淀粉在大豆蛋白組織化過程中的作用

陳曦娟，陳野，羅垠

（天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津300457）

大豆蛋白質是存在于大豆種子中諸多蛋白質的總稱[1]。其營養價值豐富，且具有均衡的氨基酸組成，是最經濟的蛋白資源，有很高的應用價值[2]。目前市場上出現的大豆蛋白產品有粉狀大豆蛋白產品和組織化大豆蛋白產品兩種，其中組織化大豆蛋白產品在美國和日本的生產和應用非常廣泛[3]。魏益民、康立寧等研究了高水分濕法擠壓組織化，其產品纖維化程度高，質地均勻一致，富有彈性和韌性，可直接加工成為素雞、素蝦等形態和風味多樣的食品[4]。

本研究的前期研究為即食性大豆蛋白組織化產品，用水分含量較低的大豆蛋白原料進行擠壓組織化，得到的產品可直接食用，無需加工。但是它也存在不足之處，適口性較差。淀粉在食品的深加工中具有許多改良食品特性的作用，比如具有增稠、凝膠、黏結、成膜、潤脹、糊化，改善質構、防止老化、避免析水，類似脂肪組織結構的替代性等[5]。將淀粉添加到大豆蛋白原料中，它在擠壓過程中的變化直接影響到產品的質構、性質和風味，碳水化合物在體內的消化程度[6-7]。因此，針對此不足之處，本研究利用玉米淀粉來改善即食性大豆蛋白的口感，得到一種高蛋白、適口性好的即食性大豆蛋白組織化產品。

1 材料與方法

1.1 材料

大豆分離蛋白（蛋白質含量78.1%、水分含量6.8%）：平頂山天晶植物蛋白有限責任公司；玉米淀粉：天津市德利來食品廠。

1.2 設備

SYSLG32－Ⅱ系列擠壓膨化實驗機：濟南賽百諾科技開發有限公司；TA－XT plus型質構儀：北京微訊超技儀器技術有限公司；DSC60A型差式掃描量熱儀：島津制作所；SU1510型掃描電子顯微鏡：日立電子，株式會社；DGG－101－0BS型電熱鼓風干燥箱：天津市天宇實驗儀器有限公司；G－150型電子數顯卡尺：上海臺海工量具有限公司。

1.3 方法

1.3.1 單因素試驗優化擠壓參數

設定以下參數進行單因素試驗，分別為：水分含量（15%、20%、25%、30%、35%、40%）、轉速（100、110、120、130、140 r/min）、溫度（140、150、160、170、180 ℃）和淀粉含量（0%、5%、10%、15%和20%）。

1.3.2 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，選取水分含量（A）、轉速（B）、擠壓溫度（C）和淀粉含量（D）4個因素作為試驗因素，以擠壓產品的感官評價為標準，采用L9（34）正交表，進行正交試驗，請20人評判小組進行評價，每個產品的綜合評分為20人總評分的平均值，研究擠壓的最適條件（水分含量、轉速、溫度和淀粉含量）。

1.3.3 感官評價

對產品的色澤、硬度、脆度、咀嚼性和外形五項指標進行感官評價打分，每項5分，共計25分，每組參加感官評價的人數為20人，最后取平均分[8]，感官質量評分方法見表1。

表1 感官評價標準Table 1 Standard of sensory evaluation

1.3.4 擠壓膨化產品的硬度、脆度和膨脹率

用質構儀對大豆蛋白產品進行質構分析，測定產品的硬度和脆度，實驗采用HDP/3PB探頭，測前速度為1.0mm/s，測試速度為3.0mm/s，測后速度為10.0mm/s，測10次取平均值。硬度值是指被測物單位面積斷裂前受到的最大的力，脆度值是指被測物單位面積斷裂時探頭下壓的距離。

用電子數顯卡尺測量擠出物的膨脹率，它表示為擠出物的橫截面直徑與模孔直徑的比，測10次取平均值。

1.3.5 熱分析

用差示掃描量熱儀（DSC）對大豆蛋白產品進行熱分析，將其放入坩鍋中，密封坩鍋，然后再取一個同樣的坩鍋做空白，溫度從25℃以5℃/min升溫到250℃[9]。

1.3.6 掃描電鏡觀察微觀結構

將樣品自然斷裂，取小塊樣品粘臺，采用離子濺射方法噴金，噴金時間60 s，然后置于掃描電鏡下，觀察大豆蛋白產品橫截面的微觀結構。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

在蛋白質中加入淀粉，對擠壓組織化過程有一定的影響。實驗結果顯示，加入淀粉后，當水分含量＜20%時，不能完成擠壓過程，這是由于淀粉在擠壓機內發生糊化，使得物料黏度增加，而水分含量降低也會導致物料黏度增加，所以，水分含量低不易完成擠壓過程。因此，最適水分含量為20%～30%。螺桿轉速增加，產品組織化度、硬度和咀嚼度均有逐漸增加的趨勢[10]，但是螺桿轉速太大會使物料在機腔內滯留時間較短，影響產品組織化。因此，最適螺桿轉速為120 r/min～130 r/min。添加淀粉后，溫度對感官評價總得分的影響不顯著。溫度低，不利于組織化，溫度高，容易發生焦糊，又會影響產品外觀，因此，最適溫度為150℃～170℃。淀粉的添加，使感官評價總得分明顯增加，也使膨化指數增大[7]，在一定程度上可以改善產品的口感，所以，最適淀粉含量為5%～15%。

2.2 正交試驗結果與分析

正交試驗因素與水平見表2，正交試驗結果與分析見表3。

表2 正交試驗因素與水平設計Table 2 Design of orthogonal factors and level

表3 正交試驗結果與分析Table 3 The analytic result of orthogonal experiment

本實驗結果分析采用方差分析法，首先進行F檢測。方差分析見表4。

表4 正交試驗設計方差分析結果Table 4 The analytic result of extreme difference of orthogonal experiment

由表3和表4可以看出，水分含量、轉速、擠壓溫度和淀粉含量4個因素對擠壓膨化產品影響的主次順序為：水分含量＞轉速＞淀粉含量＞擠壓溫度。A因素以A1水平最適；B因素以B3水平最適；C因素以C2水平最適；D因素以D2水平最適。所以擠壓膨化產品的最適參數為：A1B3C2D2，即水分含量為20%，轉速為130 r/min，擠壓溫度為160℃，淀粉含量為10%。水分含量的F值大于F臨界值，說明不同水分含量對產品影響差異顯著。轉速、擠壓溫度和淀粉含量的F值相對不顯著，這就是由于誤差自由度過小，分析的靈敏度不高的緣故。綜合考慮，得到擠壓的最適條件為水分含量20%，轉速130 r/min，擠壓溫度160℃，淀粉含量10%。

2.3 優化條件的驗證

驗證試驗結果見表5。

表5 驗證試驗結果Table 5 Validation test results

結果顯示該條件下得到的產品感官評價總得分最高。

2.4 擠壓膨化產品的硬度、脆度和膨脹率

在水分含量為20%，轉速130 r/min，溫度160℃，淀粉含量為10%的試驗條件下擠壓大豆蛋白，得到的大豆蛋白產品的硬度為4.9 N/cm2，脆度為21.8 mm/cm2，膨脹率為3.7，與之前未添加淀粉的大豆蛋白產品相比，添加淀粉后的硬度、脆度和膨脹率值都有所增加。脆度和膨脹率增加是有由于添加淀粉后，膨化程度增加，氣孔增大。硬度增加是因為添加玉米淀粉后可使膨化食品硬度增大，質地較硬，膨化制品的抗碎強度大，減少破碎。

2.5 熱分析結果

添加淀粉的大豆蛋白產品和未添加淀粉的大豆蛋白產品熱分析結果如圖1所示。

圖1 添加淀粉大豆蛋白產品和未添加淀粉大豆蛋白產品熱分析結果圖Fig.1 DSC of add starch to extruded soybean protein and without starch in extruded soybean protein

由圖1可知，添加淀粉和未添加淀粉的大豆蛋白擠壓產品的熔融點相近，溫度低于160℃時，焓值變化趨勢基本一致，溫度高于160℃時，添加淀粉的大豆蛋白擠壓產品的焓值變化比未添加淀粉的大豆蛋白擠壓產品的要明顯，這可能是因為添加淀粉后，由于蛋白質含量高，使的淀粉的糊化溫度升高[7]，有些高分子結構的鍵在擠壓膨化過程中并未發生斷裂，所以添加淀粉的大豆蛋白擠壓產品在高溫下可能會發生鍵的斷裂，生成低分子化合物。而未添加淀粉的大豆蛋白產品再熔融后焓值變化較平穩，這是由于蛋白質分子通過擠壓后，已經變性，所以產品在熔點后放出熱量較少，具有較好的熱穩定性。總之，溫度對產品是否添加淀粉影響較少。

2.6 大豆蛋白擠壓產品的微觀結構

添加淀粉的大豆蛋白擠壓的產品和未添加淀粉的大豆蛋白擠壓產品掃描電鏡照片如圖2所示。

圖2 添加淀粉和未添加淀粉的大豆蛋白擠壓產品的微觀結構圖Fig.2 SEM of add starch to extruded soybean protein and without starch in extruded soybean protein

由圖中可以明顯的看出，添加淀粉后，產品的氣腔要比未添加淀粉的大，這說明添加淀粉使得產品的膨脹率增加，且組織結構均勻一致。圖a的氣腔壁大約厚0.2 mm，圖b的氣腔壁大約厚0.05 mm，這說明添加淀粉后氣腔壁厚度增加，硬度也相應的增加，這與質構儀的測量結果相吻合，添加淀粉可以增強產品的抗碎強度。

3 結論

確定最適條件為水分含量20%，轉速130 r/min，擠壓溫度160℃，淀粉含量10%。在此條件下得到的大豆蛋白產品硬度為4.9 N/cm2，脆度為21.8 mm/cm2，膨脹率為3.7。溫度對產品是否添加淀粉影響較少，且添加淀粉后，抗碎強度增加，組織結構保持均勻一致。通過本研究可知，添加少量淀粉后，即食性大豆蛋白產品口感、質地和物理特性得到了一定的改善，且對今后的工業化生產有很大的幫助。

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