擠壓對低溫脫脂花生粕氮溶指數的影響

盧 蕊，董海洲，劉傳富，冉新炎

（山東農業大學食品科學與工程學院，山東泰安 271018)

擠壓對低溫脫脂花生粕氮溶指數的影響

盧 蕊，董海洲*，劉傳富，冉新炎

（山東農業大學食品科學與工程學院，山東泰安 271018)

以低溫脫脂花生粕為原料，采用擠壓技術，在單因素實驗的基礎上，利用Box－Benhnken的中心組合實驗設計原理，氮溶指數（NSI）為考核指標，確定了花生粕擠壓改性的最佳工藝條件，建立了數學模型。結果表明，低溫脫脂花生粕擠壓改性的最佳工藝條件為模孔直徑12mm、物料含水量11.8%、擠壓溫度65℃、螺桿轉速300r/min。在該工藝條件下花生粕的NSI為82.20%，和擠壓前相比提高15.42%。

低溫脫脂花生粕，擠壓，氮溶指數

花生是中國重要的油料作物，年產位居世界第一，脫脂后的花生粕年產量在3.0×106t以上，其中的蛋白質含量可達50%～70%（干基），是一種優質的植物蛋白資源[1]。但由于在制油加工過程中，不同的預處理工藝均會導致花生蛋白變性，加工性能較差，花生粕大都作為飼料使用，少數用于釀造醬油和作為蛋白來源營養強化食品，加工利用率較低。因此，對花生粕進行改性以提高其功能特性，拓寬其應用領域，有著重大的經濟效益和社會效益。擠壓技術以其高效、環保、低能耗等優點廣泛被應用于食品加工領域，是一種新型的食品加工技術，目前在花生粕中的應用主要集中在蛋白質組織化方面的研究[2]，但擠壓對改善花生粕功能特性的研究鮮有報道。因此，本文以低溫脫脂花生粕為原料，采用DX56－Ⅲ型雙螺桿擠壓機，對花生粕進行改性處理，研究擠壓工藝條件對花生粕NSI指數的影響，旨在尋求新工藝、新方法，拓展花生粕的應用領域，為實現規模化、工業化生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

低溫脫脂花生粕 山東天申生物蛋白有限公司提供，其中粗蛋白52.17%、氮溶解指數（NSI）66.78%、粗脂肪5.69%、碳水化合物27.1%、粗纖維3.91%、灰分4.49%。

DS56－X型雙螺桿膨化機 濟南高新開發區賽信機械有限公司，生產率80kg/h，它由組合套筒和螺桿組成，螺桿轉速為0～1600r/min無級可調，套筒溫度0～300℃連續可調，配有數顯儀表自控系統。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程 花生粕→烘干→粉碎 （50目）→調粉→擠壓→粉碎

1.2.2 單因素實驗 以蛋白氮溶指數（NSI）為考核指標，考察模孔直徑、物料含水量、擠壓溫度、螺桿轉速對花生粕溶解性的影響。

1.2.3 優化實驗 在單因素實驗的基礎上，以物料含水量、膨化溫度和螺桿轉速為考察因素，氮溶指數為考核指標，根據Box－Benhnken的中心組合實驗設計原理，采用三因素三水平的響應面分析方法設計實驗，分析因素與設計見表1。

1.2.4 氮溶指數（NSI）的測定 按照GB/T5511－2008的方法進行。

表1 響應面分析因素與水平Table 1 Codes of the factors and levels in the central composite design

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 模孔直徑對花生粕NSI的影響 準確稱取5份花生粕粉，每份2500g，分別置于調粉機中進行調粉，使調粉后的物料含水量為10%。在擠壓溫度60℃、轉速200r/min的條件下進行擠壓，模孔直徑對花生粕NSI的影響如圖1所示。

圖1 模孔直徑對花生粕NSI的影響Fig.1 Effect of die throat diameter on NSI of defatted peanut flour

從圖1中可以看出，模孔直徑對花生粕NSI的影響較大，在6～12mm范圍內，隨模孔直徑的增大，花生粕的NSI不斷增大，模孔直徑超過12mm時，NSI反而有所下降。這說明花生粕在擠壓改性時要在一定壓力條件下才能使蛋白質分子充分展開，球狀蛋白發生解聚，暴露出更多疏水基團和極性基團，增加表面電荷，蛋白質水化作用增強[3－4]，花生粕NSI從而得到提高。如壓力過高（模孔直徑小于12mm，直徑越小，壓力越高），蛋白質分子過度展開，過度展開的蛋白質分子通過疏水相互作用形成難溶聚集體，導致花生粕NSI下降，因此，在本實驗條件下，最佳模孔直徑為12mm。

2.1.2 物料含水量對花生粕NSI的影響 準確稱取5份花生粕粉，每份2500g，分別置于調粉機中進行調粉，在擠壓溫度60℃、轉速200r/min的條件下進行擠壓，模孔直徑12mm。物料含水量對花生粕NSI的影響如圖2所示。

從圖2中可以看出，隨著物料含水量的增加，花生粕NSI在含水量12%時達到最大值（74.15%），含水量超過12%，NSI有所下降。這可能是由于物料含水量影響擠壓腔內產生的摩擦力、擠壓力和剪切力[4]，如物料含水量低，物料輸送快，含水量高，物料輸送困難，不便擠壓，在這兩種狀態下物料在擠壓腔內所受的力就小[5]，但蛋白質分子只有在一定外力的作用下，才能破壞蛋白質分子的共價鍵和氫鍵、范德華力、疏水鍵、鹽鍵等蛋白質的高級結構的部分次生鍵，蛋白質致密的結構才能受到破壞，水分子較易進入球蛋白內部同蛋白分子發生水合作用，從而提高花生粕NSI。因此，在本實驗條件下最佳的物料含水量為12%。

圖2 物料含水量對花生粕NSI的影響Fig.2 Effect of water content on NSI of defatted peanut flour

2.1.3 擠壓溫度對花生粕NSI的影響 準確稱取5份花生粕粉，每份2500g，分別置于調粉機中進行調粉，使調粉后的物料含水量為12%，在轉速200r/min的條件下進行擠壓，模孔直徑12mm。擠壓溫度對花生粕NSI的影響，如圖3所示。

圖3 擠壓溫度對花生粕NSI的影響Fig.3 EffectofextrusiontemperatureonNSIofdefattedpeanutflour

從圖3中可以看出，蛋白質在低于變性溫度范圍內，隨擠壓溫度的升高，花生粕NSI在溫度65℃時達到最大值（77.56%），超過65℃NSI反而有所下降，這可能是由于擠壓溫度在50～65℃范圍內，提高溫度能促使二硫鍵斷裂為巰基，防止蛋白質分子之間的聚集作用，從而提高花生粕NSI，若擠壓溫度過高（超過65℃）反過來又會促進二硫鍵的形成，同時蛋白的球形結構變成棒狀結構，大量疏水基團外露，反而降低花生粕NSI。因此，在本實驗條件下最適宜的擠壓溫度為65℃。

2.1.4 轉速對花生粕NSI的影響 準確稱取5份花生粕粉，每份2500g，分別置于調粉機中進行調粉，使調粉后的物料含水量為12%，在擠壓溫度65℃的條件下進行擠壓，模孔直徑12mm。轉速對花生粕NSI的影響，如圖4所示。

從圖4中可以看出，在轉速150～300r/min的范圍內，花生粕NSI有明顯上升的趨勢，當轉速300r/min時，NSI最高（81.14%）。這可能是由于隨著轉速的提高，機腔內物料的剪切強度不斷增大，維持蛋白空間結構的非共價鍵將被破壞。但當轉速超過300r/min時，花生粕NSI開始下降，這可能是由于物料在機腔內停留的時間較短，維持蛋白質結構的非共價鍵未被破壞就被擠壓出來，使NSI降低。因此，在本實驗條件下最佳的螺桿轉速為300r/min。

圖4 轉速對花生粕NSI的影響Fig.4 Effect of screw speed on NSI of defatted peanut flour

2.2 響應面分析方案及工藝優化結果

對物料含水量Z1、擠壓溫度Z2、轉速Z3作如下變換：X1=Z1－12，X2=（Z2－65）/5，X3=（Z3－300）/25，以花生粕NSI為響應值（Y）。實驗設計與實驗結果見表2（其中15個處理中，1～12是析因實驗；13～15是中心實驗，用來估計實驗誤差）。

表2 響應面實驗設計及數據處理Table 2 Central composite experimental design and the results

回歸方程中各變量對指標（響應值）影響的顯著性，由F檢驗來判定，概率P（F＞Fα）的值愈小，則相應變量的顯著程度越高。含水量的P值小于0.01，表明其對花生粕NSI指數的影響極顯著。整體的回歸方程的P值小于0.01，回歸方程也是極其顯著的。相關系數R2=0.9810，說明響應值（NSI）的變化有98.10%來源于所選變量，即物料含水量、擠壓溫度和轉速。因此回歸方程可以較好地描述各因素與響應值之間的真實關系，可以利用回歸方程確定最佳擠壓工藝條件。

在選取的各因素范圍內，根據回歸模型通過Design－Expert軟件分析得出，花生粕擠壓改性最佳工藝條件為：物料含水量11.77%、擠壓溫度65.05℃、轉速299.75r/min，考慮到實際操作的便利，將工藝參數更正為：物料含水量11.8%、擠壓溫度65℃、螺桿轉速300r/min。在此工藝條件下，實際測得NSI為82.20%，回歸模型預測NSI可達82.54%，實際測定值比理論預測值低0.004%，說明該數學模型能較好地預測各因素與NSI之間的關系。

根據擬合函數，每兩個因素對NSI作出響應面。考慮到定性分析各因素與NSI的關系，固定兩個因素時，另外一個因素均做“0”處理，具體因素水平見表1，圖5直觀地反映了各因素對響應值的影響。

圖5 各因素對花生粕NSI影響的響應曲面圖Fig.5 Response surface charts of NSI of defatted peanut flour

表3 回歸分析結果Table 3 Analysis of variance and significance of the response surface quadratic regression model

采用Design－Expert軟件對響應值與各因素進行回歸擬合后，得到的回歸方程如下：33mgGAE/g和140mgGAE/g之間，測定結果高于其他實驗所得結果。原因可能是該方法并不僅限于酚類物質，很多非酚類物質，如抗壞血酸以及一些糖類化合物，同樣可以與F－C試劑反應[15]；其次，有報道沒食子酸作標準時其反應活性和吸收值較Trolox高[16]，這也可能致使F－C法實驗結果偏高。

3 結論

DPPH、ABTS和F－C實驗中，枇杷花的水、甲醇和乙醇三種溶劑提取物的抗氧化活性強弱順序基本一致，水提物＞甲醇提取物＞乙醇提取物，其中F－C實驗結果當量數值最大；FRAP實驗敏感性較差，TE值較低，且三種溶劑提取物的抗氧化活性強弱順序略有不同。通過四種抗氧化活性評價方法比較得出，枇杷花水提物和甲醇提取物的抗氧化活性要高于乙醇提取物。因此，可以推斷枇杷花中的酚類化合物在乙醇中溶解得較少。本實驗為枇杷花中酚類物質的進一步研究提供了理論依據。

[1]全國中草藥匯編編寫組.全國中草藥匯編[M].北京：人民衛生出版社，1996：504.

[2]Lamoral－TheysD，PottierL，DufrasneF，etal.Naturalpolyphenols that display anticancer properties through inhibition of kinase activity[J].Current Medicinal Chemistry，2010，17（9）：812－825.

[3]Guo Q，Zhao B，Shen S，et al.ESR study on the structureantioxidant activity relationship of tea flavan－3－ols and their epimers[J].Biochimica et Biophysica Acta，1999，1427：13－23.

[4]Lee K W，Kim Y J，Lee H J，et al.Cocoa has more phenolic phytochemicals and a higher antioxidant capacity than teas and red wine[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2003，51：7292－7295.

[5]Fernandez－Pachon，M S，Villano D，et al.Determination of the phenolic composition of sherry and table white wines by liquid chromatography and their relation with antioxidant activity [J].Analytica Chemica Acta，2006，563：101－108.

[6]Paixao N，Perestrelo R，Marques J C，et al.Relationship between antioxidant capacity and total phenolic content of red，rose and white wines[J].Food Chemistry，2007，105（1）：204－214.

[7]Li H，Zhou C，Pan Y，et al.Evaluation of antiviral activity of compounds isolated from Ranunculus sieboldii and Ranunculus sceleratus[J].Planta Medica，2005，71（12）：1128－1133.

[8]Becker E M，Nissen L R，Skibsted L H.Antioxidant evaluation protocols：Food quality or health effects[J].European Food Research and Technology，2004，219（6）：561－571.

[9]Gorinstein S，Haruenkit R，Park Y S，et al.Bioactive compounds and antioxidant potential in fresh and dried JaffaR sweeties，a new kind of citrus fruit[J].Journal of the Science of Food and Agriculture，2004，84：1459－1463.

[10]Re R，Pellegrini N，Proteggente A，et al.Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation recolorization assay [J].Free Radical Biology Medicine，1999，26：1231－1237.

[11]Benzie I E F，Strain J J.The ferric reducing ability of plasma（FRAP）as a measure of antioxidant power：The FRAP assay[J].Analytical Biochemistry，1996，239：70－76.

[12]Prior R L，Wu X，Schaich K.Standardized methods for the determination of antioxidant capacity and phenolics in foods and dietarysupplements[J].JournalofAgricultural and Food Chemistry，2005，53（10）：4290－4302.

[13]Frankel E，Meyer A S.The problems of using one－dimensional methodstoevaluatemultifunctionalfoodandbiologicalantioxidants [J].Journal of the Science of Food and Agriculture，2000，80：1925－1941.

[14]Huang D，Ou B，Prior R L.The chemistry behind antioxidant capacity assays[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2005，53：1841－1856.

[15]Stratil P，Klejdus B，Kuban V.Determination of phenolic compounds and their antioxidant activity in fruits and cereals[J].Talanta，2007，71：1741－1751.

[16]Stratil P，Klejdus B，Kubáň V.Determination of total content ofphenolic compounds and theirantioxidantactivity in vegetables evaluation of spectrophotometric methods[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2006，54（3）：607－616.

Influence of extrusion on NSI of defatted peanut flour

LU Rui，DONG Hai-zhou*，LIU Chuan-fu，RAN Xin-yan
（College of Food Science and Engineering，Shandong Agricultural University，Taian 271018，China）

The defatted peanut flour were extruding processed.Based on single-factor experiments and taking NSI as the evaluating index，the experiment mathematical model was established according to Box-Behnken central composite experiment design.The results showed that the optimum extrusion conditions for modify were die throat diameter was 12mm，water content was 11.8%，extrusion temperature was 65℃，screw speed was 300 r/min，in this condition，the NSI of defatted and low-degeneration peanut dregs was 82.20%，which was improved by 15.42%compared to unextruded.

defatted peanut flour；extrusion；NSI

TS229

A

1002－0306（2012）01－0119－04

2010－12－14 *通訊聯系人

盧蕊（1985－），女，在讀碩士，研究方向：糧食、油脂與植物蛋白工程。