大豆蛋白脂肪模擬物的工藝研究

郭奇玥，景程茜，龐博，馬玲

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太谷 030801)

脂肪是食品中重要的組成部分和人類的營養(yǎng)成分，賦予食物滑潤的口感，油脂香醇的風味[1]。然而，脂肪也是熱量較高的營養(yǎng)素，攝入過量的脂肪會引發(fā)“三高”、冠心病等。美國1995年的膳食指南指出，在人們的膳食中，脂肪提供的熱量不宜超過總熱量的30%[2，3]。高油脂食品獨特風味的誘惑和人們平衡膳食尋求健康的需求，使得脂肪替代物應(yīng)運而生。脂肪模擬物是一類可以提供脂肪的一些或者全部功能性質(zhì)的產(chǎn)生較少熱量的食品組分。脂肪模擬物不與食品中其他組分發(fā)生不良反應(yīng)的同時還可以表現(xiàn)出脂肪獨特的感官特點[4]，既滿足了人們?nèi)粘Ｉ钪袑τ陲L味的孜孜追求，又減少了食用過多脂肪導(dǎo)致疾病的發(fā)生。大豆，作為富含植物蛋白質(zhì)的雜糧[5]，具有降低膽固醇[6,7]、預(yù)防骨質(zhì)疏松的保健效果[8]。用其作為蛋白質(zhì)基質(zhì)脂肪替代物的原料，不僅廉價易得，且安全營養(yǎng)。蛋白質(zhì)經(jīng)過適當?shù)娜藶楦男院螅玫降奈镔|(zhì)即為脂肪模擬物，模擬天然脂肪的感官特性和理化性質(zhì)。因其本質(zhì)是蛋白質(zhì)，所以不僅可以參與人體正常代謝過程，還能為人體提供多種必需的氨基酸，兼具營養(yǎng)性和安全性[9]。用蛋白制作的脂肪模擬物替代肉制品中的脂肪，在降低脂肪含量的同時可以保持最終產(chǎn)品的良好口感以及風味，還可以在加工過程中提高肉制品的持水性，改善肉制品的其他品質(zhì)特性，節(jié)約生產(chǎn)成本[10]。大豆蛋白脂肪模擬物不僅可以應(yīng)用在肉制品中，同時可以在乳制品、焙烤制品以及色拉調(diào)味品中應(yīng)用，可以使色拉調(diào)味品達到一定稠度并增強可塑性、提供涂抹性，此外還能改善色拉調(diào)味品的口感和香味[11]。因而大豆蛋白脂肪模擬物的開發(fā)具有廣闊的應(yīng)用前景。

有關(guān)以大豆蛋白為原料制作調(diào)味基料和風味肽的報道較多[12-14]，大豆蛋白也可以用來制作脂肪模擬物開發(fā)低脂類食品，因而本試驗通過高速勻漿物理改性法對大豆蛋白進行改性，將獲得的脂肪模擬物應(yīng)用到豬肉餅中替代部分脂肪開發(fā)低脂產(chǎn)品，為大豆蛋白脂肪模擬物的開發(fā)應(yīng)用提供了參考借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和試劑

原料：市售大豆，購于當?shù)爻小Ｔ噭簹溲趸c、鹽酸。

1.2 試驗設(shè)備

LD5-2B低速離心機 北京雷勃爾醫(yī)療器械有限公司；FM200型高剪切均質(zhì)乳化儀 上海弗魯克流體機械制造有限公司；酸度計、恒溫水浴鍋 梅特勒-托利多儀器有限公司；NDJ-1型旋轉(zhuǎn)式粘度計 上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；JYDZ-15B九陽豆?jié){機 山東九陽股份有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 大豆蛋白的提取流程及操作要點

大豆與水按1∶1混合，浸泡10 h。置于豆?jié){機中打漿5 min。冷卻至室溫后調(diào)pH至10，水浴35 ℃進行浸提。3000 r/min離心15 min，取上清液。調(diào)pH至4.5，3000 r/min離心15 min，收集沉淀物質(zhì)，噴霧干燥即得大豆蛋白[15，16]。

1.3.2 脂肪模擬物制備的工藝優(yōu)化

控制均質(zhì)時間和均質(zhì)轉(zhuǎn)速相同的情況下，測定不同濃度大豆蛋白(6%、7%、8%、9%、10%)對改性脂肪模擬物的粘度及持水性的影響。

控制大豆蛋白的濃度和均質(zhì)轉(zhuǎn)速相同的情況下，測定不同均質(zhì)時間(20，30，40，50，60 s)對脂肪模擬物的粘度和持水性的影響。

控制大豆蛋白的濃度和均質(zhì)時間相同的情況下，測定不同均質(zhì)轉(zhuǎn)速(A為10000 r/min，B為13000 r/min，C為16000 r/min，D為19000 r/min)對脂肪模擬物的粘度和持水性的影響。

通過單因素試驗可以確定每個因素的最佳使用范圍，然后分別以粘度和持水性兩項指標進行正交試驗，試驗設(shè)計見表1。

表1 正交試驗設(shè)計表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment design

1.3.3 粘度的測定

參照呂博等[17]的方法測定。

1.3.4 持水性的測定

參照富天昕等[18]的方法測定。

1.4 數(shù)據(jù)的處理

采用Microsoft Excel 2007 進行數(shù)據(jù)分析，Sigma Plot 10.0進行作圖，Statistix 8.0 中的Turkey test 程序進行顯著性差異(P<0.05)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆蛋白濃度對脂肪模擬物粘度和持水性的影響

圖1 大豆蛋白濃度對模擬物粘度和持水性的影響Fig.1 Effect of soybean protein concentration on viscosity and water holding capacity of fat analogue

由圖1可知，當均質(zhì)時間確定時，制得的脂肪模擬物的粘度隨大豆分離蛋白濃度的增大而逐漸增大，且濃度在6%～7%時粘度隨大豆分離蛋白濃度增長的趨勢不顯著(P>0.05)，當大豆蛋白濃度高于7%時，增長趨勢顯著(P<0.05)。當轉(zhuǎn)速為13000，16000，19000 r/min時粘度隨濃度的變化趨勢相似，即粘度隨大豆分離蛋白溶液濃度的增加而增大。其中均質(zhì)轉(zhuǎn)速為19000 r/min時，粘度隨濃度的增長趨勢最為明顯。脂肪模擬物的粘度隨大豆蛋白濃度的增加而增加，可能是因為大豆蛋白中含有大量球蛋白，球蛋白的分子形狀接近球形，在流體中流動時所受摩擦力遠遠小于纖維狀蛋白[19]。但是當球蛋白濃度增大后會產(chǎn)生類似于纖維狀蛋白的高摩擦力效應(yīng)，表現(xiàn)為粘度增大[20]。另一方面，隨著大豆蛋白濃度的增加，蛋白質(zhì)分子間的作用逐漸增強，而且分子間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成了較緊密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使大豆蛋白溶液的粘度增大[21]。

當時間確定時，13000 r/min條件下脂肪模擬物的持水性隨著大豆蛋白濃度的增加總體呈上升趨勢。10000，16000，19000 r/min均質(zhì)速率下，脂肪模擬物的持水性呈先增大后減小的趨勢。在剪切作用下蛋白內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到一定程度的改變或者破壞導(dǎo)致其伸展性增大，加強了水分子與蛋白分子的相互作用，因此出現(xiàn)蛋白質(zhì)吸水性增大的現(xiàn)象[22]。由圖1可知，大豆蛋白濃度為8%、10%，轉(zhuǎn)速為13000 r/min時，脂肪模擬物持水性高于其他處理組。當大豆蛋白濃度為9%，轉(zhuǎn)速為16000 r/min時脂肪模擬物持水性高于其他處理組。

2.2 均質(zhì)時間對脂肪模擬物粘度和持水性的影響

圖2 均質(zhì)時間對脂肪模擬物粘度和持水性的影響Fig.2 Effect of homogenization time on viscosity and water holding capacity of fat analogue

由圖2可知，均質(zhì)轉(zhuǎn)速確定時，大豆蛋白的濃度為6%和7%時，粘度隨均質(zhì)時間的延長變化不顯著(P>0.05)。大豆蛋白濃度為8%、9%、10%時，粘度隨均質(zhì)時間的增加變化趨勢明顯(P<0.05)，且濃度越大粘度越大。蛋白濃度增大時蛋白溶液中小分子含量增多，導(dǎo)致其溶解度增大，粘度增大[23]。均質(zhì)時間越長，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進一步打開，部分疏水基團暴露，增加了蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用，促成了三維尺寸網(wǎng)絡(luò)的形成，粘度增大[24]。

由圖2可知，均質(zhì)速率確定時，當大豆蛋白濃度為6%、7%、10%時，脂肪模擬物隨均質(zhì)時間的延長持水性變化不顯著(P>0.05)。當脂肪模擬物濃度為8%時，持水性隨均質(zhì)時間的延長變化顯著(P<0.05)。當脂肪模擬物濃度為9%時，持水性隨著均質(zhì)時間的延長趨于平緩。綜合分析得出不同大豆蛋白濃度下，脂肪模擬物整體持水性隨著均質(zhì)時間的增加變化不顯著(P>0.05)，說明均質(zhì)時間對脂肪模擬物持水性的影響較小。

2.3 均質(zhì)轉(zhuǎn)速對脂肪模擬物粘度和持水性的影響

圖3 均質(zhì)轉(zhuǎn)速對脂肪模擬物粘度和持水性的影響Fig.3 Effect of homogenization rotating speed on viscosity and water holding capacity of fat analogue

由圖3可知，脂肪模擬物濃度確定，均質(zhì)時間確定的情況下，大豆蛋白脂肪模擬物粘度隨著轉(zhuǎn)速的增加不斷增加，同一蛋白濃度、不同轉(zhuǎn)速下粘度都隨著均質(zhì)時間的延長呈上升趨勢。轉(zhuǎn)速為10000 r/min和13000 r/min時，粘度隨著均質(zhì)時間的延長平穩(wěn)上升，60 s時粘度達到最大。轉(zhuǎn)速為16000 r/min時，均質(zhì)時間在20～40 s時粘度變化平緩，40 s后顯著增加。19000 r/min時，粘度呈波動性增大。這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能是大豆蛋白在高速剪切時混入大量空氣，使溶液中存有大量微小氣泡，從而使溶液粘度增大[25]。

2.4 大豆蛋白脂肪模擬物制備工藝優(yōu)化

表2 正交試驗及結(jié)果分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiment

由表2可知，大豆蛋白濃度、均質(zhì)轉(zhuǎn)速、均質(zhì)時間3個因素對形成的脂肪模擬物的粘度均有影響，其中主要影響因素是濃度，次要影響因素是轉(zhuǎn)速，均質(zhì)時間的影響最小。濃度、均質(zhì)轉(zhuǎn)速、均質(zhì)時間對形成的脂肪模擬物的持水性均有影響，其中主要影響因素是濃度，次要影響因素是均質(zhì)轉(zhuǎn)速和均質(zhì)時間。以粘度指標理論分析得出最佳的組合為A3B3C2，9組中粘度最高的組合也為A3B3C2，即：大豆蛋白溶液濃度為10%，均質(zhì)時間50 s，均質(zhì)轉(zhuǎn)速為19000 r/min時制得的脂肪模擬物的粘度最優(yōu)。以持水性為指標分析得出最佳的組合為A3B1C1，所有試驗中持水性最高的組合為A3B1C3，而C因素為次要因素，同時C1、C3水平下持水性相差不大，結(jié)合實際情況以持水性為指標確定的最佳工藝為A3B1C1，即大豆蛋白溶液濃度為10%，均質(zhì)時間40 s，均質(zhì)轉(zhuǎn)速為13000 r/min。由于均質(zhì)轉(zhuǎn)速和均質(zhì)時間對持水性的影響略小，又由于脂肪模擬物后續(xù)要加入肉制品中，所以持水性指標考慮更多一點，結(jié)合實際綜合分析得出：當濃度為10%，均質(zhì)時間為40 s，均質(zhì)轉(zhuǎn)速為13000 r/min時制得的脂肪模擬物的綜合品質(zhì)最優(yōu)。

3 結(jié)論

利用大豆蛋白做基質(zhì)通過高剪切均質(zhì)乳化改性制作脂肪模擬物，由單因素試驗發(fā)現(xiàn)隨著大豆蛋白濃度從6%增加到10%，經(jīng)過高剪切均質(zhì)乳化后其粘度和持水性均增加，而高剪切均質(zhì)轉(zhuǎn)速對大豆蛋白改性后粘度和持水性的影響不大，均質(zhì)時間的影響更小。通過正交試驗數(shù)據(jù)綜合分析得出大豆蛋白脂肪模擬物最合適的改性條件為大豆分離蛋白溶液濃度10%，在13000 r/min轉(zhuǎn)速下均質(zhì)40 s，此條件下制得的脂肪模擬物的粘稠度和持水性最好。