淀粉在大豆蛋白组织化过程中的作用

陈曦娟，陈野，罗垠

（天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457）

大豆蛋白质是存在于大豆种子中诸多蛋白质的总称[1]。其营养价值丰富，且具有均衡的氨基酸组成，是最经济的蛋白资源，有很高的应用价值[2]。目前市场上出现的大豆蛋白产品有粉状大豆蛋白产品和组织化大豆蛋白产品两种，其中组织化大豆蛋白产品在美国和日本的生产和应用非常广泛[3]。魏益民、康立宁等研究了高水分湿法挤压组织化，其产品纤维化程度高，质地均匀一致，富有弹性和韧性，可直接加工成为素鸡、素虾等形态和风味多样的食品[4]。

本研究的前期研究为即食性大豆蛋白组织化产品，用水分含量较低的大豆蛋白原料进行挤压组织化，得到的产品可直接食用，无需加工。但是它也存在不足之处，适口性较差。淀粉在食品的深加工中具有许多改良食品特性的作用，比如具有增稠、凝胶、黏结、成膜、润胀、糊化，改善质构、防止老化、避免析水，类似脂肪组织结构的替代性等[5]。将淀粉添加到大豆蛋白原料中，它在挤压过程中的变化直接影响到产品的质构、性质和风味，碳水化合物在体内的消化程度[6-7]。因此，针对此不足之处，本研究利用玉米淀粉来改善即食性大豆蛋白的口感，得到一种高蛋白、适口性好的即食性大豆蛋白组织化产品。

1 材料与方法

1.1 材料

大豆分离蛋白（蛋白质含量78.1%、水分含量6.8%）：平顶山天晶植物蛋白有限责任公司；玉米淀粉：天津市德利来食品厂。

1.2 设备

SYSLG32－Ⅱ系列挤压膨化实验机：济南赛百诺科技开发有限公司；TA－XT plus型质构仪：北京微讯超技仪器技术有限公司；DSC60A型差式扫描量热仪：岛津制作所；SU1510型扫描电子显微镜：日立电子，株式会社；DGG－101－0BS型电热鼓风干燥箱：天津市天宇实验仪器有限公司；G－150型电子数显卡尺：上海台海工量具有限公司。

1.3 方法

1.3.1 单因素试验优化挤压参数

设定以下参数进行单因素试验，分别为：水分含量（15%、20%、25%、30%、35%、40%）、转速（100、110、120、130、140 r/min）、温度（140、150、160、170、180 ℃）和淀粉含量（0%、5%、10%、15%和20%）。

1.3.2 正交试验

在单因素试验的基础上，选取水分含量（A）、转速（B）、挤压温度（C）和淀粉含量（D）4个因素作为试验因素，以挤压产品的感官评价为标准，采用L9（34）正交表，进行正交试验，请20人评判小组进行评价，每个产品的综合评分为20人总评分的平均值，研究挤压的最适条件（水分含量、转速、温度和淀粉含量）。

1.3.3 感官评价

对产品的色泽、硬度、脆度、咀嚼性和外形五项指标进行感官评价打分，每项5分，共计25分，每组参加感官评价的人数为20人，最后取平均分[8]，感官质量评分方法见表1。

表1 感官评价标准Table 1 Standard of sensory evaluation

1.3.4 挤压膨化产品的硬度、脆度和膨胀率

用质构仪对大豆蛋白产品进行质构分析，测定产品的硬度和脆度，实验采用HDP/3PB探头，测前速度为1.0mm/s，测试速度为3.0mm/s，测后速度为10.0mm/s，测10次取平均值。硬度值是指被测物单位面积断裂前受到的最大的力，脆度值是指被测物单位面积断裂时探头下压的距离。

用电子数显卡尺测量挤出物的膨胀率，它表示为挤出物的横截面直径与模孔直径的比，测10次取平均值。

1.3.5 热分析

用差示扫描量热仪（DSC）对大豆蛋白产品进行热分析，将其放入坩锅中，密封坩锅，然后再取一个同样的坩锅做空白，温度从25℃以5℃/min升温到250℃[9]。

1.3.6 扫描电镜观察微观结构

将样品自然断裂，取小块样品粘台，采用离子溅射方法喷金，喷金时间60 s，然后置于扫描电镜下，观察大豆蛋白产品横截面的微观结构。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

在蛋白质中加入淀粉，对挤压组织化过程有一定的影响。实验结果显示，加入淀粉后，当水分含量＜20%时，不能完成挤压过程，这是由于淀粉在挤压机内发生糊化，使得物料黏度增加，而水分含量降低也会导致物料黏度增加，所以，水分含量低不易完成挤压过程。因此，最适水分含量为20%～30%。螺杆转速增加，产品组织化度、硬度和咀嚼度均有逐渐增加的趋势[10]，但是螺杆转速太大会使物料在机腔内滞留时间较短，影响产品组织化。因此，最适螺杆转速为120 r/min～130 r/min。添加淀粉后，温度对感官评价总得分的影响不显著。温度低，不利于组织化，温度高，容易发生焦糊，又会影响产品外观，因此，最适温度为150℃～170℃。淀粉的添加，使感官评价总得分明显增加，也使膨化指数增大[7]，在一定程度上可以改善产品的口感，所以，最适淀粉含量为5%～15%。

2.2 正交试验结果与分析

正交试验因素与水平见表2，正交试验结果与分析见表3。

表2 正交试验因素与水平设计Table 2 Design of orthogonal factors and level

表3 正交试验结果与分析Table 3 The analytic result of orthogonal experiment

本实验结果分析采用方差分析法，首先进行F检测。方差分析见表4。

表4 正交试验设计方差分析结果Table 4 The analytic result of extreme difference of orthogonal experiment

由表3和表4可以看出，水分含量、转速、挤压温度和淀粉含量4个因素对挤压膨化产品影响的主次顺序为：水分含量＞转速＞淀粉含量＞挤压温度。A因素以A1水平最适；B因素以B3水平最适；C因素以C2水平最适；D因素以D2水平最适。所以挤压膨化产品的最适参数为：A1B3C2D2，即水分含量为20%，转速为130 r/min，挤压温度为160℃，淀粉含量为10%。水分含量的F值大于F临界值，说明不同水分含量对产品影响差异显著。转速、挤压温度和淀粉含量的F值相对不显著，这就是由于误差自由度过小，分析的灵敏度不高的缘故。综合考虑，得到挤压的最适条件为水分含量20%，转速130 r/min，挤压温度160℃，淀粉含量10%。

2.3 优化条件的验证

验证试验结果见表5。

表5 验证试验结果Table 5 Validation test results

结果显示该条件下得到的产品感官评价总得分最高。

2.4 挤压膨化产品的硬度、脆度和膨胀率

在水分含量为20%，转速130 r/min，温度160℃，淀粉含量为10%的试验条件下挤压大豆蛋白，得到的大豆蛋白产品的硬度为4.9 N/cm2，脆度为21.8 mm/cm2，膨胀率为3.7，与之前未添加淀粉的大豆蛋白产品相比，添加淀粉后的硬度、脆度和膨胀率值都有所增加。脆度和膨胀率增加是有由于添加淀粉后，膨化程度增加，气孔增大。硬度增加是因为添加玉米淀粉后可使膨化食品硬度增大，质地较硬，膨化制品的抗碎强度大，减少破碎。

2.5 热分析结果

添加淀粉的大豆蛋白产品和未添加淀粉的大豆蛋白产品热分析结果如图1所示。

图1 添加淀粉大豆蛋白产品和未添加淀粉大豆蛋白产品热分析结果图Fig.1 DSC of add starch to extruded soybean protein and without starch in extruded soybean protein

由图1可知，添加淀粉和未添加淀粉的大豆蛋白挤压产品的熔融点相近，温度低于160℃时，焓值变化趋势基本一致，温度高于160℃时，添加淀粉的大豆蛋白挤压产品的焓值变化比未添加淀粉的大豆蛋白挤压产品的要明显，这可能是因为添加淀粉后，由于蛋白质含量高，使的淀粉的糊化温度升高[7]，有些高分子结构的键在挤压膨化过程中并未发生断裂，所以添加淀粉的大豆蛋白挤压产品在高温下可能会发生键的断裂，生成低分子化合物。而未添加淀粉的大豆蛋白产品再熔融后焓值变化较平稳，这是由于蛋白质分子通过挤压后，已经变性，所以产品在熔点后放出热量较少，具有较好的热稳定性。总之，温度对产品是否添加淀粉影响较少。

2.6 大豆蛋白挤压产品的微观结构

添加淀粉的大豆蛋白挤压的产品和未添加淀粉的大豆蛋白挤压产品扫描电镜照片如图2所示。

图2 添加淀粉和未添加淀粉的大豆蛋白挤压产品的微观结构图Fig.2 SEM of add starch to extruded soybean protein and without starch in extruded soybean protein

由图中可以明显的看出，添加淀粉后，产品的气腔要比未添加淀粉的大，这说明添加淀粉使得产品的膨胀率增加，且组织结构均匀一致。图a的气腔壁大约厚0.2 mm，图b的气腔壁大约厚0.05 mm，这说明添加淀粉后气腔壁厚度增加，硬度也相应的增加，这与质构仪的测量结果相吻合，添加淀粉可以增强产品的抗碎强度。

3 结论

确定最适条件为水分含量20%，转速130 r/min，挤压温度160℃，淀粉含量10%。在此条件下得到的大豆蛋白产品硬度为4.9 N/cm2，脆度为21.8 mm/cm2，膨胀率为3.7。温度对产品是否添加淀粉影响较少，且添加淀粉后，抗碎强度增加，组织结构保持均匀一致。通过本研究可知，添加少量淀粉后，即食性大豆蛋白产品口感、质地和物理特性得到了一定的改善，且对今后的工业化生产有很大的帮助。

[1] 李里特,王海.功能性大豆食品[M].北京：轻工业出版社,2003:36-37

[2] 王丽娟,吴娜娜,杨晓泉.不同方法制备的大豆蛋白感官品质比较[J].中国油脂,2010,35(7):24-27

[3] 康立宁,刘香英,田志刚,等.大豆蛋白挤压组织化过程中生物大分子之间的相互作用[J].大豆科技,2009(5):54-57

[4] 魏益民,康立宁,张汆.食品挤压理论与技术[M].北京:中国轻工业出版社,2009:3

[5] 何晋浙,张安强,丁玉庭.10种淀粉的理化特性研究[J].中国粮油学报,2011,26(4):37-41

[6] 汤坚,丁霄霖.玉米淀粉的挤压研究—淀粉在挤压过程中降解机理的研究（Ⅱb）[J].无锡轻工业学院学报,1994(1):1-9

[7] M O IWE.Effects of extrusion cooking on functional properties of mixtures of full-fat soy and sweet potato[J].Plant Foods for Human Nutrition,1998,53(1):37-46

[8] 欧阳一非,高海燕,赵镭,等.聚类分析在油炸型方便面感官评价中的应用[J].中国食品学报,2009,9(4):177-184

[9] NaofumiKitabatake,Mineo Tahara,Etsushiro Doi.Thermal Denaturation of Soybean Protein at LowWater Contents[J].Research institute for food science,1990,54(9):2205-2212

[10]孙照勇,陈锋亮,张波,等.植物蛋白高水分挤压组织化技术研究进展[J].农业工程学报,2009,25(3):308-312