擠壓膨化豆粕釀造醬油中擠壓參數(shù)對(duì)氮溶解指數(shù)的影響

張東亮++何媛媛++李宏軍

摘要：擠壓膨化技術(shù)用于醬油生產(chǎn)過程中可以起到變性蛋白質(zhì)、糊化淀粉及殺菌的作用，與傳統(tǒng)的蒸煮法相比可以提高蛋白質(zhì)消化率和氨基酸生成率。以蛋白質(zhì)氮溶解指數(shù)（NSI）為主要考察指標(biāo)，選擇面粉比例、混合物料含水率、套筒溫度、?？卓讖胶吐輻U轉(zhuǎn)速5個(gè)試驗(yàn)因素，運(yùn)用5因素5水平二次旋轉(zhuǎn)正交進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，經(jīng)分析得出豆粕和面粉混合物的最佳擠壓工藝參數(shù)為：面粉比例為13.6%～13.8%；物料含水率為25.3%～25.5%；套筒溫度為135.5～136.1 ℃；?？卓讖綖?2.1～12.4 mm；螺桿轉(zhuǎn)速為191.4～192.0 r/min，在此條件下NSI值為41.5%～42.0%。

關(guān)鍵詞：擠壓膨化；豆粕；醬油；氮溶解指數(shù)

中圖分類號(hào)：TS214.2；TS264.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）16-4012-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.16.046

Influence of Extruding Parameters on NSI in Making Soy Sauce by Extruded Soybean Meal

ZHANG Dong-liang， HE Yuan-yuan， LI Hong-jun

（School of Agriculture and Food Engineering， Shandong University of Technology， Zibo 255049， Shandong， China）

Abstract：Comparing with the traditional cooking method to processing raw materials， extrusion technology used for the production of soy meal and flour and other raw material pretreatment can achieve the purposes of moderate protein denaturation， starch paste， passive anti-nutritional factors and sterilization， and the purposes of improve protein digestibility and amino acid production rate. The main aim of this study was to optimize the technology of extrusion process by protein NSI. Five factors included the proportion of flour， the moisture of material， the temperature of the barrel， the diameter of the die nozzle and the speed of the screw was used for the optimizing process with protein NSI as the optimizing index. The optimum parameters of extrusion process are as follows： proportion of flour was 13.6%～13.8%， moisture of material was 25.3%～25.5%， temperature of the barrel was 135.5～136.1 ℃， diameter of the die nozzle was 12.1～12.4 mm， speed of the screw was 191.4～192.0 r/min， and 41.5～42.0% NSI value was obtained.

Key words： extrusion；soybean meal；soy sauce；nitrogen solubility index （NSI）

擠壓膨化加工是指物料被輸送進(jìn)高溫高壓的套筒內(nèi)，在一定條件下混合、升溫、剪切并在通過模孔的瞬間驟降到常溫常壓條件下，形成多孔狀物質(zhì)的一種工藝。單螺桿擠壓機(jī)操作簡單，成本低，可以用于多種產(chǎn)品的加工，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于食品加工行業(yè)中[1，2]。在擠壓過程中，物料中的蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪和纖維素等成分的性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化。蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)遭到破壞，只保留相對(duì)鏈狀的大分子狀態(tài)，溶解出一些小分子變性蛋白質(zhì)[3]。淀粉在高溫和一定水分條件下發(fā)生糊化，分解成糊精和還原糖[4]。擠壓過程中，物料中的脂肪與蛋白質(zhì)和淀粉形成復(fù)合體，改善食物口感[5]。采用擠壓膨化技術(shù)對(duì)醬油生產(chǎn)原料進(jìn)行預(yù)處理，可以達(dá)到適度變性蛋白質(zhì)、糊化淀粉、鈍化抗?fàn)I養(yǎng)因子以及殺菌的目的，與傳統(tǒng)的蒸煮法相比可以提高蛋白質(zhì)消化率和氨基酸生成率[6]、簡化工藝、減少勞動(dòng)量、節(jié)約能源[7，8]，同時(shí)使醬油具有獨(dú)特的香氣。

大豆和脫脂豆粕是中國生產(chǎn)蛋白質(zhì)醬油原料的首要選擇，大豆含蛋白質(zhì)約40%，碳水化合物約25%，脂肪約20%，幾乎不含淀粉，這是與一般谷物最大的區(qū)別。組成大豆蛋白質(zhì)的氨基酸種類很多，目前已知的構(gòu)成生物體蛋白質(zhì)的20種氨基酸中，大豆蛋白質(zhì)中除蛋氨酸含量略低外，其余氨基酸含量均較豐富[9]。大豆中的水溶性蛋白質(zhì)含量非常高，大約占總蛋白質(zhì)含量的90%左右，水溶性蛋白質(zhì)可以被種曲中的蛋白酶分解，有利于醬油的釀造。

本研究的主要目的以氮溶解指數(shù)為指標(biāo)對(duì)豆粕和面粉等原料的擠壓膨化工藝進(jìn)行優(yōu)化，為該技術(shù)進(jìn)一步用于醬油生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

豆粕（市購）；面粉（市購）。

單螺桿擠壓機(jī)（山東理工大學(xué)食品加工實(shí)驗(yàn)室提供）、快速消解儀（K-437型，瑞士步琪有限公司）、凱氏自動(dòng)定氮儀（K-370型，瑞士步琪有限公司）、小型植物粉碎機(jī)（FZ102型，天津市泰斯特儀器有限公司）、液晶恒溫水浴鍋（HHD-2型，上海啟前電子科技有限公司）、臺(tái)式離心機(jī)（TGLl-16C型，上海安亭科學(xué)儀器廠）、數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱（DHG-2640型，河南安盛儀器設(shè)備有限公司）、低速離心機(jī)（AnkeDL-5-B型，上海安亭科學(xué)儀器廠）。

1.2 試驗(yàn)方法

以豆粕為主要原料，按一定比例混合面粉，調(diào)整水分含量，通過擠壓機(jī)擠壓膨化后用于醬油的制曲及發(fā)酵。試驗(yàn)過程通過優(yōu)化面粉比例、物料含水率、套筒溫度、模孔孔徑、螺桿轉(zhuǎn)速等參數(shù)，獲得最優(yōu)的蛋白質(zhì)氮溶解指數(shù)（NSI），進(jìn)而確定最佳參數(shù)值。

淀粉糊化度測(cè)定：酶解法[10]；水溶性蛋白的測(cè)定：凱氏定氮法[11]；蛋白質(zhì)的測(cè)定：凱氏定氮法[12]。

以蛋白質(zhì)NSI（Y）為主要考察指標(biāo)，選擇面粉比例、物料含水率、套筒溫度、?？卓讖?、螺桿轉(zhuǎn)速等5個(gè)試驗(yàn)因素，同時(shí)根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果選定5個(gè)水平，運(yùn)用5因素5水平二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，進(jìn)行試驗(yàn)安排[13]，試驗(yàn)因素與水平見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

對(duì)面粉比例、物料含水率、套筒溫度、?？卓讖?、螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)蛋白質(zhì)消化率等指標(biāo)的影響規(guī)律進(jìn)行分析。依據(jù)試驗(yàn)安排測(cè)定的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，利用SAS 9.1軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果（表2）進(jìn)行分析，得出回歸方程為：

Y=42.247 847-2.783 75X1+0.085 417X2+0.214 583X3+0.421 250X4-0.679 583X5-0.475 625X2X1-1.765 625X3X1-0.790 625X4X1+1.308 125X5X1+0.320 625X3X2+1.430 625X4X2-0.153 125X5X2+0.943 125X4X3-0.095 625X5X3+0.066 875X5X4-3.124 271X12-2.481 771X22-3.753 021X32-1.913 021X42-3.378 021X52，回歸模型的方差分析見表3。由表3可知，此模型的R2為0.848 4，響應(yīng)模型線性回歸（P=0.153 2）不顯著、二次回歸（P<0.000 1）極顯著，交互項(xiàng)回歸（P=0.744 7）不顯著，總回歸（P=0.003 4<0.01）極顯著。

2.2 回歸方程的響應(yīng)面圖

采用SAS9.1軟件得二次回歸方程的響應(yīng)面圖，結(jié)果見圖1至圖6。圖1為含水率、模孔孔徑和螺桿轉(zhuǎn)速分別固定在24%、10 mm和200 r/min時(shí)，面粉比例和套筒溫度對(duì)NSI影響的響應(yīng)面。當(dāng)套筒溫度保持不變時(shí)，NSI隨面粉比例的增加先升高后降低，面粉比例為16%時(shí)達(dá)到最高值。而當(dāng)面粉比例不變時(shí)，NSI隨套筒溫度的增加而升高，套筒溫度為130 ℃時(shí)達(dá)到最大值，然后隨套筒溫度的增加而降低。原因是溫度低時(shí)，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞不完全導(dǎo)致NSI不高，溫度過高時(shí)，氨基酸與還原糖反應(yīng)造成可溶性蛋白質(zhì)損失引起NSI降低。擠壓過程中形成淀粉、淀粉脂肪及淀粉蛋白質(zhì)復(fù)合物，在擠出?？姿查g壓力降低，在壓力及蒸氣作用下水分蒸發(fā)、氣體膨脹，復(fù)合物膨脹形成多孔狀組織[14]。隨面粉比例的增加起支撐作用的復(fù)合物強(qiáng)度增大，空隙增大有利于蛋白質(zhì)的溶出，由于淀粉含量過高時(shí)（>16%）淀粉對(duì)蛋白質(zhì)的包埋導(dǎo)致溶出率降低[15]。對(duì)套筒溫度而言，溫度的升高加劇了蛋白質(zhì)變性及分解，利于溶出，過高溫度（>130 ℃）導(dǎo)致變性程度加大溶解性降低。

圖2為螺桿轉(zhuǎn)速為200 r/min、套筒溫度為130 ℃、?？卓讖焦潭ㄔ?0 mm時(shí)，面粉比例和物料含水率對(duì)NSI影響的響應(yīng)面。當(dāng)物料含水率不變時(shí)，NSI隨著面粉比例的增加而逐漸升高，在面粉比例為16%時(shí)達(dá)到最高值，然后隨面粉比例的增加而降低。當(dāng)面粉比例不變時(shí)，NSI隨著物料含水率的增加而升高，物料含水率為24%時(shí)達(dá)到最高值，然后隨著物料含水率的增加而逐漸下降。原因是當(dāng)物料含水率過低時(shí)，流動(dòng)性不高引起摩擦力大，膨化效果不好造成NSI不高，物料含水率過高時(shí)，流動(dòng)性增強(qiáng)導(dǎo)致?？趬毫ψ冃∫鹋蚧Ч儾睿琋SI降低。

圖3為套筒溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、物料含水率分別固定在130 ℃、200 r/min、24%時(shí)，面粉比例和?？卓讖綄?duì)NSI影響的響應(yīng)面。當(dāng)模孔孔徑保持不變時(shí)，NSI隨面粉比例的增加而升高，在面粉比例在16%處達(dá)到最大，然后隨著面粉比例的增加而明顯下降。當(dāng)面粉比例保持不變時(shí)，NSI隨著模孔孔徑的增加而升高，在?？卓讖皆?0 mm處達(dá)到最大，然后開始逐漸降低，適當(dāng)?shù)哪？卓讖接欣谖锪系呐蚧M(jìn)而影響NSI。

圖4為套筒溫度固定在130 ℃、物料含水率為24%、?？卓讖綖?0 mm時(shí)，面粉比例和螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)NSI影響的響應(yīng)面。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速保持不變時(shí)，NSI先隨面粉比例的增加而升高，當(dāng)面粉比例在16%處時(shí)達(dá)到最大，然后隨面粉比例的增加而逐漸降低。當(dāng)面粉比例維持不變時(shí)，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的升高NSI較明顯升高，在螺桿轉(zhuǎn)速為200 r/min時(shí)達(dá)到最大后逐漸下降。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速低時(shí)，螺桿與物料間摩擦力大導(dǎo)致膨化效果不好引起NSI不高，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速過高時(shí)，物料在擠壓機(jī)內(nèi)停留時(shí)間減少，吸收能量變少導(dǎo)致部分蛋白質(zhì)變性不完全引起NSI降低。

圖5為?？卓讖焦潭ㄔ?0 mm、面粉比例為16%、螺桿轉(zhuǎn)速為200 r/min時(shí)，套筒溫度和物料含水率對(duì)NSI影響的響應(yīng)面。當(dāng)物料含水率保持不變時(shí)，NSI隨套筒溫度的升高而緩慢升高，在套筒溫度為130 ℃時(shí)達(dá)到最大，然后緩慢降低。當(dāng)套筒溫度保持不變時(shí)，NSI隨物料含水率的增加而升高，物料含水率在24%處達(dá)到最大，然后逐漸降低。水分含量高時(shí)淀粉、蛋白質(zhì)持水量增加而水分蒸發(fā)程度差，膨化效果不好。

圖6為面粉比例、套筒溫度、螺桿轉(zhuǎn)速分別固定在16%、130 ℃、200 r/min時(shí)，物料含水率和模孔孔徑對(duì)NSI影響的響應(yīng)面。當(dāng)物料含水率維持在一定水平時(shí)，隨著模孔孔徑的增加NSI逐漸增加，?？卓讖皆?0 mm處NSI值達(dá)到最高值時(shí)開始降低。當(dāng)模孔孔徑保持不變時(shí)，NSI隨物料含水率的增加先升高后降低，在物料含水率為24%時(shí)達(dá)到最大。

以NSI為考察指標(biāo)，經(jīng)過嶺回歸尋優(yōu)得出最佳工藝參數(shù)為：面粉比例13.6%～13.8%；物料含水率25.3%～25.5%；套筒溫度135.5～136.1 ℃；?？卓讖?2.1～12.4 mm；螺桿轉(zhuǎn)速191.4～192.0 r/min，在此條件下NSI為41.5%～42.0%。

3 小結(jié)

本研究對(duì)豆粕和面粉等釀造醬油的原料進(jìn)行擠壓膨化預(yù)處理，代替?zhèn)鹘y(tǒng)釀造工藝中的蒸煮預(yù)處理，以蛋白質(zhì)NSI為考察指標(biāo)，采用SAS9.1軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，得出最佳擠壓工藝參數(shù)為：面粉比例13.6%～13.8%；物料含水率25.3%～25.5%；套筒溫度135.5～136.1 ℃；?？卓讖?2.1～12.4 mm；螺桿轉(zhuǎn)速191.4～192.0 r/min，在此條件下NSI 41.5%～42.0%。

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