组织化大豆蛋白生产工艺研究与应用进展

张金闯 魏益民 张 波 张 玮

（中国农业科学院农产品加工研究所农业部农产品加工重点实验室，北京 100193）

组织化大豆蛋白生产工艺研究与应用进展

张金闯 魏益民 张 波 张 玮

（中国农业科学院农产品加工研究所农业部农产品加工重点实验室，北京 100193）

组织化大豆蛋白是大豆蛋白加工业中重要产品之一。梳理组织化大豆蛋白生产工艺及其关键技术，可提升产品质量和种类，促进大豆蛋白加工业的稳定发展。本研究整理、阐述组织化大豆蛋白生产工艺，以及涉及的关键技术、质量评价、食品应用等方面的研究进展。组织化大豆蛋白具有动物蛋白纤维状结构和咀嚼感，替代动物蛋白可以降低生产成本，改善膳食结构。蛋白质含量、纤维状结构、持水性、色泽是组织化大豆蛋白的质量要素。挤压组织化大豆蛋白产业目前仍以普通组织化蛋白产品为主，开始规模化生产纤维状结构明显的拉丝蛋白，而高水分组织化蛋白仍停留在试验阶段。

大豆蛋白 挤压组织化 质量要素 质量评价 产品应用

植物蛋白是一类来源于植物的蛋白质，其资源丰富，生理功能突出，是营养丰富的食品资源[1]。用于食品和饲料的植物蛋白主要来源于豆科、谷物以及油料作物等。油料作物，如大豆、花生、油菜籽（十字花科）等每年提供的蛋白质近1.4亿t；谷物，如玉米、小麦、稻谷等每年提供蛋白质约6 000万t。与动物蛋白相比，植物蛋白几乎不含胆固醇，具有多种生理功能。1999年10月美国食品药物管理局（FDA）正式宣布健康声明：“每天食用25 g大豆蛋白，可以减少心脏病的风险。”《中国食物与营养发展纲要（2014—2020年）》提出，到2020年，大豆人均年消费量为13 kg，并将“强化大豆生产与精深加工的科学研究，实施传统大豆制品的工艺改造，开发新型大豆食品，推进大豆制品规模化生产”[2]。为提高中华民族健康素质，中国食品工业协会也提出了植物蛋白与动物蛋白并举的方针，植物蛋白由于资源丰富、廉价易得，以及其独特的生理功能，已成为食品研究开发的热点之一。

组织化大豆蛋白是一种具有类似动物肌肉纤维状结构的大豆蛋白制品。纤维状结构是大豆蛋白在温度、剪切、压力等物理场作用下，蛋白质分子发生变性、分子链取向、重新交联后产生的。组织化大豆蛋白较好地结合了大豆蛋白的低胆固醇和动物蛋白良好的纤维结构、咀嚼性，是一种高蛋白低脂肪的食品[3－5]。组织化蛋白根据原料蛋白质含量可分为高蛋白组织化产品（高于70%）和低蛋白组织化产品（50%～55%）；根据生产水分含量可分为低水分组织化蛋白（低于35%）和高水分组织化蛋白（高于45%）；根据产品纤维状结构可分为普通组织化蛋白（具有少量纤维状结构）和拉丝蛋白（具有明显的纤维状结构）[6－7]。相比浓缩大豆蛋白和分离大豆蛋白制造的溶剂浸提法，组织化大豆蛋白主要采用物理技术，高度集成了喂料、混合、剪切、加热、成型等工序，具有高效率、低能耗，少排放、低成本，高温短时、营养损失小等特点。

综述整理、阐述组织化大豆蛋白生产工艺，以及关键技术、质量评价、食品应用等方面的研究进展，结合中国组织化大豆蛋白加工业发展现状，讨论相关的工艺和关键技术，为组织化大豆蛋白加工业和产品应用提供参考，促进大豆蛋白加工业的稳定发展，以及产品质量和种类的提升。

1 中国组织化大豆蛋白行业发展现状

中国大豆蛋白工业化生产始于20世纪80年代，主要原料为油料作物（大豆）榨油后的脱脂饼粕，主要产品为分离蛋白和浓缩蛋白，生产工艺和装备主要由国外引进[8]。90年代初，原黑龙江三江食品公司引进了美国温格尔（Wenger）挤压组织化生产线，开始工业化生产组织化大豆蛋白。有资料显示，2014年中国大陆从事组织化大豆蛋白生产的企业有50余家[9]，代表企业有山东御馨豆业蛋白有限公司、浙江百川食品有限公司、益海嘉里集团的秦皇岛金海食品工业有限公司、谷神生物科技集团有限公司、哈尔滨高科技集团等。台湾地区从90年代开始生产组织化大豆蛋白，代表企业有远哲有限公司、弘扬食品、新哲兴业有限公司等。

表1 主要组织化大豆蛋白生产企业

御馨豆业的组织化蛋白产量较大，年产量达3万t，产品以普通组织化蛋白为主；浙江百川年产量为2万t，产品以拉丝蛋白为主。大型企业，如金海粮油等的生产设备以进口为主，如美国温格尔、瑞士布勒（Buhler）公司等；而小型企业主要采用国内设备生产，如江苏牧羊、山东赛百诺公司生产的设备等；御馨、百川等还自行改造或组装生产设备。谷神集团、益海嘉里、浙江百川生产原料以低温脱脂豆粕、大豆分离蛋白、大豆浓缩蛋白等为主，淀粉、谷朊粉、花生粉等为主要辅料。产品以普通组织化蛋白和拉丝蛋白为主。根据纤维状结构的程度，组织化蛋白的价格从7 000～22 000元/吨。纤维状结构越明显，组织化蛋白价格约高。普通组织化蛋白利润率一般在15%～20%之间，而拉丝蛋白的利润率在20%以上。普通组织化蛋白生产技术门槛较低，市场竞争激烈，产品质量不稳定或存在隐患。

2 大豆蛋白组织化生产方法

常见的蛋白质组织化方法有以下3种：

1）热凝固法：大豆蛋白浓溶液在平滑的热金属表面发生水分蒸发，蛋白随即产生热凝结作用，形成组织化蛋白。

2）热塑挤压法：含有蛋白质的混合物在螺杆的输送作用下，在机筒温度、压力和螺杆剪切的作用下，发生熔融，当挤出模头后，物料水分迅速蒸发，形成了膨胀、干燥的多孔结构，得到组织化蛋白。

3）纤维纺丝法：在pH＞10的条件下制备高浓度蛋白质溶液，经过脱气、澄清后在高压下通过多孔的喷头进入含有氯化钠的酸性溶液，在等电点和盐析效应的共同作用下，蛋白质发生凝结，形成纤维状结构。

3种方法中，热塑挤压法连续性较好，工艺集成性高，原料适用性宽泛，是应用最广泛的技术[10]。

挤压法生产组织化蛋白最早可追溯至20世纪60年代，美国人Anelly申请了第1个专利，以单螺杆挤压技术为主。70年代，双螺杆挤压技术得到应用。低水分挤压组织化大豆蛋白的生产工艺已趋于成熟[11－14]，如图 1所示。双螺杆挤压因其混合性能好，剪切强度可控等特点，使得挤压加工过程含水量提高至60%，挤压产品也出现了新的特性，如优良的可塑性、即食性等。随着在线检测技术和自动控制技术的发展，美国密苏里州立大学在模头处配置光学检测装置用于组织化蛋白纤维状结构形成的控制；澳大利亚科工组织（CSRIO）配置声波检测装置用于控制挤压过程的稳定性。挤压组织化蛋白产品已从普通型发展成根据蛋白质含量、水分含量、纤维状结构等多个系列产品。

图1 挤压组织化蛋白生产工艺流程

随着挤压机结构、挤压过程自动监控技术和产品特性分析技术等的突破，高水分挤压技术得到了较大发展。魏益民等[15]系统开展了低温脱脂大豆粕的高水分挤压组织化工艺优化、产品纤维状结构形成机理、产品质量评价、生产设备研制、原料及产品标准等研究工作。江旭海[16]、张毅方[17]、王建忠[18]等在拉丝蛋白生产方面申请了相关专利。多级挤压、生物酶解、超临界CO2萃取等联用技术开始受到人们的关注。

3 组织化蛋白在食品工业中的应用

组织化蛋白具有优良的吸水性和吸油性，以及动物蛋白纤维状结构和咀嚼感，规格有块状、粒状、糁状、条状等。通常情况，组织化蛋白产品的蛋白质含量达50%以上，是猪肉的3倍，复水后价格是猪肉的1/5。组织化蛋白替代动物蛋白可以降低生产成本，增加食品中大豆蛋白含量，改善膳食结构。师文添[19]认为拉丝蛋白在香肠中的添加量约为7%。费英敏[20]研制的素火腿中大豆拉丝蛋白的添加量为33%。倪晨[21]认为大豆组织化蛋白在丸子中添加量约为20%。王海燕等[22]认为，组织蛋白应用在水饺馅或灌肠等的添加比例为肉量的15%～20%（湿基）为宜。据相关资料介绍，1998年美国已有500种食品添加大豆蛋白，日本每年要消耗60多万t大豆蛋白制品，其中以大豆组织蛋白应用最为广泛[23]。目前，我国组织化蛋白的应用主要集中在肉制品、冷冻食品、方便食品、肉丸、休闲食品等方面，代表的食品有火腿肠、冷冻饺子、方便面调料、鱼丸、辣条、豆干等，使用比例分别为5%、10%、1%、10%、90%左右，年需求量在50万t以上，按照1万元/t估算，产值超过50亿元。

表2 国内大豆组织化蛋白/拉丝蛋白生产应用概况

4 组织化蛋白产品质量标准及评价方法

康立宁等[24]采用因子分析法，认为组织化蛋白产品品质指标重要程度依次为（韧性、硬度）＞组织化度＞亮度和a* ＞b*。Maurice等[25]提出，组织化大豆蛋白应包括咀嚼次数，如咀嚼一定量的样品使之达到与对照样品类似吞咽程度所需的咀嚼次数，以及产品拉伸或剪切特性。Breene[26]提出，嫩度和含汁度是评价产品质地的重要参数，其研究结果表明，嫩度与感官评价具有很好的相关性，但含汁度相关性较差。张波等[27]认为持水性可部分反映产品的组织化程度。Lin等[28]通过描述分析、光学显微镜、扫描电镜观察3种方法对不同含水率和不同温度挤压产品的质量，包括光滑度、咀嚼性、纤维和层状结构以及吸水率等作了比较分析，其结果表明，硬度或咀嚼性越高的产品相应的组织结构越好；同时，他还认为消费者对组织化蛋白的评价更重要。Cumming等[29]提出在感官评定产品质量时还应包括产品密度和吸水率。Alonson等[30]采用吸水能力、水溶性指数、水分保持能力和吸油性作为组织化菜豆蛋白的评价指标。Wang等[31]采用有效赖氨酸含量、比容、蛋白质消化率、胰蛋白酶活性等来评价和分析组织化豌豆蛋白的质量。Yao等[32]采用质地分析、微观结构分析和荧光偏振光谱分析对产出物品质进行评价后认为，基于荧光偏振光谱理论的荧光偏振程度和各向异性指标则能较好地反映挤压过程中纤维的形成。Ranasinghesagara等[33－34]发明了光子迁移方法作为一种标准方法进行无损、瞬时检测高水分挤压大豆蛋白产品的纤维化度。

根据应用领域的不同，组织化蛋白质量要素不尽相同，其中纤维状结构、咀嚼性、持水性等为主要要素。2008年商务部颁布的《膨化豆制品》行业标准（SB/T10453—2007）是国内大部分企业执行的标准。原黑龙江三江食品公司大豆组织化蛋白企业标准（1999年）要求，蛋白质≥50%，脂肪≤1.5%，粗纤维≤5%，水分8% ～12%，容重≤350 g/L，碎沫率 ＜5%，复水比例1∶2.5～3，符合粮食卫生标准，外观呈淡黄色或黄褐色，无焦苦味、无霉变，成海绵状、块状或颗粒状，略有豆味，吸水膨胀后能浮于水面，不散碎，有类似瘦肉状的纤维组织，水泡后口感柔软，组织细腻。金海食品技术部门认为，组织化蛋白产品重要的理化指标是蛋白质含量；重要的加工性能指标为口感、复水、保油；重要的感官指标为色泽。百川食品技术部门认为，拉丝蛋白最重要的指标是内部纤维状结构的明显程度以及纤维丝的强度，其次是色泽、光滑度、亮度等。这与谷神集团的产品标准一致。

5 结论

组织化大豆蛋白具有动物蛋白纤维状结构和咀嚼感，替代动物蛋白可以降低生产成本，改善膳食结构。蛋白质含量、纤维状结构、持水性、色泽是组织化大豆蛋白的质量要素。挤压组织化大豆蛋白产业目前仍以普通组织化蛋白产品为主，开始规模化生产纤维状结构明显的拉丝蛋白，而高水分组织化蛋白仍停留在试验阶段。

志谢：感谢秦皇岛金海食品工业有限公司于浩荣、浙江百川食品有限公司江旭海提供行业相关信息。

[1]高艳华，王联结.国内外食品蛋白质发展概况[J].食品研究与开发，2003，24（5）：58－60

[2]中国食物与营养发展纲要（2014－2020）[M].中国国务院办公厅，2014（1）：28

[3]王少庸，费英敏.植物拉丝组织蛋白在红肠中的应用研究[J].大豆科技，2011（4）：54－55

[4]孙月梅，郝晓亮，江连洲，等.大豆组织蛋白素食肉块的研制[J].大豆通报，2007（2）：23－25

[5]王笛，迟玉杰.大豆组织蛋白丸子配方的优化研究[J].食品工业科技，2011（9）：110－115

[6]Riaz M N.Textured soy protein and its uses[J].Agro－Food Industry，2001，12（5）：28－31

[7]康立宁，魏益民.大豆蛋白及其组织化技术[J].食品科学，2004，25（z1）：112－116

[8]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

[9]董萍，冯叙桥，冯帆，等.一种大豆组织蛋白产品的市场调查分析[J].中国粮油学报，2014，29（5）：10－13

[10]阚建全.食品化学（第二版）[M].北京：中国农业大学出版社，2008：71－73

[11]Seker M.Selected properties of native or modified maize starch/soy proteinmixtures extruded at varying screw speed[J].Journal of the Science of Food and Agriculture，2005，85（7）：1161－1165

[12]Crowe TW，Johnson L A.Twin－screw extrusion texturization of extruded－expelled soybean flour[J].Journal of the American Oil Chemists'Society，2001，78（8）：781－786

[13]王洪武，马榴强，周建国，等.大豆蛋白质原料体系对挤压组织化的影响[J].中国食品学报，2002，2（1）：33－38

[14]Athar N，Hardacre A，Taylor G，etal.Vitamin retention in extruded food products[J].Journal of Food Composition and Analysis，2006，19（4）：379－383

[15]魏益民，康立宁，张汆.食品挤压理论与技术（中）[M].北京：中国轻工业出版社，2009：3－109

[16]江旭海，徐庆磊.一种用于制备拉丝蛋白的双螺杆挤出机：中国，201210308489[P].2012－08－27

[17]张毅方，孙健，胡春.一种组织化拉丝蛋白及其制备方法：中国，200910177467[P].2013－10－23

[18]王建忠，李世伟，郭世锋.一种高水非膨化大豆组织蛋白生成工艺：中国，201010284388[P].2012－04－04

[19]师文添.大豆拉丝蛋白在香脆肠中的应用[J].食品科技，2013（3）：120－124

[20]费英敏.大豆拉丝蛋白素火腿的研究[J].中国调味品，2010，35（5）：40－43

[21]倪晨，杨铭铎，霍力.大豆组织蛋白的处理工艺及在肉制品中的应用[J].哈尔滨商业大学学报：自然科学版，2002，18（3）：336－340

[22]王海燕.大豆组织蛋白的功能及在肉制品中的应用[J].肉类工业，2007，（12）：33－34

[23]李碧晴.浅论组织化大豆蛋白[J].食品科技，1998，（1）：20－21

[24]康立宁，田志刚，刘香英，等.大豆组织蛋白产品品质的因子分析和综合评价研究[J].吉林农业科学，2012，37（2）：45－48

[25]Maurice T J，Burgess L D，Stanley DW.Texture－structure relationships in texturized soy protein.III.Textural evaluation of extruded products[J].Canadian Institute of Food Science and Technology Journal，1976，9（4）：173－176

[26]BreeneW M.Textural characterization of texturized proteins[J].Journalof Texture Studies，1978，9（1－2）：77－107

[27]张波，魏益民，康立宁，等.挤压参数对组织化大豆蛋白持水性的影响[J].农业工程学报，2007，23（11）：260－263

[28]Lin S，Huff H E，Hsieh F.Extrusion process parameters，sensory characteristics，and structural properties of a high moisture soy protein meat analog[J].Journal of Food Science，2002，67（3）：1066－1072

[29]Cumming D B，Stanley DW，deMan JM.Texture－strueture relationships in texturized soy protein II.Textural properties and ultrastructure of an extruded soybean product[J].Canadian Institute of Food Science and Technology Journal，1972，5（3）：124－128

[30]Alonson R，Orue E，Zabalza M J，et al.Effect of extrusion cooking on structure and functional properties of pea and kidney bean proteins[J].Journal of the Science of Food and Agriculture，2000，80（3）：397－403

[31]Wang N，Bhirud PR，Tyler R T.Extrusion texturization of air－classified pea protein[J].Journal of Food Science，1999，64（3）：509－513

[32]Yao G，Liu K S，Hsieh F.A newmethod for characterizing fiber formation in meat analogs during high－moisture extrusion[J].Journal of Food Science，2004，69（7）：303－307

[33]Ranasinghesagara J，Hsieh FH，Yao G.An image processingmethod for quantifying fiber formation in meat analogs under highmoisture extrusion[J].Journal of Food Science，2005，70（8）：e450－e454

[34]Ranasinghesagara J，Hsieh F，Yao G.A photon migration method for characterizing fiber formation inmeatanalogs[J].Journal of Food Science，2006，71（5）：e227－e231.

The Research on Production Technology and Application Process of Textured Soybean Protein

Zhang Jinchuang Wei Yimin Zhang Bo Zhang Wei

（Institute of Food Science and Technology CAASKey Laboratory of Agro－Products Processing，Ministry of Agriculture，Beijing 100193）

Textured soybean protein was an important product of soybean protein processing industry.The review on production technology and its key technology could improve products quality and variety and promote the stable developmentof soybean protein processing industry.This paper stated research process of textured soybean protein production technology，key technology，quality evaluation，food application involved，etc.Textured soybean protein had similar filamentary structure and chewiness properties as animal protein.Substitution animal protein could decrease production cost and improve dietary pattern.Protein content，filamentary structure，water holding capability，and colorwere the quality factors of textured soybean protein.Extrusion textured soybean protein industry gave priority to common textured soybean protein，and began to conduct large－scale production on wiredrawing protein with obvious filamentary structure，while high moisture textured soybean protein was still at the stage of experiment.

soybean protein，extrusion texturization，quality factor，quality evaluation，product application

TS214.2

A

1003－0174（2015）10－0135－05

时间：2015－10－20 14：19：01

网络出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/11.2864.TS.20151020.1419.006.html

公益性行业（农业）科研专项经费（201303071），中央级公益性科研院所基本业务费专项（1610092015002－03）

2015－05－25

张金闯，男，1991年出生，硕士，农产品加工及贮藏工程

张波，男，1978年出生，博士，副研究员，粮食及植物蛋白工程