羅 垠，陳 野，李 鵬，楊 葉

(天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津 300457)

擠壓加工對豆渣中可溶性膳食纖維和豆渣物性的影響

羅 垠，陳 野，李 鵬，楊 葉

(天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津 300457)

以豆渣粉為原料，通過優(yōu)化擠壓加工條件，提高豆渣中可溶性膳食纖維(SDF)的含量并改善豆渣物性．通過單因素實驗，豆渣擠壓的最佳工藝條件為：溫度160,℃，物料水分25%，轉(zhuǎn)速100,r/min．優(yōu)化擠壓條件后，豆渣中可溶性膳食纖維含量與原始豆渣相比從2.6%增加至30.1%．豆渣粉擠壓前后的物性實驗表明：擠壓豆渣在水溶性、膨脹性和乳化性方面與原始豆渣粉相比分別提高10.4%、15.6%和130%．豆渣粉的差示掃描量熱(DSC)分析結(jié)果表明：擠壓豆渣粉在200,℃以下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；掃描電子顯微鏡(SEM)觀察擠壓豆渣結(jié)構(gòu)，可以看出其纖維結(jié)構(gòu)有明顯的熱降解現(xiàn)象．

豆渣；擠壓；可溶性膳食纖維；物性

Keywords：soybean residue；extrusion；soluble dietary fiber；physical properties

豆渣是豆腐、豆腐皮、腐竹、豆奶等大豆制品加工中的主要副產(chǎn)物，約占全豆干質(zhì)量的15%～20%．國內(nèi)大豆食品行業(yè)每年約產(chǎn)出2,000萬噸濕豆渣[1]．我國大豆產(chǎn)量高，豆制品加工發(fā)達，但副產(chǎn)品——豆渣利用率非常低，除少部分作為飼料外，大部分作為廢料棄掉，資源浪費極大，同時又造成環(huán)境污染．

膳食纖維對人體健康有著很重要的生理功能[2]，具有預(yù)防肛腸疾病和心血管疾病[3]、減輕體重、改善糖尿病患者的健康狀況[3–5]、改善口腔和牙齒功能、防治膽結(jié)石等生理功效．豆渣富含膳食纖維，是一種極為理想的纖維素源[6]．

本研究利用擠壓技術(shù)對豆渣進行處理，確定最佳工藝條件并且對其物性的改善進行分析，旨在提高其可溶性膳食纖維的含量，對豆渣作為食品配料的用途有著重要的意義．

1 材料與方法

1.1 材料

豆渣粉，天津濱海圣玉豆制品廠，經(jīng)60,℃鼓風(fēng)干燥粉碎過40目篩得到；α–淀粉酶、糖化酶和蛋白酶，Sigma公司．

1.2 工藝流程

首先對豆渣粉進行調(diào)濕，然后利用SYSLG32–Ⅱ型擠壓機(濟南賽百諾科技開發(fā)有限公司)以特定的溫度與轉(zhuǎn)速對豆渣進行擠壓，收集擠壓后的豆渣，在60,℃下進行烘干處理，最后粉碎得到擠壓豆渣粉．

1.3 單因素實驗方法

測定不同條件對豆渣中可溶性膳食纖維含量的影響，實驗分別設(shè)置物料水分為15%、20%、25%、30%、35%；擠壓機轉(zhuǎn)速為80、100、120、140、160,r/m in；擠壓溫度為130、140、150、160、170,℃．

動力系統(tǒng)作為水下航行器的“心臟”一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的重點對象. 近年來, 隨著減阻技術(shù)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化的快速發(fā)展, 高性能艦船及水下航行器的速度得到大幅提升, 同時也對水下推進裝置提出了更高要求. 按照推進方式的不同可將水下兵器推進系統(tǒng)分為葉片式與噴射式兩種, 由于葉片在高轉(zhuǎn)速下會產(chǎn)生“空化”現(xiàn)象, 導(dǎo)致螺旋槳喪失部分推力, 推進效率嚴重降低, 同時也會造成葉片的空蝕損傷, 70 Knot也就成為采用螺旋槳推進方式的水下兵器不可逾越的速度極限[1].

1.4 豆渣物性檢測[7]

將擠壓后的豆渣和未經(jīng)處理的豆渣分別進行篩選，過40、60、80和100目的篩子，然后進行物性的測定．

1.4.1 水溶性的測定

準確稱取0.500,g豆渣于200,m L燒杯中，加入50,m L蒸餾水，在90,℃恒溫水浴鍋中連續(xù)攪拌30,m in后，3,000 r/m in離心15,m in，取出上清液于105,℃烘干至恒質(zhì)量，稱殘留物質(zhì)量．

1.4.2 膨脹性的測定

準確稱取1.000,g豆渣，放入帶刻度的玻璃試管中，加入10,m L蒸餾水，攪拌均勻后，在室溫下靜置24,h，讀出豆渣此時的體積分數(shù)．

1.4.3 乳化性的測定

1,g/L的豆渣溶液24,m L，加入8,m L大豆色拉油，于剪切乳化儀中10,000,r/m in攪打1,m in后，立即于容器底部取樣50,μL，用0.1%的SDS溶液稀釋適當倍數(shù)，混勻后500,nm處測定吸光度，以SDS溶液為空白．

式中：ρ為樣品質(zhì)量濃度，g/m L；φ為乳化液中油相的體積分數(shù)；L為比色杯光徑，95,mm；N為稀釋倍數(shù)；A0為起始乳化液的吸光度．

1.5 熱分析

稱取3～5,mg豆渣，放入鋁制坩堝，蓋上坩堝蓋，置于壓樣機中壓蓋，將坩堝放入DSC–60A型差示掃描量熱儀(日本島津公司)中檢測，從室溫升至200,℃，升溫速度為5,℃/m in，分析熱變化規(guī)律．

1.6 結(jié)構(gòu)觀察

經(jīng)過幾次95%乙醇和蒸餾水清洗后，豆渣中膳食纖維經(jīng)過濾器過濾，乙基乙醚洗滌，干燥．干燥的豆渣用JSM–6380型掃描電子顯微鏡(日本電子公司)觀察其結(jié)構(gòu)變化．

1.7 可溶性膳食纖維的測定

采用AACC32-06方法[8]測定可溶性膳食纖維(SDF)的含量．

2 結(jié)果與討論

2.1 擠壓單因素實驗結(jié)果

2.1.1 物料水分

在擠壓溫度160,℃、擠壓轉(zhuǎn)速120,r/m in條件下，測定不同物料水分對豆渣SDF含量的影響，結(jié)果如圖1所示．

圖1 豆渣水分對豆渣SDF含量的影響Fig.1 Effect of water content of soybean residue on content of SDF

從圖1中可以看到水分從15%～35%的變化過程中，SDF含量先增后減．豆渣水分在25%時，豆渣中SDF含量最高．調(diào)節(jié)物料中的水分可以改變豆渣的輸送特性，使其在機筒中更好地被輸送；另一方面，豆渣水分高低可以影響擠壓過程中剪切力、壓力和摩擦力大小，進而影響到SDF含量的多少．當豆渣中水分小于25%時剪切力增大，但豆渣過干造成機筒極易堵塞，不利于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)．當水分大于25%時，豆渣在機筒中容易發(fā)生打滑，減小了剪切力，不利于豆渣中SDF含量的增加．同時由于剪切力減小而造成纖維物料降解程度降低[9]，影響SDF含量的增加．

2.1.2 擠壓轉(zhuǎn)速

在物料水分25%、擠壓溫度160,℃條件下，測定不同擠壓轉(zhuǎn)速對豆渣SDF含量的影響，結(jié)果如圖2所示．

從圖2可以看出：當轉(zhuǎn)速為100,r/m in時，SDF含量最大，豆渣在機筒中停留時間足夠長，使物料充分得到剪切、摩擦以及高溫的作用，從而提高了SDF的含量．而當轉(zhuǎn)速高于100,r/m in時，豆渣在機筒中的滯留時間過短，未獲得足夠的加熱作用與擠壓作用，因而隨著轉(zhuǎn)速的增高SDF的含量下降．

圖2 擠壓轉(zhuǎn)速對豆渣SDF含量的影響Fig.2 Effect of revolution speed on content of SDF

2.1.3 擠壓溫度

在物料水分25%、擠壓轉(zhuǎn)速100,r/m in條件下，測定不同擠壓溫度對豆渣SDF含量的影響，結(jié)果如圖3所示．

圖3 擠壓溫度對豆渣SDF含量的影響Fig.3 Effect of extrusion temperature on content of SDF

由圖3可以看出：在擠壓溫度130～160,℃時，隨著溫度的升高，SDF的含量逐漸增加．這是由于溫度升高使纖維素發(fā)生熱降解，因此SDF的含量也就越高．而溫度高于160,℃時，豆渣在機筒中焦糊，并堆積結(jié)成硬塊堵塞機筒，SDF的含量迅速下降．

2.1.4 比較擠壓前后豆渣成分含量的變化

通過AACC32-06方法測定豆渣粉和最優(yōu)擠壓條件下擠壓豆渣粉的成分含量變化，結(jié)果見表1．

表1 擠壓前后豆渣成分含量的變化Tab.1 Changes in com ponent of raw and extruded soybean residue

從表中可以看出，通過單因素優(yōu)化擠壓加工條件后，擠壓豆渣粉的可溶性膳食纖維量比未擠壓的豆渣粉提高了10倍．

2.2 豆渣物性的變化

2.2.1 擠壓對豆渣水溶性的影響

從表2中可以看出經(jīng)過擠壓后的豆渣水溶性得到了明顯的提高，其增幅為10.4%．這是由于不可溶的纖維通過擠壓轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄岳w維[10]，同時，高溫使豆渣中殘存蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，削弱了蛋白質(zhì)之間的疏水作用，從而提高了豆渣的水溶性．

表2 擠壓對豆渣水溶性的影響Tab.2 Effect of extrusion processing on water-soluble of soybean residue

2.2.2 擠壓對豆渣膨脹性的影響

擠壓對豆渣膨脹性的影響見表3．擠壓后的豆渣膨脹性要高于未處理的豆渣，其增幅為15.6%.這可能是由于纖維高聚物連接鍵的斷裂，使大分子向小分子方向裂解，增加了物料的表面積，從而提高了豆渣的膨脹性．

2.2.3 擠壓對豆渣乳化性的影響

從表4可以看出，擠壓后豆渣的乳化性要優(yōu)于未擠壓豆渣，其增幅為130%．這可能是由于蛋白分子結(jié)構(gòu)受到擠壓所帶來高剪切力的破壞，使部分包埋在分子內(nèi)部的疏水基因暴露出來，促進了親水—疏水性質(zhì)的平衡，從而提高了乳化性．

表4 擠壓對豆渣乳化性的影響Tab.4 Effect of extrusion processing on emulsifying of soybean residue

2.3 差示掃描量熱(DSC)分析

從圖4中可以看出，經(jīng)130,℃和160,℃擠壓處理豆渣的DSC曲線趨勢基本一致．在90～100,℃表現(xiàn)為豆渣水分的吸熱，其后至200,℃沒有出現(xiàn)吸放熱的變化，說明在200,℃之前經(jīng)擠壓處理過的豆渣具有熱穩(wěn)定，這對于豆渣粉作為焙烤食品等的膳食纖維添加劑有著重要意義．

圖4 經(jīng)130,℃和160,℃擠壓后豆渣的DSC圖Fig.4 DSC of 130 ℃ extruded and 160 ℃ extruded soybean

2.4 掃描電子顯微鏡(SEM)觀察結(jié)果

由圖5可以看出，經(jīng)高溫(160,℃)擠壓的豆渣結(jié)構(gòu)上要比經(jīng)中溫(130,℃)的疏松，并且表面更為粗糙．出現(xiàn)這種情況的原因可能是：擠壓的高剪切力使纖維之間的連接鍵斷開；中溫擠壓時，已經(jīng)有一部分鍵被打開，但是沒有高溫時打開的多且明顯，這是因為足夠高的溫度使纖維之間的連接鍵獲得打開所需要的能量，從而將鍵打開，使纖維向小分子結(jié)構(gòu)降解；同時也有可能是半纖維素的釋放[11]．

圖5 130 ℃和160 ℃擠壓后豆渣的SEM圖Fig.5 SEM of 130 ℃ extruded and 160 ℃ extruded soybean

3 結(jié) 論

通過單因素實驗，豆渣擠壓的最佳工藝條件為：溫度160,℃，水分25%，轉(zhuǎn)速100,r/m in．經(jīng)過擠壓的豆渣粉中可溶性膳食纖維量比未擠壓豆渣粉提高了10倍．擠壓豆渣粉在水溶性、膨脹性和乳化性方面有明顯的提高．通過DSC分析得出：擠壓后的豆渣在200,℃以下具有熱穩(wěn)定性．從SEM圖中可以看出，經(jīng)高溫擠壓豆渣的原有結(jié)構(gòu)被破壞，發(fā)生熱降解．

［1］ 陳霞，趙貴興，孫子重. 大豆加工副產(chǎn)物：豆渣及油腳的利用[J]. 黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006(6)：57-60.

［2］ 謝潔，周劍新. 膳食纖維及其發(fā)展前景[J]. 廣西質(zhì)量監(jiān)督導(dǎo)報，2008(7)：136-137.

［3］ A leixandre A，M iguel M. Dietary fiber in the prevention and treatment of metabolic syndrome：A review[J]. Crit Rev Food Sci Nutr，2008，48(10)：905-912.

［4］ 田學(xué)森. 豆渣纖維的提取及臨床降糖實驗觀察[J]. 河南預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志，2003，14(3)：136-137.

［5］ Weickert M O，Pfeiffer A F. Metabolic effects of dietary fiber consumption and prevention of diabetes[J]. J Nutr，2008，138(3)：439-442.

［6］ 張延坤. 膳食纖維在食品中的應(yīng)用[J]. 食品工業(yè)，1997(6)：30-32.

［7］ 劉傳富，董海洲，張瑞霞，等. 擠壓膨化豆渣理化性質(zhì)的研究[J]. 中國糧油學(xué)報，2009，24(2)：55-58.

［8］ 鄭建仙. 功能性膳食纖維[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：159-161.

［9］ 婁海偉，遲玉杰. 擠壓蒸煮對豆渣中可溶性膳食纖維含量的影響[J]. 中國糧油學(xué)報，2009，24(6)：31-35.

［10］錢建亞，丁霄霖. 膳食纖維的雙螺桿擠壓改性(Ι)：擠壓對大豆膳食纖維的影響[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè)，1995(6)：24-28.

［11］Aoe S，Nakaoka M，Ido K，et al. Availability of dietary fiber in extruded wheat bran and apparent digestibility in rats of coexisting nutrients[J]. Cereal Chemistry，1989，66(4)：252-256.

Effect of Extrusion Processing on Soluble Dietary Fiber and Physical Properties of Soybean Residue

LUO Yin，CHEN Ye，LI Peng，YANG Ye
(College of Food Engineering and Biotechnology，Tianjin University of Science & Technology，Tianjin 300457，China)

TE626.24

A

1672-6510(2011)02-0005-04

2010–10–11；

2010–12–25

天津市科技支撐計劃項目(10ZCKFN01900)

羅 垠（1986—），男，天津人，碩士研究生；通信作者：陳 野，教授，博士，chenye@tust.edu.cn.