高水分组织化大豆蛋白的挤压工艺和原料体系研究.docx

高水分组织化大豆蛋白的挤压工艺和原料体系研究刘恩岐 1 ， 贺菊萍 1 ， 刘全德 1 ， 陈振家 2 ， 王 玮 2 ， 李玉娥 2(1.徐州工程学院食品工程学院，江苏 徐州221008；2.山西农业大学食品科学与工程学院，山西 太谷030801)摘 要：在冷榨豆粕中加入部分大豆分离蛋白和马铃薯淀粉，通过挤压工艺条件和原料体系的研究，开发高水分组织化大豆蛋白制品。结果表明：挤压温度与物料水分组合、大豆分离蛋白和淀粉添加量对产品质量有显著影响， 随物料水分增加，产品的组织化度、明度指数、有效赖氨酸含量和水分保持能力逐渐升高；物料水分高，成型 所需温度也相应较高；添加部分大豆分离蛋白，组织化大豆蛋白的持水性和组织完整性增强；淀粉有利于纤维化 大豆蛋白之间的粘结和挤压成型，但淀粉添加量应严格控制，若淀粉用量高，会降低大豆蛋白的组织化程度。实 验确定的原料体系和挤压温度最优组合为大豆分离蛋白添加量 20% 、淀粉添加量 5% 、物料水分 60% 、挤压温度185 。 关键词 ： 大豆 ； 组织化蛋白 ； 挤压工艺 ； 原料体系 Extrusion Technology and Raw Material System of High-moisture Textured Soy ProteinLIU En-qi1，HE Ju-ping1，LIU Quan-de1，CHEN Zhen-jia2，WANG Wei2，LI Yu-e2(1. Food Technology Department, Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou 221008, China；2. College of Food Science and Engineering, Shanxi Agricultural University, Taigu030801, China)Abstract ：Soy protein isolate and potato starch were partially added to cold pressed soybean meal to develop high-moisturetextured soy protein products by optimized extrusion technology and raw material system. The results showed that extrusion temperature, material moisture, content of soy protein isolate and potato starch had significant effects on product quality. The texturization degree, brilliance index, effective lysine content and water keeping ability were increased gradually with the increase of material moisture content and high forming temperature was needed at the same time, and the water binding capacity and tissue integrity were increased gradually with the addition of soy protein isolate as well. Starch was helpful to bond and extrusion moulding among textured soy protein, but the addition quantity should be strictly controlled, because high starch content would decrease the texturization degree of textured soybean protein. The optimum technology of raw material system and extrusion temperature was determined in this study as follows: soy protein isolate 20%, starch 5%, material moisture content 60%, and extrusion temperature 185 .Key words ： soybean；textured protein ；extrusion technology；raw material system中图分类号： TS209文献标识码：A文章编号：1002-6630(2009)16-0181-04大豆蛋白挤压组织化是以低温脱脂豆粕、浓缩大豆蛋白或分离大豆蛋白为原料，加入一定的水及食品配料 混合均匀，经挤压剪切和高温高压的作用，将大豆球 蛋白转化为纤维蛋白，使蛋白质分子之间整齐排列并膨 化凝固，形成纤维状的具有与肉类相似的咀嚼感的组织结构1 。目前国内组织化大豆蛋白多用脱脂豆粕进行生 产，原料来源丰富且廉价，全国每年榨油后的大豆饼 粕高达 2500 万 t ，但 70% 以上都直接用做饲料，用于食品工业的仅有 5% 。据统计国内组织化蛋白产能较大 的 10 家企业的开工率不到 40% ，产量不足 8 万 t 2 。究 其原因，主要是目前生产的组织化大豆蛋白产品多属于 低水分膨化型产品， 组织化程度低，口感差，特别是 由于缺乏系统的挤压技术应用基础研究，产品品种单 一，更新换代较慢，已成为制约我国组织化大豆蛋白 收稿日期：2009-06-12 基金项目：山西省科技攻关项目(011019) 作者简介：刘恩岐(1964 ) ，男，教授，博士研究生，研究方向为植物蛋白与粮油加工。E-mail ： 食品科学工艺技术1822009, Vol. 30, No. 16产业发展的重要因素。高水分湿法挤压组织化是国际上正在探索的植物蛋白重组技术3 ，当组织化大豆蛋白产 品的水分含量大于 40% 和蛋白质含量增加时，产品组织化度提高，富有弹性和韧性，更接近动物肉制品。 本 实验在冷榨豆粕中加入部分大豆分离蛋白和马铃薯淀 粉，通过高水分组织化蛋白挤压工艺条件、原料体系 的研究，开发高质量的组织化大豆蛋白制品， 对促进 榨油后的副产物豆粕的二次深加工利用、提高大豆蛋白制品的附加值有重要的现实意义。白 亮 。 水分保持能力的测定参照 AACC 方法 88-04，组织化大豆蛋白烘干后用粉碎机粉碎，过 80 目筛，称取 4g 粉样 W 1 ，放入质量 为 W 2 的 50ml 离心管内，加入 20ml 的蒸馏水，振荡混 合均匀，静置 10min，放入离心机在 4000r/min 条件下离心 15min ，取出，吸干上层液体，称质量( W 3 ) 。W3W2水分保持能力(%)= 100W11 材料与方法有效赖氨酸含量测定1.1 原料体系冷榨豆粕( 主料) 、大豆分离蛋白( 辅料)采用染料结合法8 ，在低 pH 值条件下，样品中的碱性氨基酸( 赖氨酸、组氨酸、精氨酸) 与酸性橙染料以 等分子比例结合，生成不溶性络合物， 其染料结合量 的物质的量相当于此 3 种碱性氨基酸的总和。另取一份样品，先用丙酸酐将蛋白质中赖氨酸的- 氨基掩蔽， 使之失去与染料结合的能力，然后再与染料反应， 所 得染料结合量只是组氨酸和精氨酸之和。根据两次染料结合量的差值，可以计算出该样品中的染料结合赖氨酸 的含量。 山西省晋城市油脂化工厂；马铃薯淀粉粉 厂 。 1.2 仪器与设备山西省五寨县国力淀BF12-5 型高速拌粉机诸城市超然机械厂；FM-70型单螺杆挤压机( 长径比 25:1)山东济宁富民机械厂；C-LM3 数显式肌肉嫩度仪 东北农业大学工程学院；CR2400 型色度色差仪1.3 方法日本美能达公司。组织化大豆蛋白感官评分1.3.1组织化大豆蛋白挤压工艺工艺流程：冷榨豆粕粉碎过筛混合调理(原料以走料快、产品呈连续完整状、色泽亮黄、表面光滑均匀一致、纤维强度适中为佳，具体评分标准见表 1 。表 1组织化大豆蛋白感官评分标准Tab l e 1 Se nso ry ev a lu a ti on st a nd a rd s o f t ex t ure d soy b ea n p ro t ei n体系的调配) 进料挤压组织化切割干燥成品。操作要点：水分调整：原料体系的加水量调整到50%65% 之间，用高速拌粉机将料水混合均匀；单螺 杆预热：先把中间两组加热器调到 100 ，再把前、后 两组加热器调到 80 左右，再调整中间两组加热器为170 左右，等到四组加热器温度稳定后(约 15min) ，方 可加料；出口端冷却：用于生产高水分组织化蛋白的设备具有特殊的冷却模头4，冷却模头长度在 80120cm 左 右，其目的是快速冷却产品，保证出口端筒壁温度在 7090之间，温度不能过高，否则产品不能成形，且易发生“喷爆”，温度过高时要即时用冷水进行冷却。 1.3.2 组织化大豆蛋白产品特性测定评价方法成型性(10 分)表面均匀度(10 分)色泽(10 分)纤维强度(10 分)得分发散、易碎能成型 成型连续完整有毛刺，有大气泡不光滑，有小气泡 表面光滑均匀，无气泡红褐色或焦黄浅黄色，无光泽 亮黄色，有光泽无纤维感呈纤维状，粗硬 呈良好纤维状，咀嚼度好0 23 67 10 1.3.3 高水分组织化大豆蛋白挤压工艺和原料体系挤压工艺条件考虑到物料水分和机筒温度这两个变量，根据出料成型连续性好和表面光滑、均匀、无毛刺预实验结果， 将前、后两组加热器固定在 80 左右，再调整机筒中间两组加热器的操作温度，挤压温度与物料水分组合实 验方案见表 2 。组织化度测定参照赵多勇基于李里特仿肉制品组织化程度5 改进的测定方法6 ，在嫩度计上测定组织化大豆蛋白样品的 剪切力，以横向剪切力(垂直挤出方向) 与纵向剪切力(平行挤出方向 ) 的比值表示产品的组织化度， 其比值越 大， 产品的组织化度越高。表 2挤压温度与物料水分组合处理表Table 2Combinations of extrusion temperature and material moisture冷榨豆粕粉加水量(%)温度40(W )45(W )50(W )55(W )60(W )65(W )123456160(T1)170(T2)180(T3)190(T4)W1T1W1T2W1T3W1T4W2T1W2T2W2T3W2T4W3T1W3T2W3T3W3T4W4T1W4T2W4T3W4T4W5T1W5T2W5T3W5T4W6T1W6T2W6T3W6T色差值 L* 值测定7 采用色度色差仪测定产品的明度指数 L * 值，反映的是白度和亮度的综合值，该值越大越表明该被测物越 200(T5 ) W1 T 5 W2 T 5 W3 T 5 W4 T 5 W5 T 5 W6 T 5 工艺技术食品科学2009, Vol. 30, No. 16183度较高；产品明度指数随物料水分的升高逐渐上升，但当物料水分超过 60% 时，物料挤出时水分蒸发剧烈，产 品表面多孔、不光滑；产品的水分保持能力随物料水分的升高呈上升趋势，当物料水分超过 50% 时，上升幅 度不明显；产品有效赖氨酸含量随物料水分的升高呈明 显上升的趋势，水分在挤压过程中起吸热池作用，对热加工引起的赖氨酸损失起到了保护作用。试验结果综 合分析表明物料水分在 55% 60% 之间时，产品质量特性较好。 挤压温度和原料体系优化选择挤压温度和原料体系(豆粕粉中大豆分离蛋白添加量、马铃薯淀粉添加量、物料水分)4 个可控操作变 量，以感官评价得分为试验指标进行 L 16 (4 5 ) 正交试验，优化高水分组织化大豆蛋白原料体系及挤压温度参数，试验因素及水平见表 3 。表 3挤压温度和原料体系优化试验因素水平表Ta bl e 3 Fact ors a nd le ve ls in t he fo ur-fa ct or/ fo ur-le vel o rt hog on ala rra y d e si g n表 5物料水分对组织化大豆蛋白产品特性的影响(x s)因素水平Ta bl e 5 E ffect s of ma te ri al mo ist ure on ch aract eristic s of te xt ured soy pro tein (x s)分离蛋白添加量(%)淀粉添加量(%)物料水分(%)温度()123410152025357950556065175180185190物料水分(%)组织化度明度指数 L* 值水分保持能力(%)有效赖氨酸含量(%)4045505560651.38 0.0611.40 0.0501.41 0.0681.43 0.0901.41 0.0911.38 0.06530.75 3.78231.24 3.57731.88 3.86332.82 3.54733.89 3.48234.88 3.135148.8 0.872149.0 0.783159.0 0.756159.2 0.776159.3 0.689159.3 0.6892.27 0.0542.34 0.0822.39 0.1112.46 0.1122.52 0.1152.58 0.1222结果与分析2.1挤压温度对组织化大豆蛋白产品特性的影响注：产品特性值是挤压温度为 160 、170 、180 、190 和 200 的平均值。表 4Ta bl e 4挤压温度对组织化大豆蛋白产品特性的影响(x s)2.3挤压温度和原料体系优化试验结果E ffect s of ex trusion t emperat ure o n ch ara ct erist ic s of te xtu red soy prote in (x s)表 6挤压温度和原料体系优化正交试验结果挤压温度()组织化度明度指数 L* 值水分保持能力(%)有效赖氨酸含量(%)Ta ble 6 Arran gement a nd result s of the four-fa ct or/ fou r-lev elo rth o g on a l a rra y d e si g n 1601701801902001.32 0.0221.35 0.0151.40 0.0571.46 0.0411.47 0.02836.92 1.58235.43 1.48331.83 1.11530.27 1.90728.44 2.101148.3 0.399148.6 0.225158.8 0.075159.7 0.313160.0 0.0752.57 0.1452.47 0.1232.42 0.1412.37 0.0762.32 0.090试验号ABCDE感官评分12345678910111213141516K1K2K3K4 k1 k2 k3 k4R111122223333444410911712011027.2529.2530.0027.502.75123412341234123411312310911128.2530.7527.2527.753.5 123421433412432110911711811227.2529.2529.5028.002.25123434124321214311011512210927.5028.7530.5027.253.25123443212143341211511211411528.7528.0028.5028.750.7525302925322926302934282927302627T=456注：产品特性值是物料水分为 40% 、45% 、50% 、55% 、60% 、65% 的平均值。 挤压温度对组织化大豆蛋白产品特性的影响见表 4 ，产品的组织化度随机筒温度的升高逐渐升高，当温 度超过 190 时组织化度上升减缓，且产品表面开裂，不光洁；产品明度指数随机筒温度的升高逐渐下降，当 温度达到 190 以上时产品由亮黄色逐渐向黄褐色转 变；产品的水分保持能力随机筒温度的升高总体呈上升趋势，当机筒温度在 180 时水分保持能力上升最为明 显；产品有效赖氨酸含量随机筒温度的升高呈快速下降趋势，原因是食品热加工中美拉德反应造成了赖氨酸的 损失。试验结果综合分析表明挤压温度在 180190之间时， 产品质量特性较好。 2.2 物料水分对组织化大豆蛋白产品特性的影响 物料水分对组织化大豆蛋白产品特性的影响见表 5 ，产品的组织化度随物料水分的增加呈先升高后降低 的趋势，当物料水分为 50% 60% 时，产品的组织化食品科学工艺技术1842009, Vol. 30, No. 16在挤压温度和物料水分试验组合对组织化大豆蛋白产品特性的影响研究基础上，以感官评价得分为实验指 标，选择 L16(45)正交表按 1.3.3 节表 3 给出的因素与水平设计，对大豆分离蛋白添加量( A ) 、马铃薯淀粉添加量 (B)、物料水分( C ) 和挤压温度( D )4 个因素进行优化组合 试验，以空列 E 为试验误差进行方差分析，试验结果 见表 6 、 7 。表 7方差分析结果Ta bl e 7 Varia nce a na lysis for th e se nso ry e va lua ti on sc ore wi th v ario us c on di ti on s3.2物料水分在原料体系中起一种溶剂和增塑剂的作用，蛋白质与水发生水合作用形成胶体， 淀粉吸水糊化，使蛋白质和淀粉之间形成一种相容的体系。水分 含量低，物料输送困难；水分含量高，来不及与物料 结合的那部分水分在高温作用下产生了极高的自由能，挤压过程中产生大量蒸汽， 使系统变得不稳定， 导致 在出口处形成 “喷爆” 现象， 产品纤维化程度低 12 。物料水分和挤压温度组合试验结果表明，随着物料水分 含量的升高，产品的明度指数、有效赖氨酸含量和水 分保持能力逐渐升高；物料水分低，成型所需的温度也 相应较低，物料水分高，成型所需温度较高。 在挤压 温度和原料体系优化试验结果方差分析时，物料水分为 不显著影响因素，原因是通过物料水分和挤压温度组合预实验，预先确定了物料水分的最佳限值范围。 变异来源平方和自由度均方F 值FA 大豆分离蛋白添加量B 淀粉添加量 C 物料水分 D 挤压温度 误差总变异21.529.013.526.51.5 53.937533333157.179.674.5 8.830.5014.33* F0.05(3,3) =9.2819.33* 9.0017.67* 3.3挤压温度是影响高水分组织化大豆蛋白产品质量的重要因素，挤压温度低于 170 ，蛋白质受热变性不充分，大豆蛋白纤维化结构横向平行连接差，挤压组织 化产品表面破裂，不能连续成形；挤压温度高于 200 时，物料在挤压筒中容易发生焦糊，粘附于螺杆上导 致不出料。挤压温度与物料水分组合对产品质量具有重 要影响，挤压温度低、物料水分高时，产品表面多孔、不光滑；挤压温度高、物料水分低时，产品表面开裂， 不光洁。当冷榨豆粕粉中大豆蛋白和淀粉的添加比例为4:1 时，本实验确定的挤压温度和物料水分组合为挤压 温度 185 、物料水分 60% 。由表 6 极差分析和表 7 方差分析可知，各因素对组织化大豆蛋白产品质量影响的主次顺序是：淀粉添加量 (B)挤压温度(D)大豆分离蛋白添加量(A)物料水分( C ) 。大豆分离蛋白和淀粉的添加量以及挤压温度均为 显著性影响因素，物料水分为不显著影响因素。挤压 温度和原料体系最优组合为大豆分离蛋白添加量 20% 、淀粉添加量 5% 、物料水分 60% 、挤压温度 185 。3 结论与讨论3.1在高水分组织化大豆蛋白原料体系中，冷榨豆粕参考文献 ：粉中的淀粉添加量对产品质量具有重要影响，由于淀粉的吸水糊化及增塑作用，有利于纤维化大豆蛋白之间的 粘结和挤压成型，但淀粉添加量必须严格控制，若淀粉用量过高，会降低大豆蛋白的组织化程度，不易得 到纤维化明显和咀嚼度适中的产品。大豆分离蛋白添加量对产品质量有显著影响，在冷榨豆粕粉中添加大豆分 离蛋白使得原料体系中的蛋白质含量增高，大豆蛋白在挤压机内受到热和剪切的综合作用，其三级和四级结构 的结合力变弱，蛋白分子由折叠状变为直线状9 ，定向排列形成较完整的纤维结构，蛋白质构成了连续基质和 “骨架” 结构， 淀粉则定向包埋于其中 10 ， 所以蛋白 质含量增加，组织化大豆蛋白的持水能力和组织完整性 增强，从而提高了挤压稳定性和成型率。王洪武等11 研究表明，淀粉添加量在 10% 以内，产品的纤维化结 构明显而且口感适中，当大豆蛋白和淀粉的添加比例为4:1 时，产品的成型性较好。本实验确定淀粉添加量为5% ，大豆分离蛋白添加量 20% ，与王洪武等的研究结 果一致。 1HARPER J M. Extrusion texturization of foodsJ. Fo