芝麻蛋白及挤压组织化蛋白的研究进展

2020-10-23张富重张国治黄纪念

粮食加工 2020年6期

张富重，张国治*，黄纪念

（1.河南工业大学粮油食品学院，郑州 450001；2.河南省农业科学院农副产品加工研究中心，郑州 450002）

芝麻，别名胡麻，主要分布在热带以及亚热带地区[1]。芝麻在我国种植时间久、面积广、资源丰富，主要种植区有河南、安徽和湖北，是我国主要的油料作物[2]。芝麻营养价值丰富，富含优质油脂、蛋白、VE、芝麻木脂素类化合物和丰富的矿物质[3]。芝麻提油后的产物芝麻粕经研究发现富含蛋白质和人体必需氨基酸，具有很高的营养价值[4]。我国芝麻饼粕的年产量高达40 万t 以上，大部分都用作饲料和肥料，只有少部分用来提取食用蛋白，这就造成了极大的浪费。对芝麻蛋白进行挤压组织化研究可以很好的解决这种问题。下文对芝麻蛋白及蛋白挤压组织化研究现状进行总结并展望。

1 芝麻蛋白

1.1 芝麻蛋白的概述

芝麻是我国重要的油料作物，含油量高达45%～63%[5]。我国对芝麻的研究主要集中在油脂方面，但是芝麻除了含油脂外，蛋白质含量也相当可观。芝麻蛋白营养价值极高，除赖氨酸外，其它氨基酸种类和含量都符合FAO/WHO 的营养要求，其中含硫氨基酸（蛋氨酸、色氨酸）和半胱氨酸的含量比较丰富，蛋氨酸含量更是显著高于其它已知的植物蛋白[6-7]。芝麻蛋白主要是由球蛋白、谷蛋白、清蛋白、醇溶谷蛋白组成[8]。芝麻蛋白主要是由制油后的芝麻饼粕中提取而来。提取工艺也很成熟，应用最广泛的工艺有碱溶酸沉法、酶法和有机溶剂提取法。干燥方式应用最广泛的主要有喷雾干燥和冷冻真空干燥。

1.2 芝麻蛋白的性质

蛋白质的性质根据其作用方式的不同，分为水化性质，结构性质和表面性质。水化性质包括吸水性、持水力、溶解性、粘度等。结构性质包括凝胶性、沉淀性、组织化等。表面性质包括起泡性、乳化性等。蛋白不同的性质在食品中的作用不同。近年来对芝麻蛋白的功能性质的研究也很多。李凤霞等[9]通过研究发现，芝麻蛋白具有良好的吸油性、吸水性、乳化性，但持水力比较差，同时它的热凝性和粘度比较容易受外界因素影响，例如pH 值。Cano-Medina A.等[10]研究发现，芝麻浓缩蛋白的起泡性和乳化性在酸性条件下比在碱性条件下稳定。对芝麻蛋白功能改性方面的研究也有很多。刘玉兰等[11]以冷榨芝麻粕为原料，利用微波技术对其进行改性，在最佳工艺条件下，将芝麻蛋白的NSI 由12.52%提高到55.67%，同时吸水性、吸油性、乳化稳定性、起泡性都得到不同程度改善和提高。张涛等[12]以芝麻浓缩蛋白为原料，利用超声波技术对其进行改性，结果表明在最优条件下芝麻浓缩蛋白的吸油性、乳化稳定性、起泡性都得到了提高。

1.3 芝麻蛋白的应用

芝麻蛋白应用于食品中，可以提高食品的营养价值和风味[13]。主要是添加到肉类制品，焙烤食品，植物蛋白饮料[14]。添加到肉类制品中可以改善其风味和利用其持水性确保肉汁水分不流失，添加到焙烤食品中可以改善结构，增加弹性，降低硬度，提高其储藏期[15]。加工成植物蛋白饮料，也深受消费者喜爱。芝麻蛋白经酶解后发现其产生的芝麻多肽具有很好的抗氧化性，清除自由基,降血压和抑制病菌生长等功能[16-18]。同时蛋白质经酶解后，理化性质和消化率都会提高。利用芝麻蛋白所具有的各种优势开发芝麻营养肽食品将具有很好的市场潜力。关于芝麻组织化蛋白方面食品开发，目前涉及很少，大多数都是围绕大豆蛋白和花生蛋白为主要原料开展的。

2 挤压组织化蛋白

2.1 挤压组织化蛋白技术

组织化蛋白是以含蛋白物质为主要原料，通过特定的加工手段生产的一种蛋白质较高的食品或食品原料。加工手段应用最广泛的是挤压膨化技术。挤压膨化是用于处理食品成分连续加热的机械过程，是将物料的混合挤压，加热蒸煮，冷却塑性等操作于一体的技术[19-20]。原理是物料在挤压膨化设备中受到高温、高压、高剪切作用，物料内部水分短时间内迅速汽化，纤维物质分子间和分子内空间结构扩展变形，并在挤出膨化机出口的瞬间，物料结构发生变化，形成疏松多孔的状态[21]。根据工艺不同分为低水分挤压技术和高水分挤压技术，具体比较见表1。

表1 不同挤压技术的比较

挤压技术常用的设备有单螺杆挤压机，双螺杆挤压机和多螺杆挤压机。目前应用最广泛的是双螺杆挤压机，双螺杆挤压机相对另外两种挤压机具有很多优势，效率高，对环境污染小，它对物料水分要求相对宽松，同时它的加工能力在一定范围内不受水分、油分的限制，目前已经在工业上实现大规模应用。目前用来生产组织化蛋白的原料一般为大豆分离蛋白、大豆浓缩蛋白、脱脂大豆粉和花生蛋白。关于芝麻蛋白挤压组织化的研究报道国内外几乎没有。主要是因为芝麻蛋白与其他蛋白相比持水力较弱，氮溶解指数低，限制了其应用范围。安红周等[22]以大豆浓缩蛋白为原料，利用双螺杆挤压技术对影响大豆组织化度的因素进行了研究，结果表明影响大豆组织化度最大因素为温度，其次为螺杆转速和水分。林向阳等[23]以大豆粕为原料，利用双螺杆挤压技术进行豆粕组织化工艺的优化研究，结果表明物料含水率为42.67%和挤压温度为145 ℃时产品最好，为豆粕组织化工艺的产业化提供理论指导。郎珊珊等[24]以高温脱脂花生粕为原料，利用双螺杆挤压技术对其最优工艺进行探讨，分析方法采用响应面分析，最终得到了最优工艺。Yao 等[25]以大豆蛋白、谷物蛋白为原料进行高水分挤压，生产出仿肉制品。

2.2 影响挤压组织化蛋白产品品质的因素

组织化蛋白产品品质的影响因素有很多，大致可将其分为原料性质的影响和挤压工艺的影响。

2.2.1原料性质对产品品质的影响

（1）蛋白质含量的影响。蛋白质含量是影响组织蛋白品质的主要因素，一般要求原料蛋白质含量在50%以上。原理是在挤压过程中蛋白质由于受到高温，高压等作用，发生变性，在挤压机的作用下发生定向排列，构成组织化蛋白的基本骨架。蛋白质含量的多少和蛋白质变性程度都与组织化蛋白产品的品质有着千丝万缕的联系。Hochstetter 等人[26]通过研究发现蛋白质含量对组织化蛋白品质有显著影响。康立宁等[27]通过研究发现，蛋白质的变性程度影响组织化蛋白产品的质量，变性程度越小，组织化蛋白产品品质越好。

（2）脂肪含量的影响。在挤压过程中，原料中适量的脂类物质的存在有利于改善挤压产品的口感和风味，但也会因高温高压而发生降解、聚合以及与淀粉类物质形成复合物，从而影响挤压产品的功能特性及其贮藏性。脂肪含量过高的物料，一般认为不适宜进行挤压。张汆[28]经研究发现，当脂肪含量在2.5%～4%范围内时，蛋白产品组织化程度较高，但硬度、咀嚼度会有所下降。

（3）碳水化合物的影响。碳水化合物是原料中除蛋白质外含量最高的一种成分，约为20%～30%。碳水化合物包括淀粉、纤维、糖分等物质。在这些成分中淀粉对产品的品质影响最大，淀粉含量的高低将直接对挤压成型的产品的密度、硬度、吸水性等产生影响[29]。洪滨等[30]通过在原料中加入不同含量的淀粉，来研究对挤压产品的影响，结果表明随着淀粉含量的增加，产品的硬度，咀嚼性提高，但会影响其亮度。陈曦娟等[31]用玉米淀粉来改善大豆组织蛋白品质，结果表明添加量为10%时，可以显著地改善其品质。

2.2.2挤压工艺对产品品质的影响

（1）物料含水量的影响。物料含水量不同会对产品的纤维结构，食用口感等产生影响。根据含水量分为高水分(40%～80%)，低水分(40%以下)两种[32]。低水分挤压中，产品纤维结构不明显，组织化程度低，适当增加其水分含量，可以改善其纤维结构，但是随着水分的增加会改变其风味。汪建明等[33]研究发现随着物料水分含量的增大，大豆挤压组织化产品的硬度和咀嚼度均呈现先升高、后下降的趋势。高扬等[34]研究发现水分含量对挤压过程中的系统参数、产品质构特性和色泽品质都有显著的影响。

（2）挤压温度的影响。挤压温度是影响挤压产品的关键因素。物料不同，所需的挤压温度不同，温度过低，不能形成组织化结构，温度过高，产品会发生焦化。李诚等[35]研究发现随着挤压温度的升高，组织化蛋白的复水率逐渐升高。郑建梅等[36]研究发现随着挤压温度升高，挤压产品逐渐出现组织化现象，但温度过高会造成产品的焦化，组织化程度变差。

（3）其它工艺的影响。除了物料含水量，挤压温度外，还有一些因素对挤压产品品质产生影响，如螺杆转速，喂料速度等。它们也会直接或间接的对产品的风味，结构等造成影响。

2.3 挤压组织化蛋白的应用

挤压组织化蛋白是一种具有纤维结构，咀嚼性好的高营养低脂蛋白，且氨基酸分配较均匀[37]。组织化蛋白具有良好的吸油性和类似于肉类的纤维结构，所以常常用于添加到肉制品中来改善其品质。利用其良好的吸油性，来防止加工过程水分的流失和保证产品不油腻。利用其类似于肉类的纤维结构和良好的咀嚼性来代替部分瘦肉加入到原料中，一般代替量最高可达25%[38]。王海燕[39]将大豆组织化蛋白加入到肉制品中进行研究，结果表明其不仅能提高蛋白含量，还可以改善肉制品质量。倪晨等[40]将大豆组织化蛋白作为原料，将其添加到红肠等肉制品中代替部分瘦肉，结果表明是可行的。组织化蛋白由于其食用方面易于调味等特点在休闲食品中的应用也十分广泛，主要用于加工成鸡肉味、牛肉味等风味的方便食品,不仅在感官上给人们满足,而且营养丰富。组织化蛋白还用来加工成素食产品，用来从饮食结构上来降低高血压，高血脂等“富贵病”。