擠壓加工對豆渣中可溶性膳食纖維和豆渣物性的影響

羅 垠，陳 野，李 鵬，楊 葉

(天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津 300457)

擠壓加工對豆渣中可溶性膳食纖維和豆渣物性的影響

羅 垠，陳 野，李 鵬，楊 葉

(天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津 300457)

以豆渣粉為原料，通過優化擠壓加工條件，提高豆渣中可溶性膳食纖維(SDF)的含量并改善豆渣物性．通過單因素實驗，豆渣擠壓的最佳工藝條件為：溫度160,℃，物料水分25%，轉速100,r/min．優化擠壓條件后，豆渣中可溶性膳食纖維含量與原始豆渣相比從2.6%增加至30.1%．豆渣粉擠壓前后的物性實驗表明：擠壓豆渣在水溶性、膨脹性和乳化性方面與原始豆渣粉相比分別提高10.4%、15.6%和130%．豆渣粉的差示掃描量熱(DSC)分析結果表明：擠壓豆渣粉在200,℃以下結構穩定；掃描電子顯微鏡(SEM)觀察擠壓豆渣結構，可以看出其纖維結構有明顯的熱降解現象．

豆渣；擠壓；可溶性膳食纖維；物性

Keywords：soybean residue；extrusion；soluble dietary fiber；physical properties

豆渣是豆腐、豆腐皮、腐竹、豆奶等大豆制品加工中的主要副產物，約占全豆干質量的15%～20%．國內大豆食品行業每年約產出2,000萬噸濕豆渣[1]．我國大豆產量高，豆制品加工發達，但副產品——豆渣利用率非常低，除少部分作為飼料外，大部分作為廢料棄掉，資源浪費極大，同時又造成環境污染．

膳食纖維對人體健康有著很重要的生理功能[2]，具有預防肛腸疾病和心血管疾病[3]、減輕體重、改善糖尿病患者的健康狀況[3–5]、改善口腔和牙齒功能、防治膽結石等生理功效．豆渣富含膳食纖維，是一種極為理想的纖維素源[6]．

本研究利用擠壓技術對豆渣進行處理，確定最佳工藝條件并且對其物性的改善進行分析，旨在提高其可溶性膳食纖維的含量，對豆渣作為食品配料的用途有著重要的意義．

1 材料與方法

1.1 材料

豆渣粉，天津濱海圣玉豆制品廠，經60,℃鼓風干燥粉碎過40目篩得到；α–淀粉酶、糖化酶和蛋白酶，Sigma公司．

1.2 工藝流程

首先對豆渣粉進行調濕，然后利用SYSLG32–Ⅱ型擠壓機(濟南賽百諾科技開發有限公司)以特定的溫度與轉速對豆渣進行擠壓，收集擠壓后的豆渣，在60,℃下進行烘干處理，最后粉碎得到擠壓豆渣粉．

1.3 單因素實驗方法

測定不同條件對豆渣中可溶性膳食纖維含量的影響，實驗分別設置物料水分為15%、20%、25%、30%、35%；擠壓機轉速為80、100、120、140、160,r/m in；擠壓溫度為130、140、150、160、170,℃．

動力系統作為水下航行器的“心臟”一直是國內外學者研究的重點對象. 近年來, 隨著減阻技術和結構優化的快速發展, 高性能艦船及水下航行器的速度得到大幅提升, 同時也對水下推進裝置提出了更高要求. 按照推進方式的不同可將水下兵器推進系統分為葉片式與噴射式兩種, 由于葉片在高轉速下會產生“空化”現象, 導致螺旋槳喪失部分推力, 推進效率嚴重降低, 同時也會造成葉片的空蝕損傷, 70 Knot也就成為采用螺旋槳推進方式的水下兵器不可逾越的速度極限[1].

1.4 豆渣物性檢測[7]

將擠壓后的豆渣和未經處理的豆渣分別進行篩選，過40、60、80和100目的篩子，然后進行物性的測定．

1.4.1 水溶性的測定

準確稱取0.500,g豆渣于200,m L燒杯中，加入50,m L蒸餾水，在90,℃恒溫水浴鍋中連續攪拌30,m in后，3,000 r/m in離心15,m in，取出上清液于105,℃烘干至恒質量，稱殘留物質量．

1.4.2 膨脹性的測定

準確稱取1.000,g豆渣，放入帶刻度的玻璃試管中，加入10,m L蒸餾水，攪拌均勻后，在室溫下靜置24,h，讀出豆渣此時的體積分數．

1.4.3 乳化性的測定

1,g/L的豆渣溶液24,m L，加入8,m L大豆色拉油，于剪切乳化儀中10,000,r/m in攪打1,m in后，立即于容器底部取樣50,μL，用0.1%的SDS溶液稀釋適當倍數，混勻后500,nm處測定吸光度，以SDS溶液為空白．

式中：ρ為樣品質量濃度，g/m L；φ為乳化液中油相的體積分數；L為比色杯光徑，95,mm；N為稀釋倍數；A0為起始乳化液的吸光度．

1.5 熱分析

稱取3～5,mg豆渣，放入鋁制坩堝，蓋上坩堝蓋，置于壓樣機中壓蓋，將坩堝放入DSC–60A型差示掃描量熱儀(日本島津公司)中檢測，從室溫升至200,℃，升溫速度為5,℃/m in，分析熱變化規律．

1.6 結構觀察

經過幾次95%乙醇和蒸餾水清洗后，豆渣中膳食纖維經過濾器過濾，乙基乙醚洗滌，干燥．干燥的豆渣用JSM–6380型掃描電子顯微鏡(日本電子公司)觀察其結構變化．

1.7 可溶性膳食纖維的測定

采用AACC32-06方法[8]測定可溶性膳食纖維(SDF)的含量．

2 結果與討論

2.1 擠壓單因素實驗結果

2.1.1 物料水分

在擠壓溫度160,℃、擠壓轉速120,r/m in條件下，測定不同物料水分對豆渣SDF含量的影響，結果如圖1所示．

圖1 豆渣水分對豆渣SDF含量的影響Fig.1 Effect of water content of soybean residue on content of SDF

從圖1中可以看到水分從15%～35%的變化過程中，SDF含量先增后減．豆渣水分在25%時，豆渣中SDF含量最高．調節物料中的水分可以改變豆渣的輸送特性，使其在機筒中更好地被輸送；另一方面，豆渣水分高低可以影響擠壓過程中剪切力、壓力和摩擦力大小，進而影響到SDF含量的多少．當豆渣中水分小于25%時剪切力增大，但豆渣過干造成機筒極易堵塞，不利于工業化連續生產．當水分大于25%時，豆渣在機筒中容易發生打滑，減小了剪切力，不利于豆渣中SDF含量的增加．同時由于剪切力減小而造成纖維物料降解程度降低[9]，影響SDF含量的增加．

2.1.2 擠壓轉速

在物料水分25%、擠壓溫度160,℃條件下，測定不同擠壓轉速對豆渣SDF含量的影響，結果如圖2所示．

從圖2可以看出：當轉速為100,r/m in時，SDF含量最大，豆渣在機筒中停留時間足夠長，使物料充分得到剪切、摩擦以及高溫的作用，從而提高了SDF的含量．而當轉速高于100,r/m in時，豆渣在機筒中的滯留時間過短，未獲得足夠的加熱作用與擠壓作用，因而隨著轉速的增高SDF的含量下降．

圖2 擠壓轉速對豆渣SDF含量的影響Fig.2 Effect of revolution speed on content of SDF

2.1.3 擠壓溫度

在物料水分25%、擠壓轉速100,r/m in條件下，測定不同擠壓溫度對豆渣SDF含量的影響，結果如圖3所示．

圖3 擠壓溫度對豆渣SDF含量的影響Fig.3 Effect of extrusion temperature on content of SDF

由圖3可以看出：在擠壓溫度130～160,℃時，隨著溫度的升高，SDF的含量逐漸增加．這是由于溫度升高使纖維素發生熱降解，因此SDF的含量也就越高．而溫度高于160,℃時，豆渣在機筒中焦糊，并堆積結成硬塊堵塞機筒，SDF的含量迅速下降．

2.1.4 比較擠壓前后豆渣成分含量的變化

通過AACC32-06方法測定豆渣粉和最優擠壓條件下擠壓豆渣粉的成分含量變化，結果見表1．

表1 擠壓前后豆渣成分含量的變化Tab.1 Changes in com ponent of raw and extruded soybean residue

從表中可以看出，通過單因素優化擠壓加工條件后，擠壓豆渣粉的可溶性膳食纖維量比未擠壓的豆渣粉提高了10倍．

2.2 豆渣物性的變化

2.2.1 擠壓對豆渣水溶性的影響

從表2中可以看出經過擠壓后的豆渣水溶性得到了明顯的提高，其增幅為10.4%．這是由于不可溶的纖維通過擠壓轉變為可溶性纖維[10]，同時，高溫使豆渣中殘存蛋白質空間結構發生變化，削弱了蛋白質之間的疏水作用，從而提高了豆渣的水溶性．

表2 擠壓對豆渣水溶性的影響Tab.2 Effect of extrusion processing on water-soluble of soybean residue

2.2.2 擠壓對豆渣膨脹性的影響

擠壓對豆渣膨脹性的影響見表3．擠壓后的豆渣膨脹性要高于未處理的豆渣，其增幅為15.6%.這可能是由于纖維高聚物連接鍵的斷裂，使大分子向小分子方向裂解，增加了物料的表面積，從而提高了豆渣的膨脹性．

2.2.3 擠壓對豆渣乳化性的影響

從表4可以看出，擠壓后豆渣的乳化性要優于未擠壓豆渣，其增幅為130%．這可能是由于蛋白分子結構受到擠壓所帶來高剪切力的破壞，使部分包埋在分子內部的疏水基因暴露出來，促進了親水—疏水性質的平衡，從而提高了乳化性．

表4 擠壓對豆渣乳化性的影響Tab.4 Effect of extrusion processing on emulsifying of soybean residue

2.3 差示掃描量熱(DSC)分析

從圖4中可以看出，經130,℃和160,℃擠壓處理豆渣的DSC曲線趨勢基本一致．在90～100,℃表現為豆渣水分的吸熱，其后至200,℃沒有出現吸放熱的變化，說明在200,℃之前經擠壓處理過的豆渣具有熱穩定，這對于豆渣粉作為焙烤食品等的膳食纖維添加劑有著重要意義．

圖4 經130,℃和160,℃擠壓后豆渣的DSC圖Fig.4 DSC of 130 ℃ extruded and 160 ℃ extruded soybean

2.4 掃描電子顯微鏡(SEM)觀察結果

由圖5可以看出，經高溫(160,℃)擠壓的豆渣結構上要比經中溫(130,℃)的疏松，并且表面更為粗糙．出現這種情況的原因可能是：擠壓的高剪切力使纖維之間的連接鍵斷開；中溫擠壓時，已經有一部分鍵被打開，但是沒有高溫時打開的多且明顯，這是因為足夠高的溫度使纖維之間的連接鍵獲得打開所需要的能量，從而將鍵打開，使纖維向小分子結構降解；同時也有可能是半纖維素的釋放[11]．

圖5 130 ℃和160 ℃擠壓后豆渣的SEM圖Fig.5 SEM of 130 ℃ extruded and 160 ℃ extruded soybean

3 結 論

通過單因素實驗，豆渣擠壓的最佳工藝條件為：溫度160,℃，水分25%，轉速100,r/m in．經過擠壓的豆渣粉中可溶性膳食纖維量比未擠壓豆渣粉提高了10倍．擠壓豆渣粉在水溶性、膨脹性和乳化性方面有明顯的提高．通過DSC分析得出：擠壓后的豆渣在200,℃以下具有熱穩定性．從SEM圖中可以看出，經高溫擠壓豆渣的原有結構被破壞，發生熱降解．

［1］ 陳霞，趙貴興，孫子重. 大豆加工副產物：豆渣及油腳的利用[J]. 黑龍江農業科學，2006(6)：57-60.

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Effect of Extrusion Processing on Soluble Dietary Fiber and Physical Properties of Soybean Residue

LUO Yin，CHEN Ye，LI Peng，YANG Ye
(College of Food Engineering and Biotechnology，Tianjin University of Science & Technology，Tianjin 300457，China)

TE626.24

A

1672-6510(2011)02-0005-04

2010–10–11；

2010–12–25

天津市科技支撐計劃項目(10ZCKFN01900)

羅 垠（1986—），男，天津人，碩士研究生；通信作者：陳 野，教授，博士，chenye@tust.edu.cn.