擠壓膨化花生蛋白素肉工藝研究

李廷渲，李小云，余秋穎，鄭玉茹，李正邦，褚佳豪，高恩光*

（1.鄭州市食品安全協(xié)會，河南 鄭州 450007；2.鄭州市營養(yǎng)與健康食品重點實驗室，河南 鄭州 450002；3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450002；4.正陽新地花生集團(tuán)有限公司，河南 駐馬店 463600）

我國花生年均總產(chǎn)量達(dá)到1 700萬噸，占全球總產(chǎn)量40%以上[1]，絕大部分用于榨油?；ㄉ墒腔ㄉ式?jīng)過榨取花生油后產(chǎn)生的副產(chǎn)品，營養(yǎng)豐富，是我國主要的植物蛋白飼料來源[2]。在一些國家，花生早已不只是用于產(chǎn)油，更多是為了制作高蛋白食品[3]?；ㄉ杉庸し绞讲煌瑺I養(yǎng)價值也不同[4]。我國每年產(chǎn)生花生粕超過9×106t[5]，產(chǎn)量巨大，而花生粕在常溫下短時間內(nèi)就可能發(fā)生腐敗變質(zhì)，這已成為食品行業(yè)一大難題。花生粕多為褐色塊狀或者粉末狀，是富含多種蛋白質(zhì)的食品[6]，其中含粗蛋白43.8%以上，含粗纖維32.7%，油脂含量為12%，其粗蛋白含量不亞于大豆粕，花生蛋白中包含有人體必需的8種氨基酸[7]。

蛋白素肉是以植物蛋白為主要基料制作的素肉產(chǎn)品，通過現(xiàn)代食品加工工藝制成的具有類似于肉類食品風(fēng)味及組織形態(tài)的食品[8]。其蛋白質(zhì)含量較高，脂肪含量低，適合于肥胖、高血脂、素食等有特殊需要的消費人群[9]，因此蛋白素肉在國內(nèi)具有非?？捎^的發(fā)展空間。

擠壓膨化技術(shù)是現(xiàn)代食品加工工藝新技術(shù)，通過擠壓使蛋白質(zhì)變性，提高人體吸收利用率，同時降低成本，節(jié)約資源[10]。本試驗選用冷榨花生粕作為原料，利用擠壓膨化技術(shù)生產(chǎn)蛋白素肉，并對花生蛋白素肉的工藝配方進(jìn)行優(yōu)化。該研究可為花生蛋白素肉工業(yè)生產(chǎn)提供新思路，可提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

花生粕：正陽新地食品工業(yè)有限公司；面粉：益海小麥工業(yè)有限公司；泡打粉：天津市中英保健食品有限公司；單雙甘油脂肪酸酯：佳力士添加劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DS32-2雙螺桿擠壓膨化機（長徑比 21∶1）：山東力久特種電機股份有限公司；DHG-9070A鼓風(fēng)干燥箱：上海樹立儀器儀表有限公司；TA-XT plus型物性測試儀：英國Stable Micro System公司；SCIENTZ-48型高通量組織研磨器：寧波新芝生物科技股份有限公司；ZS-100手持式鏈動封口機：昆山康鳴包裝設(shè)備有限公司。

1.3 加工工藝

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 花生粕預(yù)處理

將花生粕經(jīng)高通量組織研磨器研磨后過80目篩備用。

1.3.2.2 混合

按比例依次加入花生粕、單雙甘油脂肪酸酯、泡打粉，然后加水混合調(diào)制成不粘手的粉狀物。

1.3.2.3 擠壓參數(shù)的設(shè)定

膨化Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)溫度分別為75、125℃，螺桿轉(zhuǎn)速40 r/min，喂料速度30 r/min，膜孔直徑2.8 mm。

1.3.2.4 成型調(diào)味

將成品放置至室溫25℃拌入調(diào)味料。

1.3.2.5 包裝

將產(chǎn)品放入包裝袋中，用封口機進(jìn)行包裝。

1.3.3 花生蛋白素肉制備工藝

1.3.3.1 花生蛋白素肉制備單因素試驗

以感官評分為指標(biāo)，考察水添加量（14%、18%、22%、26%、30%）、螺桿轉(zhuǎn)速（20、25、30、35、40 r/min）、擠壓膨化Ⅱ區(qū)溫度（130、140、150、160、170 ℃）、面粉含量（30%、37%、44%、51%、58%）、泡打粉含量（0.6%、1.0%、1.4%、1.8%、2.2%）、單雙甘油脂肪酸酯含量（0.5%、0.7%、0.9%、1.1%、1.3%）對花生蛋白素肉的感官品質(zhì)的影響。

1.3.3.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box－Behnken設(shè)計試驗原理，采用響應(yīng)面分析法進(jìn)行試驗[11]，因素水平見表1。

表1 因素水平Table 1 Factor and levels

1.4 感官評價

本試驗請20名經(jīng)過培訓(xùn)的食品專業(yè)學(xué)生進(jìn)行感官評價，評分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation criteria

續(xù)表2 感官評價標(biāo)準(zhǔn)Continue table 2 Sensory evaluation criteria

1.5 質(zhì)構(gòu)質(zhì)量參數(shù)測定

將花生蛋白素肉切成1 cm×0.5 cm×0.5 cm的小塊測定質(zhì)構(gòu)。質(zhì)構(gòu)采用物性測定儀，選用P50柱形探頭對花生蛋白素肉的硬度、彈性、黏性、咀嚼度等指標(biāo)進(jìn)行測定，測試前速度設(shè)置為2 mm/s，測試速度設(shè)置為1 mm/s，測試后速度設(shè)置為2 mm/s，下降距離設(shè)置為50%，接觸力設(shè)置為5 g，往復(fù)運動兩次，每種樣品重復(fù)10次，取10次測定的平均值[12]。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2016軟件、SPSS 16.0軟件、Expert-Design 8.0.6軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗分析

2.1.1 水添加量對花生蛋白素肉感官品質(zhì)的影響

水添加量對花生蛋白素肉感官評分的影響結(jié)果見圖1。

圖1 水添加量對花生蛋白素肉感官評分的影響Fig.1 Effect of water addition on sensory evaluation of peanut protein meat

由圖1可知，隨著水添加量的增加，花生蛋白素肉的感官評分呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。水添加量過低時，物料擠壓區(qū)阻力過大，物料難以成型，并對機器造成損傷[13]；水添加量過大時，會導(dǎo)致物料的黏性過大，水吸收熱量，由液態(tài)轉(zhuǎn)變成氣態(tài)，使擠壓區(qū)內(nèi)壓力不穩(wěn)定，產(chǎn)品表面會出現(xiàn)氣泡和破裂現(xiàn)象，甚至產(chǎn)生物料噴出現(xiàn)象影響產(chǎn)品感官品質(zhì)[14]。因此，選擇水添加量為26%最合適。

2.1.2 螺桿轉(zhuǎn)速對花生蛋白素肉感官品質(zhì)的影響

螺桿轉(zhuǎn)速對花生蛋白素肉感官評分的影響結(jié)果見圖2。

圖2 螺桿轉(zhuǎn)速對花生蛋白素肉感官評分的影響Fig.2 Effect of screw speed on sensory evaluation of peanut protein meat

由圖2可知，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，感官評分呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，在螺桿轉(zhuǎn)速為35 r/min時，感官評分達(dá)到最高。螺桿轉(zhuǎn)速過高，物料在擠壓區(qū)內(nèi)時間短，物料未能充分混合、成型，且受熱不均勻，因此熟化不完全；螺桿轉(zhuǎn)速過低，物料停留時間過長，承受的剪切作用小，且受熱時間變長，甚至還會導(dǎo)致物料過度熟化及產(chǎn)生焦糊味，感官品質(zhì)降低。因此，選擇螺桿轉(zhuǎn)速35 r/min為宜。

2.1.3 Ⅱ區(qū)溫度對花生蛋白素肉感官品質(zhì)的影響

物料主要依靠蛋白質(zhì)變性和淀粉糊化完成擠壓膨化，所以溫度是一個相當(dāng)重要的條件，物料所吸收的熱量主要來自于機筒壁加熱，擠壓腔內(nèi)的加熱區(qū)域主要分成3個部分，分別是I區(qū)、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)，經(jīng)預(yù)試驗發(fā)現(xiàn)，I區(qū)、Ⅲ區(qū)對花生蛋白素肉成型影響不大，因此確定Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)溫度分別為75、125℃，Ⅱ區(qū)溫度對感官評分的影響最大，為研究對象。擠壓Ⅱ區(qū)溫度對花生蛋白素肉感官評分影響的結(jié)果見圖3。

圖3 Ⅱ區(qū)溫度對花生蛋白素肉感官評分的影響Fig.3 Effect of zone Ⅱ temperature on sensory evaluation of peanut protein meat

由圖3可知，隨著Ⅱ區(qū)溫度的升高，感官評分呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，當(dāng)Ⅱ區(qū)溫度為150℃時，感官評分達(dá)到最高。隨著溫度的升高，產(chǎn)品的膨化度上升，當(dāng)溫度過低時，不利于淀粉糊化，會導(dǎo)致產(chǎn)品膨化度低；當(dāng)溫度過高時，可能會引起物料中的蛋白質(zhì)與淀粉分解產(chǎn)物發(fā)生美拉德反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物不易被人體消化吸收，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)品感官品質(zhì)降低[15]。因此，選擇最適Ⅱ區(qū)溫度為150℃。

2.1.4 面粉含量對花生蛋白素肉感官品質(zhì)的影響

面粉含量對花生蛋白素肉感官評分的影響結(jié)果見圖4。

圖4 面粉含量對花生蛋白素肉感官評分的影響Fig.4 Effect of flour content on sensory evaluation of peanut protein meat

由圖4可知，隨著面粉含量的增加，感官評分呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，在面粉含量為44%時感官評分最高。面粉里含有大量的淀粉，擠壓膨化主要依靠淀粉糊化和蛋白質(zhì)變性，淀粉可以使產(chǎn)品具有良好的口感和一定的硬度。淀粉糊化后，吸水性增大，進(jìn)入人體后易消化，產(chǎn)品質(zhì)地柔軟，在低水分含量狀態(tài)下，淀粉在擠壓過程中糊化程度良好[16]。面粉含量較低時，產(chǎn)品膨化度低，不利于產(chǎn)品的口感。面粉含量過高時，淀粉糊化掩蓋了花生粕的香味，失去了產(chǎn)品原本的意義。因此，選擇面粉含量為44%。

2.1.5 泡打粉含量對花生蛋白素肉感官品質(zhì)的影響

泡打粉含量對花生蛋白素肉感官品質(zhì)的影響結(jié)果見圖5。

圖5 泡打粉含量對花生蛋白素肉感官評分的影響Fig.5 Effect of baking powder content on sensory evaluation of peanut protein meat

由圖5可知，隨泡打粉含量不斷增加，花生蛋白素肉感官評分呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，當(dāng)泡打粉含量為1.4%時，產(chǎn)品具有花生特有的淡香味，膨化度最佳，彈性十足，花生蛋白素肉品質(zhì)達(dá)到最佳。泡打粉是復(fù)合膨松劑，能形成疏松多孔的組織結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品質(zhì)地柔軟、口感酥軟；當(dāng)泡打粉含量較低時，產(chǎn)品的膨化程度不理想，氣泡分布不均勻，導(dǎo)致產(chǎn)品感官品質(zhì)降低，當(dāng)泡打粉含量較高時，產(chǎn)品彈性較差，入口后易碎，韌性較差，產(chǎn)品表面不光滑，存在表面破裂現(xiàn)象[17]。因此，選擇泡打粉含量為1.4%。

2.1.6 單雙甘油脂肪酸酯含量對花生蛋白素肉感官品質(zhì)的影響

單雙甘油脂肪酸酯含量對花生蛋白素肉感官品質(zhì)的影響結(jié)果見圖6。

圖6 單雙甘油脂肪酸酯含量對花生蛋白素肉感官評分的影響Fig.6 Effect of mono-and diglycerides of fatty acids ester on sensory evaluation of peanut protein meat

由圖6可知，隨著單雙甘油脂肪酸酯含量的增加，花生蛋白素肉的感官評分呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。單雙甘油脂肪酸酯能夠減少物料受到的作用力，可以抑制淀粉糊化，從而降低黏性，因此會影響產(chǎn)品的感官品質(zhì)。當(dāng)單雙甘油脂肪酸酯含量較高時，花生蛋白素肉硬度不斷增大，黏性逐漸減小，彈性和咀嚼性增大，當(dāng)單雙甘油脂肪酸酯含量較少時，彈性和咀嚼性較差[18]。單雙甘油脂肪酸酯含量對花生蛋白素肉的感官品質(zhì)影響較小，含量在0.9%左右比較合適。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗結(jié)果

響應(yīng)面試驗結(jié)果見表3。

表3 響應(yīng)面試驗結(jié)果Table 3 Response surface test results

2.2.1 回歸分析

回歸分析結(jié)果見表4。

表4 方差分析Table 4 Variance analysis

對各個因素和響應(yīng)值進(jìn)行回歸分析，得到的回歸方程為：Y=-975.183 28+3.436 38A+1.761 95B+402.503 57C+8.299 94D-3.64×10-3AB+0.073 214AC+3.07×10-3AD+1.357 5BC-0.013 05BD-1.265CD-0.038 827A2-0.018 65B2-79.937 5C2-0.020 487D2。

由表4可知，回歸模型中P值＜0.01，且F值為27.81，說明該方差模型極顯著，失擬項（P=0.702 9＞0.05）不顯著；決定系數(shù)R2=0.929 5，調(diào)整決定系數(shù)R2Adj=0.896，響應(yīng)值變化為89.6%，因此可以用這個模型對花生蛋白素肉的感官品質(zhì)進(jìn)行預(yù)測，說明該模型的預(yù)測值與試驗值有較好的擬合性[19]。因素B、C、D對感官評分影響極顯著（P＜0.01），A影響不顯著（P＞0.05）。此外，交互項 BC 影響顯著（P＜0.05），CD 影響極顯著（P＜0.01），二次項 A2、C2、D2影響極顯著（P＜0.01）。影響感官評分的因素順序為螺桿轉(zhuǎn)速（B）＞Ⅱ區(qū)溫度（D）＞泡打粉含量（C）＞面粉含量（A）。

通過對模型結(jié)果的分析處理，確定最優(yōu)工藝條件為水添加量26.07%、Ⅱ區(qū)溫度150.3℃、螺桿轉(zhuǎn)速40 r/min、面粉含量50%、泡打粉含量1.71%，感官評分理論預(yù)測值為90.48分。

2.2.2 驗證試驗

基于試驗操作的可行性，對響應(yīng)面優(yōu)化最佳工藝條件進(jìn)行修正，水添加量26%、Ⅱ區(qū)溫度150℃、螺桿轉(zhuǎn)速40 r/min、面粉含量50%，泡打粉含量1.7%，驗證試驗結(jié)果見表5。

表5 最佳條件下驗證試驗Table 5 Technical validation and precision for optimum process conditions

驗證試驗相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于1%（可信度＞99%），精密度較高，理論值與預(yù)測值接近，此模型可靠。

2.3 質(zhì)構(gòu)分析

質(zhì)構(gòu)分析結(jié)果見表6。

表6 花生蛋白素肉質(zhì)構(gòu)分析結(jié)果Table 6 results of meat texture analysis of peanut protein

由表6花生蛋白素肉各項指標(biāo)值可知，產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松多孔，經(jīng)過擠壓膨化技術(shù)處理后使得內(nèi)部組織化程度高，纖維結(jié)構(gòu)良好[20]。同時經(jīng)過擠壓膨化的花生蛋白素肉口感緊實，彈性適中，有嚼勁，膨化度良好。

3 結(jié)論

本文在單因素試驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行響應(yīng)面分析，得到最佳工藝條件：水添加量26%、單雙甘油脂肪酸酯0.9%、面粉含量50%、螺桿轉(zhuǎn)速40 r/min、泡打粉含量1.7%、Ⅱ區(qū)溫度150℃。在最佳工藝條件下制作的花生蛋白素肉呈黃綠色，疏松多孔，具有花生特有的香味，口感富有彈性，并含有多種營養(yǎng)物質(zhì)，各項指標(biāo)均符合試驗設(shè)計目標(biāo)要求。