擠壓花生粕釀造醬油中擠壓參數(shù)對(duì)蛋白質(zhì)消化率的影響

成曉苑，曹燕飛，王一冉，李宏軍

(山東理工大學(xué) 農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東 淄博 255049)

擠壓花生粕釀造醬油中擠壓參數(shù)對(duì)蛋白質(zhì)消化率的影響

成曉苑，曹燕飛，王一冉，李宏軍*

(山東理工大學(xué) 農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東 淄博 255049)

文章以花生粕為主料、面粉為輔料進(jìn)行擠壓膨化，以蛋白質(zhì)消化率為主要考察指標(biāo)，選擇擠壓溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、輔料含量和含水量為擠壓工藝參數(shù)，采用四因素五水平二次旋轉(zhuǎn)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，用SAS 9.1軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得出最優(yōu)擠壓參數(shù)：擠壓溫度為97.0 ℃；螺桿轉(zhuǎn)速為220.0 r/min；物料輔料含量為18.0%；含水量為19.5%。在此參數(shù)下，蛋白質(zhì)消化率為87.34%，與傳統(tǒng)蒸煮工藝相比較提高了7.34%。

擠壓；花生粕；醬油；蛋白質(zhì)消化率

傳統(tǒng)醬油是以大豆或豆粕為主料，以面粉、小麥、麩皮等為輔料，經(jīng)微生物作用釀造而成的一種具有特殊色、香、味的調(diào)味品[1]，它具有抗癌、抗氧化[2]和降血壓[3]等功效?；ㄉ芍泻胸S富的蛋白質(zhì)、氨基酸和多種礦物質(zhì)元素，以及黃酮類、鞣質(zhì)、酚類、三萜或甾體類化合物等多種有效物質(zhì)[4]，另外花生粕還可以促進(jìn)霉菌等微生物的生長(zhǎng)和代謝[5]，且來(lái)源十分廣泛。所以，花生粕是釀造醬油的良好原料。

原料預(yù)處理是醬油釀造過(guò)程中重要的工藝環(huán)節(jié)。預(yù)處理目的是使蛋白質(zhì)適度變性，達(dá)到易被酶解的程度[6]。而蛋白質(zhì)消化率對(duì)醬油全氮利用率的影響很大，蛋白質(zhì)消化率的提高會(huì)使成曲蛋白酶活力增大，從而提高全氮利用率。目前國(guó)內(nèi)外醬油生產(chǎn)企業(yè)大多采用傳統(tǒng)蒸煮法處理原料。蒸煮法相對(duì)成熟，但能耗大，對(duì)環(huán)境有一定的危害[7]，且蒸煮過(guò)程中由于蒸汽負(fù)荷的不穩(wěn)定、原料顆粒的不均勻等使原料蛋白質(zhì)的變性程度不均勻，不能更好地被酶降解，導(dǎo)致醬油的氮利用率低。而擠壓膨化技術(shù)能夠穩(wěn)定地控制物料的擠壓溫度和停留時(shí)間[8]。擠壓過(guò)程中高度的摩擦和強(qiáng)烈的剪切效應(yīng)產(chǎn)生一定的熱量，物料由固態(tài)變?yōu)檎吵淼乃苄粤黧w[9,10]，并且物料被擠出時(shí)體積膨脹，結(jié)構(gòu)疏松[11,12]，使其透氣性變好，制曲時(shí)菌絲更快地向原料內(nèi)部生長(zhǎng)，從而增強(qiáng)了蛋白酶和淀粉酶活力，提高了醬油的全氮利用率，節(jié)約了釀造用糧[13]。

本試驗(yàn)以花生粕為主料、面粉為輔料進(jìn)行擠壓試驗(yàn)，運(yùn)用四元二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合安排試驗(yàn)，通過(guò)SAS 9.1軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究了擠壓溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、輔料含量和含水量等擠壓工藝參數(shù)對(duì)擠出物蛋白質(zhì)消化率的影響規(guī)律。建立擠壓工藝參數(shù)對(duì)蛋白質(zhì)消化率影響的數(shù)學(xué)模型，得到以蛋白質(zhì)消化率為指標(biāo)的最優(yōu)擠壓工藝參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 原料

花生粕(市購(gòu)) 金龍魚集團(tuán)有限公司；面粉(市購(gòu)) 淄博市云海面粉廠。

主要原料的成分表見表1。

表1 主要原料的成分表 %

1.2 設(shè)備

K-437型快速消解儀，K-370型凱氏自動(dòng)定氮儀 瑞士步琪有限公司；單螺桿擠壓機(jī) 山東理工大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品精深加工實(shí)驗(yàn)中心研制，最大生產(chǎn)率為100 kg/h。擠壓設(shè)備由螺桿和3節(jié)組合式套筒組成，螺桿轉(zhuǎn)速為0～1200 r/min無(wú)級(jí)可調(diào)；套筒溫度為0～300 ℃連續(xù)可調(diào)，配加熱和冷卻裝置及溫度數(shù)顯儀表閉環(huán)自控系統(tǒng)；擠壓機(jī)模孔孔徑4.0～14.0 mm有級(jí)可調(diào)；配有自動(dòng)切斷裝置，切刀轉(zhuǎn)速0～900 r/min無(wú)極可調(diào)。

1.3 試驗(yàn)方法

以花生粕為主料、面粉為輔料，按照一定的比例混合后調(diào)整其含水量，經(jīng)擠壓機(jī)擠壓膨化后用SB/T 10319-1999酶解法[14]測(cè)定擠出物的蛋白質(zhì)消化率。試驗(yàn)選擇與擠壓膨化相關(guān)的擠壓溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、輔料含量、含水量4個(gè)試驗(yàn)因素，根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定5個(gè)水平，采用四因素五水平二次旋轉(zhuǎn)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)安排實(shí)驗(yàn)。擠壓試驗(yàn)因素水平編碼表見表2。

表2 試驗(yàn)因素水平編碼表

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗(yàn)安排與結(jié)果

根據(jù)表2的試驗(yàn)安排進(jìn)行試驗(yàn)，見表3。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析擠壓溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、輔料含量和含水量等擠壓工藝參數(shù)對(duì)擠出物蛋白質(zhì)消化率的影響規(guī)律。

表3 試驗(yàn)安排與結(jié)果

注：X1為擠壓溫度(℃)；X2為螺桿轉(zhuǎn)速(r/min)；X3為輔料含量；X4為含水量；Y為蛋白質(zhì)消化率(%)。

2.2 響應(yīng)面分析結(jié)果

用SAS 9.1軟件對(duì)表3的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到回歸模型并進(jìn)行回歸方差分析及顯著性檢驗(yàn)，驗(yàn)證該回歸模型是否能夠擬合真實(shí)試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果見表4和表5。對(duì)所得的響應(yīng)面進(jìn)行分析，結(jié)果見圖1～圖4。從而得出以蛋白質(zhì)消化率為考察指標(biāo)的最優(yōu)擠壓工藝參數(shù)。

表4 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)表

由表4可知，常數(shù)項(xiàng)(Pr<0.0001)極顯著；模型一次項(xiàng)X1(Pr<0.0001)極顯著，X4(Pr=0.0307<0.05)高度顯著，其他不顯著； 二次項(xiàng)X32(Pr=0.0003<0.01)，X42(Pr=0.0014<0.01)極顯著；交互項(xiàng)X4X2(Pr<0.0001)極顯著， X4X3(Pr=0.0166<0.05) 高度顯著；其他不顯著。

表5 回歸方程方差分析表

由表5可知，此模型的決定系數(shù)R2為0.8184；響應(yīng)模型總回歸(Pr<0.0001)極顯著；響應(yīng)模型交互項(xiàng)回歸(Pr=0.0003<0.01)極顯著；二次項(xiàng)回歸(Pr=0.0002<0.01)極顯著；失擬項(xiàng)(Pr=0.6395)不顯著。說(shuō)明該二次模型能夠擬合真實(shí)的試驗(yàn)結(jié)果。

含水量22%、螺桿轉(zhuǎn)速190 r/min時(shí)，輔料含量和擠壓溫度對(duì)擠出物蛋白質(zhì)消化率影響的響應(yīng)面見圖1。

圖1 輔料含量和擠壓溫度的響應(yīng)面

由圖1可知，當(dāng)擠壓溫度不變時(shí)，蛋白質(zhì)消化率隨輔料含量的增加先升高，在輔料含量為18%時(shí)達(dá)到最大而后逐漸下降。這是由于擠壓過(guò)程中淀粉增多使擠出物的膨化度變大，蛋白質(zhì)更容易溶出，但淀粉含量太大時(shí)，淀粉發(fā)生糊化使擠壓機(jī)內(nèi)物料粘度增大，對(duì)蛋白質(zhì)產(chǎn)生包埋[15]，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的消化率降低。當(dāng)輔料含量固定時(shí)，蛋白質(zhì)消化率隨擠壓溫度的升高先增大后減小，這是由于溫度較低時(shí)，蛋白質(zhì)不能形成較好的熔融狀態(tài)，蛋白質(zhì)變性程度較低，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的消化率低；而溫度過(guò)高時(shí)，氨基酸與糖等其他成分發(fā)生美拉德反應(yīng)的速率變快，造成氨基酸的損失，蛋白質(zhì)消化率降低[16]。

螺桿轉(zhuǎn)速為190 r/min、擠壓溫度95 ℃時(shí)，輔料含量和含水量對(duì)擠出物的蛋白質(zhì)消化率影響的響應(yīng)面見圖2。

圖2 輔料含量和含水量的響應(yīng)面

由圖2可知，當(dāng)含水量保持不變時(shí)，蛋白質(zhì)消化率隨著輔料含量的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)。物料輔料含量固定時(shí)，蛋白質(zhì)消化率隨含水量的增加先升高后緩慢下降。已有研究表明在一定范圍內(nèi)含水率的增加使蛋白質(zhì)溶脹度變大，并且對(duì)羰氨反應(yīng)的抑制作用變大，從而提高了蛋白質(zhì)消化率，但含水率太高使得物料在擠壓機(jī)內(nèi)摩擦變小、滯留時(shí)間變短、物料吸收的熱能降低，膨化度降低、造成蛋白質(zhì)消化率降低。此實(shí)驗(yàn)條件下，含水率為22%左右較為合適。

輔料含量19%、螺桿轉(zhuǎn)速190 r/min時(shí)，含水量和擠壓溫度對(duì)擠出物蛋白質(zhì)消化率影響的響應(yīng)面見圖3。

圖3 含水量和擠壓溫度的響應(yīng)面

由圖3可知，當(dāng)擠壓溫度不變時(shí)，蛋白質(zhì)消化率隨含水量的增加先上升后下降，在含水量為20%時(shí)蛋白質(zhì)消化率達(dá)到最大值；當(dāng)含水量不變時(shí)，隨著擠壓溫度的升高，擠出物的蛋白質(zhì)消化率先升高后緩慢下降。

輔料含量19%、含水量22%時(shí)，擠壓溫度和螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)擠出物蛋白質(zhì)消化率影響的響應(yīng)面見圖4。

圖4 螺桿轉(zhuǎn)速和擠壓溫度的響應(yīng)面

由圖4可知，當(dāng)擠壓溫度一定時(shí)，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的加快蛋白質(zhì)消化率先上升再下降。這是由于螺桿轉(zhuǎn)速過(guò)低使物料在擠壓機(jī)內(nèi)停留的時(shí)間太長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間的羰氨反應(yīng)導(dǎo)致蛋白質(zhì)消化率降低，而螺桿轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)物料在擠壓機(jī)內(nèi)停留時(shí)間太短，使得物料膨化度很低，蛋白質(zhì)消化率降低[17]。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速一定且轉(zhuǎn)速較低時(shí)，擠壓溫度上升，蛋白質(zhì)消化率增加；螺桿轉(zhuǎn)速一定且轉(zhuǎn)速較高時(shí)，擠壓溫度上升，蛋白質(zhì)消化率先增加后緩慢下降。

2.3 最優(yōu)擠壓工藝參數(shù)確定

以蛋白質(zhì)消化率為考察指標(biāo)，經(jīng)過(guò)嶺回歸尋優(yōu)得出最佳的擠壓工藝參數(shù)范圍，結(jié)果見表6。

表6 嶺回歸尋優(yōu)分析結(jié)果

由表6可知，以擠出物的蛋白質(zhì)消化率為考察指標(biāo)，經(jīng)過(guò)嶺回歸選優(yōu)得到最優(yōu)擠壓工藝參數(shù)范圍：擠壓溫度為95～97 ℃；螺桿轉(zhuǎn)速為190～220 r/min；輔料含量為18%～19%；物料含水量為19%～22%。

2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)安排及結(jié)果

在最優(yōu)的擠壓參數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，并以傳統(tǒng)蒸煮法處理的花生粕進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)，結(jié)果見表7。

表7 蛋白質(zhì)消化率驗(yàn)證試驗(yàn)與對(duì)照試驗(yàn)的試驗(yàn)安排與數(shù)據(jù)

注：對(duì)照組采用傳統(tǒng)蒸煮法處理花生粕。

由表7可知，在最優(yōu)擠壓工藝參數(shù)條件下花生粕的蛋白質(zhì)消化率在87%左右，最高可達(dá)到87.34%。而采用醬油釀造傳統(tǒng)的蒸煮法處理花生粕蛋白質(zhì)消化率最高僅為80%，與對(duì)照組相比，試驗(yàn)組蛋白質(zhì)消化率提高了7.34%。

3 結(jié)論

以花生粕為主料、面粉為輔料，以蛋白質(zhì)消化率為考察指標(biāo)，采用四因素五水平二次旋轉(zhuǎn)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過(guò)SAS 9.1軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，并進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，得出最佳擠壓參數(shù)：擠壓溫度為97 ℃；螺桿轉(zhuǎn)速為220 r/min；物料輔料含量為18%；含水量為19.5%。在此參數(shù)下，蛋白質(zhì)消化率為87.34%，與傳統(tǒng)蒸煮工藝相比較提高了7.34%。

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Effect of Extrusion Parameters on Protein Digestibility of Extruded Peanut Meal in Soy Sauce Production

CHENG Xiao-yuan, CAO Yan-fei, WANG Yi-ran, LI Hong-jun*

(School of Agricultural Engineering and Food Science, Shandong University of Technology, Zibo 255049, China)

The extrusion technology is adopted for the pretreatment of peanut meal in soy sauce production, which can achieve the purposes of moderating protein denaturation, improving protein digestibility. The four factors and five levels quadratic rotation orthogonal experimental design is applied and the response surface methodology is used for studying the effects of temperature of barrel, speed of screw, proportion of flour and moisture of material on the digestibility of protein. The optimum parameters of extrusion process are as follows: the temperature of barrel is 97.0 ℃, the speed of screw is 220.0 r/min, the proportion of flour is 18.0%, and the moisture content of material is 19.5%. The digestibility of protein is 87.34% under the optimal parameters. The protein digestibility is increased by 7.34% compared with the raw material in cooking process.

extrusion; peanut meal; soy sauce; protein digestibility

2016-07-12 *通訊作者

山東省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2013GSF12108)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31471676)

成曉苑(1992-)，女，山西呂梁人，碩士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品高值化加工；

李宏軍(1968-)，男，遼寧鐵嶺人，教授，博士，研究方向：食品科學(xué)。

TS201.1

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.01.019

1000-9973(2017)01-0085-04