大豆蛋白質(zhì)擠壓蒸煮的加工性質(zhì)機(jī)理

孫佳瑩

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江大慶 163319）

大豆蛋白質(zhì)擠壓蒸煮的加工性質(zhì)機(jī)理

孫佳瑩

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江大慶 163319）

擠壓蒸煮是較為常見的食品加工技術(shù)，但是在高水分大豆蛋白質(zhì)加工中的應(yīng)用較少。以大豆為原料，研究擠壓蒸煮加工工藝對(duì)大豆蛋白質(zhì)的影響及大豆蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，同時(shí)研究擠壓蒸煮過(guò)程中原料的相態(tài)變化、蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的變化、纖維質(zhì)多孔結(jié)構(gòu)的形成，以及大豆蛋白質(zhì)含量對(duì)產(chǎn)品組織的影響，為其推廣和應(yīng)用提供理論依據(jù)。

大豆蛋白質(zhì)；擠壓蒸煮；性質(zhì)；結(jié)構(gòu)

0 引言

擠壓蒸煮是一種連續(xù)的熱力-機(jī)械處理工藝，具有適用度高、產(chǎn)量大、生產(chǎn)成本低、效益高等特點(diǎn)，在食品及農(nóng)副產(chǎn)品加工中大量應(yīng)用。擠壓蒸煮在高溫高壓的環(huán)境中，短時(shí)間內(nèi)完成泵送、混合、剪切、塑化、脫水、壓縮、建立溫壓、殺菌、排放、成型、膨化和烘干等加工過(guò)程。采用擠壓蒸煮技術(shù)，能夠提高豆渣中可溶性膳食纖維的含量[1]。

擠壓蒸煮主要應(yīng)用在水分含量較低的食品物料加工中。但是，隨著先進(jìn)設(shè)備和加工工藝的不斷發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了水分含量較高食品擠壓的新方向。在這種環(huán)境下，能夠更有效地進(jìn)行淀粉凝膠化、脂肪乳化、蛋白質(zhì)纖維化和結(jié)構(gòu)的凝聚等工藝過(guò)程。

目前，在世界少數(shù)國(guó)家中有生產(chǎn)低水分膨化組織蛋白的企業(yè)。但是，世界上只有日本能夠生產(chǎn)擠壓加工密實(shí)、分層、纖維化好的動(dòng)植物復(fù)合組織蛋白加工設(shè)備。將大豆蛋白質(zhì)和畜肉合理結(jié)合在一起擠壓成的復(fù)合組織蛋白（或稱工程肉）是一種新型高蛋白的功能食品，能夠合理改善食物結(jié)構(gòu)，使得食物達(dá)到營(yíng)養(yǎng)平衡，不斷提升人們的身體素質(zhì)和健康水平[2]。為此，本文研究了大豆蛋白質(zhì)擠壓蒸煮加工過(guò)程中大豆蛋白質(zhì)組織化的分子狀態(tài)、結(jié)構(gòu)變化，以及大豆蛋白質(zhì)產(chǎn)品的形成，為大豆蛋白質(zhì)擠壓蒸煮的研究提供理論基礎(chǔ)。

1 大豆蛋白質(zhì)擠壓蒸煮的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

1.1 大豆蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

1.1.1 大豆蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)分子由眾多氨基酸和肽鍵構(gòu)成，大豆蛋白質(zhì)中氨基酸結(jié)構(gòu)上的R基不同，共有18種氨基酸。一般蛋白質(zhì)有4個(gè)級(jí)別的結(jié)構(gòu)，一級(jí)結(jié)構(gòu)是肽鍵結(jié)構(gòu)，如今的研究發(fā)現(xiàn)，大豆蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)在二級(jí)結(jié)構(gòu)（螺旋體結(jié)構(gòu)）和三級(jí)結(jié)構(gòu)（由氫鍵、二硫鍵、疏水鍵、離子鍵、范德華力等構(gòu)成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)）。大豆蛋白質(zhì)的肽鏈主要是由α-螺旋與β-轉(zhuǎn)角在無(wú)序排列下形成的，大豆蛋白質(zhì)的形狀為球形，分子中間為非極性側(cè)鏈構(gòu)成的疏水核，表面是由極性側(cè)鏈構(gòu)成的，具有較強(qiáng)的親水性結(jié)構(gòu)。大豆蛋白質(zhì)分子有一部分不規(guī)則的凹陷，具有收納小分子團(tuán)的作用。

1.1.2 大豆蛋白質(zhì)的性質(zhì)

大豆蛋白質(zhì)的性質(zhì)在擠壓蒸煮工藝上主要應(yīng)用了其水合作用，即其分子顆粒表面的氨基（-NH2）、羧基（-COOH）、亞氨基（-NH-）等基團(tuán)有親水性，與水分結(jié)合使大豆蛋白分子成為膠體狀態(tài)。

另外，大豆蛋白質(zhì)的溶解性和變性作用也在加工工藝中有所體現(xiàn)。蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)，所以在酸性、堿性和中性溶液中都能溶解。研究發(fā)現(xiàn)大豆蛋白質(zhì)的最佳溶解環(huán)境為pH值6.5時(shí)，大豆中的蛋白質(zhì)在水中受到酸、堿、酶的影響發(fā)生水解反應(yīng)生成氨基酸。大豆蛋白質(zhì)的變性作用使一些影響因素改變了原來(lái)分子的二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)結(jié)構(gòu)，肽鏈形狀改變，使其性質(zhì)或性狀同時(shí)發(fā)生變化。

1.2 大豆蛋白質(zhì)在擠壓蒸煮過(guò)程中的變化

1.2.1 擠壓蒸煮過(guò)程中的相態(tài)變化

大豆蛋白質(zhì)這類生物聚合物，在常溫常壓時(shí)受到外力擠壓，會(huì)分離成固、液兩相，二者不相容。但是在高溫高壓情況下，由水、大豆分離蛋白、脫脂大豆粉等構(gòu)成的原料體系經(jīng)過(guò)粉碎裝置的料斗、加料、粉碎、輸送，發(fā)生了物理固液分離現(xiàn)象，而隨后進(jìn)入“熔融階段”。高溫高壓的環(huán)境下蛋白質(zhì)分子的親水基團(tuán)與水發(fā)生水合作用，同時(shí)蛋白質(zhì)分子相互排斥，做不規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)，使物料從固液分離狀態(tài)成為穩(wěn)定的膠體狀態(tài)，這一過(guò)程被稱為“熔融”過(guò)程。大豆蛋白質(zhì)的“熔融”是一種化學(xué)反應(yīng)。

物料進(jìn)入剪切塑化步驟，經(jīng)歷了剪切、水合、均化、輸送等加工過(guò)程，使物料進(jìn)入大分子蛋白質(zhì)被小分子水包裹的膠著狀態(tài)，被稱為“熔體”。接著，在熔體輸送過(guò)程中，物料蛋白質(zhì)分子進(jìn)入變性階段。在加工中人們有意通過(guò)工藝操作將蛋白質(zhì)變性控制在輸送的后半段，這樣之前物料能夠較充分混合，并且控制大豆蛋白質(zhì)產(chǎn)品的硬度和彈性，提高成品品質(zhì)。變性時(shí)，大豆蛋白熔體受到擠壓蒸煮的外力作用，黏度突變，黏彈性驟然增加，并且擠壓蒸煮時(shí)間越久，該效果越明顯，即“越擠越硬”。

1.2.2 擠壓蒸煮過(guò)程中蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的變化

在加工過(guò)程的前期，物料首先被加到混合器中進(jìn)行混合，此時(shí)大豆的蛋白質(zhì)為天然的三維球狀聚集體，經(jīng)過(guò)輸送階段溫度逐漸升高，長(zhǎng)分子鍵（離子鍵、二硫鍵、范德華力、氫鍵等）次級(jí)鍵斷裂，分子之間線狀結(jié)構(gòu)變得松散；經(jīng)過(guò)擠壓和蒸煮，大豆蛋白質(zhì)受到分子剪切力的作用，在一定的速度下，蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)重新結(jié)合，形成連續(xù)相的熔體；溫度進(jìn)一步增高情況下，大豆蛋白質(zhì)分子之間作用力加大，形成非共價(jià)鍵，這一階段內(nèi)，分子結(jié)構(gòu)在不斷發(fā)生變化，受到外界環(huán)境影響，使交聯(lián)結(jié)構(gòu)在不斷的斷裂和重組中逐漸穩(wěn)定，同時(shí)被運(yùn)輸?shù)搅藗魉湍┒?；在加工的機(jī)頭處，大豆蛋白質(zhì)分子之間的二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu)因非共價(jià)鍵以及二硫鍵的作用，使分子之間的組織化穩(wěn)定，生成大豆蛋白質(zhì)組織化產(chǎn)品。這一過(guò)程就是大豆蛋白質(zhì)經(jīng)過(guò)擠壓蒸煮后分子結(jié)構(gòu)的變化過(guò)程。

1.2.3 脫脂大豆產(chǎn)品與大豆分離蛋白產(chǎn)品結(jié)構(gòu)差異

二者結(jié)構(gòu)之間有較大差別，首先大豆分離蛋白的大豆蛋白粉呈現(xiàn)無(wú)定形球狀顆粒，擠壓后的組織產(chǎn)品呈現(xiàn)整齊、質(zhì)密的纖維結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)均勻分布。而脫脂大豆產(chǎn)品不論是取向排列還是蛋白質(zhì)體排布上都較為松散不均勻，在受到擠壓蒸煮時(shí)，發(fā)生的變性程度較低。大豆蛋白產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，一方面受到蛋白質(zhì)含量的影響，另一方面與加工的溫度、受到的剪切力和加工的過(guò)程有關(guān)系。

1.2.4 擠壓蒸煮過(guò)程中纖維質(zhì)多孔結(jié)構(gòu)的形成

大豆原料是由碳水化合物與蛋白質(zhì)、纖維、水分、灰分等構(gòu)成，其中蛋白質(zhì)約為50%，在受到擠壓蒸煮時(shí)發(fā)生熱變性。蛋白質(zhì)的熱變性發(fā)生時(shí)，伴隨著碳水化合物的升溫反應(yīng)，水分被排出，蛋白質(zhì)分子被碳水化合物包裹在其中，在擠壓力以及機(jī)頭處高溫的作用下使水分蒸發(fā)，纖維質(zhì)結(jié)構(gòu)形成多孔，以便水分受力后排出。

2 大豆蛋白質(zhì)含量對(duì)產(chǎn)品組織的影響

大豆蛋白粉經(jīng)過(guò)脫脂處理后，蛋白質(zhì)占總量的50%左右，經(jīng)過(guò)對(duì)大豆蛋白質(zhì)的分離提純后，含量增至90%以上。擠壓加工時(shí)，一般將不同蛋白含量的原料混合，從而使大豆蛋白質(zhì)擠出時(shí)產(chǎn)品的纖維狀結(jié)構(gòu)狀態(tài)更穩(wěn)定，得到產(chǎn)品的外形比一般脫脂大豆蛋白粉的產(chǎn)品更加規(guī)整。同時(shí)蛋白質(zhì)含量較高時(shí)，擠壓蒸煮加工使大豆蛋白變性黏度增大，產(chǎn)品的組織化品質(zhì)也得到提高，產(chǎn)品咀嚼性和彈性同時(shí)增強(qiáng)，口感相應(yīng)變好。

脫脂大豆粉經(jīng)過(guò)擠壓蒸煮形成的組織化產(chǎn)品，具有一定的纖維結(jié)構(gòu)，但是排列松散不規(guī)范，并且蛋白質(zhì)與碳水化合物構(gòu)成的孔穴內(nèi)壁模糊，大豆蛋白質(zhì)分布不均，由于一般的脫脂大豆粉蛋白質(zhì)含量有限，所以產(chǎn)品組織化程度不高，產(chǎn)品存在一些不溶顆粒，影響產(chǎn)品品質(zhì)。可以在大豆蛋白質(zhì)進(jìn)行擠壓蒸煮過(guò)程中添加適量大豆分離蛋白，來(lái)進(jìn)一步提升大豆蛋白類產(chǎn)品品質(zhì)，一般添加25%～30%的大豆分離蛋白，經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品品質(zhì)都能獲得較好的效果[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

本文初步探討了大豆蛋白質(zhì)擠壓蒸煮加工過(guò)程中的蛋白質(zhì)分子變化過(guò)程。經(jīng)過(guò)研究總結(jié)認(rèn)為，擠壓蒸煮過(guò)程中，變性是影響大豆蛋白質(zhì)纖維化、組織化結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，另外擠壓剪切和熱變性的作用使蛋白質(zhì)分子的二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，形成了熔體后又形成歸于穩(wěn)定的組織化結(jié)構(gòu)。另外，擠壓加工大豆蛋白時(shí)，大豆蛋白質(zhì)產(chǎn)品的品質(zhì)受到其結(jié)構(gòu)的影響。所以在加工過(guò)程中，可以通過(guò)提高原料蛋白質(zhì)含量來(lái)達(dá)到提升產(chǎn)品品質(zhì)的效果。

[1]婁海偉，遲玉杰.擠壓蒸煮對(duì)豆渣中可溶性膳食纖維含量的影響 [J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2009（6）：31-35.

[2]王洪武，林炳.復(fù)合組織蛋白擠壓加工工藝的初步研究 [J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2004（4）：216-219.

[3]王洪武.大豆蛋白質(zhì)擠壓加工的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬研究 [D].北京：北京化工大學(xué)，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

孫佳瑩（1995— ），女，本科，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)與工程。