豆蛋白用于米粉中再經(jīng)酶類物質(zhì)MTGase 處理，不僅可以增加產(chǎn)品的黏附性和彈性，而且增加了氨基酸的含量，提高產(chǎn)品品質(zhì)與風味，如應用到蛋糕中還能提高含水量、降低硬度。

研究大豆蛋白復配后以質(zhì)構(gòu)為指標的擠壓參數(shù)工藝，即大豆分離蛋白、谷朊粉、豆粕和玉米淀粉不同添加量下制作的成品，使用質(zhì)構(gòu)儀測其硬度、彈性、咀嚼性、膠黏性、黏著性，再進行正交試驗，通過極差分析得到最優(yōu)工藝配方。

1 材料與方法

1.1 材料

大豆分離蛋白，山東嘉華保健品股份有限公司提供；谷朊粉，山東渠風食品科技有限公司提供；玉米淀粉，山東恒仁工貿(mào)有限公司提供；豆粕，山東御馨生物科技有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

TN65-V 型雙螺桿膨化機，濟南泰諾機械有限公司產(chǎn)品；攪拌機，廣東錦華泰包裝機械有限公司產(chǎn)品；剪切機，濟南泰諾機械有限公司產(chǎn)品；WF-20 型粉碎機，江陰市康和機械制造有限公司產(chǎn)品；烘箱，濟南泰諾機械有限公司產(chǎn)品；TMS—Touch 型物性測定儀、TMS—Touch 型質(zhì)構(gòu)儀，美國FTC 公司產(chǎn)品；金屬異物檢測機，東莞市超強電子科技有限公司產(chǎn)品；PL2002 型電子分析天平，梅特勒-托利多儀器（上海） 有限公司產(chǎn)品；DHG-9140A 型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海申賢恒溫設(shè)備廠產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

擠壓原料調(diào)配（大豆蛋白、谷朊粉、豆粕、玉米淀粉） →擠壓→干燥→冷卻→質(zhì)構(gòu)檢測。

1.3.2 單因素試驗設(shè)計

在固定參數(shù)下進行擠壓，試驗選取4 個主要影響因素作為研究對象，分別為大豆蛋白添加量、谷朊粉添加量、玉米淀粉添加量和豆粕添加量進行單因素試驗。

（1） 大豆蛋白添加量變化（其他原料的添加量暫定為谷朊粉25%，玉米淀粉10%，豆粕15%），調(diào)整大豆蛋白添加量分別為30%，35%，40%，45%，50%。

（2） 谷朊粉添加量變化（其他原料的添加量暫定為大豆蛋白40%，玉米淀粉10%，豆粕15%），調(diào)整谷朊粉添加量分別為15%，20%，25%，30%，35%。

（3） 玉米淀粉添加量變化（其他原料的添加量暫定為大豆蛋白40%，谷朊粉25%，豆粕15%），調(diào)整玉米淀粉添加量分別為5%，10%，15%，20%，25%。

（4） 豆粕添加量變化（其他原料的添加量暫定為大豆蛋白40%，谷朊粉25%，玉米淀粉10%），調(diào)整豆粕添加量分別為5%，10%，15%，20%，25%。

1.3.3 樣品前處理

水浴40 ℃下，固定蒸餾水水量為1000 mL，將樣品復水60 min，排水瀝水5 min，除去表面毛刺，觀察樣品橫截面，無干燥硬核為完全浸泡。

1.3.4 質(zhì)構(gòu)特性測定方法

使用TMS—Touch 型物性測試儀，測定產(chǎn)品的硬度、黏附性、彈性、咀嚼性、膠黏性等[13-14]。采用物性測定儀在TPA 模式（P/1000） 下對組織化大豆蛋白質(zhì)構(gòu)特性進行測定，樣品置于物性測定儀測試臺中央，物性測定儀操作參數(shù)為1000 N（探頭），測試前速度40 mm/min，測試速度60 mm/min，測試后速度60 mm/min，下壓程度100%，間隔時間5 s，往復運動2 次[15-16]。每個樣品測3 次，取平均值。

硬度（hardness） 是最直接反映口感的一項指標，在質(zhì)地剖面分析中，直接影響咀嚼性、膠著性及凝聚性，可以反映肉類嫩度[17]，黏附性表示探頭向上移動需克服物體表面黏性阻力而作的功，數(shù)值越大，被測物黏性越大。彈性表示被測物在被壓沖后恢復到變形前的能力，即第2 次的壓沖程度與第1 次的比值，無量綱。

咀嚼性從數(shù)值上看，咀嚼性=硬度×膠凝性。

膠黏性從數(shù)值上看，膠凝性等同彈性聚結(jié)性。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 和SPSS 軟件進行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆分離蛋白添加量對質(zhì)構(gòu)特性的影響

根據(jù)1.3.2 中單因素試驗設(shè)計，研究大豆分離蛋白添加量對高水分擠壓組織化樣品的影響。

大豆分離蛋白添加量對產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)的影響見表1。

由表1 可知，大豆分離蛋白的添加直接影響到產(chǎn)品綜合質(zhì)構(gòu)特性，隨著大豆分離蛋白添加量的增加，擠壓產(chǎn)品的硬度、咀嚼性和膠黏性變化趨勢一致，即先升高后下降。硬度與咀嚼性數(shù)值在大豆分離蛋白添加量為40%時，達到最高值12.32 與29.20，產(chǎn)品成型明顯；當大豆分離蛋白添加量大于40%時，硬度與咀嚼性開始顯著降低，這是由于大豆分離蛋白中粗纖維含量相對較少，在一定的擠壓條件下，當添加量過多時，影響產(chǎn)品的硬度與咀嚼性。根據(jù)試驗初步確定大豆蛋分離白添加量的正交試驗范圍為35%～45%。

表1 大豆分離蛋白添加量對產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)的影響

2.2 谷朊粉添加量對質(zhì)構(gòu)的影響

根據(jù)1.3.2 中單因素試驗設(shè)計，試驗研究谷朊粉添加量對高水分擠壓組織化樣品的影響。

谷朊粉添加量對產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)的影響見表2。

表2 谷朊粉添加量對產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)的影響

由表2 可知，谷朊粉的添加對產(chǎn)品的硬度和咀嚼性影響比較大，同時產(chǎn)品的形態(tài)、膨化度有了明顯改觀。隨著谷朊粉添加量的增加，擠壓產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)特性變化趨勢，即先升高后下降，彈性與咀嚼性數(shù)值在谷朊粉添加量為30%時，達到最高值4.67 與27.82。硬度逐漸減小，綜合分析，谷朊粉是活性面筋，水溶后呈粉末狀[18-20]由于含有醇溶蛋白，富有黏性和膨脹性，故能提供延展性[21]，提高黏附性與膠黏性。初步確定谷朊粉添加量的正交試驗范圍為25%～35%。

2.3 玉米淀粉添加量對質(zhì)構(gòu)的影響

根據(jù)1.3.2 中單因素試驗設(shè)計，研究玉米淀粉添加量對高水分擠壓組織化樣品的影響。

玉米淀粉添加量對產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)的影響見表3。

表3 玉米淀粉添加量對產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)的影響

由表3 可知，添加玉米淀粉可在一定程度上改變產(chǎn)品的感官品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性[22]。玉米淀粉的添加能促進產(chǎn)品完整成型，但產(chǎn)品表面較粗糙。隨著玉米淀粉的增加，擠壓產(chǎn)品的硬度、咀嚼性和膠黏性變化趨勢一致，即先降低又上升后又降低，推測為玉米淀粉假塑性和不容易成型的特性，導致產(chǎn)品組織不穩(wěn)定。綜合分析，初步確定玉米淀粉添加量的正交試驗范圍為10%～20%。

2.4 豆粕添加量對質(zhì)構(gòu)的影響

根據(jù)1.3.2 中單因素試驗設(shè)計，研究豆粕添加量對高水分擠壓組織化樣品的影響。

豆粕添加量對產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)的影響見表4。

表4 豆粕添加量對產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)的影響

由表4 可知，產(chǎn)品的硬度、彈性、咀嚼性、膠黏性在10%～20%逐漸增加，硬度、彈性、黏附性、咀嚼性、膠黏性數(shù)值在豆粕添加量為20%時，達到最高值8.14，0.20，2.59，10.62，4.10；當添加量為25%時，擠出為大顆粒粉末，產(chǎn)品無法成型，這是由于豆粕中粗纖維含量相對較高；當添加量過多時，在一定的擠壓條件下影響產(chǎn)品的成型，豆粕為大豆榨油后的一種副產(chǎn)品[23]，其含有大豆異黃酮、大豆膳食纖維等，纖維物質(zhì)的添加可以增加產(chǎn)品的纖維感[24]。綜合分析，初步確定豆粕添加量的正交試驗范圍為10%～20%。

2.5 正交試驗設(shè)計與結(jié)果分析

在通過單因素試驗進行結(jié)果分析的基礎(chǔ)上，確定了正交試驗水平梯度范圍，進一步確定大豆分離蛋白、谷朊粉、玉米淀粉、豆粕等各原料的添加量。

正交試驗設(shè)計方案見表5，正交試驗結(jié)果見表6，正交因素與水平設(shè)計見表7。

表5 正交試驗設(shè)計方案/%

表6 正交試驗結(jié)果

表7 正交因素與水平設(shè)計/%

2.6 極差分析

極差分析是正交試驗中常用的分析方法，可以比較直觀地排列出影響試驗結(jié)果因素的主次[25-26]，找出最優(yōu)組合，通過極差分析能較為直觀清楚地將試驗數(shù)據(jù)的因素主次排列。

L9（34）正交試驗結(jié)果見表8，正交試驗極差分析結(jié)果見表9。

表8 L9（34）正交試驗結(jié)果

由表9 可知，4 個單因素變量中對大豆蛋白成品硬度的影響主次順序為B

表9 正交試驗極差分析結(jié)果

2.7 最佳工藝條件的確定

分析得最優(yōu)配方為大豆分離蛋白添加量35%，谷朊粉添加量35%，玉米淀粉添加量20%，豆粕添加量20%，與表5 正交試驗設(shè)計方案中第3 組正好相符。

3 結(jié)論

在大豆蛋白復配擠壓工藝中，大豆蛋白、谷朊粉、玉米淀粉及豆粕對擠壓產(chǎn)品品質(zhì)的影響顯著。大豆蛋白是成品的必備條件；谷朊粉有很好的延展性，為成品提供了較好的形態(tài)和膨化度；豆粕的添加促進了成品的纖維感官；玉米淀粉保持了產(chǎn)品的完整性和感官性。

經(jīng)四因素三水平的正交試驗設(shè)計及極差分析得到最優(yōu)配方為大豆蛋白添加量35%，谷朊粉添加量35%，玉米淀粉添加量20%，豆粕添加量20%。