大豆蛋白质挤压蒸煮的加工性质机理

孙佳莹

（黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江大庆 163319）

大豆蛋白质挤压蒸煮的加工性质机理

孙佳莹

（黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江大庆 163319）

挤压蒸煮是较为常见的食品加工技术，但是在高水分大豆蛋白质加工中的应用较少。以大豆为原料，研究挤压蒸煮加工工艺对大豆蛋白质的影响及大豆蛋白质的分子结构、性质，同时研究挤压蒸煮过程中原料的相态变化、蛋白质分子结构的变化、纤维质多孔结构的形成，以及大豆蛋白质含量对产品组织的影响，为其推广和应用提供理论依据。

大豆蛋白质；挤压蒸煮；性质；结构

0 引言

挤压蒸煮是一种连续的热力-机械处理工艺，具有适用度高、产量大、生产成本低、效益高等特点，在食品及农副产品加工中大量应用。挤压蒸煮在高温高压的环境中，短时间内完成泵送、混合、剪切、塑化、脱水、压缩、建立温压、杀菌、排放、成型、膨化和烘干等加工过程。采用挤压蒸煮技术，能够提高豆渣中可溶性膳食纤维的含量[1]。

挤压蒸煮主要应用在水分含量较低的食品物料加工中。但是，随着先进设备和加工工艺的不断发展，实现了水分含量较高食品挤压的新方向。在这种环境下，能够更有效地进行淀粉凝胶化、脂肪乳化、蛋白质纤维化和结构的凝聚等工艺过程。

目前，在世界少数国家中有生产低水分膨化组织蛋白的企业。但是，世界上只有日本能够生产挤压加工密实、分层、纤维化好的动植物复合组织蛋白加工设备。将大豆蛋白质和畜肉合理结合在一起挤压成的复合组织蛋白（或称工程肉）是一种新型高蛋白的功能食品，能够合理改善食物结构，使得食物达到营养平衡，不断提升人们的身体素质和健康水平[2]。为此，本文研究了大豆蛋白质挤压蒸煮加工过程中大豆蛋白质组织化的分子状态、结构变化，以及大豆蛋白质产品的形成，为大豆蛋白质挤压蒸煮的研究提供理论基础。

1 大豆蛋白质挤压蒸煮的结构基础

1.1 大豆蛋白质的分子结构与性质

1.1.1 大豆蛋白质的分子结构

蛋白质分子由众多氨基酸和肽键构成，大豆蛋白质中氨基酸结构上的R基不同，共有18种氨基酸。一般蛋白质有4个级别的结构，一级结构是肽键结构，如今的研究发现，大豆蛋白质的结构特征表现在二级结构（螺旋体结构）和三级结构（由氢键、二硫键、疏水键、离子键、范德华力等构成的复杂结构）。大豆蛋白质的肽链主要是由α-螺旋与β-转角在无序排列下形成的，大豆蛋白质的形状为球形，分子中间为非极性侧链构成的疏水核，表面是由极性侧链构成的，具有较强的亲水性结构。大豆蛋白质分子有一部分不规则的凹陷，具有收纳小分子团的作用。

1.1.2 大豆蛋白质的性质

大豆蛋白质的性质在挤压蒸煮工艺上主要应用了其水合作用，即其分子颗粒表面的氨基（-NH2）、羧基（-COOH）、亚氨基（-NH-）等基团有亲水性，与水分结合使大豆蛋白分子成为胶体状态。

另外，大豆蛋白质的溶解性和变性作用也在加工工艺中有所体现。蛋白质是两性电解质，所以在酸性、碱性和中性溶液中都能溶解。研究发现大豆蛋白质的最佳溶解环境为pH值6.5时，大豆中的蛋白质在水中受到酸、碱、酶的影响发生水解反应生成氨基酸。大豆蛋白质的变性作用使一些影响因素改变了原来分子的二级、三级、四级结构，肽链形状改变，使其性质或性状同时发生变化。

1.2 大豆蛋白质在挤压蒸煮过程中的变化

1.2.1 挤压蒸煮过程中的相态变化

大豆蛋白质这类生物聚合物，在常温常压时受到外力挤压，会分离成固、液两相，二者不相容。但是在高温高压情况下，由水、大豆分离蛋白、脱脂大豆粉等构成的原料体系经过粉碎装置的料斗、加料、粉碎、输送，发生了物理固液分离现象，而随后进入“熔融阶段”。高温高压的环境下蛋白质分子的亲水基团与水发生水合作用，同时蛋白质分子相互排斥，做不规则的布朗运动，使物料从固液分离状态成为稳定的胶体状态，这一过程被称为“熔融”过程。大豆蛋白质的“熔融”是一种化学反应。

物料进入剪切塑化步骤，经历了剪切、水合、均化、输送等加工过程，使物料进入大分子蛋白质被小分子水包裹的胶着状态，被称为“熔体”。接着，在熔体输送过程中，物料蛋白质分子进入变性阶段。在加工中人们有意通过工艺操作将蛋白质变性控制在输送的后半段，这样之前物料能够较充分混合，并且控制大豆蛋白质产品的硬度和弹性，提高成品品质。变性时，大豆蛋白熔体受到挤压蒸煮的外力作用，黏度突变，黏弹性骤然增加，并且挤压蒸煮时间越久，该效果越明显，即“越挤越硬”。

1.2.2 挤压蒸煮过程中蛋白质分子结构的变化

在加工过程的前期，物料首先被加到混合器中进行混合，此时大豆的蛋白质为天然的三维球状聚集体，经过输送阶段温度逐渐升高，长分子键（离子键、二硫键、范德华力、氢键等）次级键断裂，分子之间线状结构变得松散；经过挤压和蒸煮，大豆蛋白质受到分子剪切力的作用，在一定的速度下，蛋白质分子结构重新结合，形成连续相的熔体；温度进一步增高情况下，大豆蛋白质分子之间作用力加大，形成非共价键，这一阶段内，分子结构在不断发生变化，受到外界环境影响，使交联结构在不断的断裂和重组中逐渐稳定，同时被运输到了传送末端；在加工的机头处，大豆蛋白质分子之间的二级、三级结构因非共价键以及二硫键的作用，使分子之间的组织化稳定，生成大豆蛋白质组织化产品。这一过程就是大豆蛋白质经过挤压蒸煮后分子结构的变化过程。

1.2.3 脱脂大豆产品与大豆分离蛋白产品结构差异

二者结构之间有较大差别，首先大豆分离蛋白的大豆蛋白粉呈现无定形球状颗粒，挤压后的组织产品呈现整齐、质密的纤维结构，蛋白质均匀分布。而脱脂大豆产品不论是取向排列还是蛋白质体排布上都较为松散不均匀，在受到挤压蒸煮时，发生的变性程度较低。大豆蛋白产品的结构产生，一方面受到蛋白质含量的影响，另一方面与加工的温度、受到的剪切力和加工的过程有关系。

1.2.4 挤压蒸煮过程中纤维质多孔结构的形成

大豆原料是由碳水化合物与蛋白质、纤维、水分、灰分等构成，其中蛋白质约为50%，在受到挤压蒸煮时发生热变性。蛋白质的热变性发生时，伴随着碳水化合物的升温反应，水分被排出，蛋白质分子被碳水化合物包裹在其中，在挤压力以及机头处高温的作用下使水分蒸发，纤维质结构形成多孔，以便水分受力后排出。

2 大豆蛋白质含量对产品组织的影响

大豆蛋白粉经过脱脂处理后，蛋白质占总量的50%左右，经过对大豆蛋白质的分离提纯后，含量增至90%以上。挤压加工时，一般将不同蛋白含量的原料混合，从而使大豆蛋白质挤出时产品的纤维状结构状态更稳定，得到产品的外形比一般脱脂大豆蛋白粉的产品更加规整。同时蛋白质含量较高时，挤压蒸煮加工使大豆蛋白变性黏度增大，产品的组织化品质也得到提高，产品咀嚼性和弹性同时增强，口感相应变好。

脱脂大豆粉经过挤压蒸煮形成的组织化产品，具有一定的纤维结构，但是排列松散不规范，并且蛋白质与碳水化合物构成的孔穴内壁模糊，大豆蛋白质分布不均，由于一般的脱脂大豆粉蛋白质含量有限，所以产品组织化程度不高，产品存在一些不溶颗粒，影响产品品质。可以在大豆蛋白质进行挤压蒸煮过程中添加适量大豆分离蛋白，来进一步提升大豆蛋白类产品品质，一般添加25%～30%的大豆分离蛋白，经济效益和产品品质都能获得较好的效果[3]。

3 结语

本文初步探讨了大豆蛋白质挤压蒸煮加工过程中的蛋白质分子变化过程。经过研究总结认为，挤压蒸煮过程中，变性是影响大豆蛋白质纤维化、组织化结构的关键，另外挤压剪切和热变性的作用使蛋白质分子的二级和三级结构发生了较大变化，形成了熔体后又形成归于稳定的组织化结构。另外，挤压加工大豆蛋白时，大豆蛋白质产品的品质受到其结构的影响。所以在加工过程中，可以通过提高原料蛋白质含量来达到提升产品品质的效果。

[1]娄海伟，迟玉杰.挤压蒸煮对豆渣中可溶性膳食纤维含量的影响 [J].中国粮油学报，2009（6）：31-35.

[2]王洪武，林炳.复合组织蛋白挤压加工工艺的初步研究 [J].农业工程学报，2004（4）：216-219.

[3]王洪武.大豆蛋白质挤压加工的实验与数值模拟研究 [D].北京：北京化工大学，2002.◇

Propertis and Mechanism of Extrusion Cooking on Soybean Protein

SUN Jiaying
（Food College，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing，Heilongjiang 163319，China）

The extrusion cooking is widely used in food processing technology but less use in the high moisture content of soybean protein processing application.In order to promote the generalization and application of this technology，taking soybean as raw material，processing technology of extrusion cooking on the soybean protein，molecular structure，properties of soy protein.Influence of the change of phase，molecular，and fiber porus sturcture formation during extrusion cooking， soybean protein contection are also studied.

soybean protein；extrusion cooking；property；structure

TS214.2

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.12.019

1671-9646（2016）12a-0069-02

2016-10-08

孙佳莹（1995— ），女，本科，研究方向为食品科学与工程。