（食品科学专业论文）大豆品种挤压组织化加工适用性研究.pdf

摘要 大豆品种挤压组织化加工适用性研究 食品科学专业硕士研究生董玲 指导教师周才琼教授 魏益民教授 摘要 高水分植物蛋白挤压组织化技术是国际上新兴的植物蛋白重组技术。产品具有组织化度高、质 地均匀、富有弹性和韧性、营养成分和生理活性成分损失少等优点。但高水分挤压组织化技术对原 料要求严格，一般以低变性的脱脂豆粕为原料。 本试验以东北三省1 8 个大豆品种为原料，以德国b r a d e n d e rd s e 一2 5 双螺杆挤压机为挤压组织 化设备，分析不同品种大豆籽粒品质、脱脂粉理化特性、大豆蛋白功能性以及它们与挤压组织化系 统参数、产品特性的相关关系，主要得出以下结论： ( i ) 挤压系统参数问，挤压产品色泽间，挤压产品质构间都表现出很好的相关性，为控制和 预测产品特性提供了很好的参考。系统参数间，除扭矩与s m e 、1 1 没有表现出显著相关性外，其 余系统参数问都呈极显著或显著相关。产品色泽间，l 与b ，a 与x e 之间均存在极显著正相关， ( l 和b ) 与( a + 和a e ) 之间均存在极显著或显著负相关关系。产品质构间，聚结性、硬度、咀 嚼度、粘着性呈极显著正相关；拉伸强度、横切力、纵切力呈极显著或显著正相关；拉伸强度与硬 度、咀嚼度呈极显著正相关；横切力与组织化度、弹性呈极显著或显著正相关；组织化度与弹性呈 极显著正相关，与硬度、咀嚼度、粘着性呈极显著或显著负相关；弹性与咀嚼度呈显著正相关；聚 结性、粘着性与吸水率呈显著负相关。 大豆原料理化特性对挤压产品特性影响较大，在进行挤压组织化时，除控制好操作参数外，还 应考虑原料的选择。选择蛋白含量相对较高，粗纤维和灰分含量低的大豆脱脂粉比较容易得到组织 化度好，弹性好，色泽明亮的产品。 ( 2 ) 大豆籽粒品质与脱脂粉理化特性存在一定相关性，研究籽粒品质与挤压组织化特性的关 系足可循的可为育种人提供参考。选择籽粒蛋白含量高，水溶性蛋白含量高，千粒重大，容重小 的籽粒品种可得到色泽明亮，组织化度好，弹性好的挤压组织化产品。此外，各籽粒品质间存在一 定相关性，在育种时还需要综合考虑各指标。 ( 3 ) 不同品种大豆蛋白功能性差异较大。功能性之间存在相关性，持水性与氮溶解指数( n s i ) 、 凝胶强度呈极显著负相关；黏度与乳化性星极显著正相关，与凝胶弹性呈显著正相关；凝胶强度与 两南大学硕十学位沦文 凝胶弹性呈显著正相关。 从功能性来看，选择氮溶解指数高，乳化性和黏度低，凝胶强度适中的大豆蛋白得到的挤压组 织化产品可能较好。 关键词：挤压组织化大豆籽粒品质脱脂粉理化特性大豆蛋白功能性 a b s t r a c t s t u d y o f a p p l i c a b i l i t yo n e x t r u s i o nt e x m r i z a t i o n p r o c e s s i n go fs o y b e a n v a r i e t i e s c a n d i d a t e ：d o n gl i n g t u t o r ：p r o f z h o uc a i q i o n g p r o f w - e iy i m i n a b s t r a c t h i g h - m o i s t u r ev e g e t a b l ep r o t e i ne x t r u s i o nt e c h n o l o g yi s an e wd e v e l o p m e n ta r e ai ne x t r u s i o n c o o k i n g ，w h i c hc a l ll l l a k ep r o d u c t s t h a ti m i t a t et h et e x t u r e ，t a s t e ，a n da p p e a r a n c eo fm e a tw i t hh i 【g h t e x t u r i z e dd e g r e e ，s p r i n g i n e s s ，a n dn u t r i t i o n a lv a l u e b u td e m a n d e dm a t e r i a li ss t r i c t g e n e r a l l y , l o w d e n a t u r a l i z e dd e f a t t e ds o y b e a nm e a li su s e da sr a wm a t e r i a l t h e18s o y b e a nv a r i e t i e sf r o mn o r t h e a s tc h i n aw e r es t u d i e d , u s i n gab r a b e n d e rd s e - 2 5 t w i n s c r e we x t r u d e r ，t oa n a l y s ek e r n e lq u a l i t yp r o p e r t i e so fs o y b e a n s ，p h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e so f d e , r e ds o ym e a la n df u n c t i o n a lp r o p e r t i e so fs o y b c a np r o t e i n t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h e ma n d e x t r u s i o nt e x m r i z a t i o np r o p e r t i e sw e r ea n a l y s e d t h ec o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h es y s t e mp a r a m e t e r s ，p r o d u c tc o l o ri n d e x e sa n dp r o d u c tt e x t u r ei n d e x e sw e r eh i g h l yc o r r e l a t e d t h i sc a np r o v i d eag o o dr e f e r e n c ef o rc o n t r o l i n ga n dp r e d i c t i o np r o d u c tp r o p e r t i e s e x c e p to ft o r q u e ， s m ea n dt 1 ，t h eo t h e rs y s t e mp a r a m e t e r sw e r ea l lh i g m ys i g n i f i c a n t l yo rs i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e d a b o u t p r o d u c tc o l o ri n d e x e s ，l a n db w a sv e r ys i g n i f i c a n t l yp o s i t i v e l yc o r r e l a t e d , a a n da e w a sv e r y s i g n i f i c a n t l yp o s i t i v e l yc o r r e l a t e d , t o o ( l a n db ) w e r ev e r ys i g n i f i c a n t l yo rs i g n i f i c a n t l yn e g a t i v e l y c o r r e l a t e dw i t h ( a a n da e ) a b o u tp r o d u c tt e x t u r ei n d e x e s ，c o h e s i v e u s s ，h a r d n e s s ，c h e w i n e s sa n d a d h e s i v n e s sw e r ev e r ys i g n i f i c a n t l yp o s i t i v e l yc o r r e l a t e d t h et e n s i b l eb r e a ks t r e n g t h , t r a n s v e r s ef o r c e a n dl o n g i t u d i n a lf o r c ew e r ev e r ys i g n i f i c a n t l yo rs i g n i f i c a n t l yp o s i t i v e l yc o r r e l a t e d t h et e n s i b l eb r e a k s t r e n g t hw a sv e r ys i g n i f i c a n t l yp o s i t i v e l yc o r r e l a t e dw i t hh a r d n e s sa n dc h e w i n e s s t h et r a n s v e r s ef o r c e w a sv e r ys i g n i f i c a n t l yo rs i g n i f i c a n t l yp o s i t i v e l yc o r r e l a t e dw i t ht e x t u r i z a t i o nd e g r e ea n ds p r i n g i n e s s t h et e x t u r i z a t i o nd e g r e ew a sv e r ys i g n i f i c a n t l yp o s i t i v e l yc o r r e l a t e dw i t hs p r i n g i n e s sa n dw a sv e r y s i g n i f i c a n t l y o rs i g n i f i c a n t l yn e g a t i v e l yc o r r e l a t e d 、i t hh a r d n e s s ，c h e w i n e s sa n da d h e s i v n e s s t h e s p r i n g i n e s sw a ss i g n i f i c a n t l yp o s i t i v ec o r r e l a t e d 谢也c h e w i n e s s t h ew a t e ra b s o r b i n gc a p a b i l i t yw a s s i g n i f i c a n t l yn e g a t i v e l yc o r r e l a t e d 、历t l lc o h e s i v e n e s sa n da d h e s i v n e s s t h ep h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e so fd e f a t t e ds o ym e a lh a dg r e a ti m p a c to ne x t r u s i o nt e x t u r i z a t i o n p r o d u c t sp r o p e r t i e s i nt h ec a s eo fc o n t r o l i n go p e r a t i o np a r a m e t e r s ，t h ec h o i c eo fe x t r u s i o nm a t e r i a lm u s t i t i 两南大学硕+ 学位论文 b ec o n s i d e r e d t h ed e f a t t e ds o ym e a lo fh i g hp r o t e i nc o n t e n t , l o wc r u d ef i b e ra n da s hc o n t e n tw i l lo w n e x t r u s i o np r o d u c t so fg o o dt e x m r i z a t i o nd e g r e e ，n i c es p r i n g i n e s s ，b r i g h tc o l o r ( 2 ) t h ek e r n e lq u a l i t yp r o p e r t i e so fs o y b e 孤1 sa n dp h y s i c o c h e r n i c a lp r o p e r t i e so fd e f a r e ds o ym e a l w e r ec o r r e l a t e d i tw a sr i g h tt or e s e a r c ht h er e l a t i o n s h i po ft h ek e r n e lq u a l i t yp r o p e r t i e so f s o y b e a r l sa n d t h ee x t r u s i o nt e x t u r i z a t i o np r o p e r t i e s i tc a np r o v i d e dag o o dr e f e r e n c ef o rb r e e d e rt h es o y b c a nv a r i e t i e s o fh i g h p r o t e i nc o n t e n t , h i g hw a t e r s o l u b l ep r o t e i nc o n t e n t , h i g h10 0 0 k e r n e lw e i g h t , l o wt e s tw e i g h tw i l l o w ne x t r u s i o nt e x t u r i z a t i o np r o d u c t so fg o o dt e x t u r i z a t i o n d e g r e e ，n i c es p r i n g i n e s s ，b r i g h tc o l o r i n a d d i t i o n , t h ek e r n e lq u a l i t yp r o p e r t i e so fs o y b e a n sw e r ec o r r e l a t e da n de v e r yi n d e xs h o u d b ew e l l c o n s i d e r e dd u r i n gb r e e d i n g ( 3 ) f u n c t i o n a lp r o p e r t i e so fd i f f e r e n t v a r i e t i e ss o y b e a np r o t e i nh a ds i g n i f i c a n td i s t i n c t n e s s f u n c t i o n a lp r o p e r t i e so fs o y b c a nw f f f ec o r r e l a t e d w a t e rh o l d i n gc a p a c i t yw a sv e r ys i g n i f i c a n t l y n e g a t i v e l yc o r r e l a t e dw i t hn i t r o g e ns o l u b l ei n d e x ( n s i ) a n dg e ls t r e n g t h v i s c o s i t yw a sv e r ys i g n i f i c a n t l y p o s i t i v e l yc o r r e l a t e dw i t he m u l s i f y i n ga b i l i t yi n d e xa n dw a ss i g n i f i c a n t l yp o s i t i v e l yc o r r e l a t e dw i t hg e l e l a s t i c i t y g e ls t r e n g t hw a ss i g n i f i c a n t l yp o s i t i v e l yc o r r e l a t e dw i t hg e le l a s t i c i t y f r o mt h ef u n c t i o n a lp r o p e r t i e so fv i e w , h i g hn s i ，l o we m u l s i f y i n ga b i l i t yi n d e xa n dv i s c o s i t y ，e v e n g e ls 仃e n g t ho fs o y b c a np r o t e i nc a no w ng o o de x t r u s i o np r o d u c t s k e yw o r d s ：e x t r u s i o nt e x t u r i z a t i o n ；k e r n e lq u a l i t yp r o p e r t i e so fs o y b e a n ；p h y s i c o c h e m i c a l i v p r o p e r t i e so fd e f a t t e ds o ym e a l ；f u n c t i o n a lp r o p e r t i e so fs o y b e a np r o t e i n 独创性声明 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加了标注。 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文 被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生部可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：日不保密，口 保密期限至年月止) 。 导师签名： 签字日期：似1 f 年6 月乒日 第1 章文献综述 第1 章文献综述 大豆属于蝶形花科，大豆属，别名黄豆，学g l y c i n em a x 仁jm e r r i l l 。大豆起源于中国，世 界上其它国家的大豆都是直接或间接从中国传播出去的。早著于公元前六世纪的诗经，便记载 “薮之荏菽、荏菽旆旆”，由此推断大豆已有5 0 0 0 年左右的种植历史t 。目前，世界上已有5 2 个国家 和地区种植大豆。其中，美国、巴西、阿根廷和中国是大豆主产国，占全球总量的8 7 。 大豆是中国主要的油料和蛋白质资源，在农业生产和食品加工中占有重要地位。大豆加工中， 约7 5 用于油脂压榨，约2 0 用于食品工业。油脂压榨后产生的豆粕是重要的植物蛋白质资源，蛋 门质含最在5 0 以上。现代医学和营养学证明，大豆蛋白不含胆固醇，氨基酸平衡，为完全蛋白， 并且还含有对人体生理机能有特殊作用的功能性成分，如大豆异黄酮、皂苷、低聚糖、膳食纤维等。 能够预防诸多“现代文明病”的发生【2 1 3 1 。 以植物蛋白为原料，采用挤压蒸煮( e x t r u s i o nc o o k i n g ) 技术( 也称挤压组织化技术) 进行组 织化植物蛋白( t e x t u r e d v e g e i a b l e p r o t e i n , t v i ) 的生产始于二十世纪6 0 年代。组织化大豆蛋白 ( t e x t u r e ds o y p r o t e i n , t s p ) 是研究最早，应用最广泛的植物组织化蛋白。美国、日本的大豆组织 化技术发展十分迅速，早在上个世纪7 0 年代其产品就进入了市场。我国从二十世纪8 0 年代开始引 进国际上成套生产线，进行组织化大豆蛋白的生产，到如今年产量不足8 万吨，理论与应用研究均 处r 起步阶段。 1 1 大豆籽粒品质 1 1 1 我国大豆的分布、生产和消费状况 1 1 1 1 大豆的分布 从国内主产区的生产情况看，我国的大豆生产主要集巾在三个地区：一是东北春大豆区，包括 黑龙江、吉林、辽宁及内蒙古，面积约6 0 0 0 多万亩，产量约占全国的4 0 5 0 ，足我国大豆生 产璧地：二是黄淮海夏大豆产区，包括河北、河南、安徽、山东等省，面积约4 0 0 0 多万亩，产量 占全陶总产最的2 5 - - 一3 0 ：三是南方大豆多作区，包括江苏、四川等省，面积约3 0 0 0 万亩，产 毓 全国总产最的l o 1 5 。 图1 1 中国大豆生产区域分布围 f i g 1 - 1c h l n e s cg e o g r a p h i c a ld i s a j b u f i o no f s o y b e a np r o d u c t i o n 1 1 12 大豆的生产与消赀 上世纪5 0 年代咀前，找国大豆的种植面积和总产量均居世舁第一位。这以后大豆种植面积和产 量持续缩减，大豆生产第一太国的地位逐渐被美国取代随后又被巴西、阿根廷超越，中国大豆产 量逐渐退居世界第四位。与此同时，随着需求量的增长，国自大豆出现了供需缺口。进入二十世纪 9 0 年代。中国由大豆出口国转为净进口国且进口量逐年上升。在政府的挟持下我国火豆种植血 积有所回升，单产最也有所提高，但还是不能满足国内对大豆的需求。2 0 0 8 5 # ，中国大豆总产量为 1 6 5 0 万吨进口3 6 0 0 万吨，进口大豆占了总需求的6 8 左右。 我国对大豆的需求主要有两方面，一是食用大豆的需求，二是压榨大豆的需求a 食用大豆的需 求，主要包括人们日常食用的各种豆制品调制的各种酱类产品和高档次的酱油，以厦大豆蛋一类 产品。压榨大豆，主要用来榨油，满足人们对日常植物油的需要。榨油后的豆粕用米满足国内荠埴 业、食品等行业的需求国内对食用大豆及压榨大豆的需求要占整十国内对大豆需求的9 5 其 中压榨大豆占7 0 左右。 1 12 大豆籽粒品质研究 l i2 1 大豆籽粒品质概述 依据大豆的成分、用选、加工、以及市场等各方面要求大豆籽粒品质可分为营养品质和加t 品质。 ( 1 ) 营养品质 大豆籽粒含有4 0 左右的蛋白质，足天然食物巾含蛋白质最高的食品。大且蛋白质所含氩基酸 2 第1 章文献综述 种类很多，高于其他作物或食物，目前已知的2 4 种天然氨基酸，大豆至少含有1 7 种，特别是含有人 体不能合成的赖氨酸、色氨酸等必需氨基酸，是谷类蛋白互补的天然理想食品。大豆籽粒含2 0 左 右脂肪，其中具有降低血清中胆固醇，防止动脉硬化之功效的不饱和脂肪酸( 油酸、亚油酸等) 高 达7 0 左右。大豆籽粒中含有丰富的矿物质元素，磷的含量为最高，其次是铁、镁、钙。这些成分 对人体骨骼、肌肉等发育有一定的益处。除此之外，大豆还含有许多对人体有保健功能的活性成分， 如降低月县同醇、降血脂的大豆皂甙；有益脑功效的大豆卵磷脂；调节代谢、降低癌症发病率、缓解 妇女更年期综合症的大豆异黄酮；促进人体肠内双歧杆菌增殖和改善通便，抑制致癌物生成的大豆 低聚糖【4 1 。 ( 2 ) 加工品质 根据加工要求不同，一般将大豆品种分为五大类。第一类，高油型品种，粗脂肪含量( 干基) 不低于2 1 5 ，如冀黄1 3 、晋豆1 9 、五星2 号等，这类大豆一般用于榨油；第二类，高蛋白型品种， 粗蛋白含量( 干基) 不低于4 5 ，通常还要求提高限制性氨基酸的含量和降低胰蛋白酶抑制剂，一 般用于如豆奶和豆粉等对蛋白质要求较高的食品加工中。我国已育出的高蛋白含量品种有辽豆1 6 、 东农4 2 、铁丰2 8 等；第三类，特异型品种，指缺失1 种以上的不良成分( 如脂肪氧化酶) 或者有一 种以上有益成分显著高于普通品种，或具有其它特殊利用价值。例如，豆腐加工中大豆品种间1 l s 、 7 s 球蛋白的比例对豆腐的品质有很大关系，通常选育1 1 s 7 s 高的大豆品种得到的豆腐品质较好。 针对这一情况，我国已育出黑农3 5 、东农4 2 、丰收1 2 等适合豆腐加工的大豆品种【5 1 ；第四类，菜用 型品种，菜青荚食用的专用品质。作为蔬菜类大豆，一般对色泽、口感、营养成分等要求比较高； 第氍类，普通型品种，不属于上述四种类型大豆品种。 1 1 2 2 我国大豆籽粒品质状况 我国大豆品种资源与美国大豆品种资源相比，蛋白质含量略高，但油脂含量较低，低0 5 1 5 个百分点。这也是导致国内榨油厂大量进口美洲大豆的一大原因【6 】。国内的大豆，从油脂含量来看， 北方大豆 黄淮大豆 南方大豆。从蛋白质含量来看，南方大豆 黄淮大豆 东北大豆。主要因为大 豆油脂含量和蛋向质含量是品种遗传性和环境条件共同作用的综合表现，遗传对品质的影响约占 7 0 8 0 ，环境约2 0 - 3 0 。同时，当蛋白质含量超过4 3 。或油脂含量超过2 1 时，二者通常 存在显著负相关m 。大豆籽粒中。蛋白质和脂肪含有更多的能量及营养价值。因此，提高大豆的蛋 一质和脂肪含量，是大豆内在品质改良的第一个目标。经过“七五”、“八五”十年时间的努力， 我国从近2 万份大豆种质资源中筛选出籽粒蛋白质含量高于4 7 的大豆1 0 0 多份，脂肪含量高于2 3 的1 0 0 多份【8 1 。朱志华等对2 0 0 2 年、2 0 0 3 年全国大豆品种和品种资源粗蛋白、粗脂肪以及水溶性蛋 白质普查数据进行分析发现：全国大豆品种粗蛋白、粗脂肪、水溶性蛋白平均含量分别为4 1 2 4 、 1 9 7 8 、3 3 3 。全国高蛋白、高油及双高品种使用率分别为8 7 、1 6 8 、1 1 2 9 1 。可见，目前 可使用的大豆品种资源还比较丰富，应得到进一步的充分利用。 除在选育高油脂和高蛋白含量的大豆品种取得一定的成就外，在对高异黄酮、高含硫氨基酸和 3 两南大学硕十学何论文 脂氧化酶缺失、高豆腐得率以及适合鲜食j z n t 等专用品种的选育工作也取得了一定的进步。例如， 林红等利用改进的高效液相色谱法从黑龙江野生大豆中筛选出高异黄酮野生大豆种质资源4 份，高 异黄酮栽培大豆种质资源2 份【1 们。 1 2 大豆蛋白 1 2 1 大豆蛋白工业 脱脂豆粕( 或豆饼、豆粉，大豆经压榨或浸出加工后的主产物) 含有丰富的蛋白质，含量在 4 0 6 0 之间，是优质的植物蛋白源和营养源。脱脂豆粕是国际上新兴大豆蛋白工业的主要原料， 通常用于生产脱脂大豆蛋白粉( s o y p r o t e i n f l o u r ，s p f ) 、大豆浓缩蛋白( s o y p r o t e i n c o n c e n t r a t e ， s p c ) 、大豆分离蛋白( s o yp r o t e i ni s o l a t e ，s p i ) 和大豆组织蛋白( t e x t u r e ds o yp r o t e i n ，t s p ) 等4 大类产品。脱脂大豆粉的蛋白质含量达5 0 以上，主要用于面粉和饲料添加剂。浓缩大豆蛋 白的蛋白质含量可达7 0 左右，主要用于食品烘焙、肉制品、饮料、精饲料等添加剂和辅料。大 豆分离蛋白的蛋白质含量在9 0 以上，主要作为食品添加剂，增加蛋白含量，改善食品的营养成分 和口感，提高成品产出率，降低成本，延长保质则j 。 组织化大豆蛋白是以脱脂大豆粉、大豆浓缩蛋白或大豆分离蛋白等为原料，通过机械或化学的 方法改变蛋白质结构，使蛋白质分子定向排列，形成纤维状且具有类似肉类咀嚼感的一种大豆蛋白 制品。目前，组织化大豆蛋白主要生产方法有挤压法、纺丝粘结法、冻结法、水蒸汽膨化法、凝胶 化法等。其中，挤压法是应用最多的一种方法。目前的组织化大豆产品主要应用于肉制品添加剂。 1 2 2 大豆蛋白功能性概述 蛋白质的功能性是指蛋白质在食品加工、储藏、消费期间所表现的理化特性的总称。蛋白质的 功能性大体上可分为三大类别：水合性质( 取决于蛋白质一水的相互作用) ，包括吸水性、持水 性、溶解性、粘着性等；蛋白质一蛋白质相互作用有关的性质，包括凝胶性、聚结性等；表面 性质，包括乳化性、起泡性等。这三类性质是密切联系的。例如，凝胶性不仅与蛋白质一蛋白质相 互作用有关，也与蛋白质一水相互作用有关1 2 】。大豆蛋白几乎具备蛋白质所有的功能性，也足目 前研究和应用最为广泛的一种蛋白质。与挤压组织化相关的功能性有：溶解性、黏度、持水性、乳 化性以及凝胶性等。 1 2 2 1 溶解性 物质在各种溶剂中的溶解性通常用溶解度来表示。大豆蛋白的溶解度是指在特定环境下，大豆 蛋白中可溶性蛋白所占百分比。通常用氮溶解性指数( n s i ) 或蛋白质分散指数( p d i ) 来衡最。 大豆蛋白的溶解性是其功能性中一个重要的参数，直接影响着其他功能性，例如持水性、乳化性、 起泡性等。大豆蛋白质的溶解性除受内部结构影响外，还受一些外在条件的影响，如蛋白质的前处 理、p h 值、离子强度、温度等。 1 2 2 2 黏度 4 第1 章文献综述 蛋白质溶液的黏度是衡量蛋白质增稠能力的一个重要参数。高浓度的大豆蛋白质溶液，是典型 假颦性流体，黏度随剪切速率的增加而减小。温度对蛋白质黏度的影响比较复杂。在蛋白质变性前， 黏度随温度的升高而减小；变性后，黏度随温度升高而增大【”1 。大豆蛋白质溶液黏度还受分子量、 摩擦系数、p h 值、离子强度、处理条件等因素的影响。 1 2 2 3 持水性 持水性是用来衡量蛋白质吸收水并将水保留在蛋白质组织中的能力。影响大豆蛋白质持水性的 冈素很多，除随蛋白质浓度的增加而增大外，还与食品体系的温度、p h 值、电离强度等因素有关。 1 。2 。2 4 乳化性以及乳化稳定性 大豆蛋自同时含有亲水基团和亲油基团，是良好的乳化剂，能降低界面的表面张力，稳定乳化 状态。通常情况下，蛋白质乳状液在数月内是稳定的，但是遇到剧烈处理可能会引起相分离，变得 4 i 稳定，严重影响到食品的感官和品质。乳化性以及乳化稳定性与蛋白质的浓度、温度、p h 值、 盐离子浓度等密切相关。 1 2 2 5 凝胶性 凝胶性足指蛋白质形成凝胶结构的性能。大豆蛋白质分散于水中形成溶胶体，然后在一定的外 在条件下，如热、酶或金属离子作用下，蛋白质分子再聚集形成规则的网状结构，即凝胶结构。凝 胶结构增加了大豆蛋白的弹性和咀嚼性。大豆蛋白溶液浓度的高低是能否形成凝胶状的关键。其次， 大豆蛋自凝胶的形成还受加热温度与时间、p h 值、离子强度等的影响。 1 2 3 大豆蛋白功能性的影响因素 大豆蛋门的功能性主要由其本身的分子结构特性决定。张根生等对水解后不同分子量范围的大 豆分离蛋白功能性进行研究，发现分子量在1 0 0 0 - - 一2 0 0 0 d 时乳化活性和乳化稳定性最大，小于1 0 0 0 d 时持水性最大，分子量大于4 0 0 0 d 时粘度最大，持油性也较大【1 4 1 。程翠林等研究发现不同亚基组成 与功能性之间相关显著性各不相同。其中，7 s 1 1 s 比值对其功能性有非常重要的影响。7 s 1 1 s 比 值越高，乳化活性越高，但凝胶硬度和凝胶粘度下降嗍。s h i m a d a 等在研究7 s 和l l s 的凝胶性时发 现，在加热的条件下，l l s 比7 s 更容易形成凝胶，主要是l l s 比7 s 更容易形成氢键【1 6 】。另外，区域 环境对大豆蛋白功能性也存在一定影响，秦智伟等研究东北三省大豆品种发现：黑龙江的大豆蛋白 具有很高的溶解性和泡沫稳定性；吉林大豆蛋白的发泡能力强，并具有良好的吸水性；辽宁大豆蛋 门的特点足吸水性强，粘度大【1 7 1 。 在加工、制取过程中除温度、p h 对功能性有很大的影响外。其处理方式会对大豆分离蛋白功 能性造成极大的影响。f u h r m e i s t e r 等研究发现采用超滤的处理方式要比采用其他常规处理( 热、酸、 碱等) 更加优越，特别是对其溶解性，吸油性，乳化性以及起泡能力【i 引。m o l i n a 研究发现，在中性 条件下，用高压对l l s 和7 s 球蛋白处理，它们的乳化能力都有所提高，但乳化稳定性有所下降【1 9 1 。 z h a n g 等对相同浓度不同p h 值的大豆分离蛋白研究发现，原大豆分离蛋白与磷酸化后的大豆分离蛋 白比较，溶解度和粘度没有显著改变，但乳化性有所提高。 5 两南大学硕十学位论文 aim _ m 曼舅曼皇曼蔓曼皇曼曼曼! 毫曼曼曼曼曼曼曼曼皇蔓曼皇曼曼曼曼曼毫曼曼曼 1 3 大豆蛋白挤压组织化 1 3 1 大豆蛋白挤压组织化研究进展 1 9 3 6 年，第一台应用于食品工业的单螺杆挤压机问世，主要用于生产膨化玉米和通心面。4 0 年代末，挤压技术在食品工业领域中得到飞速发展，各种方便食品、体闲食品、儿童营养食品等挤 压食品相继问世。1 9 6 4 年美国人a n e l l y 发明了用挤压机生产组织化植物蛋白( t e x t u r e dv e g e t a b l e p r o t e i n , t v p ) 。在组织化植物蛋白方面，研究最早、应用最广泛的是大豆组织化蛋白( t e x t u r e d s o y p r o t e i n , t s p ) 。 应用挤压法生产的组织化大豆蛋白，按产品形态及工艺的不同可分为两类：一类为膨化制品， 原料调整水分为2 0 3 5 ，因此又名干法挤压，粒状或块状，水分含量低，主要用于肉制品添加 物；另一类为模拟肉制品，原料调整水分为4 0 - 7 0 ，因此又名湿法挤压。带状或丝状，具有肌 肉纤维的质地和口感，水分含量高，可直接食用【2 l z z ) 。 表1 - 1 干法挤压和湿法挤压的基本特征比较 t a b l e1 - 1t h ec h a r a c t e rc o m p a r e so f d r ye x t r u s i o na n dw e te x t r u s i o n 1 3 2 原料特性对大豆蛋白挤压组织化的影响 可用于挤压组织化大豆蛋白( t e x t u r e ds o y p r o t e i n , t s p ) 加工的原料主要包括全脂大豆粉、部 分脱脂豆粉、冷榨豆饼、低温豆粕、高温豆粕、大豆浓缩蛋白或大豆分离蛋白等。低水分t s p 原 料选择范围较宽，高水分t s p 对原料要求严格，主要以分离蛋白和低变性脱脂豆粕为主要原料。 一般要求蛋白质含量大于5 0 ，脂肪控制在0 5 6 5 ，粗纤维含量应小于7 【2 3 1 。 蛋白质是挤压组织化原料最重要的组成部分，是挤压组织化产品的主要骨架。在挤压机内，高 温、高压、高剪切力的作用下，原有的蛋白质分子结构被破坏，但一般不会发生蛋白质分子链的断 裂，更不会生成新的蛋白质。蛋白质组织化过程主要涉及维持蛋白质高级结构的较弱的相互作用力 6 第1 章文献综述 的改变，包括氢键、范德华力、疏水作用、盐键( 离子键) 和二硫键等。p m d e n c i o f e r r e i r a 等研究 发现，在蛋白质组织化过程中，蛋白质与蛋白质问主要以二硫键、疏水作用和静电作用力为主【2 4 1 。 h a g e r 认为二硫键的形成对组织化结构起着重要作用2 5 1 。r h e e 分析得出氢键和疏水键对稳定挤出物 的交联结构有一定作用 2 6 3 。p r i v a l o v 研究表明，分子间的范德华力对大豆蛋白质起着一定的物理交 联作用【27 1 。 氮溶解指数( n s i ) 是衡量蛋白质变性程度的一个指标。一般要求n s i 控制在5 0 7 0 之间。 通常认为，n s i 越高，组织化能力越好。张汆研究发现，随挤压原料n s i 的降低，产品的形态和组 织结构发生l ! j j 显变化：表面由光滑平整逐渐变得粗糙且出现许多横向裂纹，纤维状组织结构迅速消 失。 = q n s i 在2 0 8 2 以下时，在同样的挤压条件下，挤压产品基本不具备组织化结构。同时还发现， n s i 对挤压组织化产品色泽也有一定影响，n s i 越高，产品色泽越明亮【2 8 】。 一般将挤压原料的脂肪含量控制在0 5 6 5 。在挤压过程中，脂肪和蛋白质、淀粉可形成 复合物质【2 9 1 。脂肪复合体的生成，使得脂肪受到蛋白质或淀粉的保护作用，可降低脂肪的氧化速 度和氧化程度，对延长产品的货架期起到了积极的作用。同时，脂肪复合体还可以改善产品的质地 和口感。少最的脂肪含量可以防止蛋白质中不溶物的出现，从而提高产品的组织化质量。少量的脂 肪含量还可以起到润滑作用，降低主机功能。但如果蛋白质物料体系中含有过多的脂肪物质，可能 导致挤压过程巾物料在强烈剪切作用下发生滑移，从而不能稳定地挤出成型3 0 1 。 在挤压组织化中。碳水化合物含量仅次于蛋白质含量，在挤压过程中，扮演着重要的作用。 s h e a r d 研究发现，碳水化合物通过疏水键在蛋白质链问起粘结作用。镶嵌于蛋白质分子链之中的 碳水化合物可以有效地稳定这种易变的疏水相互作用，或者提供更为稳定的作用力。豆粕中的碳水 化合物一般分为可溶和不溶两类【3 1 1 。r h e e 等分别对可溶性和不溶性碳水化合物在脱脂大豆粉挤压 组织化中的作用进行了研究，认为可溶性碳水化合物在组织化结构的形成或稳定过程中不起主要作 用。但不溶性碳水化合物，例如粗纤维，对挤压产品的形态有较大的影响【3 2 1 。这与t a r a n t o 的研 究一致【3 3 1 。除此之外，碳水化合物中的部分还原糖可能在高温、高压的环境下与部分氨基酸发生 奖拉德反应，从而影响产品的色泽和风味【划。 挤压原料中还有一些其他微量物质，例如维生素、矿物质、酶类物质等。在挤压过程中，对产 品的质构和感官没有太大的影响，但对产品的营养有一定影响。维生素在挤压过程中会少量流失。 但与传统的加工技术相比，维生素流失相对较少。a t h a r 等研究发现，采用高温短时挤压比长时间 挤压更有利于原料中b 族维生素的保留。挤压过程中，矿物质变化不大，但铁的含量会增加，主要 来自挤压机的螺杆和内斜3 卯。研究表明，这部分铁能够被人体吸收和利用【3 6 1 。在高温、高压的挤 压过程中大豆蛋白中的胰蛋白酶抑制剂、尿素酶及血球凝集素等各种抗营养因子被钝化，蛋白质的 消化吸收能力被提高，大豆蛋白的营养价值被提高【3 t j 。但一些具有保健功能的物质，如黄酮类物 质和多酚类物质经挤压后，含量会下降【翊。康立宁研究发现，通过控制操作参数可以减少这类有 益物质的损失【3 9 】。 7 两南大学硕十学付论文 ! | 一一一一i i ii一一一一 i 一一| 一i ! 曼曼曼曼! 曼 1 3 3 挤压组织化大豆蛋白产品特性评价 低水分膨化型组织化大豆蛋白产品特性主要用膨化度、色泽、吸水率、体积密度等指标评价。 高水分组织化技术是在低水分膨化组织化技术的基础上发展起来的一项新技术，其产品特性评价还 不是很完善。l i n g 以硬度、湿度、分层性、弹性、咀嚼性和粘结性等感观评价指标来描述高水分组织 化蛋白产品【柏】。感观评价一般受人为因素影响较大，采用质构仪测定，一般需要特定的分析设备和测 定程序，数据受主观因素影响较少，测定结果比较准确【4 1 1 。测定的产品指标包括硬度、弹性、粘 着性、剪切力和拉伸力等。组织化度是评价高水分组织化蛋白产品质量的一个重要指标，可用来了解 挤压产品内部纤维状组织结构的强度以及排列的整齐和致密程度f 4 2 】。但关于测定方法和定义还不是 很统一，大多用挤出样品的横向和纵向拉伸应力之比表示1 4 3 1 。近年来，一些更加简便、快捷且商观 的检测分析方法用于组织化程度方面的研究，如y a o 等发明了用荧光偏振光技术测定高水分挤压产品 组织化度的新方法【“】。 高水分组织化蛋白主要用于开发仿肉制品，如加工大豆蛋白面、蛋白丝、素鸡等即食蛋白制品。 因此，除对质构的要求外，产品的色泽也很重要，直接影响到产品的可接受性。一般认为，产品纽织 化度好、产品质地软且富有弹性、外观均匀一致和色泽亮白的产品质量较好。 1 4 本课题的立题背景、研究意义和研究内容 1 4 1 立题背景和研究意义 大豆是我国主要的油料和蛋白质资源，在农业生产和食品加工中占有重要地位。大豆加工巾， 约7 5 用于油脂压榨，约2 0 用于食品工业。油脂压榨后产生的豆粕是重要的植物蛋白质资源。 2 0 0 7 2 0 0 8 年度，大豆豆柏生产量约为3 0 0 0 万吨，其中，9 0 以上用于饲料工业，创造的附加值较 低。将豆粕直接用于挤压组织化蛋白产品的生产，可以提高豆粕的利用价值，也为大豆产业的发展 提供新的机遇。 高水分挤压组织化蛋白具有动物蛋白的纤维状结构。使植物蛋白在口感、质地、表观形态得都 得很大的改善。通过挤压，大豆蛋白中的抗营养因子被钝化，蛋白质的消化吸收能力以及营养价值 也被提高。同时，挤压组织化还赋予大豆蛋白更强的吸水、吸油以及风味吸附能力。 目前，市场上主要的挤压组织化蛋白产品主要是低水分膨化组织化产品。关于高水分挤乐组织 化大豆蛋白的研究还处于起步阶段。主要集中在挤压工艺参数的优化，挤压组织化产品结构以及产 品质量评价等方面。关于挤压原料对挤压组织化