正交試驗優化花生蛋白提取工藝及低脂花生蛋白飲料的研制

徐 航，李鵬飛，汪明明，唐樂樂，楊瑞金*

（江南大學食品學院，江蘇 無錫 214122）

正交試驗優化花生蛋白提取工藝及低脂花生蛋白飲料的研制

徐 航，李鵬飛，汪明明，唐樂樂，楊瑞金*

（江南大學食品學院，江蘇 無錫 214122）

以脫皮花生為原料，利用水劑法提取花生蛋白，然后將得到的富含花生蛋白的水相作為基料制備低脂花生蛋白飲料。從粉碎程度、料液比、浸提溫度和浸提時間4 個方面考察提取條件對花生蛋白提取率的影響，結果表明：將脫皮花生粉碎至平均粒徑26 μm左右，在料液比1∶5（g/mL）和60 ℃的條件下提取2 h，最終水相的蛋白質含量為50.4 g/L，花生蛋白提取率達到76.04%。同時以上述富含花生蛋白的水相為基料制備低脂花生蛋白飲料，考察碳酸氫鈉對飲料色澤和穩定指數的影響以及乳清蛋白粉對飲料色澤、口感和氨基酸組成的影響。結果顯示：0.1 g/L的碳酸氫鈉可有效提高產品的穩定性，加入5.0 g/L乳清蛋白粉可明顯改善低脂花生蛋白飲料的潤滑度并提高產品的營養價值。該工藝制備得到的低脂花生蛋白飲料的蛋白質含量為21.0 g/L，脂肪含量為1.2 g/L，具有良好的穩定性。

花生蛋白；低脂；飲料；色差；穩定性分析

花生是世界五大油料作物之一，其生產遍及世界各地，我國是世界上重要的花生生產國之一［1］。花生也是世界上占第三位的植物蛋白源，可提供世界蛋白需要量的11%。以花生為原料生產植物蛋白飲料，具有原料來源廣、營養價值高等優點［2-3］。水劑法提取花生蛋白是向粉碎后的花生中加入水，經攪拌、離心分離后，懸濁液中的乳油和粗纖維、淀粉等殘渣分離出去，得到花生蛋白水相。與傳統壓榨法和浸出法相比，水劑法工藝簡單，健康安全，最重要的是能降低油料的蛋白質變性，提油后的蛋白能夠作為食品原料。

目前，傳統的花生乳飲料大多采用花生仁直接打漿、調配添加劑等工藝制成［4］，產品中脂肪的比例都明顯高于蛋白質，消費者在攝取蛋白的同時也攝入了過多的脂肪。水劑法利用花生蛋白的親水作用能夠有效實現對花生蛋白的高效提取，同時利用油脂的疏水作用，大部分油脂經離心后分離出去，得到的高蛋白低脂肪水相是制備低脂花生蛋白飲料的理想基料［5-6］。一般水劑法得到的花生蛋白水相經干燥后制備成蛋白粉，但若將其制備成飲料，一方面可以減少能耗，降低生產成本，增加飲料體系的蛋白質含量提高飲料附加值；另一方面減少水資源的浪費，并且實現花生資源的綜合利用。水劑法在脫脂的過程中會產生不良的風味，而通過生香處理，可以減少花生的生腥味，產生濃郁的芳香［7］。花生的生香處理可以通過烘烤進行，而適度的熱處理條件下，并不會影響蛋白質的溶解度，這是因為完整的花生球蛋白對熱處 理具有相對穩定性［8-9］。

本實驗以脫皮花生為原料，研究花生蛋白提取及飲料加工的工藝，制備得到色澤誘人、營養價值高且不添加任何穩定劑的低脂花生蛋白飲料。并比較自制低脂花生蛋白飲料與市售產品穩定性，以水劑法提取得到花生蛋白水相為基料，研究以此制備的低脂花生蛋白飲料穩定性變化，探討以水劑法提取的花生蛋白在飲料體系中應用的可行性。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

脫皮花生（產地連云港） 無錫朝陽市場；碳酸氫鈉（食品級） 湖南裕華化工集團有限公司；乳清蛋白粉WPC80 鄭州帝斯曼科技有限公司；銀鷺花生牛奶無錫歐尚超市。

1.2儀器與設備

BPG-9070精密鼓風干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司；中藥粉碎機 山東省青州市精誠機械有限公司；UltraScan Pro1166高精度分光測色儀 美國Hunterlab公司；Turbiscan穩定分析儀 法國Formulaction公司；1100液相色譜儀 美國Agilent公司；FE30實驗室電導率儀 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司。

1.3方法

1.3.1花生蛋白的提取

1.3.1.1工藝流程

脫皮花生→篩選→烘烤（120 ℃，20 min）→粉碎→浸提→離心（4 000 r/min，10 min）→分離→取中間層水相→稀釋混合碳酸氫鈉、乳清蛋白粉、適量糖或甜味劑→過濾→均質→殺菌（135 ℃，5 s）→灌裝→冷卻→成品

1.3.1.2花生蛋白提取工藝優化

水劑法提取花生蛋白，選取對提取率有影響的4 個因素，即粉碎程度、料液比、浸提溫度和浸提時間進行實驗。在單因素試驗的基礎上，用L9（34）正交試驗對花生蛋白提取工藝進行優化，考察各因素對蛋白提取率的影響。離心分離后中間層（花生蛋白水相）蛋白質提取率計算公式如式（1）所示：

1.3.1.3花生蛋白水相成分分析

蛋白質含量：按GB 5009.5—2010《食品中蛋白質的測定》方法測定；脂肪含量：按GB 5009.6—2010《食品中脂肪的測定》酸水解法測定；灰分含量：灰化法；鈉含量：原子吸收光譜法。

1.3.2低脂花生蛋白飲料配制

1.3.2.1碳酸氫鈉添加量對飲料色澤及穩定指數的影響

分別添加碳酸氫鈉至最終含量為0.05～0.3 g/L，測定飲料的色澤及穩定指數。根據指標因素對產品品質貢獻大小的差異，采取主觀權重系數法分配不同的權重系數，穩定指數（P）0.7，色差（ΔE）0.3，再進行加權求和［10］，綜合評分（W）計算見式（2）：

1.3.2.2乳清蛋白粉添加量對飲料色澤、口感及氨基酸組成的影響

在最適碳酸氫鈉添加量條件下，加入不同量乳清蛋白粉，至最終含量3.0～11.0 g/L，分別測定飲料的色澤并進行感官評定，采取主觀權重系數法分配不同的權重系數，感官評分（Q）0.6，色差（ΔE）0.4，再進行加權求和［11］，綜合評分（W）計算如式（3）所示；并比較添加最適量乳清蛋白粉后的產品與未添加乳清蛋白粉產品的氨基酸組成變化。

1.3.3低脂花生蛋白飲料產品分析

1.3.3.1理化指標的測定

測定方法參照1.3.1.2節。

1.3.3.2穩定性分析

采用Turbiscan穩定性分析儀，將20 mL被測樣品裝入樣品池中，將樣品池放入穩定性分析測試儀內進行測量，測量探頭從樣品池的底部到樣品池的頂部每40 μm測量1次，掃描參數是每30 min掃描1 次，掃描10 h。

1.3.4評價指標分析

1.3.4.1色澤的測定

取50 mL樣品，以市售銀鷺花生牛奶為空白對照，用高精度分光測色儀測定樣品L*、a*、b*和ΔE值。ΔE值越大，表示樣品與市售產品顏色差別越大，反之越小。

1.3.4.2穩定指數的測定

樣品在3 000 r/min離心10 min，取上清液稀釋10 倍后，用分光光度計在750 nm波長測定吸光度A2，與離心前的產品稀釋10倍的吸光度A1的比值即為穩定指數（P），計算公式如式（4）所示。1.3.4.3 感官評定

由10 名經過專業培訓的感官評定員分別從色澤、氣味和口感方面對產品進行感官評價，每個人的評分為各項指標之和。感官評分標準如表1所示，最終得分為10 人的平均分。

表1　感官評分標準表Table 1 Criteria for sensory evaluation of low-fat peanut protein beverage

1.3.4.4氨基酸組成的測定

樣品經110 ℃水解22 h，水解液經過過濾蒸酸，濾液經過12 000 r/min離心10 min，取上清液，利用高效液相色譜法測定氨基酸含量。HYPERSIL OSD色譜柱（250 mm×4.6 mm，5 μm），柱溫40 ℃，紫外檢測器波長338 nm，洗脫流速1.0 mL/min。

1.4數據分析

2　結果與分析

2.1花生蛋白的提取工藝優化

2.1.1粉碎次數對花生蛋白提取的影響

圖1　粉碎次數對花生蛋白提取率（A）、粒徑分布（B）、平均粒徑（C）的影響Fig.1 Effect of grinding number on the extraction yield of peanut protein （A），particle size distribution （B） and the changes in mean particle size （C）

固定料液比1∶5、浸提溫度60 ℃、浸提時間3 h，粉碎次數分別設為4～9 次（10 s/次），考察粉碎次數對花生蛋白提取率、粉碎后的花生粒徑分布及花生平均粒徑的影響。

由圖1A可知，隨著粉碎次數的增加，花生蛋白的提取率呈現先上升后下降的趨勢。這主要是因為粉碎次數少，體系中存在大量未被破碎的顆粒，蛋白質不易溶出［12］，隨著粉碎次數的增加，花生的顆粒逐漸變細，花生蛋白提取率逐漸上升，但隨著粉碎次數的進一步增加，體系中乳化現象加重，提取率反而降低。從圖1可直觀地看出，隨著花生粉碎次數的增加，100～1 000 μm的微粒數量不斷減少，而1～10 μm的微粒數量不斷增加，花生的體積平均粒徑不斷減小。確定花生蛋白的粉碎次數為7次（10 s/次），粉碎至平均粒徑26 μm左右。

2.1.2料液比對花生蛋白提取率的影響

固定粉碎次數7次（10 s/次）、浸提溫度60 ℃、浸提時間3 h，料液比分別設為1∶1～1∶6，考察料液比對花生蛋白提取率的影響，結果如圖2所示。

圖2　料液比對花生蛋白提取率的影響Fig.2 Effect of ratio of material to water on peanut protein yield

由圖2可知，在水劑法提取花生蛋白的過程中，隨著加水量的增加，花生蛋白的提取率不斷增加，在料液比1∶5達到最大值。料液比值較高時花生蛋白提取率較低，可能是因為蛋白質沒有充分溶解在水中。當水量充足時，在反應時間內有更多的蛋白質溶解［13］。料液比1∶4～1∶6，其花生蛋白提取率沒有顯著性差異，從降低生產成本的角度考慮，最終確定料液比為1∶4。

2.1.3浸提溫度對花生蛋白提取率的影響

固定粉碎次數7 次（10 s/次）、料液比1∶4、浸提時間3 h，浸提溫度分別設為45～70 ℃，考察浸提溫度對花生蛋白提取率的影響，結果如圖3所示。

圖3　浸提溫度對花生蛋白提取率的影響Fig.3 Effect of extraction temperature on peanut protein yield

由圖3可知，隨著浸提溫度升高，花生蛋白提取率呈現先升高后下降趨勢。在60 ℃時，提取率達到最高。但是當溫度過高時蛋白質的提取率反而下降，這可能是由于高溫破壞了花生蛋白的結構，使得花生蛋白的溶解性降低［14］。最終確定浸提溫度為60 ℃。

2.1.4浸提時間對花生蛋白提取率的影響

固定粉碎次數7 次（10 s/次）、料液比1∶4、浸提溫度60 ℃，浸提時間分別設為1～4 h，考察浸提時間對花生蛋白提取率的影響，結果如圖4所示。

圖4　浸提時間對花生蛋白提取率的影響Fig.4 Effect of extraction time on peanut protein yield

由圖4可知，蛋白提取率隨著浸提時間的延長而增加，但是當浸提時間超過2 h，蛋白提取率隨時間的變化存在逐漸下降的趨勢?？赡苁怯捎陔S著時間的延長，反應體系乳化現象逐漸加重，影響了蛋白的提取率［15］。最終確定浸提時間為2 h。

2.1.5花生蛋白提取工藝的正交試驗優化結果

在單因素試驗基礎上獲得了最佳工藝參數，以花生蛋白提取率為指標，對影響提取率重要的4 個因素設計四因素三水平正交試驗，正交試驗設計及結果見表2。

由表2可知，4 個因素的極差大小順序為：B＞C＞A＞D，其中料液比對提取率的影響因素最大，而浸提時間影響最小。根據表2的結果確定花生蛋白提取的最佳工藝條件為A3B3C2D2。即在粉碎次數8 次（10 s/次）、粉碎至平均粒徑26 μm左右、料液比1∶5、浸提溫度60 ℃、浸提時間2 h條件下花生蛋白的提取率最高。對該工藝條件進行驗證，得到花生蛋白的提取率為76.04%，與正交試驗結果相當，證明所優化的結果是可靠的。

表2　花生蛋白提取正交試驗設計及結果Table 2 Orthogonal array design and results for extraction of peanut protein tein

2.2花生蛋白水相成分分析

烘烤后的原料粉碎至平均粒徑26 μm（8次，10 s/次），在料液比1∶5、浸提溫度60 ℃和浸提時間2 h條件下浸提，離心分離后得到的花生蛋白水相成分分析：每100 mL水相中含有蛋白質5.04 g、脂肪0.30 g、灰分0.27 g、鈉1.83 mg。因此，離心分離后花生蛋白水相中蛋白質含量較高，脂肪含量較低，該水相經稀釋后可作為制備低脂花生蛋白飲料的理想基料。

2.3低脂花生蛋白飲料的配制

2.3.1碳酸氫鈉添加量對飲料色澤和穩定指數的影響

花生蛋白水相經稀釋后直接殺菌，會出現絮凝沉淀現象，添加碳酸氫鈉可以提高殺菌穩定性。碳酸氫鈉對花生蛋白水相制備的飲料色澤和穩定指數的影響見表3。

表3　碳酸氫鈉添加量對低脂花生蛋白飲料色澤及穩定指數的影響Table 3 Effects of sodium bicarbonate on the color and stability index of low-fat peanut protein beverage

由表3可知，隨著碳酸氫鈉添加量的增加，制備產品的色差值逐漸增大，穩定指數呈上升趨勢，最終趨于緩慢變化。碳酸氫鈉是一種弱堿，可以提高體系pH值，使得飲料穩定性增加［16］。但另一方面，碳酸氫鈉添加量增加，色差值增加，影響產品的色澤。綜合色差值和穩定指數兩個指標，最終確定碳酸氫鈉添加量為0.1 g/L。

2.3.2乳清蛋白粉添加量對飲料色澤、口感和氨基酸組成的影響

賴氨酸、蘇氨酸和含硫氨基酸是花生蛋白限制氨基酸，而乳清蛋白粉中含有人體的所有必需氨基酸，其氨基酸模式與人體氨基酸模式接近［17-18］。另外，花生蛋白水相脂肪含量低，口感不夠潤滑，加入乳清蛋白粉可改善口感。乳清蛋白粉對花生蛋白水相制備飲料的色澤和感官評分的影響見表4，對氨基酸組成的影響見表5。

表4　乳清蛋白粉（乳粉）添加量對低脂花生蛋白飲料的色澤及口感的影響Table 4 Effects of whey protein on the color and sensory evaluations of low-fat peanut protein beverage

乳清蛋白粉的主要碳水化合物是乳糖，乳糖在高溫條件下與氨基化合物發生美拉德反應［19］，影響產品的色澤。b*值可以反映產品的美拉德反應程度［20］，隨著乳清蛋白粉添加量的增加，b*值不斷增大，產品色澤改變。但是另一方面，由表4可知，隨著乳清蛋白粉添加量增加，產品感官評分先升高后下降。這是因為隨著乳清蛋白粉添加量的增加，產品會有濃重乳味，掩蓋原有的花生風味，從而降低感官評分。綜合色差值和感官評分兩個指標，最終確定乳清蛋白粉添加量為5.0 g/L。

表5　低脂花生蛋白飲料氨基酸的組成Table 5 Amino acid compositions of low-fat peanut protein beverage mg/100 mL

由表5可知，乳清蛋白粉的加入，使得各種氨基酸的含量均有所增加，制備產品的氨基酸模式更加符合人體氨基酸模式。另外，在植物性蛋白的基礎上再添加少量動物性蛋白，還可以提高蛋白質的生物價［21］。為進一步改善口感，產品中需適量添加蔗糖、果葡糖漿、功能性低聚糖或木糖醇等甜味劑。

2.4低脂花生蛋白飲料的產品分析

2.4.1低脂花生蛋白飲料的理化指標

水劑法提取花生蛋白水相制備低脂花生蛋白飲料，測定其理化指標，結果見表6。

表6　低脂花生蛋白飲料的理化指標Table 6 Physical and chemical indicators of low-fat peanut protein beverage

由表6可知，制備飲料中蛋白質含量高于花生蛋白飲料的國家輕工行業標準值0.8 g/100 mL，并且脂肪含量較低，是一種新型的營養健康的植物蛋白飲料。

2.4.2低脂花生蛋白飲料的穩定性分析

利用Turbiscan 穩定性分析儀測定樣品穩定性圖譜及穩定性動力學指數（turbiscan stability index，TSI）分別見圖5和表7。

圖5　樣品背散射光強度與樣品池高度的關系譜圖Fig.5 relationship between back scattering light intensity and pool height

由圖5可知，兩個樣品在檢測的過程中均有不同程度的脂肪上浮現象。制備的低脂花生蛋白飲料在檢測過程中底部出現澄清層，市售產品底部出現沉淀層，且中間部分粒徑略有變化。在圖5A中的左邊（即樣品池的底部）背散射光的強度值降低，說明體系的體積百分比減少，即出現澄清。在圖5B的左邊，背散射光的強度增強，說明體系的體積百分比增加，即出現沉淀；在圖5A和圖5B的右邊（即樣品池的頂部），背散射光光強值均升高，說明樣品池的頂部均有上浮現象［22-23］。

表7　樣品9 h的TSI值Table 7 TSI values of beverage samples

TSI是樣品在整個放置時間內質量濃度和顆粒粒徑的變化幅度的綜合。變化幅度越大，穩定性動力學指數越大，系統就越不穩定［24-25］。由表7可知，低脂花生蛋白飲料與市售產品的底部和中部的TSI值略有差異，頂部的TSI值沒有差異，這與圖5相吻合。制備的低脂花生蛋白飲料與市售產品的整體TSI值基本相同，這說明制備的產品具有較好的穩定性。

3　結 論

烘烤（120 ℃，20 min）后的花生原料粉碎至平均粒徑26 μm（8 次，10 s/次），在料液比1∶5、浸提溫度60 ℃的條件下浸提2 h，花生蛋白提取率為76.04%；得到的高蛋白低脂肪花生蛋白水相經稀釋后依次加入碳酸氫鈉0.1 g/L、乳清蛋白粉5.0 g/L和適量糖或甜味劑，經均質、超高溫瞬時殺菌等工藝制備得到低脂花生蛋白飲料。該產品具有良好的穩定性，蛋白質含量為21.0 g/L，脂肪含量僅為1.2 g/L，符合現代人對營養的需求，同時該工藝能夠有效地實現對花生資源的綜合利用。

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Optimization of Extraction Process of Peanut Protein by Orthogonal Array Design and Development of Low-Fat Peanut Protein Beverage

XU Hang， LI Pengfei， WANG Mingming， TANG Lele， YANG Ruijin*
（School of Food Science and Technology， Jiangnan University， Wuxi 214122， China）

Aqueous extraction was employed to produce peanut protein. The skim fraction obtained from aqueous extraction was used to prepare low-fat peanut protein beverage. The conditions of aqueous extraction were investigated by using peanut protein yield as the response. The results showed that when the extraction process was carried out at 60 ℃ for 2 h with a solid-to-solvent ratio of 1：5 （g/mL） and a mean particle size of 26 μm， maximum extraction yield of 76.04% and protein content of skim fraction of 50.4 g/L were obtained. The effects of sodium bicarbonate on the stability and color of the peanut protein beverage were determined by stability index and chromatic aberration， as well the effects of whey protein on its color and taste by chromatic aberration and sensory evaluation. The stability and taste of the beverage were signifi cantly improved by adding 0.1 g/L sodium bicarbonate and 5.0 g/L whey protein. The beverage contained 21.0 g/L protein and 1.2 g/L fat.

peanut protein； low-fat； beverage； chromatic aberration； stability analysis

TS201.1

A

1002-6630（2015）18-0027-06

10.7506/spkx1002-6630-201518005

2015-01-30

國家高技術研究發展計劃（863計劃）項目（2013AA102103）

徐航（1991—），女，碩士研究生，研究方向為食品加工與配料。E-mail：xuhang2012@outlook.com

楊瑞金（1964—），男，教授，博士，研究方向為食品生物技術及食品化學。E-mail：yrj@jiangnan.edu.cn