“黔豆9號”大豆分離蛋白制備復合蛋白粉

王洪波，劉彤，范宇遙，易鋒，姚品

貴州大學化學與化工學院（貴陽 550025）

大豆分離蛋白是大豆中富含的一種不含膽固醇且蛋白質含量在90%以上的植物蛋白，具有營養價值高與有益于人體健康兩大優點[1]。其營養價值高體現在可有效補充人體所需的蛋白質，比其他種類的蛋白質更容易被人體消化吸收，并且消化率93%～97%[2-4]。另一方面，其有益于人體健康的優勢體現在：可幫助免疫系統制造對抗細菌和感染的抗體，快速補充人體免疫細胞，增強人體自身免疫力[5-6]；具有低脂、降低膽固醇、降血糖及促進鈣元素吸收等功效[7-11]。因此，大豆分離蛋白，由于其自身的營養成分及其低廉的成本，在食用蛋白質市場上占據較大份額，其相關產品也因此成為優先選擇的基本保健食品，是植物蛋白中為數不多的可替代動物蛋白的品種之一[12]。

“黔豆9號”是貴州省油料研究所培養的一個能有效適應貴州本地氣候與土壤條件的大豆品種，具有產量高且富含優質高蛋白的特點[13]，因此，試驗的復合蛋白粉主要原料選用由該品種大豆制成的大豆分離蛋白制備。通過對大豆分離蛋白用量、進料速度、出口溫度及卵磷脂添加量4個影響因素進行設計，運用響應面法對復合蛋白粉生產條件進行優化，以期得到各影響因素間的定量數學模型，以及各因素交互作用對響應值的影響，得到較優的工藝路線與工藝參數，對生產實踐進行指導。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆分離蛋白（貴州省油料研究所“黔豆9號”大豆中分離提取）；乳清蛋白（食品級，山東德佳生物科技有限公司）；卵磷脂（食品級，江蘇輝耀生物工程有限公司）；鹽酸、濃硫酸、氫氧化鈉、乙醇等（均為分析純，西安天茂化工有限公司）。

FDY-600型實驗室有機溶劑噴霧干燥機（湖南科業電子有限公司）；TG-1850型臺式離心機（四川蜀科儀器有限公司）；HDK-36型高速均質機（四川仁科儀器有限公司）；MF-2型恒溫水浴鍋（泉州市銳捷設備有限公司）；722-S型可見分光光度計（上海現科分光儀器有限公司）；PSG-25L型電熱鼓風干燥箱（廣西富聚儀器設備有限公司）；HU-P20型電子天平（深圳貝爾絲精密儀器廠）。

1.2 試驗方法

1.2.1 復合蛋白粉的制備方法

將大豆分離蛋白和乳清蛋白按照一定比例進行復配，使用恒溫水浴鍋控制溫度，添加穩定劑得到初步溶液，向上述溶液中加入液態卵磷脂，卵磷脂添加量按照單因素及響應面優化試驗，用電子天平稱量后對應加入。將所得溶液進行混合調配，用高速均質機進行均質處理，均質時間10 min，使均質后的溶液混合均一。用噴霧干燥機對均質后的溶液進行干燥，其后將干燥后的產品進行冷卻、篩粉、滅菌處理，經驗收后得到成品。

1.2.2 復合蛋白粉制備工藝路線

1.2.3 單因素試驗

以復合蛋白粉溶解度和感官評分為指標，其他處理條件一致，分別考察大豆分離蛋白用量（55%，60%，65%，70%和75%），進料速度（35，40，45，50和55 mL/min），出口溫度（70，75，80，85和90 ℃）；卵磷脂添加量（0.5%，1.0%，1.5%，2.0%和2.5%）對復合蛋白粉制備工藝的影響，其中大豆分離蛋白用量以其占大豆分離蛋白與乳清蛋白總質量百分比來表示，卵磷脂添加量以其占大豆分離蛋白質量百分比表示；進料速度為復合蛋白粉均質處理后，進入噴霧干燥機的速度；出口溫度為復合蛋白粉從噴霧干燥機出來時的溫度。

1.2.4 響應面試驗

在單因素試驗結果基礎上，采用Box-Behnken試驗方案，選取大豆分離蛋白用量、進料速度、出口溫度及卵磷脂添加量為自變量，分別以A，B，C和D表示，以復合蛋白粉感官評分為響應值，分析復合蛋白粉的溶解度，設計四因素三水平響應面試驗設計以優化制備工藝。響應面試驗因素與水平如表1所示。

表1 響應面試驗因素水平表

1.2.5 復合蛋白粉的感官評價

感官鑒評員的篩選和培訓依據GB/T 16291.1—2012標準實施。感官評價員按照表2的評價標準對制備出的復合蛋白粉進行打分（以15名感官評價員所給出分數的算術平均值作為最終得分），評價結果如表3所示。

表2 復合蛋白粉感官評價表

2 結果與分析

2.1 復合蛋白粉生產工藝優化的單因素試驗

2.1.1 大豆分離蛋白用量對復合蛋白粉溶解度和感官評分的影響

如圖1所示，隨著大豆分離蛋白用量增加，復合蛋白粉溶解度與感官評分均出現先升高后下降趨勢。大豆分離蛋白用量60%時，復合蛋白粉的溶解度最大，達到88.19%，并且此時其感官評分也為最高分，為88.24分，復合蛋白粉品質最好，說明溶解度與感官得分有較強相關性。大豆分離蛋白用量55%時，復合蛋白粉的溶解度和感官評分均較低，這是由于此時大豆分離蛋白含量較低，導致集粉率較小。隨著大豆分離蛋白用量不斷增加，蛋白分子溶出率也不斷升高。大豆分離蛋白用量超過60%時，物料黏度較大，分子擴散速率降低，蛋白分子溶出率降低，導致集粉率下降，蛋白粉掛壁較多且有焦糊味。

2.1.2 進料速度對復合蛋白粉溶解度和感官評分的影響

如圖2所示，復合蛋白粉溶解度和感官評分均隨進料速度增加，呈現先升高后下降趨勢。進料速度35mL/min時，此時由于進料速率較低，物料在噴霧干燥時受熱程度較高，使得復合蛋白粉容易產生焦糊、掛壁現象[14]，使得此時復合蛋白粉的溶解度和感官評分均處于較低水平；進料速度45 mL/min時，復合蛋白粉的溶解度和感官評分均達到了最高值，分別為87.23%和88.36分。在進料速度45～55 mL/min，其溶解度下降幅度較小，進料速度55 mL/min時，復合蛋白粉的溶解度和感官評分均有所下降，這是因為此時進料速率較高，噴霧干燥時物料受熱程度較低，導致其水分偏高，掛壁現象較明顯，沖調性能差。

圖1 大豆分離蛋白用量對復合蛋白粉溶解度和感官評分的影響

圖2 進料速度對復合蛋白粉溶解度和感官評分的影響

2.1.3 出口溫度對復合蛋白粉溶解度和感官評分的影響

如圖3所示，出口溫度逐漸上升過程中，復合蛋白粉的溶解度和感官評分均呈現先升高后下降的變化趨勢出口溫度85 ℃時，溶解度和感官評分達到最大，分別為88.13%和86.24分。究其原因，大豆蛋白在較高出口溫度時能夠充分變性，蛋白質的溶解性也會得到提高，同時，大豆蛋白和脂質的結合率提升，從而形成為完善的網絡，提高復合蛋白粉的保水性，因此開始時隨著出口溫度不斷提高，蛋白粉的保水性也不斷提高，出口溫度80～85 ℃時，其持水性能較好。但是當出口溫度過高，超過臨界值時，會產生褐變、蛋白質聚集等現象，從而對復合蛋白粉的溶解度和感官得分產生不利影響。

圖3 出口溫度對復合蛋白粉溶解度和感官評分的影響

2.1.4 卵磷脂添加量復合蛋白粉溶解度和感官評分的影響

如圖4所示，隨著卵磷脂添加量增加，復合蛋白粉溶解度呈增加趨勢，感官評分呈先升高后下降趨勢，可見復合蛋白粉的感官評分受卵磷脂添加量一定程度影響。卵磷脂添加量1.0%時，感官評分為最高值（87.41分），這是由于此時復合蛋白粉溶解迅速且沒有粉團形成，同時聞不到卵磷脂氣味，能夠達到較好試驗效果[15]。隨著卵磷脂添加量增大，復合蛋白粉色澤變差，逐漸變黃，產生異味，從而使感官評分降低。

圖4 卵磷脂添加量對復合蛋白粉溶解度和感官評分的影響

2.2 響應面試驗結果及分析

2.2.1 模型建立及方差分析

在單因素試驗的基礎上，根據Box-Behnken的中心原理進行試驗，以大豆分離量蛋白用量（A）、進料速度（B）、出口溫度（C）及卵磷脂添加量（D）4個因素作為自變量，以感官評分為響應值，同時對復合蛋白粉的溶解度進行了分析，采用四因素三水平的中心組合試驗對制備工藝進行優化設計，試驗結果如表3所示。

表3 響應面試驗設計方案及結果

2.2.2 復合蛋白粉感官評分的優化

2.2.2.1 方差分析

應用Design-Expert 8.0.6軟件對表3的試驗結果進行多元回歸擬合分析，得到復合蛋白粉感官評分對大豆分離量蛋白用量（A）、進料速度（B）、出口溫度（C）及卵磷脂添加量（D）4個因素的回歸方程：Y2=95.35-1.61A+0.12B-1.66C+0.19D-1.46AB-0.71AC+0.30AD-0.91BC-1.74BD+0.32CD-2.76A2-2.56B2-4.91C2-4.78D2。

響應面方差分析結果如表4所示。由表4可得，響應面模型p＜0.000 1，表明該模型極顯著，失擬項p=0.460 9，其數值＞0.05，模型的失擬項不顯著，說明模型選擇與實際相符。相關系數R2=0.994 3，矯正相關系數=0.988 7，說明復合蛋白粉感官評分試驗測量值和預測值之間的擬合程度較好，可用此模型分析預測復合蛋白粉感官評分的具體情況。通過對該模型的方差分析表進行顯著性分析可知：AC、AB、AC、BC、BD、A2、B2、C2、D2屬于對響應值感官評分影響極顯著的因素。由F值可知，4個因素對復合蛋白粉感官評分的影響順序從大到小依次為出口溫度（C）＞大豆分離蛋白用量（A）＞卵磷脂添加量（D）＞進料速度（B）。

表4 感官評分為響應值的回歸模型方差分析

2.2.2.2 響應面分析

應用Design-Expert 8.0.6軟件繪制相應的響應面曲線圖并對其進行分析，探究大豆分離蛋白用量、進料速度、出口溫度及卵磷脂添加量之間的交互作用及最優點，結果如圖5～圖8所示。

以復合蛋白粉感官評分為響應值的響應面圖可以直觀清晰的反應響應值受各因素交互作用的影響情況，結合圖5～圖8及表4的方差分析得出，大豆分離蛋白用量和出口溫度對感官評分的影響極顯著（p＜0.01），進料速度和卵磷脂添加量對感官評分的影響不顯著（p＞0.05）。經分析可知，對復合蛋白粉感官評分影響顯著的交互作用是大豆分離蛋白用量和進料速度、大豆分離蛋白用量和出口溫度、進料速度和出口溫度、進料速度和卵磷脂添加量，其響應面圖如圖5～圖8所示。以感官評分為指標，應用響應面分析軟件得到復合蛋白粉最佳制備工藝為大豆分離蛋白用量59.29%、進料速度40.54 mL/min、出口溫度84.67 ℃、卵磷脂添加量1.12%，該工藝條件下的復合蛋白粉感官評分最高，為95.31分。

圖5 大豆分離蛋白用量與進料速度交互作用對復合蛋白粉感官評分的影響

圖6 大豆分離蛋白用量與出口溫度交互作用對復合蛋白粉感官評分的影響

圖7 進料速度與出口溫度交互作用對復合蛋白粉感官評分的影響

圖8 進料速度與卵磷脂添加量交互作用對復合蛋白粉感官評分的影響

2.2.3 復合蛋白粉最佳制備工藝條件的驗證

在考慮到實際操作的情況下，將制備工藝修正為大豆分離蛋白用量59%、進料速度41 mL/min、出口溫度85 ℃、卵磷脂添加量1.1%，并進行5次平行驗證試驗（均參照修正后的參數），得到的溶解度分別為90.45%，91.23%，90.73%，91.64%和90.18%，平均溶解度為90.85%，得到的感官評分分別為94.87，95.32，94.56，95.42和95.05分，平均感官評分為95.04分，實際值與預測值相對誤差在可接受范圍內，說明采用響應面法優化復合蛋白粉制備工藝可行，具有指導意義。

3 結論

試驗探索貴州生產的“黔豆9號”大豆分離蛋白制備復合蛋白粉工藝，以提高“黔豆9號”大豆的產品附加值，提升當地居民收入，為國家“脫貧攻堅”戰略貢獻力量。運用單因素及響應面法Box-Behnken等方法，優化工藝配方與參數，得到復合蛋白粉最優工藝配方與參數為大豆分離蛋白用量59%、進料速度41 mL/min、出口溫度85 ℃、卵磷脂添加量1.1%，在此工藝條件下，復合蛋白粉溶解度為90.85%，感官評分為95.04分。