以谷朊粉原浆和谷朊粉为原料的组织蛋白生产工艺对比研究

安红周，周豫飞，马宇翔*，薛晓程，李盘欣

1.河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001 2.丰益(上海)生物技术研发中心有限公司，上海 200000 3.河南省南街村(集团)有限公司，河南 临颍 462600

小麦面粉加水成团后，经马丁法或三相卧螺离心法等工业化方法除去淀粉等可溶性物质后[1-2]，形成未经烘干的具有活性的湿面筋面团，俗称谷朊粉原浆，水分含量约为70%。谷朊粉原浆低温条件下烘干得到活性面筋粉，即谷朊粉，保持了面筋蛋白活性，是小麦淀粉生产过程中的副产物，蛋白质和面筋含量高，因而广泛用于面制品、水产饲料、熟食制品以及组织蛋白中[3-6]。组织蛋白根据挤压工艺水分可分为低水分(≤40%)和高水分(40%～70%)组织蛋白[7]，以干燥的谷朊粉为低水分组织蛋白的辅料已经比较普遍，但是国内外未见有以谷朊粉原浆(湿面筋)为原料直接制备组织蛋白的相关报道。

制备组织蛋白时需把低水分的谷朊粉加水调配到水分含量40%～70%，而谷朊粉原浆含水量较高，无需再加水；谷朊粉含有较多的疏水性氨基酸，具有较强的黏性，在水中分散性较差，因此对挤压机螺杆结构以及冷却模具提出了更高的要求。因此，作者以谷朊粉原浆为原料制备组织蛋白，与传统工艺(以谷朊粉为原料)制作的组织蛋白的品质进行对比，以验证该工艺的可行性。

1 材料与方法

1.1 材料

中纺谷朊粉、低温脱脂豆粕：中纺汇泽生物科技有限公司；谷朊粉原浆：河南豫香食品发展有限公司。

1.2 仪器与设备

CLEXTRAL Ev025型双螺杆挤压机:法国克莱斯特罗有限公司;JD/1 A-40多功能整形机:江苏贝得电机股份有限公司;Kjeltec 8400全自动凯氏定氮仪：丹麦FOSS公司；TA-XT plus物性测定仪：英国Stable Micro Systems公司；VFMB-20立式食品搅拌机：郑州通力食品机械有限公司；NM053SY04S24B型螺杆泵：德国耐驰仪器制造有限公司；CT-C型热风循环烘箱：南京索特干燥设备厂；RRH-250万能粉碎机：欧凯莱芙(香港)实业公司；THZ-82型水浴恒温振荡器：金坛市华峰仪器有限公司。

1.3 高水分组织蛋白的制备

以谷朊粉原浆为原料制备组织蛋白：谷朊粉原浆即湿面筋能形成较强的面筋网状结构，弹性较强，在输送过程中流量极其不稳定[8]，因此在室温条件下加入蛋白酶进行减筋处理制成便于输送的谷朊粉原浆，添加到螺杆泵以3.6 Hz的输送频率输送到挤压机中，再加入适量的脱脂豆粕，使谷朊粉原浆调配成干基谷朊粉和豆粕的质量比为3∶7。

以谷朊粉为原料制备组织蛋白：调配谷朊粉和豆粕的质量比为3∶7。

挤压工艺：根据前期预试验结果，机筒温度为30～70～130～150～160～170 ℃，螺杆转速280 r/min，模头冷却温度30～60 ℃，换算成干料挤压水分为55%。开机调节好工艺参数，等到挤压机状态稳定出料时，利用整形机对组织蛋白进行切割、收集，完成组织蛋白的制备，用于后续的品质分析。

1.4 方法

1.4.1 原料成分测定方法

水分含量测定：GB 5497—85恒重法；粗蛋白含量测定：GB/T 5511—2008；粗脂肪含量测定：GB/T 5512—2008；灰分含量测定：GB/T 5505—2008。

粗淀粉含量的测定参照赵舒畅[9]的方法，采用1%盐酸比旋光度法。

总淀粉含量=[α×100/([α]×L×w)]×100%，

式中：α为旋光度；[α]为淀粉的比旋光度；L为旋光管长度，dm；w为样品质量,g。

1.4.2 谷朊粉原浆输送工艺

工厂生产的谷朊粉原浆韧性强，螺杆泵难以进行定量输送。因此加入酶等减筋剂，在螺杆泵中进行回流搅拌，使其混合均匀，达到便于控制的输送效果，再输送到挤压机中。输送工艺如下：

1.4.3 谷朊粉原浆拉伸特性的测定

原料预处理：称取固定水分含量的谷朊粉原浆10 g，在不同条件(加酶量、酶解时间、温度)下处理，然后将处理好的谷朊粉原浆轻轻揉搓成圆柱条状平放在面筋条夹具两板之间，夹紧夹具，切掉周围多余原料，放置10 min，应力松弛，将原料制备成60 mm×6 mm×5 mm的长方体条状。

拉伸特性测定：使用TA-XT plus型质构仪，将探头按要求安装调试，把制作好的条状样品放在测试平台上，探头以设定好的速度将样品条向上拉，拉到一定程度后，样品条发生断裂。当拉力值达到仪器设定数值后，程序自动记录拉力变化数据，作出力-时间曲线[10-11]。每个样品做12次平行试验，去除最大值和最小值后取平均值。

测试参数：测试模式，面团(筋)拉伸模式；探头，A/KIE附件；测前速度2.0 mm/s，测中速度3.3 mm/s，测后速度10 mm/s；感应力5 g。

1.4.4 组织蛋白质构特性的测定

用物性仪测定组织蛋白的质构特性。测定前先将产品修剪成1.5 cm×1.5 cm×0.5 cm的长方体样品，每个样品重复测定5次，去掉最大值和最小值后取平均值。

TPA模式测定参数：P/50探头；测前速度2 mm/s，测中速度1 mm/s，测后速度2 mm/s；触发力5 g；应变值50%；时间间隔5 s[12-14]。

1.4.5 组织蛋白组织化度的测定

先将组织蛋白修剪成大小一致的长方体(2 cm×2 cm×0.5 cm)样品，然后使用物性仪对样品进行剪切试验，测定纵向与横向剪切力的大小，计算样品组织化度[15]。样品组织化度越大，说明样品的纤维化程度越高。

组织化度=纵向剪切力(平行于挤出方向)/横向剪切力(垂直于挤出方向)。

1.4.6 感官评价

将组织蛋白剪切成10 cm×2.5 cm×0.5 cm的长方体(A)和2.5 cm×2.5 cm×0.5 cm的长方体(B)，各准备5块。A样品用于评价色泽和平整性，B样品用于评价口感和组织状态。感官评分小组的建立、人员筛选及培训参照GB/T 16291.1—2012。感官评分标准见表1，其中色泽、平整性、口感、组织状态的比例系数分别为0.1、0.1、0.4、0.4，各项评分范围1～10分，最后计算综合得分[15-16]。

表1 组织蛋白感官评定标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of tissue proteins

1.5 数据统计与分析

采用Origin和SPSS处理软件进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2.1 谷朊粉原浆与谷朊粉理化指标对比

谷朊粉原浆与谷朊粉的理化指标见表2。由表2可知，谷朊粉原浆的粗脂肪、粗淀粉、灰分含量略高于谷朊粉，粗蛋白含量低于谷朊粉，可能是因为面筋蛋白吸水后会形成面筋网络，把水分裹在其中，使谷朊粉面团膨胀，质量增加，导致粗蛋白含量偏低。

2.2 谷朊粉原浆与谷朊粉的拉伸特性对比

将谷朊粉与谷朊粉原浆调整到相同水分含量(68.0%)，进行拉伸特性测定，结果如图1和图2所示。

从图1可知，谷朊粉原浆随着放置时间的延长拉伸断裂力先降低后升高，而谷朊粉的拉伸断裂力随着放置时间延长先升高后降低，最后再升高。谷朊粉挤压组织化时需要再次复水，15 min之前谷朊粉的拉伸断裂力是增加的，这是因为谷朊粉与水混合后，面筋蛋白网络结构的再次形成需要一个过程，随着时间的延长，谷朊粉充分吸水，面筋网络结构逐渐形成。然而随着时间的继续延长，面筋蛋白分子之间及与水分子之间的疏水作用、氢键作用等逐渐变弱或消失，面筋结构弱化，因此谷朊粉原浆和谷朊粉的拉伸断裂力在30～120 min呈现下降趋势。120 min之后，两者的拉伸断裂力均出现上升趋势，是由于放置时间较长，水分散失过多造成的。

表2 谷朊粉原浆与谷朊粉的理化指标Table 2 Physicochemical properties of gluten virgin pulp and gluten powder %

注：除水分外其余均为干基含量。

图1 谷朊粉与谷朊粉原浆的拉伸断裂力Fig.1 Comparison of tensile breaking force between gluten powder and gluten virgin pulp

图2 谷朊粉与谷朊粉原浆的延伸性Fig.2 Comparison of extensibility between gluten powder and gluten virgin pulp

由图2可知，谷朊粉原浆与谷朊粉的延伸性均随着时间的延长先增加后降低，但谷朊粉原浆的延伸性整体比谷朊粉的好。随着时间的延长，谷朊粉原浆和谷朊粉谷蛋白分子之间某些弱的相互作用降低、弱化，而醇溶蛋白均匀分散在谷蛋白分子之间，相互作用还在，所以延伸性增加，但随着时间继续延长，这种作用也会变弱，因此延伸性下降。

结合图1和图2可知，谷朊粉原浆的拉伸断裂力比谷朊粉弱，但延伸性比谷朊粉好，说明谷朊粉原浆质地较软，在挤压过程中更利于物料的输送。

2.3 谷朊粉原浆与谷朊粉制备组织蛋白的工艺流程对比

谷朊粉原浆挤压组织化工艺的设计基于工业化生产的需要，不仅能够实现连续性，还能够有效节约资源与成本，比谷朊粉挤压组织化工艺优点明显。两种工艺流程见图3和图4。从谷朊粉原浆制备组织蛋白的工艺可以看出，由三相分离出的湿面筋能够直接输送到挤压机中，省去了低温烘干的过程，自然也就节约了成本，提高了经济效益。

图3 谷朊粉制备组织蛋白的工艺流程Fig.3 Process flow for preparation of tissue protein from gluten powder

图4 谷朊粉原浆制备组织蛋白的工艺流程Fig.4 Process flow for preparation of tissue protein from gluten virgin pulp

2.4 谷朊粉原浆与谷朊粉制备组织蛋白的工艺参数及组织化度对比

谷朊粉原浆与谷朊粉的挤压工艺条件及产品的组织化度如表3所示。

从表3可以看出，谷朊粉原浆组织蛋白的工艺条件中水分含量较低，且水分不需要另外添加，而谷朊粉组织蛋白工艺条件中水分含量较高，且完全是另外添加的，前者可节约大量水资源；谷朊粉原浆的机筒温度和螺杆转速比谷朊粉的分别低10 ℃、20 r/min，能够降低机器能耗，节约成本；谷朊粉原浆组织蛋白的组织化度比谷朊粉组织蛋白的小。

表3 谷朊粉原浆与谷朊粉挤压工艺参数及产品组织化度Table 3 Extrusion process parameters and product organization degrees of gluten powder and gluten virgin pulp

2.5 谷朊粉原浆与谷朊粉制备组织蛋白的感官评价

谷朊粉原浆和谷朊粉制备的组织蛋白从平整性、色泽、有无毛刺、口感、成丝情况进行感官评价，得分如图5所示。

图5 谷朊粉原浆与谷朊粉制备组织蛋白感官评价Fig.5 Sensory evaluation of tissue protein prepared from gluten virgin pulp and gluten powder

从图5可以看出，谷朊粉原浆组织蛋白成丝情况略差于谷朊粉组织蛋白，平整性、口感、有无毛刺均比谷朊粉组织蛋白要好。谷朊粉原浆组织蛋白比谷朊粉组织蛋白组织化度低，所以成丝情况差，但其他品质并不差，甚至从口感上更佳，可能是因为谷朊粉组织蛋白成丝性太好，组织化度过高，造成产品过于致密，筋力太强，反而不利于咀嚼，以至于口感降低。

2.6 谷朊粉原浆组织蛋白与谷朊粉组织蛋白的质构特性对比

为了直观地分析谷朊粉原浆组织蛋白与谷朊粉组织蛋白的品质差异，对两产品进行质构特性测定，结果见表4。

由表4可知，谷朊粉原浆组织蛋白与谷朊粉组织蛋白的硬度、黏着性、弹性和咀嚼性均有显著差异，而回复性和黏聚性差异不显著。说明谷朊粉原浆组织蛋白除弹性稍差外，其他指标均优于谷朊粉组织蛋白。谷朊粉原浆组织蛋白的组织化度低于谷朊粉组织蛋白，结合表4中谷朊粉原浆组织蛋白的弹性较低，可知谷朊粉原浆组织蛋白的成丝强度低于谷朊粉组织蛋白。品尝谷朊粉组织蛋白时，产品纤维化强度太高，影响口感评分。谷朊粉原浆组织蛋白虽然组织化度、成丝强度较低，弹性弱，但口感并不差，其余指标均优于谷朊粉组织蛋白。

表4 谷朊粉原浆与谷朊粉组织蛋白质构特性对比Table 4 Comparison of texture characteristics between tissue proteins from gluten virgin pulp and gluten powder

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

3 结论

谷朊粉原浆的拉伸断裂力低于谷朊粉，延伸性高于谷朊粉，质地较谷朊粉柔软，在挤压时利于物料在机筒内的传输与混合。谷朊粉原浆制备组织蛋白的工艺流程可将谷朊粉制备工艺与谷朊粉制备组织蛋白的工艺有效结合，简化工艺，节约资源，降低成本，并可实现连续工业化。谷朊粉原浆组织蛋白的生产工艺参数较谷朊粉组织蛋白的低，节能高效。对比谷朊粉原浆组织蛋白与谷朊粉组织蛋白的组织化度、感官评价及质构特性，可知谷朊粉原浆组织蛋白除组织化度较低、弹性稍差外，其余指标均优于谷朊粉组织蛋白，因此谷朊粉原浆组织蛋白的品质更优。