組織化大豆蛋白生產(chǎn)工藝研究與應(yīng)用進(jìn)展

張金闖 魏益民 張 波 張 瑋

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工重點實驗室，北京 100193）

組織化大豆蛋白生產(chǎn)工藝研究與應(yīng)用進(jìn)展

張金闖 魏益民 張 波 張 瑋

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工重點實驗室，北京 100193）

組織化大豆蛋白是大豆蛋白加工業(yè)中重要產(chǎn)品之一。梳理組織化大豆蛋白生產(chǎn)工藝及其關(guān)鍵技術(shù)，可提升產(chǎn)品質(zhì)量和種類，促進(jìn)大豆蛋白加工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。本研究整理、闡述組織化大豆蛋白生產(chǎn)工藝，以及涉及的關(guān)鍵技術(shù)、質(zhì)量評價、食品應(yīng)用等方面的研究進(jìn)展。組織化大豆蛋白具有動物蛋白纖維狀結(jié)構(gòu)和咀嚼感，替代動物蛋白可以降低生產(chǎn)成本，改善膳食結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)含量、纖維狀結(jié)構(gòu)、持水性、色澤是組織化大豆蛋白的質(zhì)量要素。擠壓組織化大豆蛋白產(chǎn)業(yè)目前仍以普通組織化蛋白產(chǎn)品為主，開始規(guī)模化生產(chǎn)纖維狀結(jié)構(gòu)明顯的拉絲蛋白，而高水分組織化蛋白仍停留在試驗階段。

大豆蛋白 擠壓組織化 質(zhì)量要素 質(zhì)量評價 產(chǎn)品應(yīng)用

植物蛋白是一類來源于植物的蛋白質(zhì)，其資源豐富，生理功能突出，是營養(yǎng)豐富的食品資源[1]。用于食品和飼料的植物蛋白主要來源于豆科、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）等每年提供的蛋白質(zhì)近1.4億t；谷物，如玉米、小麥、稻谷等每年提供蛋白質(zhì)約6 000萬t。與動物蛋白相比，植物蛋白幾乎不含膽固醇，具有多種生理功能。1999年10月美國食品藥物管理局（FDA）正式宣布健康聲明：“每天食用25 g大豆蛋白，可以減少心臟病的風(fēng)險?！薄吨袊澄锱c營養(yǎng)發(fā)展綱要（2014—2020年）》提出，到2020年，大豆人均年消費量為13 kg，并將“強化大豆生產(chǎn)與精深加工的科學(xué)研究，實施傳統(tǒng)大豆制品的工藝改造，開發(fā)新型大豆食品，推進(jìn)大豆制品規(guī)?；a(chǎn)”[2]。為提高中華民族健康素質(zhì)，中國食品工業(yè)協(xié)會也提出了植物蛋白與動物蛋白并舉的方針，植物蛋白由于資源豐富、廉價易得，以及其獨特的生理功能，已成為食品研究開發(fā)的熱點之一。

組織化大豆蛋白是一種具有類似動物肌肉纖維狀結(jié)構(gòu)的大豆蛋白制品。纖維狀結(jié)構(gòu)是大豆蛋白在溫度、剪切、壓力等物理場作用下，蛋白質(zhì)分子發(fā)生變性、分子鏈取向、重新交聯(lián)后產(chǎn)生的。組織化大豆蛋白較好地結(jié)合了大豆蛋白的低膽固醇和動物蛋白良好的纖維結(jié)構(gòu)、咀嚼性，是一種高蛋白低脂肪的食品[3－5]。組織化蛋白根據(jù)原料蛋白質(zhì)含量可分為高蛋白組織化產(chǎn)品（高于70%）和低蛋白組織化產(chǎn)品（50%～55%）；根據(jù)生產(chǎn)水分含量可分為低水分組織化蛋白（低于35%）和高水分組織化蛋白（高于45%）；根據(jù)產(chǎn)品纖維狀結(jié)構(gòu)可分為普通組織化蛋白（具有少量纖維狀結(jié)構(gòu)）和拉絲蛋白（具有明顯的纖維狀結(jié)構(gòu)）[6－7]。相比濃縮大豆蛋白和分離大豆蛋白制造的溶劑浸提法，組織化大豆蛋白主要采用物理技術(shù)，高度集成了喂料、混合、剪切、加熱、成型等工序，具有高效率、低能耗，少排放、低成本，高溫短時、營養(yǎng)損失小等特點。

綜述整理、闡述組織化大豆蛋白生產(chǎn)工藝，以及關(guān)鍵技術(shù)、質(zhì)量評價、食品應(yīng)用等方面的研究進(jìn)展，結(jié)合中國組織化大豆蛋白加工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，討論相關(guān)的工藝和關(guān)鍵技術(shù)，為組織化大豆蛋白加工業(yè)和產(chǎn)品應(yīng)用提供參考，促進(jìn)大豆蛋白加工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，以及產(chǎn)品質(zhì)量和種類的提升。

1 中國組織化大豆蛋白行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

中國大豆蛋白工業(yè)化生產(chǎn)始于20世紀(jì)80年代，主要原料為油料作物（大豆）榨油后的脫脂餅粕，主要產(chǎn)品為分離蛋白和濃縮蛋白，生產(chǎn)工藝和裝備主要由國外引進(jìn)[8]。90年代初，原黑龍江三江食品公司引進(jìn)了美國溫格爾（Wenger）擠壓組織化生產(chǎn)線，開始工業(yè)化生產(chǎn)組織化大豆蛋白。有資料顯示，2014年中國大陸從事組織化大豆蛋白生產(chǎn)的企業(yè)有50余家[9]，代表企業(yè)有山東御馨豆業(yè)蛋白有限公司、浙江百川食品有限公司、益海嘉里集團(tuán)的秦皇島金海食品工業(yè)有限公司、谷神生物科技集團(tuán)有限公司、哈爾濱高科技集團(tuán)等。臺灣地區(qū)從90年代開始生產(chǎn)組織化大豆蛋白，代表企業(yè)有遠(yuǎn)哲有限公司、弘揚食品、新哲興業(yè)有限公司等。

表1 主要組織化大豆蛋白生產(chǎn)企業(yè)

御馨豆業(yè)的組織化蛋白產(chǎn)量較大，年產(chǎn)量達(dá)3萬t，產(chǎn)品以普通組織化蛋白為主；浙江百川年產(chǎn)量為2萬t，產(chǎn)品以拉絲蛋白為主。大型企業(yè)，如金海糧油等的生產(chǎn)設(shè)備以進(jìn)口為主，如美國溫格爾、瑞士布勒（Buhler）公司等；而小型企業(yè)主要采用國內(nèi)設(shè)備生產(chǎn)，如江蘇牧羊、山東賽百諾公司生產(chǎn)的設(shè)備等；御馨、百川等還自行改造或組裝生產(chǎn)設(shè)備。谷神集團(tuán)、益海嘉里、浙江百川生產(chǎn)原料以低溫脫脂豆粕、大豆分離蛋白、大豆?jié)饪s蛋白等為主，淀粉、谷朊粉、花生粉等為主要輔料。產(chǎn)品以普通組織化蛋白和拉絲蛋白為主。根據(jù)纖維狀結(jié)構(gòu)的程度，組織化蛋白的價格從7 000～22 000元/噸。纖維狀結(jié)構(gòu)越明顯，組織化蛋白價格約高。普通組織化蛋白利潤率一般在15%～20%之間，而拉絲蛋白的利潤率在20%以上。普通組織化蛋白生產(chǎn)技術(shù)門檻較低，市場競爭激烈，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定或存在隱患。

2 大豆蛋白組織化生產(chǎn)方法

常見的蛋白質(zhì)組織化方法有以下3種：

1）熱凝固法：大豆蛋白濃溶液在平滑的熱金屬表面發(fā)生水分蒸發(fā)，蛋白隨即產(chǎn)生熱凝結(jié)作用，形成組織化蛋白。

2）熱塑擠壓法：含有蛋白質(zhì)的混合物在螺桿的輸送作用下，在機(jī)筒溫度、壓力和螺桿剪切的作用下，發(fā)生熔融，當(dāng)擠出模頭后，物料水分迅速蒸發(fā)，形成了膨脹、干燥的多孔結(jié)構(gòu)，得到組織化蛋白。

3）纖維紡絲法：在pH＞10的條件下制備高濃度蛋白質(zhì)溶液，經(jīng)過脫氣、澄清后在高壓下通過多孔的噴頭進(jìn)入含有氯化鈉的酸性溶液，在等電點和鹽析效應(yīng)的共同作用下，蛋白質(zhì)發(fā)生凝結(jié)，形成纖維狀結(jié)構(gòu)。

3種方法中，熱塑擠壓法連續(xù)性較好，工藝集成性高，原料適用性寬泛，是應(yīng)用最廣泛的技術(shù)[10]。

擠壓法生產(chǎn)組織化蛋白最早可追溯至20世紀(jì)60年代，美國人Anelly申請了第1個專利，以單螺桿擠壓技術(shù)為主。70年代，雙螺桿擠壓技術(shù)得到應(yīng)用。低水分?jǐn)D壓組織化大豆蛋白的生產(chǎn)工藝已趨于成熟[11－14]，如圖 1所示。雙螺桿擠壓因其混合性能好，剪切強度可控等特點，使得擠壓加工過程含水量提高至60%，擠壓產(chǎn)品也出現(xiàn)了新的特性，如優(yōu)良的可塑性、即食性等。隨著在線檢測技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展，美國密蘇里州立大學(xué)在模頭處配置光學(xué)檢測裝置用于組織化蛋白纖維狀結(jié)構(gòu)形成的控制；澳大利亞科工組織（CSRIO）配置聲波檢測裝置用于控制擠壓過程的穩(wěn)定性。擠壓組織化蛋白產(chǎn)品已從普通型發(fā)展成根據(jù)蛋白質(zhì)含量、水分含量、纖維狀結(jié)構(gòu)等多個系列產(chǎn)品。

圖1 擠壓組織化蛋白生產(chǎn)工藝流程

隨著擠壓機(jī)結(jié)構(gòu)、擠壓過程自動監(jiān)控技術(shù)和產(chǎn)品特性分析技術(shù)等的突破，高水分?jǐn)D壓技術(shù)得到了較大發(fā)展。魏益民等[15]系統(tǒng)開展了低溫脫脂大豆粕的高水分?jǐn)D壓組織化工藝優(yōu)化、產(chǎn)品纖維狀結(jié)構(gòu)形成機(jī)理、產(chǎn)品質(zhì)量評價、生產(chǎn)設(shè)備研制、原料及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)等研究工作。江旭海[16]、張毅方[17]、王建忠[18]等在拉絲蛋白生產(chǎn)方面申請了相關(guān)專利。多級擠壓、生物酶解、超臨界CO2萃取等聯(lián)用技術(shù)開始受到人們的關(guān)注。

3 組織化蛋白在食品工業(yè)中的應(yīng)用

組織化蛋白具有優(yōu)良的吸水性和吸油性，以及動物蛋白纖維狀結(jié)構(gòu)和咀嚼感，規(guī)格有塊狀、粒狀、糝狀、條狀等。通常情況，組織化蛋白產(chǎn)品的蛋白質(zhì)含量達(dá)50%以上，是豬肉的3倍，復(fù)水后價格是豬肉的1/5。組織化蛋白替代動物蛋白可以降低生產(chǎn)成本，增加食品中大豆蛋白含量，改善膳食結(jié)構(gòu)。師文添[19]認(rèn)為拉絲蛋白在香腸中的添加量約為7%。費英敏[20]研制的素火腿中大豆拉絲蛋白的添加量為33%。倪晨[21]認(rèn)為大豆組織化蛋白在丸子中添加量約為20%。王海燕等[22]認(rèn)為，組織蛋白應(yīng)用在水餃餡或灌腸等的添加比例為肉量的15%～20%（濕基）為宜。據(jù)相關(guān)資料介紹，1998年美國已有500種食品添加大豆蛋白，日本每年要消耗60多萬t大豆蛋白制品，其中以大豆組織蛋白應(yīng)用最為廣泛[23]。目前，我國組織化蛋白的應(yīng)用主要集中在肉制品、冷凍食品、方便食品、肉丸、休閑食品等方面，代表的食品有火腿腸、冷凍餃子、方便面調(diào)料、魚丸、辣條、豆干等，使用比例分別為5%、10%、1%、10%、90%左右，年需求量在50萬t以上，按照1萬元/t估算，產(chǎn)值超過50億元。

表2 國內(nèi)大豆組織化蛋白/拉絲蛋白生產(chǎn)應(yīng)用概況

4 組織化蛋白產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及評價方法

康立寧等[24]采用因子分析法，認(rèn)為組織化蛋白產(chǎn)品品質(zhì)指標(biāo)重要程度依次為（韌性、硬度）＞組織化度＞亮度和a* ＞b*。Maurice等[25]提出，組織化大豆蛋白應(yīng)包括咀嚼次數(shù)，如咀嚼一定量的樣品使之達(dá)到與對照樣品類似吞咽程度所需的咀嚼次數(shù)，以及產(chǎn)品拉伸或剪切特性。Breene[26]提出，嫩度和含汁度是評價產(chǎn)品質(zhì)地的重要參數(shù)，其研究結(jié)果表明，嫩度與感官評價具有很好的相關(guān)性，但含汁度相關(guān)性較差。張波等[27]認(rèn)為持水性可部分反映產(chǎn)品的組織化程度。Lin等[28]通過描述分析、光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡觀察3種方法對不同含水率和不同溫度擠壓產(chǎn)品的質(zhì)量，包括光滑度、咀嚼性、纖維和層狀結(jié)構(gòu)以及吸水率等作了比較分析，其結(jié)果表明，硬度或咀嚼性越高的產(chǎn)品相應(yīng)的組織結(jié)構(gòu)越好；同時，他還認(rèn)為消費者對組織化蛋白的評價更重要。Cumming等[29]提出在感官評定產(chǎn)品質(zhì)量時還應(yīng)包括產(chǎn)品密度和吸水率。Alonson等[30]采用吸水能力、水溶性指數(shù)、水分保持能力和吸油性作為組織化菜豆蛋白的評價指標(biāo)。Wang等[31]采用有效賴氨酸含量、比容、蛋白質(zhì)消化率、胰蛋白酶活性等來評價和分析組織化豌豆蛋白的質(zhì)量。Yao等[32]采用質(zhì)地分析、微觀結(jié)構(gòu)分析和熒光偏振光譜分析對產(chǎn)出物品質(zhì)進(jìn)行評價后認(rèn)為，基于熒光偏振光譜理論的熒光偏振程度和各向異性指標(biāo)則能較好地反映擠壓過程中纖維的形成。Ranasinghesagara等[33－34]發(fā)明了光子遷移方法作為一種標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行無損、瞬時檢測高水分?jǐn)D壓大豆蛋白產(chǎn)品的纖維化度。

根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，組織化蛋白質(zhì)量要素不盡相同，其中纖維狀結(jié)構(gòu)、咀嚼性、持水性等為主要要素。2008年商務(wù)部頒布的《膨化豆制品》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SB/T10453—2007）是國內(nèi)大部分企業(yè)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)。原黑龍江三江食品公司大豆組織化蛋白企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（1999年）要求，蛋白質(zhì)≥50%，脂肪≤1.5%，粗纖維≤5%，水分8% ～12%，容重≤350 g/L，碎沫率 ＜5%，復(fù)水比例1∶2.5～3，符合糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，外觀呈淡黃色或黃褐色，無焦苦味、無霉變，成海綿狀、塊狀或顆粒狀，略有豆味，吸水膨脹后能浮于水面，不散碎，有類似瘦肉狀的纖維組織，水泡后口感柔軟，組織細(xì)膩。金海食品技術(shù)部門認(rèn)為，組織化蛋白產(chǎn)品重要的理化指標(biāo)是蛋白質(zhì)含量；重要的加工性能指標(biāo)為口感、復(fù)水、保油；重要的感官指標(biāo)為色澤。百川食品技術(shù)部門認(rèn)為，拉絲蛋白最重要的指標(biāo)是內(nèi)部纖維狀結(jié)構(gòu)的明顯程度以及纖維絲的強度，其次是色澤、光滑度、亮度等。這與谷神集團(tuán)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)一致。

5 結(jié)論

組織化大豆蛋白具有動物蛋白纖維狀結(jié)構(gòu)和咀嚼感，替代動物蛋白可以降低生產(chǎn)成本，改善膳食結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)含量、纖維狀結(jié)構(gòu)、持水性、色澤是組織化大豆蛋白的質(zhì)量要素。擠壓組織化大豆蛋白產(chǎn)業(yè)目前仍以普通組織化蛋白產(chǎn)品為主，開始規(guī)?；a(chǎn)纖維狀結(jié)構(gòu)明顯的拉絲蛋白，而高水分組織化蛋白仍停留在試驗階段。

志謝：感謝秦皇島金海食品工業(yè)有限公司于浩榮、浙江百川食品有限公司江旭海提供行業(yè)相關(guān)信息。

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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

時間：2015－10－20 14：19：01

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/11.2864.TS.20151020.1419.006.html

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項經(jīng)費（201303071），中央級公益性科研院所基本業(yè)務(wù)費專項（1610092015002－03）

2015－05－25

張金闖，男，1991年出生，碩士，農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程

張波，男，1978年出生，博士，副研究員，糧食及植物蛋白工程