食品添加劑對低溫脫脂豆粉保水保油性的影響

朱秀清，梁雪華，李楊，馬曉明

(1.東北農業大學，黑龍江哈爾濱150030;2.國家大豆工程技術研究中心，黑龍江哈爾濱150030)

食品添加劑對低溫脫脂豆粉保水保油性的影響

朱秀清1，2，梁雪華1，*，李楊1，馬曉明1

(1.東北農業大學，黑龍江哈爾濱150030;2.國家大豆工程技術研究中心，黑龍江哈爾濱150030)

通過卡拉膠、酪蛋白、德惠3號膠和黃原膠四種食品添加劑提高低溫脫脂豆粉保水性和保油性，在單因素實驗基礎上采用混料設計對四種食品添加劑提高低溫脫脂豆粉保水性、保油性進行復配實驗。綜合考慮，復配時最佳配比為:卡拉膠20%、酪蛋白15%、德惠3號膠38%、黃原膠27%，總添加量為3%。此時混合添加劑對低溫脫脂豆粉的保水性保油性分別為6.728g·g-1和4.351mL·g-1。

低溫脫脂豆粉，保水性，保油性

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黃原膠 山東阜豐發酵有限公司;德惠3號膠(復合多糖蛋白食用膠)、卡拉膠 青島德惠海洋生物科技有限公司;酪蛋白 河南天翔食品技術開發有限公司;低溫脫脂豆粉(100目篩，用1.2中方法測得保水性2.0g·g-1，保油性1.1mL·g-1)、大豆分離蛋白(同樣方法測得保水性4.3g·g-1，保油性3.6mL ·g-1) 哈高科;食用大豆油 93油脂。

高速冷凍離心機 日本日立有限公司;分析天平 北京賽多利斯儀器系統有限公司;標準檢驗篩(100目) 浙江省上虞市紗篩廠;粉碎機 溫嶺市大德中藥機械有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 保水性的測定方法［7］稱5.0g樣品，置于預先稱重過的離心管中，逐步加水，每加一次水，就用玻棒將樣品攪勻，加至樣品呈漿狀，并有水析出為止，在管壁上擦干玻棒，于2000r/min離心10min，棄去上層清液、稱重。若沒有上清液，則應再加水攪勻再離心，至離心后有少量上清液為止。

保水性(g·g-1)=［(離心管重+沉淀物重)-離心管重-樣品重］/樣品重

1.2.2 保油性的測定方法［8-9］向10g蛋白樣品中加入50mL精制大豆油，玻璃棒攪拌均勻，靜置30min后用1000r/min的速度離心10min，記下游離油的體積，結果以每g蛋白樣品吸附油的mL數表示。

保油性(mL·g-1)=(50-離心后油的體積)/蛋白樣質量

1.2.3 單因素實驗設計 將德惠3號膠、卡拉膠、黃原膠、酪蛋白四種膠分別添加0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%(質量分數)至低溫脫脂豆粕中，按照上述方法依次測定其保水性、保油性。重復三次取平均值。

1.2.4 混料實驗設計 本實驗應用混料設計中的單純形格子法設計實驗，采用Design Expert 7.1.3軟件中的simplex lattice進行實驗設計。以A(卡拉膠)、B (酪蛋白)、C(德惠三號膠)、D(黃原膠)分別代表的因素為自變量，以保水性(g·g-1)、保油性(mL· g-1)為因變量，本實驗所采用的回歸方程為:

式中:ai，aij，aijk分別代表模型的系數。

2 結果與討論

2.1 單因素實驗結果

黃原膠、卡拉膠、德惠3號膠和酪蛋白等四種食品添加劑不同添加量對低溫脫脂豆粉保水性的影響見圖1。

圖1 四種添加劑對低溫豆粉保水性的影響

由圖1可以看出，黃原膠、卡拉膠、德惠3號膠和酪蛋白等四種食品添加劑對低溫脫脂豆粉的保水性值隨著添加劑添加量的增加而增大。黃原膠、德惠3號和卡拉膠在添加量0.1%～0.3%范圍內呈線性增加，而添加劑添加量達到0.4%后則趨于平緩;當酪蛋白添加量達到0.1%～0.4%范圍內時，隨著酪蛋白含量的增加低溫脫脂豆粉保水性值快速上升，而添加量在0.4%后，隨著酪蛋白含量的增加低溫脫脂豆粉保水性值變化則趨于平緩。綜合考慮，選擇各添加劑添加量為0.3%為后期實驗的參考數據。

黃原膠、卡拉膠、德惠3號膠和酪蛋白等四種食品添加劑不同添加量對低溫脫脂豆粉保油性的影響見圖2。

圖2 四種添加劑對低溫豆粉保油性的影響

由圖2可以看出，黃原膠、卡拉膠、德惠3號膠和酪蛋白等四種食品添加劑對低溫脫脂豆粉的保油性值隨著添加劑添加量的增加而增大。黃原膠、德惠3號和酪蛋白在添加量0.1%～0.3%范圍內呈線性增加，而添加劑添加量達到0.4%后，隨著酪蛋白含量的增加低溫脫脂豆粉保油性值變化則趨于平緩。卡拉膠在添加量0.1%～0.2%時，保油性值急劇增加;添加量在0.3%～0.4%時，保油性值上升緩慢，而添加量至0.4%后，隨著添加量的增加低溫脫脂豆粉保油性值基本沒有變化。綜合考慮，選擇各添加劑添加量為0.3%為后期實驗的參考數據。

2.2 回歸模型的建立與分析

利用Design Expert 7.1.3軟件建立的實驗設計和實驗結果見表1。

對表1中的數據進行回歸分析，計算出回歸方程各項系數并進行方差分析(見表2、表3)，可得食品添加劑對低溫豆粉保水性(Y1)、保油性(Y2)的標準回歸方程為:

進一步對表1中的數據進行回歸分析，得出了四種食品添加劑對低溫豆粉保水、保油性影響的回歸方程，回歸與方差分析結果見表2、表3，交互作用的等高線分析圖見圖3、圖4。

由表2和表3的p模型可以看出，各p模型值均小于0.05，說明方程與實際情況擬合良好，能夠反映出混合添加劑的功能性質。而p失擬均大于0.05，這說明其它因素對實驗結果干擾較小，模型能較好地反映數據;同時復相關系數R2均大于0.8000，因此可以利用此模型對混合添加劑對低溫脫脂豆粉保水、保油性進行分析。

2.3 混合添加劑對保水性、保油性影響的分析

從表2和表3的方差分析結果可以看出，所得

Y1、Y2的回歸方程都極顯著，且失擬檢驗均不顯著，說明該模型與實驗擬合良好，自變量與響應值之間線性關系顯著，可以用于該反應的理論推測。

表1 混料實驗設計與結果

表2 混合添加劑對低溫脫脂豆粉保水性的方差分析表

表3 混合添加劑對低溫脫脂豆粉保油性方差分析表

由表2可知四種因素對低溫豆粕保水性有顯著性影響，由F檢驗可以得到因子貢獻率，影響順序依次為C(德惠3號膠)＞D(黃原膠)＞A(卡拉膠)＞B (酪蛋白)，而交互項中的AD、ABD、BCD對低溫豆粕保水性有極顯著的影響，且ABC對低溫豆粉的保水性也有顯著性影響。這說明低溫豆粉保水性變化相當復雜，各個實驗因素對低溫豆粉保水性的影響不是簡單的線性關系，且4因素之間存在著復雜的交互作用。混合添加劑對低溫脫脂豆粉保水性的影響見圖3。

圖3 混合添加劑對脫脂豆粉保水性等值線圖

由表3可以看出，四種因素對低溫豆粉的保油性均有顯著性影響，由F檢驗可以得到因子貢獻率，影響順序依次為C(德惠3號膠)＞D(黃原膠)＞B (酪蛋白)＞A(卡拉膠)，而交互項中的AC、BC、CD對保油性有極顯著影響，且AD對保油性有顯著影響，這表明四種實驗因素對低溫豆粉保油性的影響不是簡單的線性關系，且4因素之間存在著復雜的交互作用。混合添加劑對低溫脫脂豆粉保水性的影響見圖4。

圖4 混合添加劑對脫脂豆粉保油性等值線圖

由圖3、圖4可以得出:德惠3號的保水性和保油性是四種增稠劑中最高的，而黃原膠性次之，卡拉膠和酪蛋白則較差。增稠劑的主要成分是多糖類或蛋白質的大分子黏物質，其分子結構中含有許多親水基團，如羥基、羧基、氨基、羧酸根等，這些基團水化后均勻分散于溶液中，形成粘稠膠體溶液，從而增加了底物的粘稠性，保水性和保油性也就大大地提高。同時蛋白分子間具有三維網狀結構，內部有一定的孔隙，通過大分子鏈上大量的親油基團的作用，油分子被包裹在大分子網絡結構中，從而達到了吸油保油的目的。由于食品增稠劑具有良好的配伍性，膠配伍后形成有重要價值的凝膠，因此增稠劑之間具有協同增效效應，可使溶液產生比預期更高的粘度。并使混合體更為穩定，具有良好的懸浮特性。食品增稠劑的增效效應可使混合增稠劑具有特異的流變性，有特殊的增黏效應或使形成的凝膠具有更高的強度。數據顯示德惠3號與黃原膠的協同效應最為明顯，同時酪蛋白酸鈉與德惠3號具有協同效應，卡拉膠與酪蛋白酸鈉也具有協同效應。

2.4 混合添加劑配方的優化與驗證

繼續對回歸模型進行數學分析，可得到多組優化的因素條件。由于混合添加劑對低溫脫脂豆粉保水性和保油性是相互制約的關系，因此保水性和保油性達到最高值的因素條件并不完全一致。綜合優化得出因素值，以及各因素對指標的影響順序并進一步綜合考慮成本問題，選擇的適宜混合添加劑配方為:德惠3號膠38%，卡拉膠20%，酪蛋白15%，黃原膠27%，依據該方法進行驗證實驗，測得的混合添加劑對低溫脫脂豆粉保水性、保油性分別為6.728g ·g-1和4.351 mL·g-1，這與理論預測值6.732g·g-1和4.369mL·g-1誤差均在±1%以內。而低溫脫脂豆粉本身的保水性、保油性分別為2.0g·g-1、1.1mL ·g-1，在最佳添加劑添加量條件下低溫脫脂豆粉保水性和保油性分別提高了2.37倍和3倍;大豆分離蛋白自身保水性4.3g·g-1，保油性3.6mL·g-1，在最佳添加劑添加量條件下低溫脫脂豆粉保水性和保油性較大豆分離蛋白分別提高了0.56倍和0.2倍，說明采用混料設計優化得到的低溫脫脂豆粉的保水性和保油性混料配方準確可靠，按照建立的模型進行預測，證明在實踐中是可行的。

3 結論

通過在低溫脫脂豆粉中添加混合添加劑可以提高其保水性和保油性。當混合添加劑添加脫脂豆粉的3%時對其吸水吸油性有顯著提高，由以上混料設計實驗所得Y1、Y2的回歸方程都極顯著，且失擬檢驗均不顯著，說明該模型與實驗擬合良好，可以用于該反應的理論推測。并且得到添加劑的最佳配比為:卡拉膠20%、酪蛋白15%、德惠3號膠38%、黃原膠27%，依據該方法進行驗證實驗，測得的混合添加劑對低溫脫脂豆粉保水性、保油性分別為6.728g·g-1和4.351mL·g-1。

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Effect of food additives on water-holding capacity and oil-holding capacity of low-temperature defatted soybean flour

ZHU Xiu-qing1，2，LIANG Xue-hua1，*，LI Yang1，MA Xiao-ming1
(1.Northeast Agricultural University，College of Food Science，Harbin 150030，China; 2.The National Research Center of Soybean Engineering and Technology，Harbin 150030，China)

Based on the single factor tested of four kinds of food additives(Dehui 3，carrageenan，xanthan gum， casein)，the effects of mixed food additives by using Simplex Lattice design on water-holding capacity(WHC)and oil-holding capacity(OHC)of low-temperature defatted soybean flour(LDSF)were studied.The proper matching of mixed food additives was carrageenan 20%，casein15%，Germany Hui 3 gum 38%and xanthan gum 27% respectively by comprehensive consideration.And their total additive level was 3%.In this condition，the WHC and OHC of mixed food additives on low-temperature defatted soybean four was 6.728g·g-1and 4.315mL·g-1.

low-temperature defatted soybean flour;water-holding capacity;oil-holding capacity

TS202.3

A

1002-0306(2011)09-0346-05

大豆蛋白的氨基酸配比合理，生物價及蛋白凈利用率接近動物蛋白，且不含膽固醇，是公認理想的食用蛋白資源。大豆蛋白質的制取是通過采用低溫脫脂豆粕經過系列工藝技術加工而成的產品，主要產品有大豆分離蛋白、大豆濃縮蛋白、大豆組織蛋白及脫脂大豆蛋白粉，并應用于不同的食品加工領域，由于受生產成本限制，在其應用中也相應地受到了限制。大豆分離蛋白是目前應用于肉制品中的一種蛋白，并得到了廣泛應用。然而，相對于低溫脫脂豆粉而言，大豆分離蛋白價格昂貴，生產時需耗費大量能源與資源，因此，本項目設計研究用低溫脫脂豆粉在保水性和保油性方面替代大豆分離蛋白。混料實驗就是實驗中各因子的取值按其所占百分比計，且其總和等于1(100%)。實驗指標僅與各種成分所占的百分比有關，而與混料的總量無關［1］。混料實驗設計已廣泛地應用于食品產品的配方實驗研究中，特別是各配方組分間有交互作用的情況下［2-4］。在混料設計中，單純形重心設計、單純形格子設計和軸設計等都是主要的混料設計方法［5-6］。在脫脂豆粉加工中通過技術處理及補加添加劑，使脫脂豆粉達到分離蛋白在保水性和保油性方面一定的使用功能，用以滿足現實生產需要，為產品的開發推廣及脫脂大豆粉的增值提供一定的理論依據。

2010-10-26 *通訊聯系人

朱秀清(1968-)，女，研究員，碩士生導師，研究方向:大豆精深加工。

黑龍江省攻關項目(GB08B401-01)。