大豆蛋白特性對其高濕擠壓纖維化產品的影響

王喜泉，朱秀清，*，楊 聳，李佳棟，王 玲

（1.國家大豆工程技術研究中心，黑龍江哈爾濱 150030；2.山東禹王實業有限公司，山東禹城 251200；3.東北農業大學，黑龍江哈爾濱 150030）

大豆蛋白特性對其高濕擠壓纖維化產品的影響

王喜泉1，朱秀清1，*，楊 聳2，李佳棟1，王 玲3

（1.國家大豆工程技術研究中心，黑龍江哈爾濱 150030；2.山東禹王實業有限公司，山東禹城 251200；3.東北農業大學，黑龍江哈爾濱 150030）

研究大豆蛋白的特性對其高濕擠壓纖維化的影響，分別選用低溫脫脂豆粉、大豆分離蛋白和五個不同品種的大豆為原料進行實驗。研究了氮溶解指數（NSI值）、粒度及大豆蛋白7S/11S比值等因素對高濕擠壓纖維化產品特性的影響。實驗結果表明，擠壓原料特性對高濕擠壓纖維化產品的感官質量、質構特性及微觀結構產生較明顯的影響。較高NSI值和較低粒徑范圍（0.076～0.135mm）原料的擠壓產品纖維化結構較好；大豆11S球蛋白在擠壓加工過程中起重要作用，提高11S球蛋白的含量，在一定程度上可以提高擠壓纖維化產品的品質。

大豆蛋白，原料特性，高濕擠壓，纖維化

高濕擠壓技術（物料含水率≥40%）是國際上新興的植物蛋白重組技術[1]。高濕擠壓技術是使用帶冷卻模頭的雙螺桿擠壓機形成的，是集混合、攪拌、破碎、加熱、蒸煮、殺菌、膨化及成型為一體的高新技術，廣泛地應用于食品工業，其產品纖維化程度高，質地均勻一致，富有彈性和韌性，可直接加工成為蛋白面、素雞、素蝦、工程肉等形態和風味多樣的食品，產品不需復水即可直接烹調食用，營養成分和生理活性成分損失少[2]。高濕擠壓纖維化蛋白產品的蛋白源大多是植物蛋白源，其原料的組成和特性對于高濕擠壓產品的特性是至關重要的。原料中除必需具備一定含量的低變性蛋白質（50%以上，干基）外，適宜的粒度、pH、油脂和淀粉含量等也會對擠壓產品的組織結構產生明顯影響。常見的高濕擠壓纖維化產品原料有大豆蛋白、小麥蛋白、花生蛋白以及豌豆蛋白等。日本在20世紀90年代中期，曾以全脂大豆為原料，對高濕擠壓技術進行了較為系統的研究；美國近年來以大豆分離蛋白為主要原料，添加部分小麥淀粉，生產出高濕纖維化蛋白產品[3]。在國內，研究了以大豆蛋白、豬肉和淀粉為原料[4]，進行復合組織蛋白的共混擠壓工藝[5-6]；以及以花生蛋白為原料[7]，研究了原料特性對高濕擠壓纖維化蛋白產品的影響。但對以大豆蛋白為主要原料，研究原料特性對高濕擠壓纖維化產品特性影響的研究在國內外鮮有報道。因此，本文研究了以大豆蛋白為主要原料，利用高濕擠壓技術生產纖維化蛋白產品，探討不同蛋白原料特性對擠壓纖維化產品品質的影響，為高濕擠壓技術配方的確定提供設計依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

大豆分離蛋白 哈高科大豆食品有限責任公司；低溫脫脂豆粉 大慶天圜集團；大豆（龍選1號）國家大豆工程技術研究中心；大豆（黑農37）、大豆（黑農43）、大豆（黑農44）、大豆（綏農14） 黑龍江省農科院；谷朊粉 濮陽縣瑞豐小麥淀粉有限公司；本實驗所有試劑 均為國產分析純。

SYSLG30-IV型雙螺桿擠壓機 濟南賽百諾科技開發有限公司；高速萬能粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司；電熱恒溫水浴鍋 北京市永光明醫療儀器廠；HZQ-X100型振蕩培養箱 哈爾濱市東聯電子技術開發有限公司；電子分析天平 梅勒特-托利多儀器（上海）有限公司；立式壓力蒸汽滅菌器 上海博迅實業有限公司醫療設備廠；電熱恒溫干燥箱上海一恒科學儀器有限公司；消化儀、KDN-04型蛋白質測定儀 上海纖檢儀器有限公司；垂直板電泳儀和電泳槽、DYY III-11型電泳儀 北京六一儀器廠；UVP-800型凝膠成像儀 UItra-VIolet Products Limited Cambridge UK；高速離心機 北京醫用離心機廠；TA.XT Plus物性測試儀 英國Stable Micro System公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 不同NSI值大豆蛋白原料的制備 分別稱取300g大豆分離蛋白，盛于2000mL燒杯中，于高壓蒸汽滅菌器內處理0、3、5、10、15、20min，采用凱氏定氮法測定處理后原料NSI值。

1.2.2 不同粒度原料的制備 將粉碎后的低溫脫脂豆粉分別通過70、85、110、160、200目的篩網，篩分為不同粒度的脫脂豆粉后，封袋，備用。篩分后的脫脂豆粉粒度大小依次為0.22、0.18、0.135、0.097、0.076mm。

1.2.3 不同大豆7S/11S蛋白原料的制備 冷榨方法制備脫脂豆粉的工藝流程：原料→清理→烘干軟化→軋胚→予熱蒸炒→壓榨→收集餅粕→粉碎→過篩

分別取210g五種不同原料的脫脂豆粉，同時加入90g谷朊粉，使脫脂豆粉與谷朊粉的比例為7∶3，再分別將300g的物料與水（60%）混合均勻，封袋，備用。

1.2.4 原料常規指標測定 水分含量的測定：GB/T 5009.3-2003；蛋白質含量的測定：GB/T 5009.5-2003；脂肪含量的測定：GB/T 5009.6-85；NSI值的測定：GB/T 5511-85附錄A大豆水溶性蛋白質測定法（補充件）。

1.2.5 聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測 具體方法如下：選12%分離膠和5%的濃縮膠進行電泳，電泳前樣品沸水浴處理5min，吸取10μL樣品上樣。起始電壓50V，待樣品進入分離膠，調整電壓為80V。染色劑為考馬斯亮藍染色（45%甲醇，45%純水，10%冰乙酸，0.05%考馬斯亮藍），脫色劑為（45%甲醇，45%水，10%冰乙酸）混合溶液。選取低分子量標準蛋白質，Marker范圍為14.4～97.4ku。

1.2.6 質構特性測定 本實驗使用TA.XT Plus型物性測試儀，測定產品的硬度、咀嚼度。采用TPA模式，P/50探頭，測試前速度2.0mm/s，測試速度1.0mm/s，測試后速度2.0mm/s，下壓程度50%，間隔時間5s，往復運動兩次。

將樣品切成邊長1cm，高2cm的長方體，采用HDP/BS探頭，測定產品的剪切力。用橫向與縱向剪切力的比值定量表征產品組織化程度的大小，即組織化度。

1.2.7 產品感官評價 分別選取食品相關專業的5男和5女研究生共10名，對10份高濕擠壓產品進行感官評價。感官評價內容和評判標準如下：分別從成型性、纖維絲形成狀態、表觀狀態、口感及彈性這四項進行感官評分，每一項的滿分為5分。各項評分標準見表1。

1.3 數據處理與分析

所有實驗進行三次重復，數據均采用Excel進行計算、繪圖和顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 大豆蛋白不同NSI值對擠壓纖維化產品特性影響

2.1.1 NSI值對擠壓纖維化產品感官評價的影響 根據上述1.2.1的方法，制備NSI值分別為81.60%、42.78%、33.76%、22.57%、19.96%和18.74%的6種擠壓原料。

NSI值是判定大豆蛋白變性程度的重要指標，蛋白質的變性直接影響大豆蛋白質分子在擠壓過程中的分子重組[8]。由圖1可知，原料NSI值對擠壓產品的感官質量有很大影響。隨NSI值的降低，擠壓產品表面光滑度顯著下降，口感變得粗糙，形成的纖維絲也減少，感官評分也顯著下降。

表1 感官評價評分表Table 1 Sensory evaluation score

圖1 NSI值對擠壓纖維化產品感官質量影響Fig.1 The influence of NSI value to extrusion fibrosis sensory quality product

2.1.2 NSI值對擠壓纖維化產品質構的影響 原料NSI值對產品的質構特性有重要影響。擠壓產品的質構測定結果見圖2，在同樣的擠壓條件下，隨原料NSI值的升高，大豆蛋白擠壓纖維化產品的硬度和咀嚼度都呈上升趨勢。隨原料NSI值的升高，產品的組織化程度也呈上升趨勢。這說明纖維化產品的品質與原料蛋白質變性程度密切相關，蛋白質變性程度越小，產品擠壓質構特性越好。這可能是因為，變性后的蛋白質分子內二硫鍵轉變成分子間二硫鍵[9]，從而使蛋白質分子凝結，不利于擠壓產品的纖維形成。

圖2 不同NSI值對擠壓纖維化產品質構特性的影響Fig.2 Different NSI value on extrusion product quality and structure characteristics of the fibrosis influence

2.1.3 NSI值對擠壓纖維化產品微觀結構影響 如圖3所示，原料的NSI值對其擠壓纖維化產品的微觀結構具有明顯的影響。隨產品NSI值的升高，產品質地均勻度明顯上升。在NSI值為18.74%～22.75%時，擠壓產品基本不具備組織化結構；在NSI值為33.76%時，擠壓產品表面粗糙且出現許多橫向裂紋；當NSI值再升高以后，產品的纖維結構逐漸明顯，質地逐漸均勻。當NSI值達到81.6%時，產品呈現明顯的纖維狀結構。可見，NSI值對擠壓組織化產品的質地有重要影響。

圖3 不同NSI值的擠壓纖維化產品掃描電鏡圖（×1500）Fig.3 Different NSI value of extrusion fibrosis product electron microscopy scanning figure（×1500）

2.2 大豆蛋白原料粒度對高濕擠壓纖維化產品特性的影響

2.2.1 原料粒度對大豆蛋白擠壓纖維化產品感官評價的影響 由圖4可知，原料粒度對擠壓纖維化大豆蛋白產品感官質量有很大影響。隨著原料粒度的增加，擠壓產品表面逐漸變得粗糙；當原料粒徑在0.076～0.135mm之間時，口感相對細膩，當粒徑大于0.135mm以后，產品口感下降，彈性降低。但原料粒度對擠壓產品的成型性影響較小。纖維化產品的感官評分隨原料粒度的增加而下降。

圖4 原料粒度對擠壓纖維化產品感官質量影響Fig.4 The size of materials for extrusion fibrosis sensory quality product influence

2.2.2 原料粒度對大豆蛋白擠壓纖維化產品質構特性的影響 如圖5所示，隨擠壓原料粒度的增大，擠壓產品的硬度、咀嚼度以及組織化度都呈下降趨勢。當原料粒徑從0.076mm增加到0.22mm時，纖維化產品硬度和咀嚼度下降趨勢緩慢。當原料粒徑增大到0.18mm時，產品的組織化度開始迅速下降。由此可見，擠壓原料的粒度越小，組織化產品的質量越好[10]。隨原料粒徑的增大，產品各項質構指標都呈下降趨勢。這可能是因為原料粒徑大時，原料與水混合的不均勻，在同樣的擠壓工藝條件下，原料與機筒內壁的接觸面積較小，受熱不均，導致原料局部干燥[11]，影響產品的品質。

圖5 原料粒度對擠壓纖維化產品質構特性的影響Fig.5 The size of materials for extrusion fibrosis sensory quality product influence

2.2.3 原料粒度對大豆蛋白擠壓纖維化產品微觀結構的影響 圖6為五種不同粒度原料的擠壓纖維化產品掃描電鏡圖，結果顯示，當原料粒徑為0.076～0.096mm時，擠壓產品質地均勻，氣腔小，并且分布均勻。當原料粒徑增大后，擠壓纖維化產品的氣腔結構變大，質地逐漸疏松，纖維結構不明顯。這與宏觀特征研究結果相符。

2.3 不同大豆7S/11S蛋白組成對大豆蛋白擠壓纖維化產品特性的影響

2.3.1 不同品種大豆原料脫脂豆粉各項指標 指標見表2。

2.3.2 不同品種大豆原料脫脂豆粉電泳檢測 大豆蛋白主要為球蛋白，11S和7S組分占有大部分，并在大豆蛋白的加工特性中起到重要作用。7S球蛋白可分為三個亞基：α’、α和β，11S球蛋白是一種不均勻性的蛋白，在SDS-PAGE實驗時可分為酸性和堿性兩類亞基，其總數多達10余個，亞基之間通過二硫鍵相互作用。

圖6 不同原料粒度擠壓纖維化產品掃描電鏡圖（×1500）Fig.6 The size of materials extrusion fibrosis different product electron microscopy scanning figure

本研究選用五種不同品種的大豆原料（其蛋白中7S/11S具有一定的差異），采用單螺桿擠壓機對其進行冷榨脫脂，制取脫脂豆粉，用以制備不同7S/11S比值的大豆蛋白原料，考察大豆蛋白7S/11S不同的原料對擠壓纖維化產品品質的影響。圖7電泳圖譜中，有六條帶譜為大豆蛋白7S與11S的亞基組分，其中，α＇、α和β為7S球蛋白的三種亞基成分，A3、A和B為11S蛋白的亞基成分。

圖7 蛋白原料電泳圖Fig.7 Protein material electrophoresis figure

表2 不同大豆原料脫脂豆粉各項指標表Table 2 Different raw materials defatted soybean meal soybean each index

2.3.3 不同7S/11S組分比率大豆蛋白對擠壓纖維化產品質構特性的影響 如圖8所示，當原料7S/11S從0.205到0.394上升的過程中，擠壓纖維化產品的硬度、咀嚼度和組織化度都呈下降趨勢。根據實驗結果可以看出，擠壓產品的質構特性隨原料大豆蛋白7S/11S的升高而下降，這說明，大豆11S球蛋白在擠壓加工過程中起到重要作用[12]，提高11S蛋白的含量，可以一定程度上提高擠壓纖維化產品的品質。這可能是因為11S蛋白中含硫氨基酸比7S蛋白高，分子量較大，在擠壓過程中更易于分子間二硫鍵形成，并易形成蛋白質分子交聯，從而能穩定蛋白質的纖維狀結構的緣故。

圖8 不同7S/11S比率大豆蛋白對擠壓纖維化產品質構特性的影響Fig.8 Different 7S/11S rate of soybean protein extrusion product quality and structure characteristics of the fibrosis influence

3 結論

3.1 NSI值是判定大豆蛋白變性程度的重要指標，隨NSI值的降低擠壓產品表面光滑度顯著下降，口感變得粗糙，形成的纖維絲也減少，感官評分也顯著下降。

3.2 原料粒度對高濕擠壓產品質地的影響，是隨著原料粒度的增加，擠壓產品表面逐漸變得粗糙，當原料粒徑在0.076～0.135mm之間時，口感相對細膩，當粒徑大于0.135mm以后，產品口感下降，彈性降低，隨原料粒徑的增大，產品各項質構指標都呈下降趨勢。

3.3 原料中大豆球蛋白組分對擠壓產品的研究發現，擠壓產品的質構特性隨原料7S/11S的升高而下降，這說明大豆11S球蛋白在擠壓加工過程中起到重要作用，提高11S蛋白的含量，可以一定程度上提高擠壓纖維化產品的品質。

[1]Swientek B.Extrusion yields fibrous，meat-like products[J].Prepared Foods，2000，169（1）：53-54.

[2]康立寧.大豆蛋白高水分擠壓組織化技術和機理研究[D].楊凌：西北農林科技大學，2007.

[3]Lin S H， Huff H E， Hsieh F.Extrusion process parameters，sensory characteristics，and structural properties of a high moisture soy protein meat analog[J].Food Science，2002，67（3）：1066-1072.

[4]王洪武，林炳鑒.復合組織蛋白擠壓加工工藝的初步研究[J].農業工程學報，2004，20（4）：54-58.

[5]張澤慶.食品擠壓技術[J].包裝與食品機械，2007，25（6）：13-18.

[6]王洪武.大豆蛋白質擠壓加工的實驗與數值模擬研究[D].北京：北京化工大學，2002.

[7]張汆.花生蛋白擠壓組織化技術及其機理研究[D].楊凌：西北農林科技大學，2007

[8]Isobe S，Noguchi A.High moisture extrusion with a twinscrew extruder：fate of soy protein during the repetition of extrusion cooking[J].Nippon Shokuhin Kogyo Gakkaishi，1987，34：456-461.

[9]Ledward D A，Tester R F.Molecular transformations of proteinaceous foods during extrusion processing[J].Trends in Food Science and Technology，1994（5）：117.

[10]張汆，魏益民，張波.脫脂花生粉特性對其擠壓產品結構的影響[J].中國糧油學報，2007，22（2）：53-59.

[11]張澤慶.食品擠壓技術[J].包裝與食品機械，2007，25（6）：13-18.

[12]康立寧，魏益民，張波，等.大豆蛋白高水分擠壓組織化過程中工藝參數對系統壓力和扭矩的影響[J].中國糧油學報，2007，22（4）：43-49.

Effect of soybean protein properties on its fibrosis products by high moisture extrusion

WANG Xi-quan1，ZHU Xiu-qing1，*，YANG Song2，LI Jia-dong1，WANG Ling3
（1.The National Research Centre of Soybean Engineering and Technology，Harbin 150030，China；
2.Shandong Yu Wang Industrial Co.，Ltd.，Yucheng 251200，China；
3.Department of Food Science，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China）

The effect of soybean protein properties on fibrosis products by high moisture extrusion was investigated.And defatted soybean flour，soy protein isolated and five kinds of soybean protein were used as the main materials.The factor on the properties of fibrosis products by high moisture extrusion was investigated，including the nitrogen solubility index（NSI），particle size and the different ratio of 7S/11S of the materials.The result showed that the properties of the materials had significantly affected on the sensory qualities，rheological properties and microstructures of fibrosis products by high moisture extrusion.The fibrosis structures of extrusion products were better under higher NSI value and lower particle size（0.076～0.135mm）of the materials and 11S glycinin played an important role in the extrusion processing.The quality of fibrosis products by high moisture extrusion could be improved by increasing the content of 11S glycinin.

soybean protein；properties of materials；high moisture extrusion；fibrosis

TS214.2

A

1002-0306（2012）20-0100-05

2012－04－18 * 通訊聯系人

王喜泉（1967-），男，碩士，研究方向：大豆深加工。

黑龍江省科技攻關項目（GA09B401）；國家“十二五”科技支撐項目（2012BAD34B04）。