盧 蕊，董海洲，劉傳富，冉新炎

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安 271018)

擠壓對(duì)低溫脫脂花生粕氮溶指數(shù)的影響

盧 蕊，董海洲*，劉傳富，冉新炎

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安 271018)

以低溫脫脂花生粕為原料，采用擠壓技術(shù)，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用Box－Benhnken的中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，氮溶指數(shù)（NSI）為考核指標(biāo)，確定了花生粕擠壓改性的最佳工藝條件，建立了數(shù)學(xué)模型。結(jié)果表明，低溫脫脂花生粕擠壓改性的最佳工藝條件為模孔直徑12mm、物料含水量11.8%、擠壓溫度65℃、螺桿轉(zhuǎn)速300r/min。在該工藝條件下花生粕的NSI為82.20%，和擠壓前相比提高15.42%。

低溫脫脂花生粕，擠壓，氮溶指數(shù)

花生是中國(guó)重要的油料作物，年產(chǎn)位居世界第一，脫脂后的花生粕年產(chǎn)量在3.0×106t以上，其中的蛋白質(zhì)含量可達(dá)50%～70%（干基），是一種優(yōu)質(zhì)的植物蛋白資源[1]。但由于在制油加工過(guò)程中，不同的預(yù)處理工藝均會(huì)導(dǎo)致花生蛋白變性，加工性能較差，花生粕大都作為飼料使用，少數(shù)用于釀造醬油和作為蛋白來(lái)源營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化食品，加工利用率較低。因此，對(duì)花生粕進(jìn)行改性以提高其功能特性，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，有著重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。擠壓技術(shù)以其高效、環(huán)保、低能耗等優(yōu)點(diǎn)廣泛被應(yīng)用于食品加工領(lǐng)域，是一種新型的食品加工技術(shù)，目前在花生粕中的應(yīng)用主要集中在蛋白質(zhì)組織化方面的研究[2]，但擠壓對(duì)改善花生粕功能特性的研究鮮有報(bào)道。因此，本文以低溫脫脂花生粕為原料，采用DX56－Ⅲ型雙螺桿擠壓機(jī)，對(duì)花生粕進(jìn)行改性處理，研究擠壓工藝條件對(duì)花生粕NSI指數(shù)的影響，旨在尋求新工藝、新方法，拓展花生粕的應(yīng)用領(lǐng)域，為實(shí)現(xiàn)規(guī)?；⒐I(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

低溫脫脂花生粕 山東天申生物蛋白有限公司提供，其中粗蛋白52.17%、氮溶解指數(shù)（NSI）66.78%、粗脂肪5.69%、碳水化合物27.1%、粗纖維3.91%、灰分4.49%。

DS56－X型雙螺桿膨化機(jī) 濟(jì)南高新開(kāi)發(fā)區(qū)賽信機(jī)械有限公司，生產(chǎn)率80kg/h，它由組合套筒和螺桿組成，螺桿轉(zhuǎn)速為0～1600r/min無(wú)級(jí)可調(diào)，套筒溫度0～300℃連續(xù)可調(diào)，配有數(shù)顯儀表自控系統(tǒng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程 花生粕→烘干→粉碎 （50目）→調(diào)粉→擠壓→粉碎

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn) 以蛋白氮溶指數(shù)（NSI）為考核指標(biāo)，考察?？字睆健⑽锪虾?、擠壓溫度、螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)花生粕溶解性的影響。

1.2.3 優(yōu)化實(shí)驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以物料含水量、膨化溫度和螺桿轉(zhuǎn)速為考察因素，氮溶指數(shù)為考核指標(biāo)，根據(jù)Box－Benhnken的中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，采用三因素三水平的響應(yīng)面分析方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，分析因素與設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

1.2.4 氮溶指數(shù)（NSI）的測(cè)定 按照GB/T5511－2008的方法進(jìn)行。

表1 響應(yīng)面分析因素與水平Table 1 Codes of the factors and levels in the central composite design

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 模孔直徑對(duì)花生粕NSI的影響 準(zhǔn)確稱取5份花生粕粉，每份2500g，分別置于調(diào)粉機(jī)中進(jìn)行調(diào)粉，使調(diào)粉后的物料含水量為10%。在擠壓溫度60℃、轉(zhuǎn)速200r/min的條件下進(jìn)行擠壓，?？字睆綄?duì)花生粕NSI的影響如圖1所示。

圖1 ?？字睆綄?duì)花生粕NSI的影響Fig.1 Effect of die throat diameter on NSI of defatted peanut flour

從圖1中可以看出，模孔直徑對(duì)花生粕NSI的影響較大，在6～12mm范圍內(nèi)，隨?？字睆降脑龃?，花生粕的NSI不斷增大，?？字睆匠^(guò)12mm時(shí)，NSI反而有所下降。這說(shuō)明花生粕在擠壓改性時(shí)要在一定壓力條件下才能使蛋白質(zhì)分子充分展開(kāi)，球狀蛋白發(fā)生解聚，暴露出更多疏水基團(tuán)和極性基團(tuán)，增加表面電荷，蛋白質(zhì)水化作用增強(qiáng)[3－4]，花生粕NSI從而得到提高。如壓力過(guò)高（?？字睆叫∮?2mm，直徑越小，壓力越高），蛋白質(zhì)分子過(guò)度展開(kāi)，過(guò)度展開(kāi)的蛋白質(zhì)分子通過(guò)疏水相互作用形成難溶聚集體，導(dǎo)致花生粕NSI下降，因此，在本實(shí)驗(yàn)條件下，最佳?？字睆綖?2mm。

2.1.2 物料含水量對(duì)花生粕NSI的影響 準(zhǔn)確稱取5份花生粕粉，每份2500g，分別置于調(diào)粉機(jī)中進(jìn)行調(diào)粉，在擠壓溫度60℃、轉(zhuǎn)速200r/min的條件下進(jìn)行擠壓，?？字睆?2mm。物料含水量對(duì)花生粕NSI的影響如圖2所示。

從圖2中可以看出，隨著物料含水量的增加，花生粕NSI在含水量12%時(shí)達(dá)到最大值（74.15%），含水量超過(guò)12%，NSI有所下降。這可能是由于物料含水量影響擠壓腔內(nèi)產(chǎn)生的摩擦力、擠壓力和剪切力[4]，如物料含水量低，物料輸送快，含水量高，物料輸送困難，不便擠壓，在這兩種狀態(tài)下物料在擠壓腔內(nèi)所受的力就小[5]，但蛋白質(zhì)分子只有在一定外力的作用下，才能破壞蛋白質(zhì)分子的共價(jià)鍵和氫鍵、范德華力、疏水鍵、鹽鍵等蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)的部分次生鍵，蛋白質(zhì)致密的結(jié)構(gòu)才能受到破壞，水分子較易進(jìn)入球蛋白內(nèi)部同蛋白分子發(fā)生水合作用，從而提高花生粕NSI。因此，在本實(shí)驗(yàn)條件下最佳的物料含水量為12%。

圖2 物料含水量對(duì)花生粕NSI的影響Fig.2 Effect of water content on NSI of defatted peanut flour

2.1.3 擠壓溫度對(duì)花生粕NSI的影響 準(zhǔn)確稱取5份花生粕粉，每份2500g，分別置于調(diào)粉機(jī)中進(jìn)行調(diào)粉，使調(diào)粉后的物料含水量為12%，在轉(zhuǎn)速200r/min的條件下進(jìn)行擠壓，?？字睆?2mm。擠壓溫度對(duì)花生粕NSI的影響，如圖3所示。

圖3 擠壓溫度對(duì)花生粕NSI的影響Fig.3 EffectofextrusiontemperatureonNSIofdefattedpeanutflour

從圖3中可以看出，蛋白質(zhì)在低于變性溫度范圍內(nèi)，隨擠壓溫度的升高，花生粕NSI在溫度65℃時(shí)達(dá)到最大值（77.56%），超過(guò)65℃NSI反而有所下降，這可能是由于擠壓溫度在50～65℃范圍內(nèi)，提高溫度能促使二硫鍵斷裂為巰基，防止蛋白質(zhì)分子之間的聚集作用，從而提高花生粕NSI，若擠壓溫度過(guò)高（超過(guò)65℃）反過(guò)來(lái)又會(huì)促進(jìn)二硫鍵的形成，同時(shí)蛋白的球形結(jié)構(gòu)變成棒狀結(jié)構(gòu)，大量疏水基團(tuán)外露，反而降低花生粕NSI。因此，在本實(shí)驗(yàn)條件下最適宜的擠壓溫度為65℃。

2.1.4 轉(zhuǎn)速對(duì)花生粕NSI的影響 準(zhǔn)確稱取5份花生粕粉，每份2500g，分別置于調(diào)粉機(jī)中進(jìn)行調(diào)粉，使調(diào)粉后的物料含水量為12%，在擠壓溫度65℃的條件下進(jìn)行擠壓，?？字睆?2mm。轉(zhuǎn)速對(duì)花生粕NSI的影響，如圖4所示。

從圖4中可以看出，在轉(zhuǎn)速150～300r/min的范圍內(nèi)，花生粕NSI有明顯上升的趨勢(shì)，當(dāng)轉(zhuǎn)速300r/min時(shí)，NSI最高（81.14%）。這可能是由于隨著轉(zhuǎn)速的提高，機(jī)腔內(nèi)物料的剪切強(qiáng)度不斷增大，維持蛋白空間結(jié)構(gòu)的非共價(jià)鍵將被破壞。但當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)300r/min時(shí)，花生粕NSI開(kāi)始下降，這可能是由于物料在機(jī)腔內(nèi)停留的時(shí)間較短，維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的非共價(jià)鍵未被破壞就被擠壓出來(lái)，使NSI降低。因此，在本實(shí)驗(yàn)條件下最佳的螺桿轉(zhuǎn)速為300r/min。

圖4 轉(zhuǎn)速對(duì)花生粕NSI的影響Fig.4 Effect of screw speed on NSI of defatted peanut flour

2.2 響應(yīng)面分析方案及工藝優(yōu)化結(jié)果

對(duì)物料含水量Z1、擠壓溫度Z2、轉(zhuǎn)速Z3作如下變換：X1=Z1－12，X2=（Z2－65）/5，X3=（Z3－300）/25，以花生粕NSI為響應(yīng)值（Y）。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2（其中15個(gè)處理中，1～12是析因?qū)嶒?yàn)；13～15是中心實(shí)驗(yàn)，用來(lái)估計(jì)實(shí)驗(yàn)誤差）。

表2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理Table 2 Central composite experimental design and the results

回歸方程中各變量對(duì)指標(biāo)（響應(yīng)值）影響的顯著性，由F檢驗(yàn)來(lái)判定，概率P（F＞Fα）的值愈小，則相應(yīng)變量的顯著程度越高。含水量的P值小于0.01，表明其對(duì)花生粕NSI指數(shù)的影響極顯著。整體的回歸方程的P值小于0.01，回歸方程也是極其顯著的。相關(guān)系數(shù)R2=0.9810，說(shuō)明響應(yīng)值（NSI）的變化有98.10%來(lái)源于所選變量，即物料含水量、擠壓溫度和轉(zhuǎn)速。因此回歸方程可以較好地描述各因素與響應(yīng)值之間的真實(shí)關(guān)系，可以利用回歸方程確定最佳擠壓工藝條件。

在選取的各因素范圍內(nèi)，根據(jù)回歸模型通過(guò)Design－Expert軟件分析得出，花生粕擠壓改性最佳工藝條件為：物料含水量11.77%、擠壓溫度65.05℃、轉(zhuǎn)速299.75r/min，考慮到實(shí)際操作的便利，將工藝參數(shù)更正為：物料含水量11.8%、擠壓溫度65℃、螺桿轉(zhuǎn)速300r/min。在此工藝條件下，實(shí)際測(cè)得NSI為82.20%，回歸模型預(yù)測(cè)NSI可達(dá)82.54%，實(shí)際測(cè)定值比理論預(yù)測(cè)值低0.004%，說(shuō)明該數(shù)學(xué)模型能較好地預(yù)測(cè)各因素與NSI之間的關(guān)系。

根據(jù)擬合函數(shù)，每?jī)蓚€(gè)因素對(duì)NSI作出響應(yīng)面?？紤]到定性分析各因素與NSI的關(guān)系，固定兩個(gè)因素時(shí)，另外一個(gè)因素均做“0”處理，具體因素水平見(jiàn)表1，圖5直觀地反映了各因素對(duì)響應(yīng)值的影響。

圖5 各因素對(duì)花生粕NSI影響的響應(yīng)曲面圖Fig.5 Response surface charts of NSI of defatted peanut flour

表3 回歸分析結(jié)果Table 3 Analysis of variance and significance of the response surface quadratic regression model

采用Design－Expert軟件對(duì)響應(yīng)值與各因素進(jìn)行回歸擬合后，得到的回歸方程如下：33mgGAE/g和140mgGAE/g之間，測(cè)定結(jié)果高于其他實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果。原因可能是該方法并不僅限于酚類物質(zhì)，很多非酚類物質(zhì)，如抗壞血酸以及一些糖類化合物，同樣可以與F－C試劑反應(yīng)[15]；其次，有報(bào)道沒(méi)食子酸作標(biāo)準(zhǔn)時(shí)其反應(yīng)活性和吸收值較Trolox高[16]，這也可能致使F－C法實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏高。

3 結(jié)論

DPPH、ABTS和F－C實(shí)驗(yàn)中，枇杷花的水、甲醇和乙醇三種溶劑提取物的抗氧化活性強(qiáng)弱順序基本一致，水提物＞甲醇提取物＞乙醇提取物，其中F－C實(shí)驗(yàn)結(jié)果當(dāng)量數(shù)值最大；FRAP實(shí)驗(yàn)敏感性較差，TE值較低，且三種溶劑提取物的抗氧化活性強(qiáng)弱順序略有不同。通過(guò)四種抗氧化活性評(píng)價(jià)方法比較得出，枇杷花水提物和甲醇提取物的抗氧化活性要高于乙醇提取物。因此，可以推斷枇杷花中的酚類化合物在乙醇中溶解得較少。本實(shí)驗(yàn)為枇杷花中酚類物質(zhì)的進(jìn)一步研究提供了理論依據(jù)。

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Influence of extrusion on NSI of defatted peanut flour

LU Rui，DONG Hai-zhou*，LIU Chuan-fu，RAN Xin-yan
（College of Food Science and Engineering，Shandong Agricultural University，Taian 271018，China）

The defatted peanut flour were extruding processed.Based on single-factor experiments and taking NSI as the evaluating index，the experiment mathematical model was established according to Box-Behnken central composite experiment design.The results showed that the optimum extrusion conditions for modify were die throat diameter was 12mm，water content was 11.8%，extrusion temperature was 65℃，screw speed was 300 r/min，in this condition，the NSI of defatted and low-degeneration peanut dregs was 82.20%，which was improved by 15.42%compared to unextruded.

defatted peanut flour；extrusion；NSI

TS229

A

1002－0306（2012）01－0119－04

2010－12－14 *通訊聯(lián)系人

盧蕊（1985－），女，在讀碩士，研究方向：糧食、油脂與植物蛋白工程。