大豆蛋白特性对其高湿挤压纤维化产品的影响

王喜泉，朱秀清，*，杨 耸，李佳栋，王 玲

（1.国家大豆工程技术研究中心，黑龙江哈尔滨 150030；2.山东禹王实业有限公司，山东禹城 251200；3.东北农业大学，黑龙江哈尔滨 150030）

大豆蛋白特性对其高湿挤压纤维化产品的影响

王喜泉1，朱秀清1，*，杨 耸2，李佳栋1，王 玲3

（1.国家大豆工程技术研究中心，黑龙江哈尔滨 150030；2.山东禹王实业有限公司，山东禹城 251200；3.东北农业大学，黑龙江哈尔滨 150030）

研究大豆蛋白的特性对其高湿挤压纤维化的影响，分别选用低温脱脂豆粉、大豆分离蛋白和五个不同品种的大豆为原料进行实验。研究了氮溶解指数（NSI值）、粒度及大豆蛋白7S/11S比值等因素对高湿挤压纤维化产品特性的影响。实验结果表明，挤压原料特性对高湿挤压纤维化产品的感官质量、质构特性及微观结构产生较明显的影响。较高NSI值和较低粒径范围（0.076～0.135mm）原料的挤压产品纤维化结构较好；大豆11S球蛋白在挤压加工过程中起重要作用，提高11S球蛋白的含量，在一定程度上可以提高挤压纤维化产品的品质。

大豆蛋白，原料特性，高湿挤压，纤维化

高湿挤压技术（物料含水率≥40%）是国际上新兴的植物蛋白重组技术[1]。高湿挤压技术是使用带冷却模头的双螺杆挤压机形成的，是集混合、搅拌、破碎、加热、蒸煮、杀菌、膨化及成型为一体的高新技术，广泛地应用于食品工业，其产品纤维化程度高，质地均匀一致，富有弹性和韧性，可直接加工成为蛋白面、素鸡、素虾、工程肉等形态和风味多样的食品，产品不需复水即可直接烹调食用，营养成分和生理活性成分损失少[2]。高湿挤压纤维化蛋白产品的蛋白源大多是植物蛋白源，其原料的组成和特性对于高湿挤压产品的特性是至关重要的。原料中除必需具备一定含量的低变性蛋白质（50%以上，干基）外，适宜的粒度、pH、油脂和淀粉含量等也会对挤压产品的组织结构产生明显影响。常见的高湿挤压纤维化产品原料有大豆蛋白、小麦蛋白、花生蛋白以及豌豆蛋白等。日本在20世纪90年代中期，曾以全脂大豆为原料，对高湿挤压技术进行了较为系统的研究；美国近年来以大豆分离蛋白为主要原料，添加部分小麦淀粉，生产出高湿纤维化蛋白产品[3]。在国内，研究了以大豆蛋白、猪肉和淀粉为原料[4]，进行复合组织蛋白的共混挤压工艺[5-6]；以及以花生蛋白为原料[7]，研究了原料特性对高湿挤压纤维化蛋白产品的影响。但对以大豆蛋白为主要原料，研究原料特性对高湿挤压纤维化产品特性影响的研究在国内外鲜有报道。因此，本文研究了以大豆蛋白为主要原料，利用高湿挤压技术生产纤维化蛋白产品，探讨不同蛋白原料特性对挤压纤维化产品品质的影响，为高湿挤压技术配方的确定提供设计依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

大豆分离蛋白 哈高科大豆食品有限责任公司；低温脱脂豆粉 大庆天圜集团；大豆（龙选1号）国家大豆工程技术研究中心；大豆（黑农37）、大豆（黑农43）、大豆（黑农44）、大豆（绥农14） 黑龙江省农科院；谷朊粉 濮阳县瑞丰小麦淀粉有限公司；本实验所有试剂 均为国产分析纯。

SYSLG30-IV型双螺杆挤压机 济南赛百诺科技开发有限公司；高速万能粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公司；电热恒温水浴锅 北京市永光明医疗仪器厂；HZQ-X100型振荡培养箱 哈尔滨市东联电子技术开发有限公司；电子分析天平 梅勒特-托利多仪器（上海）有限公司；立式压力蒸汽灭菌器 上海博迅实业有限公司医疗设备厂；电热恒温干燥箱上海一恒科学仪器有限公司；消化仪、KDN-04型蛋白质测定仪 上海纤检仪器有限公司；垂直板电泳仪和电泳槽、DYY III-11型电泳仪 北京六一仪器厂；UVP-800型凝胶成像仪 UItra-VIolet Products Limited Cambridge UK；高速离心机 北京医用离心机厂；TA.XT Plus物性测试仪 英国Stable Micro System公司。

1.2 实验方法

1.2.1 不同NSI值大豆蛋白原料的制备 分别称取300g大豆分离蛋白，盛于2000mL烧杯中，于高压蒸汽灭菌器内处理0、3、5、10、15、20min，采用凯氏定氮法测定处理后原料NSI值。

1.2.2 不同粒度原料的制备 将粉碎后的低温脱脂豆粉分别通过70、85、110、160、200目的筛网，筛分为不同粒度的脱脂豆粉后，封袋，备用。筛分后的脱脂豆粉粒度大小依次为0.22、0.18、0.135、0.097、0.076mm。

1.2.3 不同大豆7S/11S蛋白原料的制备 冷榨方法制备脱脂豆粉的工艺流程：原料→清理→烘干软化→轧胚→予热蒸炒→压榨→收集饼粕→粉碎→过筛

分别取210g五种不同原料的脱脂豆粉，同时加入90g谷朊粉，使脱脂豆粉与谷朊粉的比例为7∶3，再分别将300g的物料与水（60%）混合均匀，封袋，备用。

1.2.4 原料常规指标测定 水分含量的测定：GB/T 5009.3-2003；蛋白质含量的测定：GB/T 5009.5-2003；脂肪含量的测定：GB/T 5009.6-85；NSI值的测定：GB/T 5511-85附录A大豆水溶性蛋白质测定法（补充件）。

1.2.5 聚丙烯酰胺凝胶电泳检测 具体方法如下：选12%分离胶和5%的浓缩胶进行电泳，电泳前样品沸水浴处理5min，吸取10μL样品上样。起始电压50V，待样品进入分离胶，调整电压为80V。染色剂为考马斯亮蓝染色（45%甲醇，45%纯水，10%冰乙酸，0.05%考马斯亮蓝），脱色剂为（45%甲醇，45%水，10%冰乙酸）混合溶液。选取低分子量标准蛋白质，Marker范围为14.4～97.4ku。

1.2.6 质构特性测定 本实验使用TA.XT Plus型物性测试仪，测定产品的硬度、咀嚼度。采用TPA模式，P/50探头，测试前速度2.0mm/s，测试速度1.0mm/s，测试后速度2.0mm/s，下压程度50%，间隔时间5s，往复运动两次。

将样品切成边长1cm，高2cm的长方体，采用HDP/BS探头，测定产品的剪切力。用横向与纵向剪切力的比值定量表征产品组织化程度的大小，即组织化度。

1.2.7 产品感官评价 分别选取食品相关专业的5男和5女研究生共10名，对10份高湿挤压产品进行感官评价。感官评价内容和评判标准如下：分别从成型性、纤维丝形成状态、表观状态、口感及弹性这四项进行感官评分，每一项的满分为5分。各项评分标准见表1。

1.3 数据处理与分析

所有实验进行三次重复，数据均采用Excel进行计算、绘图和显著性分析。

2 结果与分析

2.1 大豆蛋白不同NSI值对挤压纤维化产品特性影响

2.1.1 NSI值对挤压纤维化产品感官评价的影响 根据上述1.2.1的方法，制备NSI值分别为81.60%、42.78%、33.76%、22.57%、19.96%和18.74%的6种挤压原料。

NSI值是判定大豆蛋白变性程度的重要指标，蛋白质的变性直接影响大豆蛋白质分子在挤压过程中的分子重组[8]。由图1可知，原料NSI值对挤压产品的感官质量有很大影响。随NSI值的降低，挤压产品表面光滑度显著下降，口感变得粗糙，形成的纤维丝也减少，感官评分也显著下降。

表1 感官评价评分表Table 1 Sensory evaluation score

图1 NSI值对挤压纤维化产品感官质量影响Fig.1 The influence of NSI value to extrusion fibrosis sensory quality product

2.1.2 NSI值对挤压纤维化产品质构的影响 原料NSI值对产品的质构特性有重要影响。挤压产品的质构测定结果见图2，在同样的挤压条件下，随原料NSI值的升高，大豆蛋白挤压纤维化产品的硬度和咀嚼度都呈上升趋势。随原料NSI值的升高，产品的组织化程度也呈上升趋势。这说明纤维化产品的品质与原料蛋白质变性程度密切相关，蛋白质变性程度越小，产品挤压质构特性越好。这可能是因为，变性后的蛋白质分子内二硫键转变成分子间二硫键[9]，从而使蛋白质分子凝结，不利于挤压产品的纤维形成。

图2 不同NSI值对挤压纤维化产品质构特性的影响Fig.2 Different NSI value on extrusion product quality and structure characteristics of the fibrosis influence

2.1.3 NSI值对挤压纤维化产品微观结构影响 如图3所示，原料的NSI值对其挤压纤维化产品的微观结构具有明显的影响。随产品NSI值的升高，产品质地均匀度明显上升。在NSI值为18.74%～22.75%时，挤压产品基本不具备组织化结构；在NSI值为33.76%时，挤压产品表面粗糙且出现许多横向裂纹；当NSI值再升高以后，产品的纤维结构逐渐明显，质地逐渐均匀。当NSI值达到81.6%时，产品呈现明显的纤维状结构。可见，NSI值对挤压组织化产品的质地有重要影响。

图3 不同NSI值的挤压纤维化产品扫描电镜图（×1500）Fig.3 Different NSI value of extrusion fibrosis product electron microscopy scanning figure（×1500）

2.2 大豆蛋白原料粒度对高湿挤压纤维化产品特性的影响

2.2.1 原料粒度对大豆蛋白挤压纤维化产品感官评价的影响 由图4可知，原料粒度对挤压纤维化大豆蛋白产品感官质量有很大影响。随着原料粒度的增加，挤压产品表面逐渐变得粗糙；当原料粒径在0.076～0.135mm之间时，口感相对细腻，当粒径大于0.135mm以后，产品口感下降，弹性降低。但原料粒度对挤压产品的成型性影响较小。纤维化产品的感官评分随原料粒度的增加而下降。

图4 原料粒度对挤压纤维化产品感官质量影响Fig.4 The size of materials for extrusion fibrosis sensory quality product influence

2.2.2 原料粒度对大豆蛋白挤压纤维化产品质构特性的影响 如图5所示，随挤压原料粒度的增大，挤压产品的硬度、咀嚼度以及组织化度都呈下降趋势。当原料粒径从0.076mm增加到0.22mm时，纤维化产品硬度和咀嚼度下降趋势缓慢。当原料粒径增大到0.18mm时，产品的组织化度开始迅速下降。由此可见，挤压原料的粒度越小，组织化产品的质量越好[10]。随原料粒径的增大，产品各项质构指标都呈下降趋势。这可能是因为原料粒径大时，原料与水混合的不均匀，在同样的挤压工艺条件下，原料与机筒内壁的接触面积较小，受热不均，导致原料局部干燥[11]，影响产品的品质。

图5 原料粒度对挤压纤维化产品质构特性的影响Fig.5 The size of materials for extrusion fibrosis sensory quality product influence

2.2.3 原料粒度对大豆蛋白挤压纤维化产品微观结构的影响 图6为五种不同粒度原料的挤压纤维化产品扫描电镜图，结果显示，当原料粒径为0.076～0.096mm时，挤压产品质地均匀，气腔小，并且分布均匀。当原料粒径增大后，挤压纤维化产品的气腔结构变大，质地逐渐疏松，纤维结构不明显。这与宏观特征研究结果相符。

2.3 不同大豆7S/11S蛋白组成对大豆蛋白挤压纤维化产品特性的影响

2.3.1 不同品种大豆原料脱脂豆粉各项指标 指标见表2。

2.3.2 不同品种大豆原料脱脂豆粉电泳检测 大豆蛋白主要为球蛋白，11S和7S组分占有大部分，并在大豆蛋白的加工特性中起到重要作用。7S球蛋白可分为三个亚基：α’、α和β，11S球蛋白是一种不均匀性的蛋白，在SDS-PAGE实验时可分为酸性和碱性两类亚基，其总数多达10余个，亚基之间通过二硫键相互作用。

图6 不同原料粒度挤压纤维化产品扫描电镜图（×1500）Fig.6 The size of materials extrusion fibrosis different product electron microscopy scanning figure

本研究选用五种不同品种的大豆原料（其蛋白中7S/11S具有一定的差异），采用单螺杆挤压机对其进行冷榨脱脂，制取脱脂豆粉，用以制备不同7S/11S比值的大豆蛋白原料，考察大豆蛋白7S/11S不同的原料对挤压纤维化产品品质的影响。图7电泳图谱中，有六条带谱为大豆蛋白7S与11S的亚基组分，其中，α＇、α和β为7S球蛋白的三种亚基成分，A3、A和B为11S蛋白的亚基成分。

图7 蛋白原料电泳图Fig.7 Protein material electrophoresis figure

表2 不同大豆原料脱脂豆粉各项指标表Table 2 Different raw materials defatted soybean meal soybean each index

2.3.3 不同7S/11S组分比率大豆蛋白对挤压纤维化产品质构特性的影响 如图8所示，当原料7S/11S从0.205到0.394上升的过程中，挤压纤维化产品的硬度、咀嚼度和组织化度都呈下降趋势。根据实验结果可以看出，挤压产品的质构特性随原料大豆蛋白7S/11S的升高而下降，这说明，大豆11S球蛋白在挤压加工过程中起到重要作用[12]，提高11S蛋白的含量，可以一定程度上提高挤压纤维化产品的品质。这可能是因为11S蛋白中含硫氨基酸比7S蛋白高，分子量较大，在挤压过程中更易于分子间二硫键形成，并易形成蛋白质分子交联，从而能稳定蛋白质的纤维状结构的缘故。

图8 不同7S/11S比率大豆蛋白对挤压纤维化产品质构特性的影响Fig.8 Different 7S/11S rate of soybean protein extrusion product quality and structure characteristics of the fibrosis influence

3 结论

3.1 NSI值是判定大豆蛋白变性程度的重要指标，随NSI值的降低挤压产品表面光滑度显著下降，口感变得粗糙，形成的纤维丝也减少，感官评分也显著下降。

3.2 原料粒度对高湿挤压产品质地的影响，是随着原料粒度的增加，挤压产品表面逐渐变得粗糙，当原料粒径在0.076～0.135mm之间时，口感相对细腻，当粒径大于0.135mm以后，产品口感下降，弹性降低，随原料粒径的增大，产品各项质构指标都呈下降趋势。

3.3 原料中大豆球蛋白组分对挤压产品的研究发现，挤压产品的质构特性随原料7S/11S的升高而下降，这说明大豆11S球蛋白在挤压加工过程中起到重要作用，提高11S蛋白的含量，可以一定程度上提高挤压纤维化产品的品质。

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Effect of soybean protein properties on its fibrosis products by high moisture extrusion

WANG Xi-quan1，ZHU Xiu-qing1，*，YANG Song2，LI Jia-dong1，WANG Ling3
（1.The National Research Centre of Soybean Engineering and Technology，Harbin 150030，China；
2.Shandong Yu Wang Industrial Co.，Ltd.，Yucheng 251200，China；
3.Department of Food Science，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China）

The effect of soybean protein properties on fibrosis products by high moisture extrusion was investigated.And defatted soybean flour，soy protein isolated and five kinds of soybean protein were used as the main materials.The factor on the properties of fibrosis products by high moisture extrusion was investigated，including the nitrogen solubility index（NSI），particle size and the different ratio of 7S/11S of the materials.The result showed that the properties of the materials had significantly affected on the sensory qualities，rheological properties and microstructures of fibrosis products by high moisture extrusion.The fibrosis structures of extrusion products were better under higher NSI value and lower particle size（0.076～0.135mm）of the materials and 11S glycinin played an important role in the extrusion processing.The quality of fibrosis products by high moisture extrusion could be improved by increasing the content of 11S glycinin.

soybean protein；properties of materials；high moisture extrusion；fibrosis

TS214.2

A

1002-0306（2012）20-0100-05

2012－04－18 * 通讯联系人

王喜泉（1967-），男，硕士，研究方向：大豆深加工。

黑龙江省科技攻关项目（GA09B401）；国家“十二五”科技支撑项目（2012BAD34B04）。