膨化大豆的保溫時間對抗營養因子和蛋白質溶解度的影響

程 慧，王 梅，楊振才

（河北師范大學生命科學學院，河北石家莊 050024）

在飼料加工業中，為降低成本，常用相對廉價的植物蛋白替代昂貴的魚粉等動物蛋白。大豆中含有豐富的蛋白質和脂質，具有高度的營養價值，是畜牧和水產業中一種優質的植物蛋白原料。但其含有的抗營養因子（胰蛋白酶抑制因子、大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白和脲酶等） 會影響動物的生長性能和健康。有研究表明，胰蛋白酶抑制因子會導致動物消化道內的胰蛋白酶含量下降，降低蛋白質的消化率，并能引起胰代償性增大；抗原蛋白可降低蛋白質利用率，且對幼齡動物的消化道有強烈的致敏作用，損害腸道結構（Zhang 等，2019；孫澤威等，2006；張國龍等，1995）。因此，必須通過一些加工手段來盡可能多的鈍化這些抗營養因子。另外，隨著養殖業的快速發展，我國大豆的進口量急劇增加，導致大豆價格升高。因此在飼料制作中，大豆能否被更有效的加工利用就顯得尤為重要。

與其他加工工藝相比，擠壓膨化加工可以顯著降低大豆中抗營養因子含量（姚怡莎等，2016；趙元等，2007），是大豆加工最好的選擇，其生產出的產品即是膨化大豆。目前國內生產膨化大豆的方法主要分兩種：濕法膨化和干法膨化。濕法膨化機結構復雜、操作繁瑣，且膨化前的調質環節不易操作，水分過多、粉料受熱不均或顆粒大小不一，都易引起膨化機的堵塞（湯永忠等，2001）。干法膨化機操作簡單、耗能低，其不需調質直接膨化的方法可以改善膨化機易堵塞的問題（湯永忠等，2000）。因此國內多數企業采用干法膨化來生產膨化大豆。擠壓膨化的主要原理是利用高溫、高壓和高剪切力去除大豆中抗營養因子（Fallahi 等，2016）。但由于高溫時間短，剛剛生產出的膨化大豆中抗營養因子仍有較高含量，特別是抗原蛋白等熱穩定性因子。如果直接升高膨化溫度或者二次膨化又可能導致膨化大豆過熟或受熱不均，造成膨化機堵塞、蛋白質溶解度降低等問題。因此，優化膨化加工工藝對于膨化大豆的廣泛應用至關重要。

熱處理可以有效的降低抗營養因子的含量和活性（徐學明等，2006）。市場上一般通過檢測脲酶活性來評判膨化大豆是否夾生，以蛋白質溶解度來檢測膨化大豆是否過熟。但脲酶的熱敏性更高，所以其不能完全代表其他抗營養因子的含量 （姚怡莎等，2016）。因此為了更加全面的評價膨化大豆的品質，本試驗以胰蛋白酶抑制因子、 抗原蛋白、脲酶活性和蛋白質溶解度為指標，研究延長膨化后的熱處理時間對膨化大豆抗營養因子含量的影響，并對保溫的時間參數進行探討，旨在完善大豆膨化后相關的保溫工藝和參數，從而改善膨化大豆品質，提高大豆營養物質的利用率。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 采用DGP160-11 型號的干法膨化機對全脂大豆粉進行膨化，生產的膨化大豆直接進入一個可攪拌的保溫罐保溫。設備和大豆均來自河北海泰科技有限公司。

1.2 試驗設計 全脂大豆粉碎后用干法膨化機進行膨化，膨化溫度為140 ℃；將得到的膨化大豆直接放入保溫罐中進行保溫，同時開啟攪拌，以保證膨化大豆受熱均勻；在保溫 0、20、40、60、80 min時分別取500 g 膨化大豆，冷卻后裝袋待測。

1.3 指標檢測 胰蛋白酶抑制因子、大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白用酶聯免疫法（試劑盒購買自北京龍科方舟） 進行測定；脲酶用國標法GB/T8622-2006 進行測定；蛋白質溶解度用河北省地方標準DB13/T 812-2006 進行測定。

2 結果

2.1 不同保溫時間對膨化大豆抗營養因子含量的影響 經過膨化后保溫，膨化大豆抗營養因子含量表現出不同程度的下降（表1），其中脲酶含量膨化后已降為0.00 U/g。與未保溫的膨化大豆相比，保溫80 min 時，胰蛋白酶抑制因子含量下降了71.00%；大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白也分別下降了62.43%和37.65%。

表1 不同保溫時間對膨化大豆抗營養因子含量的影響

2.2 不同保溫時間對膨化大豆蛋白質溶解度的影響 如圖1 所示，膨化大豆的蛋白質溶解度隨保溫時間的延長逐漸降低，未保溫時，蛋白質溶解度為90.45%，保溫20～80 min 期間，蛋白質溶解度由82.69%下降至74.10%。

圖1 不同保溫時間對膨化大豆蛋白質溶解度的影響

3 討論

3.1 保溫時間對膨化大豆抗營養因子和蛋白溶解度的影響 有研究表明，當膨化溫度為120、125、130 ℃時，脲酶活性分別為 0.7008、0.4335、0.2118 U，要滿足國標對脲酶活性最高含量0.4 U的要求，膨化溫度最少要達到130 ℃（劉福柱等，2001）。另外有研究表明，當膨化溫度為 111.2、128.9、142.0 ℃時，膨化大豆脲酶活性分別為0.56、0.28、0.15 U，在一定溫度范圍內，脲酶活性隨溫度的升高而降低，膨化溫度為130～140 ℃時可以更好的滿足家禽對膨化大豆中脲酶活性的要求（張祥等，2005）。李素芬等（2001）研究表明，當膨化溫度達到130 ℃時，膨化大豆脲酶活性為0.06 U/g。根據先前的研究，為了在不過分破壞大豆營養的前提下盡可能降低脲酶活性，本試驗將膨化溫度設定為140 ℃，經過140 ℃高溫擠壓膨化后，脲酶迅速發生不可逆失活，膨化大豆未經保溫時脲酶活性已經降至0.00 U/g，遠低于國家標準的上限值0.4 U/g。這與姚伊莎等（2016）測得的市售膨化大豆的脲酶含量一致。另有研究表明，脲酶活性除了與膨化溫度有關外，也與大豆的粒度大小、高溫時間和大豆蛋白含量等有關（周兵等，2006；楊勝，1996），所以本試驗結果與先前的研究并不矛盾。

本試驗在膨化機后增加保溫裝置，相當于延長了膨化大豆的熱處理時間。不同抗營養因子的分子結構存在差異，它們對熱的敏感性也就不同，因此隨著保溫時間的延長，胰蛋白酶抑制因子、大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白含量都有不同程度的下降。與未保溫的膨化大豆相比，保溫80 min 時，胰蛋白酶抑制因子、 大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白含量分別下降了71.00%、62.43%和37.65%。姚怡莎等（2016）結果顯示，市場膨化大豆胰蛋白酶抑制因子、 大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白含量的平均值分別為 21.0、38.3 mg/g 和 12.5 mg/g，自制的膨化大豆中三種抗營養因子含量分別為18.3、40.0 mg/g和26.5 mg/g。本試驗保溫80 min 后膨化大豆的抗營養因子含量要遠低于市場。這充分說明延長大豆膨化后的熱處理時間，可以很好的實現降低膨化大豆抗營養因子含量的目標。

蛋白質溶解度和抗營養因子一樣都會隨加熱時間的延長而降低，但若加熱過度，大豆內可溶性蛋白含量過低，會導致蛋白消化率太低，不利于動物的生長（Jannathulla 等，2017）。在本研究中膨化大豆保溫20～80 min 期間，蛋白質溶解度由82.69%下降至74.10%，均在國標范圍內（國標70%～85%）。

綜上所述，本研究中在保溫20～80 min 期間生產的膨化大豆均是符合國家標準，但是究竟哪一時間點生產的膨化大豆的生物學效應更好，仍需進行相關生物學試驗來探究。

3.2 膨化階段和保溫階段抗營養因子的熱敏性分析 本研究使用的生大豆中胰蛋白酶抑制因子、大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白的含量分別為23.2、127.5 mg/g 和 108.8 mg/g，經高溫擠壓膨化后，三種抗營養因子含量分別下降了31.34%、36.24%和64.19%；保溫階段，三種抗營養因子分別下降了48.75%、39.68%和13.48%；經過膨化和保溫之后三種抗營養因子含量分別為19.91%、23.95%和22.32%。由此本研究發現，在膨化階段，大豆中抗營養因子的熱敏性從高到低依次為：脲酶、β-伴大豆球蛋白、 大豆球蛋白和胰蛋白酶抑制因子，這與姚怡莎等（2016）得到結果一致；而在保溫階段抗營養因子熱敏性卻發生改變，由高到低的順序為：脲酶、胰蛋白酶抑制因子、大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白；從整體來看，熱敏性從高到低依次為脲酶、 胰蛋白酶抑制因子、β-伴大豆球蛋白、大豆球蛋白。

膨化階段主要是通過快速的高溫、 高壓和高剪切力作用來降低抗營養因子，而保溫階段，僅僅是溫度在90～120 ℃的長時間簡單熱處理（類似烘烤，但水分散失很少）。脲酶和胰蛋白酶抑制因子是熱敏性的，而大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白是具有很強的熱穩定性的（李德發，2019）。有研究表明，膨化加工因為高壓作用可以將抗原蛋白有效鈍化，但熱炒等普通熱處理卻不能 （周國安，2006）。郭麗等（2011）的試驗也發現，高壓可以顯著破壞β-伴大豆球蛋白的結構。另外，龍國徽（2015）的研究發現，用120 ℃烘干箱對大豆分離蛋白處理20 min 后，β-伴大豆球蛋白的β-折疊和β-轉角含量發生顯著改變，而大豆球蛋白的二級結構并沒有顯著的改變，說明大豆球蛋白的熱穩定性比β-伴大豆球蛋白強。孫澤威等（2006）在研究120 ℃蒸汽處理7 min 對大豆抗原蛋白的影響時發現，大豆球蛋白的熱穩定性比β-伴大豆球蛋白高。

本研究中，從膨化和保溫這一整個階段來看，大豆抗營養因子的熱敏性為脲酶＞胰蛋白酶抑制因子＞β-伴大豆球蛋白＞大豆球蛋白是沒有問題的。而膨化和保溫這兩個階段中抗營養因子的熱敏性順序不同可能是與加熱時間長短和加熱方式有關，而且本試驗中膨化和保溫是一個連續的過程。有研究表明，大豆胰蛋白酶抑制因子在加熱處理時，其含量隨時間的延長逐漸降低，加熱時間不足則胰蛋白酶抑制因子并不能完全消除 （展昕，2008；Brandon 等，1991）。這說明胰蛋白酶抑制因子的鈍化是需要時間的。膨化階段因為時間太短，所以胰蛋白酶抑制因子只鈍化了一部分，又因其對熱敏感，所以在保溫階段其含量仍然可以有大幅度的下降。而大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白因熱穩定性較強，在膨化階段有較大幅度降低，在保溫階段雖然溫度較低但處理時間長，所以大豆球蛋白含量仍有較大的減少。至于保溫階段β-伴大豆球蛋白下降比例較小，可能是因為其在膨化時下降幅度太大，本身已經到了一個比較低的水平，而且保溫的溫度較低，所以很難再有大幅度的下降。綜上所述，大豆抗營養因子在膨化和保溫不同階段對熱的敏感性有所不同，二者結合有助于發揮其對抗營養因子的鈍化效果。

4 結論

本試驗結果表明，大豆脲酶在剛膨化出未保溫時已經完全失活，胰蛋白酶抑制因子、大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白含量及蛋白質溶解度隨保溫時間的延長逐漸下降，均達到目標要求。