高湿挤压条件对含豆渣组织蛋白中膳食纤维的影响

张岚，金思文，于寒松，刘俊梅，朴春红，王玉华，胡耀辉，*（.吉林医药学院公共卫生学院，吉林吉林0；.集安市疾病预防控制中心，吉林集安400；.吉林农业大学食品科学与工程学院，吉林长春08）

高湿挤压条件对含豆渣组织蛋白中膳食纤维的影响

张岚1，金思文2，于寒松3，刘俊梅3，朴春红3，王玉华3，胡耀辉3，*
（1.吉林医药学院公共卫生学院，吉林吉林132013；2.集安市疾病预防控制中心，吉林集安134200；3.吉林农业大学食品科学与工程学院，吉林长春130118）

摘要：分析了高湿挤压操作条件对含豆渣组织蛋白中膳食纤维的影响，为评价高湿挤压生产高膳食纤维组织蛋白产品营养特性提供理论基础。以豆渣为主要原料，采用双螺杆挤压机在豆渣含量（0%～60%）、物料水分（50%～60%）、挤压温度（130℃～150℃）条件下挤压制备组织蛋白。应用酶-重量法测定组织蛋白中总膳食纤维、不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维含量，比较挤压前后产品膳食纤维含量变化，分析挤压条件对可溶性膳食纤维含量的影响。结果表明，豆渣可显著增加组织蛋白产品膳食纤维含量（P<0.05）；物料水分增加不利于不溶性膳食纤维降解，挤压温度升高促进不溶性膳食纤维降解。含豆渣组织蛋白膳食纤维丰富，高湿挤压可在一定程度上提高产品中可溶性膳食纤维含量。

关键词：高湿挤压；豆渣；组织蛋白；可溶性膳食纤维

豆渣是传统豆制品加工的副产物，富含蛋白和膳食纤维[1-2]。膳食纤维是一种天然有机高分子化合物，在人体内具有重要的生理作用，是维持人体健康必不可少的，特别是可溶性膳食纤维对人体健康更加重要。过去，豆渣被作为废弃物直接丢弃或作为廉价饲料应用，或作为废弃物扔掉，造成大量优质蛋白质资源的浪费并对环境造成严重污染，随着科学的发展及人类文化素质的提高，人们已经从营养学的角度重新认识豆渣。经研究证明，传统豆制品生产后，大豆中的部分营养成分残留在豆渣中。食用豆渣可以降低血液中胆固醇的含量，减少糖尿病人对胰岛素的消耗；豆渣中丰富的膳食纤维可以预防肠癌，并能达到减肥的功效，因此，豆渣被视为一种新的保健食品来源。将豆渣作为主要原料采用双螺杆挤压机生产组织化蛋白，可以提高组织蛋白产品中的膳食纤维含量，使产品营养均衡，同时可以规避动物疾病带来的风险，同时满足人们对低脂肪、低热量食品的需求。

高湿挤压是是近20年国际新兴的食品加工技术，物料水分高达40%以上，利用该技术能够生产组织化程度更高，食用方便、营养丰富的组织化蛋白产品，本试验以豆渣、大豆分离蛋白、谷朊粉按不同比例混合，采用双螺杆挤压机在不同物料水分及挤压温度下对不同混合物进行挤压，对组织化蛋白中的总膳食纤维、不溶性膳食纤维及可溶性膳食纤维进行测定，探讨高湿挤压条件对含豆渣组织蛋白膳食纤维的影响。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

鲜豆渣：实验室制备，以大豆∶水按1∶10（g/L）比例浸泡12 h，匀速投料，反复投料5次，分离制得鲜豆渣，鲜豆渣经鼓风干燥箱低温烘干（45℃），利用高速粉碎机初粉，粉末经超微粉碎至可过200目筛，备用；大豆分离蛋白（HGK-A807凝胶型）：哈高科大豆食品有限公司；小麦活性谷朊粉：西泽牌，扶风县谷物蛋白厂，原料基本组成成分见表1。

表1　原料基本组成成分Table 1　Basic components of raw materials

95%乙醇、氢氧化钠、乙酸，溴甲酚绿、重铬酸钾、酸洗硅藻土：分析纯；MES、TRIS、热稳定α-淀粉酶溶液、中性蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶：购自北京鼎国昌盛生物技术有限责任公司。

1.2仪器与设备

EV25型双螺杆挤压机工作站：法国CLEXTRAL公司；SX2-2.5-10型马福炉：广州沪瑞明仪器有限公司；K1100F型全自动凯氏定氮仪：济南海能仪器股份有限公司；ZHWY-200B型恒温培养振荡器：上海智诚分析仪器制造有限公司。

1.3方法

1.3.1挤压及试验设计

固定操作参数喂料速度为2 kg/h，螺杆转速为250 r/min，变量操作参数为物料体系、物料水分及挤压温度。采用法国克莱斯特罗双螺杆挤压机工作站，进行高水分挤压。主要技术参数为模口直径4 mm，加热段6段，采用4℃冷却水迅速降温。豆渣含量范围0%、30%、45%、60%，固定谷朊粉添加比例为35%，按比例添加大豆分离蛋白，混合均匀，获得4组原料。挤压时调整物料体系水分至50%、55%、60%，挤压温度分别为130、140、150℃，析因设计A（4×3×3），获得36组含豆渣组织蛋白样品。每次调整操作参数后需当挤压机各项参数稳定后才可均匀取样，挤压产品自然冷却，一式两份。

1.3.2膳食纤维的测定方法

膳食纤维测定方法GB/T 5009.88-2008《食品中膳食纤维的测定》（酶重量法）；蛋白质测定方法GB 5009.5-2010《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》；灰分测定方法GB 5009.4-2010《食品安全国家标准食品中灰分的测定》。

1.3.3数据分析

采用SPSS16.0进行数据处理和分析。

2　结果与分析

2.1豆渣含量对组织化蛋白中膳食纤维的影响

图1表示豆渣含量对组织化蛋白中膳食纤维的影响。

图1　豆渣含量对组织化蛋白中膳食纤维的影响Fig.1　Effect of soybean residues content on dietary fiber in textured protein

从图1中可以看出，随着原料中豆渣含量增加，产品中的总膳食纤维（DF）、不溶性膳食纤维（IDF）及可溶性膳食纤维（SDF）的含量均显著增加（P<0.05），当豆渣含量为60%时，产品中可溶性膳食纤维含量最高，为11.2 g/100 g。这是因为原料中主要的膳食纤维来源是豆渣，而大豆分离蛋白与谷朊粉中几乎不含膳食纤维。

2.2物料水分对组织化蛋白中膳食纤维的影响

图2代表物料水分对组织化蛋白中膳食纤维的影响。

图2　物料水分对组织化蛋白中膳食纤维的影响Fig.2　Effect of moisture content on dietary fiber in textured protein

由图2可知，物料水分增加，组织蛋白中总膳食纤维、不溶性膳食纤维及可溶性膳食纤维变化不显著。其中不溶性膳食纤维随着物料水分增加而略有增加，可溶性膳食纤维随水分增加而略有降低的趋势。这可能是因为，原料中水分含量增加，会导致物料在机筒内黏性下降，因此，挤压机模头压力降低，影响了挤压对纤维的降解程度所造成的。

2.3挤压温度对组织化蛋白中膳食纤维的影响

图3代表挤压温度对组织化蛋白膳食纤维的影响。

图3　挤压温度对组织化蛋白中膳食纤维的影响Fig.3　Effect of cooking temperature on dietary fiber in textured protein

由图3可知，挤压温度对产品中总膳食纤维含量几乎无影响。而挤压温度升高，产品不溶性膳食纤维略降低，而可溶性膳食纤维含量相应增加。这说明，挤压温度升高，会促进纤维降解，使不溶性膳食纤维转化为可溶性膳食纤维。

2.4挤压前后膳食纤维的变化

图4～图6代表挤压前后组织蛋白中总膳食纤维、不溶性膳食纤维及可溶性膳食纤维的变化情况。

图4　挤压后组织蛋白中总膳食纤维的变化情况Fig.4　Changes of total dietary fiber in textured protein after extrusion

图5　挤压后组织蛋白中不溶性膳食纤维的变化情况Fig.5　Changes of insoluble dietary fiber in textured protein after extrusion

图6　挤压后组织蛋白中可溶性膳食纤维的变化情况Fig.6　Changes of soluble dietary fiber in textured protein after extrusion

从图4中我们可以看出，当原料中添加豆渣后，原料及产品中总膳食纤维含量显著增加，而经过挤压后，产品中总膳食纤维含量与挤压前几乎不变。从图5中可知，挤压后产品中不溶性膳食纤维含量均较挤压前有所降低。且豆渣含量为30%时，不溶性膳食纤维降低最多，随豆渣含量增加，不溶性膳食纤维降解越少。从图6中可知，挤压后产品中可溶性膳食纤维均较挤压前增加。豆渣含量为30%时，可溶性膳食纤维增加最多，增量为2.2%，这与不溶性膳食纤维降解及转化是相对应的。

2.5挤压条件及组织化蛋白中膳食纤维的相关性分析

表2表示挤压条件及组织化蛋白中膳食纤维的相关系数。

表2　挤压条件及组织化蛋白中膳食纤维的相关系数Table 2　Correlation coefficient among extruder parameters and dietary fiber

表2结果表明，物料水分与挤压温度与组织化蛋白中总膳食纤维、不溶性膳食纤维及可溶性膳食纤维无显著相关性。而豆渣含量与组织化蛋白中总膳食纤维、不溶性膳食纤维及可溶性膳食纤维均呈高度正相关（r=0.996，0.994，0.984；P<0.01）；总膳食纤维与不溶性膳食纤维及可溶性膳食纤维均呈高度正相关（r= 0.997，0.989；P<0.01）；不溶性膳食纤维与可溶性膳食纤维呈高度正相关（r=0.975；P<0.01）。说明，在考察的豆渣含量，物料水分及挤压温度的操作范围内，豆渣对于产品中膳食纤维的影响最为显著，而物料水分与挤压温度几乎无影响。

3　讨论

豆渣膳食纤维的水溶性成分很低（2%～3%），大大低于美国学者Richard E和Donald J提出的可溶性纤维（SDF）占总膳食纤维含量的10%以上才是较适宜的膳食纤维构成[3]。

挤压提高膳食纤维水溶性的影响因素有挤压温度、螺杆转速、物料含水量、物料粒度、进料速度、物料酸碱性、挤压机类型、原料种类等。要保证挤出过程的稳定及顺利进行，加水量、螺杆转速、挤出温度等各个因素之间要协调。

金茂国等用双螺杆挤压机对干燥豆渣进行挤压，发现在双螺杆挤压中，螺杆转速对可溶性膳食纤维影响最大，其次为物料水分和挤压温度[4]。郑建仙等采用双螺杆挤压机对不同粒度蔗渣进行纤维改性，经挤压后可溶性膳食纤维显著提高[5]。刘金霞等[6]采用双螺杆低水分挤压小麦膳食纤维，可溶性膳食纤维提高。易文芝等以玉米粉、大米粉和豆渣粉为原料，用双螺杆挤压机挤压膨化，认为豆渣添加量为8%情况下，挤压后可溶性膳食纤维含量随温度的升高而增加，但增加不显著，本研究结果与其一致[7]。娄海伟等研究认为，当物料水分为10%～40%之间，可溶性膳食纤维含量随物料水分增加而增加，当物料水分为25%时，豆渣可溶性膳食纤维最好，但继续增加物料水分，可溶性膳食纤维降低[8]。大多数报道物料挤压后SDF变化明显，但少数研究表明挤压对SDF含量影响较小，主要是由挤压条件造成，在轻度或者中度的挤压条件下，挤压蒸煮没有显著改变膳食纤维含量，在更加剧烈的挤压条件下，水溶性膳食纤维含量趋于增加[9-10]。但当条件太剧烈时，易造成SDF结构的破坏，不利于SDF含量的提高[11]。以上研究均为在低水分条件下，挤压膨化工艺对产品可溶性膳食纤维含量的影响。

本研究采用的是高湿挤压技术，物料水分高于50%，此时，豆渣添加量是影响产品中可溶性膳食纤维的主要因素，而物料水分和挤压温度在考察的范围内对产品可溶性膳食纤维影响不大，不过也遵循一定的规律，物料水分增加，可溶性膳食纤维降低，挤压温度升高，可溶性膳食纤维含量增加。

物料中的水分一方面调节物料的湿润程度、物料形变特性以及物料的输送特性，另一方面，物料水分影响机筒内压力、摩擦力及剪切力大小。物料水分增加使物料形变性和输送特性增强，降低机筒内压力、摩擦力及剪切力，使物料在机筒内停留时间缩短，不利于纤维分子断裂，因此，不溶性膳食纤维转化为低分子量水溶性膳食纤维的程度降低。而物料水分低有利于可溶性膳食纤维的提高。本研究物料水分为50%以上，因此认为，在高水分条件下，机筒内压力及剪切力降低，导致不溶性膳食纤维降解程度降低，表现为产品中可溶性膳食纤维含量降低。

挤压温度是影响挤压效果的重要因素。挤压过程是高温高剪切过程，在这一过程中，物料温度随挤压温度升高，机筒内压力增加，剪切力增加，不溶性膳食纤维发生热力分解，导致纤维高聚物糖苷键断裂，形成可溶性微粒，实现IDF（纤维素、半纤维素、木质素、不溶性果胶等）向SDF的转变[12]。Redgwell等研究柑橘的挤压改性，发现挤压后可溶性柑橘纤维单糖成分中糖醛酸（果胶指示物）含量的增高，表明挤压过程果胶物质的增溶，而甘露糖和葡萄糖的增加表明了细胞壁中半纤维素聚合物结构的降解。并且对挤压后的SDF进行化学分馏后，发现挤压条件相对温和的情况下能引起半纤维素的增溶，而条件剧烈的情况下可能引起纤维素的降解[13]。Onyango报道，挤压过程SDF的增加是IDF片段增溶的结果，细胞壁中木质纤维素链的断裂，导致低分子可溶性片段的形成[14]。Zarzyck等报道这种方式形成的可溶性膳食纤维保持有不溶性片段的化学结构，挤压形成的可溶性片段并不完全具有本来可溶性片段的性质[15]。挤压机筒温度高，传递给物料的热量多，物料升温幅度大，有利于膳食纤维分子的化学键断裂，亲水性增加。但有研究认为，挤压温度过高，超过170℃，豆渣在机筒中焦糊，堆积成块堵塞机筒，可溶性膳食纤维含量急剧下降[16]。

同时，在高温条件下，部分C-O键和C-C键也断裂，并产生一些新的产物和低分子挥发性化合物，提高溶解性[17]。本研究中，挤压温度升高，可溶性膳食纤维含量略有增加，这可能是因为挤压温度升高，化学键断裂程度逐渐增强，因此，分子降解量和亲水性集团暴露量增多，转化为低分子质量的水溶性聚合物增多，表现为产品中可溶性膳食纤维含量增加。

4　结论

豆渣可有效改善组织化蛋白产品的膳食纤维含量，使组织化蛋白营养更加均衡，满足人们对膳食纤维的需求。在高水分条件下，物料水分增加，不利于不溶性膳食纤维降解，产品可溶性膳食纤维含量降低，而挤压温度升高，促进不溶性膳食纤维降解，产品可溶性膳食纤维增加。同时，挤压后，产品中可溶性膳食纤维含量有所增加。

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.24.005

收稿日期：2014-07-10

基金项目：现代农业产业技术体系建设专项资金（CARS-04）

作者简介：张岚（1980—），女（汉），讲师，博士，研究方向：生物反应器与功能性食品。

*通信作者

Effect of High-moisture Extrusion on Dietary Fiber in Textured Protein Made from Soybean Residues

ZHANG Lan1，JIN Si-wen2，YU Han-song3，LIU Jun-mei3，PIAO Chun-hong3，WANG Yu-hua3，HU Yao-hui3，*
（1.College of Public Health，Jilin Medical College，Jilin 132013，Jilin，China；2.Ji'an Center for Disease Control and Prevention，Ji'an 134200，Jilin，China；3.College of Food Science and Engeering，Jilin Agricultral University，Changchun 130118，Jilin，China）

Abstract：The effects of extruding operating conditions on dietary fiber in textured protein made from soybean residues were analyzed，and theoretical basis of evaluation on nutritional characteristics of high dietary fiber textured protein that made by high-moisture extrution was provided.Soybean residues as main raw material，textured protein was produced by twin-screw extruder under the condition of soybean residues content（0%-60%），moisture content（50%-60%），cooking temperature（130℃-150℃）.Total dietary fiber，insoluble dietary fiber and soluble dietary fiber content of textured protein were determined by enzyme-weight method，the changes of dietary fiber content were compared before and after extrusion，and the effects of extrusion conditions on the content of soluble dietary fiber were analyzed.The results showed that content of dietary fiber in textured protein increased significantly（P<0.05）with improving of the soybean residues.Moisture content did not favor the degradation of insoluble dietary fiber，however，the cooking temperature could promote the degradation of insoluble dietary fiber.Textured protein，contains soybean residues was rich in protein and dietary fiber，high-moisture extrusion could improve the soluble dietary fiber content in the product.

Key words：high-moisture extrusion；soybean residues；textured protein；soluble dietary fiber