于殿宇，王 彤，王 旭，劉 芳，劉春成，劉濱城，郭亞男

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擠壓膨化預(yù)處理工藝優(yōu)化提高大豆蛋白粉品質(zhì)

于殿宇1，王 彤1，王 旭1，劉 芳1，劉春成1，劉濱城1※，郭亞男2

（1. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，哈爾濱 150030； 2. 九三集團(tuán)哈爾濱惠康食品有限公司，哈爾濱 150060）

該文對大豆擠壓膨化預(yù)處理工藝進(jìn)行研究，制得優(yōu)質(zhì)膨化大豆蛋白粉。以大豆為原料，研究利用擠壓膨化機(jī)對經(jīng)破碎及調(diào)質(zhì)的大豆進(jìn)行處理，替代部分預(yù)處理工序，再經(jīng)榨油機(jī)榨出部分油脂制得膨化大豆蛋白粉的方法。試驗(yàn)通過單因素和響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)研究擠壓膨化大豆含水率、膨化溫度、螺桿轉(zhuǎn)速和?？卓讖綄Υ蠖闺迕富钚缘挠绊?，結(jié)果表明：當(dāng)調(diào)質(zhì)含水率為9.0%、膨化溫度160 ℃、螺桿轉(zhuǎn)速270 r/min及?？卓讖?8 mm時膨化后大豆脲酶活性為0.021 U/g，同時經(jīng)透射電鏡顯示膨化后大豆中的脂肪外露明顯，經(jīng)榨油機(jī)壓榨再經(jīng)粉碎制得膨化大豆蛋白粉，豆粉中脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)7.1%，氮溶解指數(shù)（nitrogen solubility index, NSI）80.5%，實(shí)現(xiàn)了通過擠壓膨化替代軟化、軋坯、蒸炒工藝，簡化了生產(chǎn)工序。

擠壓；壓榨；優(yōu)化；大豆；膨化大豆蛋白粉；脲酶活性

0 引 言

大豆是一種優(yōu)質(zhì)的營養(yǎng)源，其主要成分有蛋白質(zhì)和脂肪。其中，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為40%，脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為20%[1-3]。以大豆為原料制得的大豆蛋白粉具有較高的營養(yǎng)價值，是很好的植物性蛋白來源[4-6]。工業(yè)上通常將大豆榨油后的餅粕粉碎制成動物飼料，但是由于大豆中含有較多的抗?fàn)I養(yǎng)因子，會抑制營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，使動物產(chǎn)生不良的生理反應(yīng)，對動物的健康和生長性能產(chǎn)生不良影響[7-10]。

在飼料生產(chǎn)中，通過浸出法得到的豆粕，含油率較低[11]，一般需要向其中添加2%～3%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的油脂，然而，添加了油脂后的飼料會產(chǎn)生混合不均勻的現(xiàn)象，造成蛋白粉中油脂穩(wěn)定性較差，容易酸敗。而通過機(jī)械壓榨法，餅粕中殘油率較高[12]，符合飼料生產(chǎn)要求，但其中抗?fàn)I養(yǎng)因子含量較高，且機(jī)械壓榨過程長時間處于高溫環(huán)境下，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性程度較大，不利于飼料蛋白粉的生產(chǎn)。

擠壓膨化是一種高溫短時的處理工藝，而大部分抗?fàn)I養(yǎng)因子是熱敏性物質(zhì)，因而在高溫下可以使其失活[13-15]。因此通過擠壓膨化處理，可以很好地降低和消除大豆中的抗?fàn)I養(yǎng)因子。此外，擠壓膨化技術(shù)還具有生產(chǎn)效率高、原料適用性廣、改善實(shí)用品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)[16-18]。李楊等[19]的研究表明，將大豆進(jìn)行擠壓膨化，再采用水酶法對大豆蛋白進(jìn)行提取，可以有效地提高大豆總蛋白的得率。Jiang等[20]提出擠壓膨化技術(shù)可以有效降低大豆中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，并將擠壓膨化工藝應(yīng)用到了飼料生產(chǎn)領(lǐng)域。Cha等[21]研究表明經(jīng)過擠壓膨化工藝，脫脂大豆粉的氮溶解指數(shù)（nitrogen solubility index, NSI）有所提高。目前國內(nèi)外已有大量關(guān)于擠壓膨化的研究，但是關(guān)于膨化大豆蛋白粉的加工研究還很少。通過擠壓膨化結(jié)合壓榨工藝不僅降低飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，相比于機(jī)械壓榨制油方法，其殘油率較低，而且可以保持蛋白質(zhì)變性程度較低。

在對大豆中的抗?fàn)I養(yǎng)因子進(jìn)行滅活時，評價指標(biāo)有蛋白質(zhì)溶解度，脲酶活性，抗胰蛋白酶活性等[22-24]。其中，抗胰蛋白酶活性可以用來直接反映大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子水平。但是由于測定大豆的抗胰蛋白酶活性耗費(fèi)時間長，成本高，工業(yè)上很少使用此方法。脲酶在大豆中的含量與抗胰蛋白酶含量相似，反應(yīng)時的失活程度也相似，相比于抗胰蛋白酶活性，具有成本低，耗時短，方法簡便可行等優(yōu)點(diǎn)[25]。因此，工業(yè)上常使用脲酶活性作為檢測大豆中抗?fàn)I養(yǎng)因子的指標(biāo)。

本文以大豆為原料進(jìn)行破碎及調(diào)質(zhì)，通過擠壓膨化機(jī)使原料中更多的油脂外露，減少油脂與蛋白質(zhì)的結(jié)合力，經(jīng)榨油機(jī)榨出部分油脂，制得含有一定油脂且氮溶解指數(shù)較高的膨化大豆蛋白粉。擠壓膨化過程中以原料的脲酶活性為指標(biāo)，對擠壓膨化過程的主要參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并對擠壓膨化效果及產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行了分析，以期通過擠壓膨化過程代替機(jī)械壓榨制油方法中的軟化、軋坯及蒸炒等步驟，得到飼料行業(yè)需要的低變性并且含油一定量油脂的大豆蛋白粉。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及設(shè)備

大豆：脲酶活性5.36 U/g，含水率14.2%，含油率18.3%，蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)41.2%。大豆各工序的原料均取自哈爾濱九三集團(tuán)生產(chǎn)現(xiàn)場，化學(xué)試劑購自中國化學(xué)試劑網(wǎng)。

擠壓膨化機(jī)設(shè)備，美國INSTA-PRO 2000型膨化機(jī)，產(chǎn)量15 t/d；榨油機(jī)，美國INSTA-PRO 5005型榨油機(jī)，產(chǎn)量15 t/d；電子分析天平，梅勒特-托利多儀器（上海）有限公司；離心機(jī)，北京醫(yī)用離心機(jī)廠；磁力攪拌器，邦西儀器科技（上海）有限公司；半自動定氮儀，上海纖檢儀器有限公司；索氏抽提器，天津玻璃儀器廠；消化儀，上海纖檢儀器有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 膨化大豆蛋白粉制備的方法

首先將大豆進(jìn)行清理篩選，進(jìn)入破碎機(jī)進(jìn)行破碎，使其破碎成8～10瓣，再將破碎的大豆放入調(diào)質(zhì)塔進(jìn)行水分調(diào)節(jié)，將調(diào)質(zhì)塔熱風(fēng)加熱至120℃，使熱風(fēng)與破碎后的大豆進(jìn)行熱交換，調(diào)節(jié)大豆豆瓣的水分，最終大豆的出塔溫度為60℃。通過調(diào)節(jié)進(jìn)入調(diào)質(zhì)塔的熱風(fēng)量，對大豆豆瓣進(jìn)行干燥去水和調(diào)質(zhì)，使大豆達(dá)到預(yù)期的效果。再通過變速喂料絞龍送入擠壓膨化機(jī)，研究擠壓膨化中含水率、膨化溫度、螺桿轉(zhuǎn)速及?？卓讖郊皩υ洗蠖怪须迕富钚缘挠绊?，根據(jù)預(yù)試驗(yàn)，選擇相應(yīng)擠壓膨化工藝參數(shù)進(jìn)行單因素及響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。擠壓膨化優(yōu)化后的物料在壓榨溫度130℃，壓榨壓力3.5 MPa，物料含水率6%條件下，經(jīng)壓榨機(jī)榨出擠壓膨化的大豆部分油脂，榨油后餅粕經(jīng)過冷卻處理，再進(jìn)行粉碎，從而制備膨化大豆蛋白粉，細(xì)度為100目，降至室溫后儲存，以期替代原有機(jī)械壓榨工藝中的部分工序。其工藝流程如下。

本文工藝流程如下：

大豆→清理→破碎→調(diào)質(zhì)→擠壓膨化→壓榨→粉碎→膨化大豆蛋白粉

1.2.2機(jī)械壓榨大豆蛋白粉制備的方法

機(jī)械壓榨大豆工藝主要方法：首先將大豆進(jìn)行清理篩選，進(jìn)入破碎機(jī)進(jìn)行破碎，使其破碎成4～6瓣，再進(jìn)行軟化、軋坯、蒸炒，調(diào)節(jié)含水率13%以下，軋坯過程坯片厚度小于0.4 mm，蒸炒溫度為100℃。蒸炒后的物料在壓榨溫度130℃，壓榨壓力3.5 MPa，物料含水率6%條件下，經(jīng)壓榨機(jī)榨出物料部分油脂，榨油后餅粕經(jīng)過冷卻處理，再進(jìn)行粉碎，從而制備膨化大豆蛋白粉，細(xì)度為100目，降至室溫后儲存。其工藝流程如下。

機(jī)械壓榨工藝流程如下：

大豆→清理→破碎→軟化-軋坯-蒸炒→壓榨→粉碎→壓榨大豆蛋白粉

1.2.3 試驗(yàn)設(shè)計

1）單因素試驗(yàn)

利用擠壓膨化預(yù)處理工藝制備膨化大豆蛋白粉，根據(jù)預(yù)試驗(yàn)選擇大豆含水率、膨化溫度、螺桿轉(zhuǎn)速和?？卓讖?個因素對大豆脲酶活性的影響進(jìn)行單因素試驗(yàn)。選擇工藝條件分別為：膨化溫度為155℃，螺桿轉(zhuǎn)速為260 r/min，?？卓讖綖?8 mm，研究大豆含水率為6.0%、8.0%、10.0%、12.0%、14.0%時對大豆脲酶活性的影響；螺桿轉(zhuǎn)速為260 r/min，模孔孔徑為18 mm，大豆含水率為10.0%，研究膨化溫度分別為125、135、145、155、165 ℃時對大豆脲酶活性的影響；膨化溫度為155 ℃，模孔孔徑為18 mm，大豆含水率為10.0%，研究螺桿轉(zhuǎn)速為220、240、260、280、300 r/min對大豆脲酶活性的影響；膨化溫度為155 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速為260 r/min，大豆含水率為10.0%，研究模孔孔徑為14、16、18、20、22 mm對大豆脲酶活性的影響。

2）響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用Box-Benhnken中心組合設(shè)計，以膨化溫度（）、螺桿轉(zhuǎn)速（）、?？卓讖剑ǎ?、含水率（）為自變量，以脲酶活性（）為響應(yīng)值設(shè)計四因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)，因素水平編碼見表1。

表1 因素水平表

1.2.4 擠壓膨化效果的研究

通過透射電鏡研究擠壓膨化后大豆的特性，同時，在黑河格潤糧油有限公司機(jī)械壓榨工藝生產(chǎn)線上提取壓榨前的大豆原料，通過透射電鏡研究大豆原料的特性。

1.2.5 大豆主要指標(biāo)的測定

脲酶活性的測定：脲酶活性的高低，可以反映大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子的破壞程度。國家規(guī)定大豆中脲酶活性的測定方法為滴定法，但實(shí)際生產(chǎn)中多采用操作簡便，可快速指導(dǎo)生產(chǎn)的pH增值法[26]。2種方法差別較大，本試驗(yàn)采用GB/T 8622-2006 規(guī)定的滴定法測定脲酶活性[27-28]。

NSI值的測定：稱取過60目篩的豆粉1.5 g，置于250 mL的燒杯中，準(zhǔn)確移入配制的濃度為0.2%KOH溶液，在磁力攪拌器上攪拌20 min。取攪拌好的溶液50 mL轉(zhuǎn)移至離心管中，以2 700 r/min的速度離心10 min。用移液管吸取上清液15 mL，放入消化管中，用凱氏定氮法測定其粗蛋白質(zhì)含量。同時，用凱氏定氮法測定原樣中的粗蛋白質(zhì)含量[29]。本試驗(yàn)采用GB5009.5-2016的方法測定氮溶解指數(shù)。樣品中氮溶解指數(shù)NSI計算見公式（1）。

殘油率的測定參照GB/T 14488.1-2008《植物油料含油量測定》進(jìn)行測定。

水分的測定參照GB/T 6435-2014《飼料中水分的測定》進(jìn)行測定。

蛋白質(zhì)含量的測定參照GB/T 6432-1994《飼料中粗蛋白測定方法》進(jìn)行測定。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法

所有指標(biāo)的測定都重復(fù)3次，試驗(yàn)結(jié)果以平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差值表示，數(shù)據(jù)采用Origin 7.5 與Design Expert 8.0.6進(jìn)行分析和繪制。用SPSS 17.0進(jìn)行ANOVA單因素方差分析，并采用Ducan檢驗(yàn)（<0.05）檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 擠壓膨化條件對大豆中脲酶活性的影響

2.1.1 調(diào)質(zhì)的大豆含水率對大豆脲酶活性的影響

以大豆為原料，膨化溫度為155℃，螺桿轉(zhuǎn)速為260 r/min，?？卓讖綖?8 mm，研究大豆含水率為對大豆脲酶活性的影響，結(jié)果如圖1所示。

注： 膨化溫度為155℃，螺桿轉(zhuǎn)速為260 (r·min-1)，模孔孔徑為18 mm。

由圖1可知，脲酶活性隨著含水率的增加呈逐漸增大的趨勢，在含水率小于10%時，脲酶活性變化不顯著，在含水率大于10.0%時，脲酶活性顯著升高。這是因?yàn)楹瘦^低時，物料較干，通過模孔時受到較高的?？趬毫?，易堵塞且不易通過，從而增加了物料在擠壓腔內(nèi)的停留時間，受熱時間變長，脲酶由于被鈍化處于較低水平；而隨著含水率的逐漸增大，物料成為流體狀態(tài)，物料在?？谔幍膲毫p小，能順利通過?？?，受熱時間短且受力作用小，脲酶的活性處于較高的水平。綜上所述，含水率10.0%是大豆擠壓膨化工藝的最佳條件。

2.1.2 膨化溫度對脲酶活性的影響

螺桿轉(zhuǎn)速為260 r/min，模孔孔徑為18 mm，大豆含水率為10.0%，研究膨化溫度對大豆脲酶活性的影響，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，隨著擠壓膨化機(jī)膨化溫度的升高，脲酶活性呈減小趨勢，當(dāng)溫度低于155 ℃時，脲酶活性降低趨勢顯著，當(dāng)溫度高于155 ℃時，脲酶活性降低趨勢不顯著，趨于平緩。這是因?yàn)殡S著膨化溫度的升高，脲酶逐漸被鈍化，當(dāng)溫度達(dá)到165 ℃時，接近完全失活。綜上所述，膨化溫度對脲酶活性有很大的影響，考慮到高溫要消耗更多的電能和熱能，以及高溫對膨化產(chǎn)品外觀色澤的影響，膨化溫度155 ℃是大豆擠壓膨化工藝的最佳條件。

注：大豆含水率為10%，螺桿轉(zhuǎn)速為260 (r·min-1)，?？卓讖綖?8 mm。

2.1.3 擠壓膨化機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速對大豆脲酶活性的影響

膨化溫度為155 ℃，?？卓讖綖?8 mm，大豆含水率為10.0%，研究螺桿轉(zhuǎn)速對大豆脲酶活性的影響，結(jié)果如圖3所示。

注： 大豆含水率為10%，膨化溫度為155 ℃，模孔孔徑為18 mm。

由圖3可知，脲酶活性隨著螺桿轉(zhuǎn)速變化總的趨勢是先下降然后趨于平緩的趨勢。這是因?yàn)槁輻U轉(zhuǎn)速主要影響大豆粉料在擠壓腔內(nèi)滯留的時間，因此直接影響了物料在擠壓腔內(nèi)的受熱時間。在低螺桿轉(zhuǎn)速水平下物料在機(jī)筒內(nèi)受熱時間較長，有利于抗?fàn)I養(yǎng)因子的失活，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，螺桿的剪切力逐漸增大，有利于抗?fàn)I養(yǎng)因子的鈍化，脲酶活性降低的趨勢，但螺桿轉(zhuǎn)速較高極大的縮短了物料在機(jī)筒內(nèi)的滯留時間，由于受熱不充分，脲酶活性又有略微的升高趨勢。豆洪啟[30]在對擠壓膨化大豆的工藝及品質(zhì)進(jìn)行研究時，研究了螺桿轉(zhuǎn)速對脲酶活性的影響，其變化趨勢與本文相似，證明了試驗(yàn)的可靠性。綜上所述，螺桿轉(zhuǎn)速260 r/min是大豆擠壓膨化工藝的最佳條件。

2.1.4 擠壓膨化機(jī)模孔孔徑對大豆脲酶活性的影響

膨化溫度為155 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速為260 r/min，大豆含水率為10.0%，研究模孔孔徑對大豆脲酶活性的影響，根據(jù)出料的量調(diào)節(jié)進(jìn)料絞龍電機(jī)的頻率，結(jié)果如圖4所示。

注： 大豆含水率為10%，膨化溫度為155 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速為260 (r·min-1)。

由圖4可知，隨著?？卓讖降脑龃?，大豆脲酶活性呈現(xiàn)先逐漸降低又逐漸升高的趨勢。當(dāng)?？卓讖捷^小時，進(jìn)料絞龍喂料速度較慢，機(jī)筒中的填充程度不足，螺桿剪切力較小，使機(jī)筒內(nèi)壓力較低，脲酶活性較高。當(dāng)?？卓讖街饾u增大時，進(jìn)料絞龍喂料速度逐漸加快，機(jī)筒中的填充程度、螺桿剪切力逐漸增大，使機(jī)筒內(nèi)壓力升高，脲酶活性逐漸降低。當(dāng)?？卓讖匠^18 mm時，出料阻力逐漸降低，機(jī)內(nèi)的壓力相對減小，鈍化脲酶活性的強(qiáng)度較低，脲酶活性逐漸升高。綜上所述，模孔孔徑18 mm是大豆擠壓膨化工藝的最佳條件。

2.2 二次回歸方程的建立分析與驗(yàn)證

試驗(yàn)設(shè)計方案及結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面設(shè)計方案及試驗(yàn)結(jié)果

將試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到脲酶活性（）對膨化溫度（）、螺桿轉(zhuǎn)速（）、?？卓讖剑ǎ⒑浚ǎ┑幕貧w方程為公式（2）

=+0.14?0.22?0.013+0.21+0.52?0.28?

0.14+0.17+0.060+0.23+0.53+

0.682+0.222+1.332+1.012（2）

利用Design Expert 8.0.6軟件對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。

表3 方差分析結(jié)果

由表3可知，回歸方程的因變量與自變量之間存在的線性關(guān)系明顯，該模型回歸顯著，失擬項不顯著，并且該模型2=0.992 2，2=0.984 5，整體模型= 127.96，<0.000 1，模型極顯著，表明通過回歸方程可以看出，因變量與所有自變量之間具有顯著的線性關(guān)系，即這種試驗(yàn)方法是可靠的。表3中失擬項=0.42，=0.878 9，失擬項不顯著，表明該模型選擇正確，模型中的調(diào)整系數(shù)2=0.984 5，說明98.45%的響應(yīng)值變化可以通過模型進(jìn)行解釋，相關(guān)系數(shù)2=0.992 2，說明該模型與試驗(yàn)擬合良好?？梢杂么四Ｐ蛠矸治龊皖A(yù)測脲酶活性。圖5分別給出了膨化溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、?？卓讖揭约昂蕦﹄迕富钚缘慕换プ饔玫捻憫?yīng)曲面圖。

由圖5可以看出，4個變量：膨化溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、?？卓讖?、含水率，在兩兩交互時，保持其中2個變量不變，隨著另外2個變量的增加，脲酶活性呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。其中，膨化溫度（）和螺桿轉(zhuǎn)速（）、膨化溫度（）和含水率（）、螺桿轉(zhuǎn)速（）和含水率（）、?？卓讖剑ǎ┖秃剩ǎ┲g交互作用極顯著，膨化溫度（）和?？卓讖剑ǎ┲g交互作用較為顯著，螺桿轉(zhuǎn)速（）和?？卓讖剑ǎ┙换プ饔脤﹄迕富钚缘挠绊懴鄬^小。

圖5 脲酶活性響應(yīng)面圖

應(yīng)用響應(yīng)面優(yōu)化分析方法對回歸模型進(jìn)行分析，尋找最優(yōu)響應(yīng)結(jié)果見表4。

表4 響應(yīng)面尋優(yōu)及驗(yàn)證結(jié)果

如表4所示，為檢驗(yàn)在響應(yīng)面優(yōu)化出的條件下所得結(jié)果的可靠性，按照上述整理值進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，得到的脲酶活性為0.023 U/g，響應(yīng)面優(yōu)化的預(yù)測值與試驗(yàn)值之間的擬合性良好，從而也就證實(shí)了模型的有效性。

2.3 擠壓膨化效果透射電鏡觀察

擠壓膨化工藝和機(jī)械壓榨制油工藝大豆透射電鏡的超微結(jié)構(gòu)圖見圖6。由圖6可見，a為經(jīng)過擠壓膨化后的大豆，其中右下方體積較小呈圓形的物質(zhì)為油脂體，從圖中可以看出大豆細(xì)胞被破壞，細(xì)胞結(jié)構(gòu)不明顯，油脂體外露，且分布均勻，體積較大的為蛋白質(zhì)，呈現(xiàn)較規(guī)則的圓形，分布在油脂體四周；b為軟化、軋坯、蒸炒后的大豆，其中細(xì)胞結(jié)構(gòu)未被完全破壞，圖中細(xì)小的呈顆粒狀的物質(zhì)為油脂體，分布較為集中且外露不徹底，蛋白質(zhì)呈現(xiàn)不規(guī)則形態(tài)，且分布較為分散。通過對比，可以看出經(jīng)過擠壓膨化工藝后，油脂體外露程度較高，更加有利于后續(xù)榨油工藝，降低餅粕的殘油率，提高大豆餅粕的品質(zhì)。此外，通過圖6中蛋白質(zhì)形態(tài)結(jié)構(gòu)變化，可以看出經(jīng)過機(jī)械壓榨工藝中的軟化、軋坯、蒸炒等工序后，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)被破壞，且分布較為松散，而經(jīng)過擠壓膨化的大豆，仍能保持蛋白質(zhì)的正常形態(tài)，蛋白質(zhì)變性程度較低，通過后續(xù)產(chǎn)品品質(zhì)測定中的蛋白質(zhì)含量和NSI值測定，對擠壓膨化效果進(jìn)一步驗(yàn)證。

圖6 擠壓膨化大豆超微結(jié)構(gòu)

2.4 膨化大豆蛋白粉產(chǎn)品品質(zhì)的測定

將制備的膨化大豆蛋白粉和用機(jī)械壓榨制油工藝生產(chǎn)的蛋白粉分別按照1.2.5中測定方法進(jìn)行產(chǎn)品品質(zhì)測定，檢測指標(biāo)結(jié)果如表5所示。

表5 不同工藝生產(chǎn)大豆蛋白粉的檢測指標(biāo)

由表5可知，經(jīng)過擠壓膨化預(yù)處理再進(jìn)行壓榨工藝得到的膨化大豆蛋白粉，其含水率為6.4%、NSI值為80.5%，均優(yōu)于機(jī)械壓榨法經(jīng)過軟化、軋坯、蒸炒的工藝。這主要是因?yàn)闄C(jī)械壓榨制油經(jīng)過長時間的蒸炒，導(dǎo)致大豆中水分流失較多，而較低的含水率不利于后續(xù)壓榨，導(dǎo)致壓榨后殘油率較高，并且機(jī)械壓榨制油過程長時間處于高溫環(huán)境下，會使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞，變性程度高。另外，經(jīng)過擠壓膨化工藝得到的產(chǎn)品中油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.1%，較機(jī)械壓榨法制油工藝產(chǎn)品油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，既可以在壓榨過程提高大豆出油率，又能省去向飼料中加入油脂的過程，避免了混合加油不均勻的現(xiàn)象，改善了飼料外觀，且蛋白粉中含油脂穩(wěn)定性更好，降低了生產(chǎn)成本。在脲酶活性方面，經(jīng)過擠壓膨化后的脲酶活性明顯低于機(jī)械壓榨法，證明本文研究的工藝方法能夠有效地抑制抗?fàn)I養(yǎng)因子的活性，使其能夠更好地應(yīng)用到飼料的加工生產(chǎn)中。

3 討 論

本文以大豆為原料，研究了大豆擠壓膨化技術(shù)生產(chǎn)膨化大豆蛋白粉的方法：將經(jīng)過清理除雜、破碎等前處理后的大豆放入擠壓膨化機(jī)中，研究含水率、膨化溫度、螺桿轉(zhuǎn)速和?？卓讖?個因素對大豆擠壓膨化工藝進(jìn)行優(yōu)化，最終得到大豆擠壓膨化的最佳工藝參數(shù)。在擠壓膨化后，將膨化大豆進(jìn)行壓榨法制油。但是大部分大豆經(jīng)壓榨法制油后，具有較高的殘油率，因此，本文將經(jīng)過壓榨后得到的豆餅進(jìn)行粉碎，制得含有一定油脂成分的膨化大豆蛋白粉。

本試驗(yàn)以脲酶活性為指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)和四因素三水平響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計確定出最佳工藝參數(shù)為大豆含水量9.0%、膨化溫度160℃、螺桿轉(zhuǎn)速270 r/min、?？卓讖?8 mm，最佳工藝參數(shù)的條件下得到的膨化大豆脲酶活性為0.021 U/g，進(jìn)而制備膨化大豆蛋白粉。經(jīng)過平行試驗(yàn)驗(yàn)證，響應(yīng)面分析優(yōu)化值與試驗(yàn)結(jié)果一致性較好，試驗(yàn)具有很高的可行性。豆洪啟[30]研究了全脂豆粉中擠壓膨化工藝參數(shù)：物料水分、喂料速度、螺桿轉(zhuǎn)速和機(jī)筒溫度對脲酶活性、植酸含量等抗?fàn)I養(yǎng)因子的影響，結(jié)果表明經(jīng)過擠壓膨化，大豆中脲酶活性顯著降低，與本文結(jié)果相一致。本文對膨化大豆進(jìn)行了透射電鏡觀察，根據(jù)其超微結(jié)構(gòu)圖，可以看出，經(jīng)過擠壓膨化工藝，油脂體外露充分，更加有利于后續(xù)榨油工藝，因此通過壓榨法去除原料中部分油脂。此外，根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量檢測結(jié)果，表明相比于機(jī)械壓榨制油工藝，擠壓膨化工藝得到的產(chǎn)品，其脲酶活性顯著降低且NSI值仍保持在較高水平。說明經(jīng)過擠壓膨化技術(shù)得到的大豆蛋白粉可以有效地保存其營養(yǎng)成分，并且含有一定量的油脂，節(jié)省向其中加入油脂的步驟，降低了生產(chǎn)成本。

4 結(jié) 論

1）試驗(yàn)對擠壓膨化預(yù)處理工藝進(jìn)行優(yōu)化，得到最佳工藝條件為：大豆含水率9.0%、膨化溫度160℃、螺桿轉(zhuǎn)速270 r/min及?？卓讖?8 mm，在此條件下，膨化后大豆脲酶活性為0.021 U/g。

2）在最佳工藝條件下，經(jīng)過擠壓膨機(jī)處理得到的原料中的大部分脂肪外露明顯，大豆脲酶活性得到了有效控制，脲酶活性符合飼料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，同時大豆的蛋白變性程度小，保持較高NSI的值。

3）利用擠壓膨化預(yù)處理替代原有機(jī)械壓榨工藝中的軟化、軋坯、蒸炒工藝，簡化了生產(chǎn)工序，膨化大豆蛋白粉的NSI高達(dá)80.5%，豆粉中脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)7.1%，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

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Optimal extrusion pretreatment process improving quality of soybean protein powder

Yu Dianyu1, Wang Tong1, Wang Xu1, Liu Fang1, Liu Chuncheng1, Liu Bincheng1※, Guo Yanan2

(1.150030,; 2.150060)

China is a big agricultural country, and soybean production ranks the forefront of the world. Soybean is a high quality nutrient source, and the main nutrient in soybean is soybean protein with the content of about 40%. Soybean protein powder is the soybean meal after oil extraction, which can improve the utilization of soybeans and the economic value to a large extent. Besides, soybean oil is rich in unsaturated fatty acids, and it can effectively reduce plasma cholesterol, prevent cardiovascular disease, and promote lipid metabolism to prevent subcutaneous fat’s accumulation. Extrusion is a high-temperature and short-term treatment process, and most of the anti-nutritional factors are heat-sensitive substances, and thus can be inactivated in high temperature. Extrusion technology has the advantages of high production efficiency, wide applicability of raw materials and improvement of practical quality. The traditional soybean oil process has leaching and pressing methods, but the leaching method causes a certain amount of solvent residue, and the squeezing process rate is relatively low. In order to improve the utilization of soybean meal and meet the requirements of today’s soybean production process, in this paper, soybeans were used as raw material to study the method that uses extrusion machine to process the broken, quenched and washed soybeans, instead of steaming fry and rolling billet process, and then squeezes part of the oil to make the extruded soybean protein powder. The effects of water content, extrusion temperature, screw speed and pore aperture on the urease activity of soybeans were studied by single factor and response surface optimization. The results showed that the urease activity of soybean meal was 0.021 U/g under the conditions of water content 9.0%, extrusion temperature 160 ℃, screw speed 270 r/min, and pore aperture 18 mm. The method of response surface analysis was used to optimize the soybean extrusion technology parameters, and the extruded soybean protein powder was prepared according to the optimized process parameters. Extruded soybean protein powder is usually used as animal feed. Compared with the defatted protein powder, it is more in line with the requirements of the aquaculture industry feed, and the method reduces the step of adding fat to the feed, simplifies the feed processing process, and effectively reduces the cost of production; protein powder containing oil has a better stability and is not easy to rancidity. In addition, the effect of extrusion was observed by transmission electron microscopy, and according to the results, the fat in soybean was exposed. Finally, the indices of extruded soybean protein powder prepared by extrusion and traditional oil extraction method were measured. The results show that the product of extruded soybean protein powder has a fat content of 7.1%, and NSI (nitrogen solubility index) value of 80.5%, and the extrusion process can be applied to the processing of feed. In this experiment, the original soybean oil pressing process is improved, the soybean extrusion step is increased, and the soybean meal after crushing can be made into extruded soybean protein powder, which reduces the step of adding oil, reduces production costs, improves the utilization of soybeans, and extends the industrial chain.

extrusion; pressing; optimization; soybean; extruded soybean protein powder; urease activity

2017-10-10

2018-01-23

“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃重點(diǎn)專項（2016YD0401402）；國家自然科學(xué)基金面上項目（31571880）

于殿宇，博士，主要從事糧油精深加工技術(shù)研究。Email：dyyu2000@126.com

劉濱城，高級工程師，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工研究。 Email：bincheng97@sina.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.04.035

TS214

A

1002-6819(2018)-04-0285-08

于殿宇，王 彤，王 旭，劉 芳，劉春成，劉濱城，郭亞男. 擠壓膨化預(yù)處理工藝優(yōu)化提高大豆蛋白粉品質(zhì)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2018，34(4)：285－292.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.04.035 http://www.tcsae.org

Yu Dianyu, Wang Tong, Wang Xu, Liu Fang, Liu Chuncheng, Liu Bincheng, Guo Yanan. Optimal extrusion pretreatment process improving quality of soybean protein powder[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(4): 285－292. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.04.035 http://www.tcsae.org