快速制漿工藝豆渣中大豆膳食纖維物化特性的研究

金 楊,劉麗莎,田 旭,彭義交,郭 宏

(北京食品科學研究院 北京市食品研究所,北京 100162)

我國大豆資源十分豐富,是世界上主要的豆制品生產與消費大國[1]。在豆制品加工過程中,副產物豆渣占全豆質量的16%～25%[2],其中含有豐富的膳食纖維成分[3]。膳食纖維可促進胃腸道蠕動和排便,具有減少吸附于纖維結構內的致癌和促癌物質的停留時間[4],預防和輔助治療腸道疾病、高血壓、冠心病、糖尿病的功能[5-7],降低血液中膽固醇含量,促進礦物質Ca2+、Mg2+的吸收[8],預防口腔疾病,預防及治療膽結石等功效[9]。膳食纖維的物化性質包括持水性、膨脹性、乳化性、持油性和凝膠性等,這些性質與膳食纖維組成、結構有關,同時也與外界環境因素相關(如pH值、溫度、濃度等)[10-11]。

傳統豆制品加工工藝產生的豆渣水分含量高,口感粗糙,不太適宜于加工、貯藏和直接食用,除少部分被用作飼料及制備膳食纖維外,其余大部分都被作為廢棄物處理,造成資源的極大浪費和環境污染[12-14]。目前,對豆渣綜合利用的研究多集中在大豆膳食纖維的不同制備方法及通過改性改善大豆膳食纖維的物化特性提高膳食纖維利用率方面。華欲飛等[10]對豆渣的堿性過氧化氫處理工藝條件進行了深入的研究,得到膳食纖維含量達94%的功能性大豆纖維。葉發銀等[15]研究了離子液體處理對富含不溶性膳食纖維(insoluble fiber,IDF)的豆渣膳食纖維的成分和物化特性影響。研究表明,離子液體處理可顯著提高豆渣中可溶性膳食纖維(soluble fiber,SDF)含量及SDF/IDF比值,改善了豆渣膳食纖維的持水性和持油性。羅垠等[9]研究利用擠壓技術對豆渣進行處理,確定最佳了工藝條件,并對其物性的改善進行了分析,經過擠壓的豆渣粉中可溶性膳食纖維量比未擠壓豆渣粉提高了10倍,擠壓豆渣粉在水溶性、膨脹性和乳化性方面有明顯的提高。

本研究是在豆制品快速制漿工藝基礎上[16]將所產生的豆渣制備得到大豆膳食纖維,并與傳統制漿工藝豆渣中大豆膳食纖維的營養成分、物化性質和色度進行分析研究,探索提高豆制品加工副產物綜合利用率的途徑,為其在工業上的大規模應用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

傳統制漿工藝豆渣、快速制漿工藝豆渣[16]:實驗室自制。

氫氧化鈉、鹽酸、石油醚(均為分析純):國藥集團化學試劑有限公司；堿性蛋白酶(100 000U/g):南京龐博生物工程有限公司。

1.2 儀器與設備

TGL16M高速冷凍離心機:長沙湘智離心機儀器有限公司；DGG-7070電熱恒溫鼓風干燥箱:山海森信實驗儀器有限公司；DK-98-ⅡA電熱恒溫水槽:天津市泰斯特儀器有限公司；FA2004電子天平:上海天平儀器廠；S-4800掃描電鏡:日立儀器(上海)有限公司；Color Munki校色儀:美國X-rite有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 大豆膳食纖維制備[17]

新鮮豆渣(傳統制漿、快速制漿)用清水沖洗凈,放入烘箱中,在100℃左右的條件下烘干,粉碎至40目。用5倍體積石油醚進行脫脂,4 h一次,共3次。過濾,加入豆渣質量分數0.3%的堿性蛋白酶,在料液比1∶10,pH值9.0,55.5℃條件下酶解150 min,4 500 r/min離心10 min。60℃烘至樣品質量恒定,粉碎、過80目篩,得到大豆膳食纖維樣品(后文均簡稱為傳統大豆膳食纖維、新型大豆膳食纖維)。

1.3.2 測定方法

蛋白質:按照GB5009.5—2010《食品中蛋白質的測定》的方法測定；脂肪:GB/T5009.6—2010《食品中脂肪的測定》的方法測定；灰分:GB 5009.4—2010《食品中灰分的測定》的方法測定；膳食纖維:GB/T 5009.88—2008《食品中膳食纖維的測定》的方法測定。

持水性:按照參考文獻[18]的方法測定；持油性:按照參考文獻[19]的方法測定；膨脹性:按照參考文獻[20]的方法測定；大豆膳食纖維溶解性:按照參考文獻[11]的方法測定。

色度分析:分別取干燥并過80目篩的大豆膳食纖維樣品5 g于平皿中,用色度儀測定其亮度值(L*)、綠紅值(a*)、藍黃值(b*)。

大豆膳食纖維微觀結構觀察:將大豆膳食纖維(傳統、新型)干燥至質量恒定,過100目篩,各取一定量樣品,采用離子濺射法鍍金,通過掃描電鏡對制備好的樣品進行分析、觀察,得到相應的掃描電鏡照片。

1.3.3 數據處理

每組實驗做3次重復,釆用Excel軟件和SPSS 22軟件處理分析所有數據。其中,采用方差分析,并用Duncan檢驗進行顯著性分析,P＜0.05被判定為具有顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 兩種大豆膳食纖維營養成分比較

表1 兩種大豆膳食纖維營養成分比較Table 1 Comparison of nutritional components of two kinds of soybean dietary fibers

由表1可見,與傳統大豆膳食纖維相比,新型大豆膳食纖維中的蛋白質、灰分和脂肪含量分別降低了47.1%、5.21%和20.6%,而總膳食纖維和可溶性膳食纖維含量分別提高了2.98%和29.8%。快速制漿工藝脫除了相對較多的不溶性膳食纖維[20]和豐富的高支鏈果膠[21],有利于提高豆漿中蛋白質提取率[16]。

2.2 大豆膳食纖維物化性質

2.2.1 大豆膳食纖維的持水性、持油性和膨脹性

圖1 傳統與新型大豆膳食纖維的持水性(A)、膨脹性(B)、持油性(C)對比Fig.1 Comparison of retention ability(A),expansive force(B)and oil-holding capacity(C)of traditional and new-type soybean dietary fibers

由圖1可知,新型大豆膳食纖維與傳統大豆膳食纖維相比,持水性由10.7 mL/g提高至14.0 mL/g,提高了31.1%；膨脹性由15.3 mL/g提高至23.0 mL/g,提高了50.0%；而持油性略有下降,由1.99 g/g降至1.85 g/g,下降了7.0%。

膳食纖維水化性質的強弱與其組分的化學結構緊密相關,其持水性由內部的網絡結構的親水能力決定[22]。新型大豆膳食纖維與傳統大豆膳食纖維相比,其蛋白質、可溶性膳食纖維比例增加,使更多的親水基團暴露于豆渣纖維的表面,與水結合后更容易溶脹,其膨脹性和持水性更高。而持油性方面,新型大豆膳食纖維比傳統大豆膳食纖維略低,但沒有顯著性差異(P＞0.05)。

2.2.2 pH值及溫度對大豆膳食纖維溶解性的影響

圖2 pH對大豆膳食纖維溶解度的影響Fig．2 Effect of pH on solubility of soybean dietary fibers

由圖2可見,新型大豆膳食纖維與傳統大豆膳食纖維的溶解度均隨pH值的升高呈先升后降的趨勢。當pH值為7時,傳統大豆膳食纖維溶解度為8.66g/100mL。新型大豆膳食纖維溶解度為10.58 g/100 mL。總體來看,新型大豆膳食纖維的溶解度高于傳統大豆膳食纖維。

圖3 溫度對大豆膳食纖維溶解度的影響Fig．3 Effect of temperature on solubility of soybean dietary fibers

由圖3可見,傳統大豆膳食纖維溫度-溶解度趨勢線斜率為0.027 5,相關系數R2=0.965 0；新型大豆膳食纖維溫度-溶解度趨勢線斜率為0.010 3,R2=0.9434,從兩條曲線的趨勢線的斜率可以看出,傳統大豆膳食纖維溶解度對溫度更加敏感。

2.3 大豆膳食纖維的色度比較

由表2可見,新型大豆膳食纖維的亮度值(L*)有所提高,而綠紅值(a*)、藍黃值(b*)均有降低,色澤明顯白亮。主要是因為新的制漿工藝脫除了豆皮,大豆的色素成分大多存在于種皮中,經脫皮處理后,色素等雜質含量降低。

表2 大豆膳食纖維L＊、a＊、b＊值比較Table 2L＊,a＊,b＊value comparison of soybean dietary fibers

2.4 大豆膳食纖維微觀結構分析

圖4 新型大豆與傳統大豆膳食纖維(a)與新型大豆膳食纖維(b)的掃描電子顯微鏡圖Fig．4 Scanning electron micrograph of new-type soybean dietary fibers(a)and traditional soybean dietary fibers(b)

由圖4可知,傳統大豆膳食纖維表面結構較為完整,形狀相對規則連續；而新型大豆膳食纖維則出現斷裂,結構不完整連續,細小碎片明顯增多。膳食纖維致密結構的斷裂,增大了纖維的比表面積,提高了可溶性膳食纖維的組成,使纖維表面親水基團增多,可結合更多的水分子,從而提高了膳食纖維的持水性、膨脹性和溶解性[24]。

3 結論

新型大豆膳食纖維與傳統大豆膳食纖維相比,蛋白質和脂肪含量分別下降了47.1%和20.6%,可溶性膳食纖維含量提高了29.8%,其持水性、膨脹性分別提高了31.1%和50.0%,持油性下降了7.0%。

新型大豆膳食纖維溶解度高于傳統大豆膳食纖維,并隨pH值的升高呈先升后降的趨勢,且隨溫度的變化其溶解度的變化不明顯。當pH值為7時,新型大豆膳食纖維溶解度最大,為10.58 g/100 mL。

與傳統大豆膳食纖維相比,新型大豆膳食纖維的色澤明顯亮白。掃描電鏡結果顯示,新型大豆膳食纖維結構斷裂點多,表面均勻性下降,因此,使新型大豆膳食纖維具有更高的水化性能。

綜上可見,經改性的新型大豆膳食纖維其可溶性膳食纖維含量明顯增加,具有良好的持水性、膨脹性、溶解性,以及良好的色澤,可作為水分保持劑、營養強化劑等在食品工業中應用。提高豆渣的附加值,擴大豆渣的應用范圍,為大豆加工副產物的綜合利用提供了新的途徑。

[1]張振山,葉素萍,李 泉,等.豆渣的處理與加工利用[J].食品科學,2004,25(10):400-404.

[2]李 華.低脂高纖維大豆食品[J].農產品加工,2011(8):28-29.

[3]吳洪斌,王永剛,鄭 剛,等.膳食纖維生理功能研究進展[J].中國釀造,2012,31(3):13-16.

[4]FERGUSON L R,HARRIS P J.Studies on the role of specific dietary fibersinprotectionagainstcolorectalcancer[J].Mutat Res Fund Mol M,1996,350(1):173-184.

[5]CHAMP M,GUILLON F.Structural and physical properties of dietary fibersand consequences of processing on human physiology[J].Food Res Int,2000,33:233-245.

[6]ALEIXANDRE A,MIGUEL M.Dietary fiber in the prevention and treatment of metabolic syndrome:A review[J].Crit Rev Food Sci Nutr,2008,48(10):905-912.

[7]WEICKERT M O,PFEIFFER A F.Metabolic effects of dietary fiber consumption and prevention of diabetes[J].J Nutr,2008,138(3):439-442.

[8]JIMENEZ-ESCRIG A,TENORIO M D,ESPINOSA-MARTO S,et al.Health-promoting effects of a dietary fiber concentrate from the soybean by product okara in rats[J].Food Chem,2008,56(16):7495-7501.

[9]羅 垠,陳 野,李 鵬,等.擠壓加工對豆渣中可溶性膳食纖維和豆渣物性的影響[J].天津科技大學學報,2011,26(2):6-8.

[10]華欲飛,顧玉興,王洪晶.功能性大豆膳食纖維的制備及性能研究[J].中國油脂,2004,29(10):43-46.

[11]卓秀英,齊軍茹,楊曉泉.豆渣的功能性研究[J].食品工業科技,2010,31(10):75-77.

[12]吳占威,胡志和.大豆豆渣的生理功能及其在食品中的應用[J].食品科學,2012,33(19):358-362.

[13]徐廣超,姚惠源.豆渣水溶性膳食纖維制備工藝的研究[J].河南工業大學學報:自然科學版,2005,26(1):54-57.

[14]陳 霞,楊香久,徐永華,等.豆腐渣膳食纖維制備工藝的研究[J].大豆科學,2001,20(2):128-132.

[15]葉發銀,張 引,錢貴明,等.不同離子液體處理對豆渣膳食纖維成分變化及物化特性的影響[J].現代食品科技,2014,30(8):182-187.

[16]金 楊,柴萍萍,鮑魯生,等.快速制漿工藝對大豆吸水率及豆漿乳化性的影響[J].食品科學,2013,34(22):44-47.

[17]湯小明.豆渣膳食纖維的制備及其改性研究[D].南昌:南昌大學,2015.

[18]GOULD J M,JASBERG B K,COTE G L.Structure-function relationships of alkaline-peroxide treated lignocellulose from wheat straw[J].Cereal Chem,1989,66:213-217.

[19]MATEOS-APARICIO I,MATEOS-PEINADO C,RUPéREZ P.High hydrostatic pressure improves the functionality of dietary fiber in okara by-product from soybean[J].Innovat Food Sci Emerg Technol,2010,11(3):445-450.

[20]孫義章,張威益.大豆綜合利用[M].北京:中國農業出版社,1986:21-31.

[21]蘇 玨.大豆渣、大豆皮膳食纖維對TFA致高脂血癥小鼠血脂及抗氧化能力的影響[D].武漢:武漢工業學院,2012.

[22]陳 媛.微生物發酵和動態超高壓微射流技術對膳食纖維的性質和結構的影響[D].南昌:南昌大學,2011.