以谷朊粉原漿和谷朊粉為原料的組織蛋白生產(chǎn)工藝對比研究

安紅周，周豫飛，馬宇翔*，薛曉程，李盤欣

1.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001 2.豐益(上海)生物技術(shù)研發(fā)中心有限公司，上海 200000 3.河南省南街村(集團(tuán))有限公司，河南 臨潁 462600

小麥面粉加水成團(tuán)后，經(jīng)馬丁法或三相臥螺離心法等工業(yè)化方法除去淀粉等可溶性物質(zhì)后[1-2]，形成未經(jīng)烘干的具有活性的濕面筋面團(tuán)，俗稱谷朊粉原漿，水分含量約為70%。谷朊粉原漿低溫條件下烘干得到活性面筋粉，即谷朊粉，保持了面筋蛋白活性，是小麥淀粉生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物，蛋白質(zhì)和面筋含量高，因而廣泛用于面制品、水產(chǎn)飼料、熟食制品以及組織蛋白中[3-6]。組織蛋白根據(jù)擠壓工藝水分可分為低水分(≤40%)和高水分(40%～70%)組織蛋白[7]，以干燥的谷朊粉為低水分組織蛋白的輔料已經(jīng)比較普遍，但是國內(nèi)外未見有以谷朊粉原漿(濕面筋)為原料直接制備組織蛋白的相關(guān)報道。

制備組織蛋白時需把低水分的谷朊粉加水調(diào)配到水分含量40%～70%，而谷朊粉原漿含水量較高，無需再加水；谷朊粉含有較多的疏水性氨基酸，具有較強(qiáng)的黏性，在水中分散性較差，因此對擠壓機(jī)螺桿結(jié)構(gòu)以及冷卻模具提出了更高的要求。因此，作者以谷朊粉原漿為原料制備組織蛋白，與傳統(tǒng)工藝(以谷朊粉為原料)制作的組織蛋白的品質(zhì)進(jìn)行對比，以驗證該工藝的可行性。

1 材料與方法

1.1 材料

中紡谷朊粉、低溫脫脂豆粕：中紡匯澤生物科技有限公司；谷朊粉原漿：河南豫香食品發(fā)展有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

CLEXTRAL Ev025型雙螺桿擠壓機(jī):法國克萊斯特羅有限公司;JD/1 A-40多功能整形機(jī):江蘇貝得電機(jī)股份有限公司;Kjeltec 8400全自動凱氏定氮儀：丹麥FOSS公司；TA-XT plus物性測定儀：英國Stable Micro Systems公司；VFMB-20立式食品攪拌機(jī)：鄭州通力食品機(jī)械有限公司；NM053SY04S24B型螺桿泵：德國耐馳儀器制造有限公司；CT-C型熱風(fēng)循環(huán)烘箱：南京索特干燥設(shè)備廠；RRH-250萬能粉碎機(jī)：歐凱萊芙(香港)實業(yè)公司；THZ-82型水浴恒溫振蕩器：金壇市華峰儀器有限公司。

1.3 高水分組織蛋白的制備

以谷朊粉原漿為原料制備組織蛋白：谷朊粉原漿即濕面筋能形成較強(qiáng)的面筋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，彈性較強(qiáng)，在輸送過程中流量極其不穩(wěn)定[8]，因此在室溫條件下加入蛋白酶進(jìn)行減筋處理制成便于輸送的谷朊粉原漿，添加到螺桿泵以3.6 Hz的輸送頻率輸送到擠壓機(jī)中，再加入適量的脫脂豆粕，使谷朊粉原漿調(diào)配成干基谷朊粉和豆粕的質(zhì)量比為3∶7。

以谷朊粉為原料制備組織蛋白：調(diào)配谷朊粉和豆粕的質(zhì)量比為3∶7。

擠壓工藝：根據(jù)前期預(yù)試驗結(jié)果，機(jī)筒溫度為30～70～130～150～160～170 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速280 r/min，模頭冷卻溫度30～60 ℃，換算成干料擠壓水分為55%。開機(jī)調(diào)節(jié)好工藝參數(shù)，等到擠壓機(jī)狀態(tài)穩(wěn)定出料時，利用整形機(jī)對組織蛋白進(jìn)行切割、收集，完成組織蛋白的制備，用于后續(xù)的品質(zhì)分析。

1.4 方法

1.4.1 原料成分測定方法

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

粗淀粉含量的測定參照趙舒暢[9]的方法，采用1%鹽酸比旋光度法。

總淀粉含量=[α×100/([α]×L×w)]×100%，

式中：α為旋光度；[α]為淀粉的比旋光度；L為旋光管長度，dm；w為樣品質(zhì)量,g。

1.4.2 谷朊粉原漿輸送工藝

工廠生產(chǎn)的谷朊粉原漿韌性強(qiáng)，螺桿泵難以進(jìn)行定量輸送。因此加入酶等減筋劑，在螺桿泵中進(jìn)行回流攪拌，使其混合均勻，達(dá)到便于控制的輸送效果，再輸送到擠壓機(jī)中。輸送工藝如下：

1.4.3 谷朊粉原漿拉伸特性的測定

原料預(yù)處理：稱取固定水分含量的谷朊粉原漿10 g，在不同條件(加酶量、酶解時間、溫度)下處理，然后將處理好的谷朊粉原漿輕輕揉搓成圓柱條狀平放在面筋條夾具兩板之間，夾緊夾具，切掉周圍多余原料，放置10 min，應(yīng)力松弛，將原料制備成60 mm×6 mm×5 mm的長方體條狀。

拉伸特性測定：使用TA-XT plus型質(zhì)構(gòu)儀，將探頭按要求安裝調(diào)試，把制作好的條狀樣品放在測試平臺上，探頭以設(shè)定好的速度將樣品條向上拉，拉到一定程度后，樣品條發(fā)生斷裂。當(dāng)拉力值達(dá)到儀器設(shè)定數(shù)值后，程序自動記錄拉力變化數(shù)據(jù)，作出力-時間曲線[10-11]。每個樣品做12次平行試驗，去除最大值和最小值后取平均值。

測試參數(shù)：測試模式，面團(tuán)(筋)拉伸模式；探頭，A/KIE附件；測前速度2.0 mm/s，測中速度3.3 mm/s，測后速度10 mm/s；感應(yīng)力5 g。

1.4.4 組織蛋白質(zhì)構(gòu)特性的測定

用物性儀測定組織蛋白的質(zhì)構(gòu)特性。測定前先將產(chǎn)品修剪成1.5 cm×1.5 cm×0.5 cm的長方體樣品，每個樣品重復(fù)測定5次，去掉最大值和最小值后取平均值。

TPA模式測定參數(shù)：P/50探頭；測前速度2 mm/s，測中速度1 mm/s，測后速度2 mm/s；觸發(fā)力5 g；應(yīng)變值50%；時間間隔5 s[12-14]。

1.4.5 組織蛋白組織化度的測定

先將組織蛋白修剪成大小一致的長方體(2 cm×2 cm×0.5 cm)樣品，然后使用物性儀對樣品進(jìn)行剪切試驗，測定縱向與橫向剪切力的大小，計算樣品組織化度[15]。樣品組織化度越大，說明樣品的纖維化程度越高。

組織化度=縱向剪切力(平行于擠出方向)/橫向剪切力(垂直于擠出方向)。

1.4.6 感官評價

將組織蛋白剪切成10 cm×2.5 cm×0.5 cm的長方體(A)和2.5 cm×2.5 cm×0.5 cm的長方體(B)，各準(zhǔn)備5塊。A樣品用于評價色澤和平整性，B樣品用于評價口感和組織狀態(tài)。感官評分小組的建立、人員篩選及培訓(xùn)參照GB/T 16291.1—2012。感官評分標(biāo)準(zhǔn)見表1，其中色澤、平整性、口感、組織狀態(tài)的比例系數(shù)分別為0.1、0.1、0.4、0.4，各項評分范圍1～10分，最后計算綜合得分[15-16]。

表1 組織蛋白感官評定標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for sensory evaluation of tissue proteins

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Origin和SPSS處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 谷朊粉原漿與谷朊粉理化指標(biāo)對比

谷朊粉原漿與谷朊粉的理化指標(biāo)見表2。由表2可知，谷朊粉原漿的粗脂肪、粗淀粉、灰分含量略高于谷朊粉，粗蛋白含量低于谷朊粉，可能是因為面筋蛋白吸水后會形成面筋網(wǎng)絡(luò)，把水分裹在其中，使谷朊粉面團(tuán)膨脹，質(zhì)量增加，導(dǎo)致粗蛋白含量偏低。

2.2 谷朊粉原漿與谷朊粉的拉伸特性對比

將谷朊粉與谷朊粉原漿調(diào)整到相同水分含量(68.0%)，進(jìn)行拉伸特性測定，結(jié)果如圖1和圖2所示。

從圖1可知，谷朊粉原漿隨著放置時間的延長拉伸斷裂力先降低后升高，而谷朊粉的拉伸斷裂力隨著放置時間延長先升高后降低，最后再升高。谷朊粉擠壓組織化時需要再次復(fù)水，15 min之前谷朊粉的拉伸斷裂力是增加的，這是因為谷朊粉與水混合后，面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的再次形成需要一個過程，隨著時間的延長，谷朊粉充分吸水，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸形成。然而隨著時間的繼續(xù)延長，面筋蛋白分子之間及與水分子之間的疏水作用、氫鍵作用等逐漸變?nèi)趸蛳?，面筋結(jié)構(gòu)弱化，因此谷朊粉原漿和谷朊粉的拉伸斷裂力在30～120 min呈現(xiàn)下降趨勢。120 min之后，兩者的拉伸斷裂力均出現(xiàn)上升趨勢，是由于放置時間較長，水分散失過多造成的。

表2 谷朊粉原漿與谷朊粉的理化指標(biāo)Table 2 Physicochemical properties of gluten virgin pulp and gluten powder %

注：除水分外其余均為干基含量。

圖1 谷朊粉與谷朊粉原漿的拉伸斷裂力Fig.1 Comparison of tensile breaking force between gluten powder and gluten virgin pulp

圖2 谷朊粉與谷朊粉原漿的延伸性Fig.2 Comparison of extensibility between gluten powder and gluten virgin pulp

由圖2可知，谷朊粉原漿與谷朊粉的延伸性均隨著時間的延長先增加后降低，但谷朊粉原漿的延伸性整體比谷朊粉的好。隨著時間的延長，谷朊粉原漿和谷朊粉谷蛋白分子之間某些弱的相互作用降低、弱化，而醇溶蛋白均勻分散在谷蛋白分子之間，相互作用還在，所以延伸性增加，但隨著時間繼續(xù)延長，這種作用也會變?nèi)酰虼搜由煨韵陆怠?/p>

結(jié)合圖1和圖2可知，谷朊粉原漿的拉伸斷裂力比谷朊粉弱，但延伸性比谷朊粉好，說明谷朊粉原漿質(zhì)地較軟，在擠壓過程中更利于物料的輸送。

2.3 谷朊粉原漿與谷朊粉制備組織蛋白的工藝流程對比

谷朊粉原漿擠壓組織化工藝的設(shè)計基于工業(yè)化生產(chǎn)的需要，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)性，還能夠有效節(jié)約資源與成本，比谷朊粉擠壓組織化工藝優(yōu)點明顯。兩種工藝流程見圖3和圖4。從谷朊粉原漿制備組織蛋白的工藝可以看出，由三相分離出的濕面筋能夠直接輸送到擠壓機(jī)中，省去了低溫烘干的過程，自然也就節(jié)約了成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

圖3 谷朊粉制備組織蛋白的工藝流程Fig.3 Process flow for preparation of tissue protein from gluten powder

圖4 谷朊粉原漿制備組織蛋白的工藝流程Fig.4 Process flow for preparation of tissue protein from gluten virgin pulp

2.4 谷朊粉原漿與谷朊粉制備組織蛋白的工藝參數(shù)及組織化度對比

谷朊粉原漿與谷朊粉的擠壓工藝條件及產(chǎn)品的組織化度如表3所示。

從表3可以看出，谷朊粉原漿組織蛋白的工藝條件中水分含量較低，且水分不需要另外添加，而谷朊粉組織蛋白工藝條件中水分含量較高，且完全是另外添加的，前者可節(jié)約大量水資源；谷朊粉原漿的機(jī)筒溫度和螺桿轉(zhuǎn)速比谷朊粉的分別低10 ℃、20 r/min，能夠降低機(jī)器能耗，節(jié)約成本；谷朊粉原漿組織蛋白的組織化度比谷朊粉組織蛋白的小。

表3 谷朊粉原漿與谷朊粉擠壓工藝參數(shù)及產(chǎn)品組織化度Table 3 Extrusion process parameters and product organization degrees of gluten powder and gluten virgin pulp

2.5 谷朊粉原漿與谷朊粉制備組織蛋白的感官評價

谷朊粉原漿和谷朊粉制備的組織蛋白從平整性、色澤、有無毛刺、口感、成絲情況進(jìn)行感官評價，得分如圖5所示。

圖5 谷朊粉原漿與谷朊粉制備組織蛋白感官評價Fig.5 Sensory evaluation of tissue protein prepared from gluten virgin pulp and gluten powder

從圖5可以看出，谷朊粉原漿組織蛋白成絲情況略差于谷朊粉組織蛋白，平整性、口感、有無毛刺均比谷朊粉組織蛋白要好。谷朊粉原漿組織蛋白比谷朊粉組織蛋白組織化度低，所以成絲情況差，但其他品質(zhì)并不差，甚至從口感上更佳，可能是因為谷朊粉組織蛋白成絲性太好，組織化度過高，造成產(chǎn)品過于致密，筋力太強(qiáng)，反而不利于咀嚼，以至于口感降低。

2.6 谷朊粉原漿組織蛋白與谷朊粉組織蛋白的質(zhì)構(gòu)特性對比

為了直觀地分析谷朊粉原漿組織蛋白與谷朊粉組織蛋白的品質(zhì)差異，對兩產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)構(gòu)特性測定，結(jié)果見表4。

由表4可知，谷朊粉原漿組織蛋白與谷朊粉組織蛋白的硬度、黏著性、彈性和咀嚼性均有顯著差異，而回復(fù)性和黏聚性差異不顯著。說明谷朊粉原漿組織蛋白除彈性稍差外，其他指標(biāo)均優(yōu)于谷朊粉組織蛋白。谷朊粉原漿組織蛋白的組織化度低于谷朊粉組織蛋白，結(jié)合表4中谷朊粉原漿組織蛋白的彈性較低，可知谷朊粉原漿組織蛋白的成絲強(qiáng)度低于谷朊粉組織蛋白。品嘗谷朊粉組織蛋白時，產(chǎn)品纖維化強(qiáng)度太高，影響口感評分。谷朊粉原漿組織蛋白雖然組織化度、成絲強(qiáng)度較低，彈性弱，但口感并不差，其余指標(biāo)均優(yōu)于谷朊粉組織蛋白。

表4 谷朊粉原漿與谷朊粉組織蛋白質(zhì)構(gòu)特性對比Table 4 Comparison of texture characteristics between tissue proteins from gluten virgin pulp and gluten powder

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

3 結(jié)論

谷朊粉原漿的拉伸斷裂力低于谷朊粉，延伸性高于谷朊粉，質(zhì)地較谷朊粉柔軟，在擠壓時利于物料在機(jī)筒內(nèi)的傳輸與混合。谷朊粉原漿制備組織蛋白的工藝流程可將谷朊粉制備工藝與谷朊粉制備組織蛋白的工藝有效結(jié)合，簡化工藝，節(jié)約資源，降低成本，并可實現(xiàn)連續(xù)工業(yè)化。谷朊粉原漿組織蛋白的生產(chǎn)工藝參數(shù)較谷朊粉組織蛋白的低，節(jié)能高效。對比谷朊粉原漿組織蛋白與谷朊粉組織蛋白的組織化度、感官評價及質(zhì)構(gòu)特性，可知谷朊粉原漿組織蛋白除組織化度較低、彈性稍差外，其余指標(biāo)均優(yōu)于谷朊粉組織蛋白，因此谷朊粉原漿組織蛋白的品質(zhì)更優(yōu)。