豌豆蛋白组织化挤压工艺参数优化及其在肉制品中的应用

杨 震， 曲 超， 贡 慧， 刘 梦， 史智佳*

(1.中国肉类食品综合研究中心；2.肉类加工技术北京市重点实验室：北京 100068)

豌豆蛋白组织化挤压工艺参数优化及其在肉制品中的应用

杨 震1,2， 曲 超1,2， 贡 慧1,2， 刘 梦1,2， 史智佳1,2*

(1.中国肉类食品综合研究中心；2.肉类加工技术北京市重点实验室：北京 100068)

以豌豆蛋白粉为原料，进行挤压组织化试验，对物料水分含量、螺杆转速、喂料速度以及挤压温度等因素进行分析，确定豌豆蛋白粉挤压的最佳工艺参数。同时，将组织化的豌豆蛋白添加到肉制品中，分析其在肉制品中的加工特性。研究发现，豌豆组织蛋白最佳挤压工艺参数为：物料水分含量50%，喂料速度35 Hz，螺杆转速20 Hz，机筒温度160 ℃；添加到肉制品中发现，添加量为4%豌豆组织蛋白的香肠在颜色、质构特性和感官评价方面效果最好，过高或过低都会对产品质量产生不利影响。

豌豆蛋白；组织化；挤压；肉制品加工；肉制品

豌豆是世界第2大豆类作物，目前世界上生产干豌豆的国家有60多个，其中有50个国家生产青豌豆。我国具有丰富的豌豆资源，年产量约为150万t，约占世界总产量的8%[1]。豌豆含有丰富的植物蛋白资源，蛋白质含量为20%～24%，总淀粉含量约为50%，粗纤维含量约为5%。植物蛋白营养丰富，胆固醇含量低，加工生产成本和工艺相对简单且廉价，进入人体后消化吸收率高，有降低“文明病”发病率等优点，深受广大消费者的喜爱[2-8]。然而豌豆中的植物蛋白却没有得到充分的回收利用。因为我国对于豌豆的深加工，主要是利用其淀粉制作粉丝。豌豆蛋白是生产豌豆淀粉的副产物[9]，绝大部分应用于饲料加工，存在利用途径少，附加值低等问题。借鉴大豆蛋白应用于肉制品加工的做法，探索豌豆蛋白在肉制品加工中的应用，是拓展豌豆蛋白应用领域、提高其附加值的重要途径。

豌豆蛋白直接添加到肉制品中会将豆腥味带入，严重影响肉制品的品质，豌豆蛋白组织化则可以很好地解决这一问题。双螺杆挤压法是植物蛋白组织化的常用方法之一，按产品形态及工艺不同可分为干法挤压与湿法挤压2类：干法的原料水分含量为20%～35%，湿法的原料水分含量为40%～70%[10-12]。本文采用湿法挤压工艺进行豌豆蛋白组织化。

目前，植物蛋白组织化一般是以脱脂大豆粕、大豆浓缩蛋白或大豆分离蛋白等为主要原料，而关于豌豆蛋白为原料的组织化产品的研究还处于起步阶段，挤压工艺参数、产品结构、产品质量评价及组织化产物在肉制品的应用还尚未见报道。同时，我国作为豌豆的主要生产国，具有丰富的豌豆资源。因此，针对豌豆蛋白组织化及其在肉制品中应用的研究将具有广阔前景。

1 材料与方法

1.1 材料

豌豆蛋白粉，水。豌豆蛋白粉常规理化特性见表1。

表1 豌豆蛋白粉常规理化特性表Table 1 Routine physical and chemical properties of the pea protein flour (%)

1.2 挤压设备

北京农学院LT-32试验型双螺杆挤压机(图1)，主要技术参数为：螺杆直径35 mm，长径比20∶1，螺杆转速1～60 Hz，加热区3段。本试验采用的模具模孔12 mm×1.8 mm，方形模头。

图1 LT-32型双螺杆挤压机结构示意图Fig.1 Structure diagram of LT-32 twin-screw extruder

1.3 豌豆蛋白组织化试验

1.3.1 试验设计

1) 单因素试验

采用单因素试验分别考查喂料速度[13,14]、螺杆转速[15]、机筒温度[16]、物料水分[17-19]等因素对豌豆组织蛋白产品质量的影响规律，初步确定其挤压组织化工艺参数范围。单因素试验设计如表2所示。

表2 单因素试验方案
Table 2 Levels and factors design of single-factor experiment

水平因素物料水分%喂料速度Hz螺杆转速Hz机筒温度℃13010101002402020120350303014046040401605705050180

2) 正交试验

在单因素挤压试验的基础上，确定正交试验各因素的水平设置范围及设计方案。正交试验设计如表3所示。

表3 正交试验方案Table 3 The factors and levels of orthogonal combination design

1.3.2 评价方法

对豌豆组织蛋白采取感官评价的方式进行评价，主要从色泽、组织化、质构、气味等4个方面进行评价。感官评价评分标准如表4所示[14]。

表4 豌豆组织蛋白感官评价表Table 4 Sensory evaluation of pea tissue soy protein

1.4 豌豆组织蛋白于肉制品中的应用试验

将豌豆组织蛋白作为辅料以不同比例添加到肉制品中，分析测定添加辅料后肉制品各项指标的差异性，确定豌豆组织蛋白在肉制品中的添加量。

1.4.1 产品配方

豌豆组织蛋白的添加量分别为原料肉的2%、4%和6%，其他原辅料主要有猪四号肉、猪脂肪、淀粉、三聚磷酸钠、食盐、白砂糖、异Vc钠、亚硝酸盐、味精、冰水及香辛料等。

1.4.2 工艺流程

原料肉的预处理→绞肉→斩拌→灌肠及扭结→吊挂→干燥→蒸煮→冷却→包装→杀菌→成品。

1.4.3 检测方法

1) 颜色检测方法

采用柯尼卡美能达公司的CR-400色差计进行色差测定，以标准板矫正，光源为D65，测定样品表面的L*，a*，b*，数据由柯尼卡美能达公司的DP-400数据处理器输出，每种样品在不同部位取值，测5次数据。

2) TPA检测方法

使用质地多面剖析法(Texture profile analysis，TPA)进行香肠质构特性的检测。检测时，TA-XT plus型质构仪使用平底柱形P/50探头，测前速度为2 mm/s，测试速度为1.0 mm/s，测后速度为10 mm/s，压缩比为75%，负载质量为5 g，2次压缩间隔时间为5 s，数据采集率为200/s。样品使用圆形管取样器及切刀，取得直径/mm×高度/mm分别为15 mm×15 mm的样品各10个[20]。

3) 感官评价方法

由食品专业相关人士评定[21](表5)

1.5 数据处理及分析

使用IBM Statistics SPSS 19.0和Excel 2013进行数据处理。

表5 香肠感官评价表Table 5 Sensory evaluation of emulsification sausage

2 结果与分析

2.1 机筒温度对豌豆蛋白组织化的影响

机筒温度分别设置为100、120、140、160和180 ℃。其他参数为：物料水分50%，喂料速度20 Hz，螺杆转速20 Hz。

通过对不同机筒温度豌豆蛋白组织化产品的感官评价，发现随着机筒温度的升高，产品组织化程度发生明显变化。在100～120 ℃时，豌豆蛋白组织化程度较低，感官评分较低，挤出物切面有少量粉质，挤压产品还没有明显的纤维状结构；当挤压温度达到140～160 ℃时，挤压产品结构致密，有明显的纤维状组织结构，感官评分逐渐升高，说明140 ℃是豌豆蛋白开始组织化的温度，160 ℃是产品组织化的最佳温度；当温度达到180 ℃时，挤压产品色泽加深，焦化严重，呈渣状，感官评分下降(图2)。

图2 不同机筒温度对豌豆组织蛋白的影响Fig.2 Effect of extrusion temperature on pea tissue protein

2.2 物料水分对豌豆蛋白组织化的影响

物料水分分别设置为30%、40%、50%、60%和70%。其他参数为：机筒温度160 ℃，喂料速度20 Hz，螺杆转速20 Hz。

通过对不同物料水分豌豆蛋白组织化产品的感官评价，发现物料水分含量<50%时，挤压产品表面严重变形，粗糙，口感发硬，弹性差，无较好的组织化结构；在50%时，产品表面平整、光滑，口感细腻，有较好的弹性和组织化结构，为最佳水分含量；在60%时已不能形成组织化结构，产品咀嚼度明显降低，粘度增加，弹性较差。当物料水分含量>70%时，挤压机出现频繁“喷爆”现象，无法正常挤出(图3)。

图3 不同物料水分对豌豆组织蛋白的影响Fig.3 Effects of material moisture content on pea tissue soy protein

2.3 喂料速度对豌豆蛋白组织化的影响

喂料速度分别设置为10、20、30、40和50 Hz，其他参数为：物料水分50%，机筒温度160 ℃，螺杆转速20 Hz。

通过对不同喂料速度豌豆蛋白组织化产品的感官评价，发现随着喂料速度的增加，产品感官评分逐渐增加，当喂料速度达到30 Hz时，产品感官评分达到最大值90，之后逐渐降低。在较低的喂料速度下所得到的挤压产品的组织化质量较好，这是因为只有当挤压机筒内空间完全充满时，挤压机内才会产生压力梯度，熔融体在螺杆的输送作用以及压力作用下向前流动。增加喂料速度会影响物料的滞留时间，进而影响物料在机筒内的平均受热时间、混合程度以及组织化结构的形成。所以经分析认为豌豆蛋白组织化的喂料速度以30 Hz比较合适(图4)。

图4 不同喂料速度对豌豆组织蛋白的影响Fig.4 Effects of feed speed on pea tissue protein

2.4 螺杆转速对豌豆蛋白组织化的影响

螺杆转速分别设置为10、20、30、40和50 Hz，其他参数暂定为：物料水分50%，机筒温度160 ℃，喂料速度30 Hz。

通过对不同螺杆转速豌豆蛋白组织化产品的感官评价，发现随着螺杆转速的增加，产品的感官评分逐渐增加，当螺杆转速达到20 Hz时，产品感官评分达到最大值91，之后逐渐降低。在较低的螺杆转速下所得到挤压产品的组织化质量较好，这是因为，螺杆转速较低时，物料在机筒内停留时间较长，随着物料的不断加入，物料将填满整个机筒，继而产生压力梯度，熔融体在螺杆的输送作用以及压力作用下向前流动。螺杆转速同喂料速度一样，均会影响物料在机筒内的滞留时间，进而影响物料在机筒内的平均受热时间、混合程度以及组织化结构的形成。所以经分析认为豌豆蛋白组织化的喂料速度以20 Hz比较合适(图5)。

图5 不同螺杆转速对豌豆组织蛋白的影响Fig.5 Effects of screw speed on pea tissue protein

2.5 正交试验结果及分析

由表6可知，机筒温度和物料水分是影响豌豆组织蛋白品质的主要因素，喂料速度和螺杆转速的影响较小，四者对豌豆蛋白组织化的影响顺序依次是机筒温度>物料水分>喂料速度>螺杆转速。随着机筒温度的升高，豌豆组织蛋白感官评分逐渐提高，当机筒温度超过160 ℃时，感官评分迅速下降；在一定机筒温度下，物料水分含量增加，豌豆组织蛋白感官评分越高，但同样存在一个最高点，超过该点，产品感官评分也会降低。

通过单因素和正交试验结果可以初步确定出豌豆组织蛋白的挤压工艺参数为：物料水分含量50%，喂料速度35 Hz，螺杆转速20 Hz，机筒温度160 ℃，此工艺参数下挤压出的豌豆组织蛋白感官评分最高。

表6 豌豆蛋白组织化正交试验组织化结果Table 6 Orthogonal experiment results and sensory evaluation of pea tissue protein

2.6 不同豌豆蛋白粉添加量对香肠颜色的影响

不同豌豆蛋白粉添加量对香肠颜色的影响如表7所示，结果发现添加4%豌豆组织蛋白的香肠a*值明显高于6%豌豆组(P<0.05)，而与2%豌豆组差异不显著(P>0.05)，L*值和b*值介于两者之间；而添加6%豌豆组织蛋白的香肠L*值明显低于其他2组(P<0.05)，b*值明显高于其他2组(P<0.05)，与霍光[22]等人的研究结果相似。说明添加豌豆组织蛋白会降低香肠产品的亮度，增加产品的黄色度，所以豌豆组织蛋白的添加量不宜过高，否则会影响产品的品质。

表7 不同豌豆蛋白粉添加量对香肠颜色的影响Table 7 Effects of different pea protein additives on color of sausage

注：表内数据表示为平均值±标准差(n=5)，同行上标字母不同表示差异显著(P<0.05)。

2.7 不同豌豆蛋白粉添加量对香肠质构的影响

通过分析蛋白粉添加量对香肠颜色的影响(表8)，发现添加4%豌豆组织蛋白的香肠在硬度和咀嚼性上显著高于6%豌豆组(P<0.05)，而与2%豌豆组差异不显著(P>0.05)，其他指标差异不显著(P>0.05)，说明适当添加豌豆组织蛋白可以提高香肠产品的硬度和咀嚼性，过量则会产生负面效果，所以豌豆组织蛋白的添加量不宜过高[23]。

表8 不同豌豆蛋白粉添加量对香肠质构的影响Table 8 Effects of different pea protein additives on texture properties of emulsification sausage

注：表内数据表示为平均值±标准差(n=5)，同行上标字母不同表示差异显著(P<0.05)。

2.8 不同豌豆蛋白粉添加量对香肠感官评分的影响

通过不同豌豆组织蛋白添加量对香肠感官评分的分析，发现添加4%豌豆组织蛋白的香肠感官评分中的硬度、弹性和色泽方面显著高于其他两组(P<0.05)，说明添加4%豌豆组织蛋白可以明显改善香肠的感官，过高或者过低都会影响产品的品质(表9)。

表9 不同豌豆组织蛋白添加量对香肠感官评分的影响Table 9 Effects of different pea protein additives on sensory evaluation of emulsification sausage

注：表内数据表示为平均值±标准差(n=7)，同行上标字母不同表示差异显著(P<0.05)。

3 结论

本试验以豌豆蛋白粉为原料，开发一种即食性的豌豆蛋白组织化挤压产品，并将其添加到肉制品中，得到很好的应用效果。通过单因素试验和正交试验分别考查喂料速度、螺杆转速、机筒温度、物料水分等因素对豌豆组织蛋白产品质量的影响规律，初步确定其挤压组织化工艺参数为：物料水分含量50%，喂料速度35 Hz，螺杆转速20 Hz，机筒温度160 ℃，研究发现,机筒温度是影响豌豆组织蛋白产品质量的最主要因素，其次是物料水分含量、喂料速度和螺杆转速。

肉制品加工试验研究发现，添加量为4%豌豆组织蛋白的香肠在颜色、质构特性和感官评价方面效果最好，过高或者过低都会降低产品的质量。

[1] 曹杨.豌豆综合利用研究[D].武汉:武汉工业学院,2012.

[2] 石永峰.豌豆的营养价值及其加工技术[J].粮食与饲料工业,1994(04):21-23.

[3] 曹杨,丁文平.冲泡即食豌豆粉的研究[J].粮食与饲料工业,2012(02):27-30.

[4] 李兆丰,顾正彪,洪雁.豌豆淀粉的研究进展[J].食品与发酵工业,2003,29(10):70-74.

[5] 陈贵堂,赵霖.植物蛋白的营养生理功能及开发利用[J].食品工业科技,2004(09):137-140.

[6] 刘晓庚,陈梅梅,曾锦萍.叶蛋白的资源、特性、加工和综合利用(五)[J].生物质化学工程,1999(03):36-38.

[7] 叶晶晶,曹宁宁,殷浩,等.植物蛋白的研究进展[J].安徽农业科学,2011,39(31):19046-19047，19053.

[8] 张裕中,王景.食品挤压加工技术与应用[M].北京:中国轻工出版社,1998:24-63.

[9] 梁晗妮,唐传核. 豌豆蛋白的功能特性研究[J].现代食品科技,2012(12):1640-1644.

[10] Lin S,Huff H E,Hsieh F.Texture and chemical characteristics of soy protein meat analog extruded at high moisture[J].Journal of Food Science,2000,65(02):264-269.

[11] Riaz M N.Textured soy protein and its uses[J].Agro Food Industry Hi Tech,2001,3(12):28-31.

[12] Crowe T W,Johnson L A.Twin-screw extrusion texturization of extruded-expelled soybean flour[J].Journal of the American Oil Chemists Society,2001,78(08):781-786.

[13] 陈曦娟.大豆蛋白挤压组织化及特性研究[D].天津:天津科技大学,2012.

[14] 孙志欣.高湿挤压技术生产组织化大豆蛋白工艺研究[D].哈尔滨:东北农业大学,2009.

[15] 康立宁.大豆蛋白高水分挤压组织化技术和机理研究[D].杨凌:西北农林科技大学,2007.

[16] 张金闯,魏益民,张波,等.组织化大豆蛋白生产工艺研究与应用进展[J].中国粮油学报,2015(10):135-139.

[17] 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(03):308-312.

[18] 于国萍,孙志欣.高湿挤压对组织化大豆蛋白产品特性的影响[J].东北农业大学学报,2009,40(11):104-107.

[19] 赵多勇.高水分组织化大豆蛋白产品特性研究[D].杨凌:西北农林科技大学,2006.

[20] 徐宝才,孙建清,周辉,等.斩拌方法对低温乳化香肠品质的影响[J].中国农业大学学报,2011,16(05):144-150.

[21] 贺海燕.菜肉香肠的研制[D].扬州:扬州大学,2011.

[22] 霍光,贺旺林,张瑞红,等.真空搅拌对香肠肉馅加工特性及产品品质的影响[J].黑龙江八一农垦大学学报,2015,27(06):41-45,54.

[23] 宋大巍,李良玉,叶子欣,等.燕麦麸皮粉对哈尔滨红肠质构和感官特性的影响[J].黑龙江八一农垦大学学报,2016,28(03):60-65.

Process optimization of pea protein organized extrusion parameters and application in meat products

YANG Zhen1,2, QU Chao1,2, GONG Hui1,2, LIU Meng1,2, SHI Zhijia1,2*

(1.ChinaMeatResearchCentre;2.BeijingKeyLaboratoryofMeatProcessingTechnology：Beijing100068,China)

The material moisture, screw speed, feed speed and extrusion temperature of pea protein powder were tested, and determined the optimum organized extrusion parameters of pea protein powder. At the same time, organized pea protein was added into the meat products, and analyzed its processing features in meat products.The result showed that best extrusion process parameters were as follows: the material moisture content of pea protein was 50%, the feed speed was 35 Hz, the screw rotation speed was 20 Hz, barrel temperature was 160 ℃. Meat processing experimental study found that sausage in adding 4% of pea protein had the best effect in color, structure property and sensory evaluation, too high or too low additive amount would reduce the quality of the products.

pea protein; organized; extrusion; process of meat products; meat products

2016-07-11

杨震(1987—)，男，吉林松源人，工程师，硕士，研究方向为食品加工，史智佳为通信作者，

E-mail:szj2006@sina.com

1004-7999(2016)04-0317-08

10.13478/j.cnki.jasyu.2016.04.007

TS201.21

A