張嵐，金思文，于寒松，劉俊梅，樸春紅，王玉華，胡耀輝，*（.吉林醫(yī)藥學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院，吉林吉林0；.集安市疾病預(yù)防控制中心，吉林集安400；.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春08）

高濕擠壓條件對(duì)含豆渣組織蛋白中膳食纖維的影響

張嵐1，金思文2，于寒松3，劉俊梅3，樸春紅3，王玉華3，胡耀輝3，*
（1.吉林醫(yī)藥學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院，吉林吉林132013；2.集安市疾病預(yù)防控制中心，吉林集安134200；3.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130118）

摘要：分析了高濕擠壓操作條件對(duì)含豆渣組織蛋白中膳食纖維的影響，為評(píng)價(jià)高濕擠壓生產(chǎn)高膳食纖維組織蛋白產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)特性提供理論基礎(chǔ)。以豆渣為主要原料，采用雙螺桿擠壓機(jī)在豆渣含量（0%～60%）、物料水分（50%～60%）、擠壓溫度（130℃～150℃）條件下擠壓制備組織蛋白。應(yīng)用酶-重量法測(cè)定組織蛋白中總膳食纖維、不溶性膳食纖維和可溶性膳食纖維含量，比較擠壓前后產(chǎn)品膳食纖維含量變化，分析擠壓條件對(duì)可溶性膳食纖維含量的影響。結(jié)果表明，豆渣可顯著增加組織蛋白產(chǎn)品膳食纖維含量（P<0.05）；物料水分增加不利于不溶性膳食纖維降解，擠壓溫度升高促進(jìn)不溶性膳食纖維降解。含豆渣組織蛋白膳食纖維豐富，高濕擠壓可在一定程度上提高產(chǎn)品中可溶性膳食纖維含量。

關(guān)鍵詞：高濕擠壓；豆渣；組織蛋白；可溶性膳食纖維

豆渣是傳統(tǒng)豆制品加工的副產(chǎn)物，富含蛋白和膳食纖維[1-2]。膳食纖維是一種天然有機(jī)高分子化合物，在人體內(nèi)具有重要的生理作用，是維持人體健康必不可少的，特別是可溶性膳食纖維對(duì)人體健康更加重要。過去，豆渣被作為廢棄物直接丟棄或作為廉價(jià)飼料應(yīng)用，或作為廢棄物扔掉，造成大量?jī)?yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)資源的浪費(fèi)并對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，隨著科學(xué)的發(fā)展及人類文化素質(zhì)的提高，人們已經(jīng)從營(yíng)養(yǎng)學(xué)的角度重新認(rèn)識(shí)豆渣。經(jīng)研究證明，傳統(tǒng)豆制品生產(chǎn)后，大豆中的部分營(yíng)養(yǎng)成分殘留在豆渣中。食用豆渣可以降低血液中膽固醇的含量，減少糖尿病人對(duì)胰島素的消耗；豆渣中豐富的膳食纖維可以預(yù)防腸癌，并能達(dá)到減肥的功效，因此，豆渣被視為一種新的保健食品來源。將豆渣作為主要原料采用雙螺桿擠壓機(jī)生產(chǎn)組織化蛋白，可以提高組織蛋白產(chǎn)品中的膳食纖維含量，使產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)均衡，同時(shí)可以規(guī)避動(dòng)物疾病帶來的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)滿足人們對(duì)低脂肪、低熱量食品的需求。

高濕擠壓是是近20年國(guó)際新興的食品加工技術(shù)，物料水分高達(dá)40%以上，利用該技術(shù)能夠生產(chǎn)組織化程度更高，食用方便、營(yíng)養(yǎng)豐富的組織化蛋白產(chǎn)品，本試驗(yàn)以豆渣、大豆分離蛋白、谷朊粉按不同比例混合，采用雙螺桿擠壓機(jī)在不同物料水分及擠壓溫度下對(duì)不同混合物進(jìn)行擠壓，對(duì)組織化蛋白中的總膳食纖維、不溶性膳食纖維及可溶性膳食纖維進(jìn)行測(cè)定，探討高濕擠壓條件對(duì)含豆渣組織蛋白膳食纖維的影響。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

鮮豆渣：實(shí)驗(yàn)室制備，以大豆∶水按1∶10（g/L）比例浸泡12 h，勻速投料，反復(fù)投料5次，分離制得鮮豆渣，鮮豆渣經(jīng)鼓風(fēng)干燥箱低溫烘干（45℃），利用高速粉碎機(jī)初粉，粉末經(jīng)超微粉碎至可過200目篩，備用；大豆分離蛋白（HGK-A807凝膠型）：哈高科大豆食品有限公司；小麥活性谷朊粉：西澤牌，扶風(fēng)縣谷物蛋白廠，原料基本組成成分見表1。

表1　原料基本組成成分Table 1　Basic components of raw materials

95%乙醇、氫氧化鈉、乙酸，溴甲酚綠、重鉻酸鉀、酸洗硅藻土：分析純；MES、TRIS、熱穩(wěn)定α-淀粉酶溶液、中性蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶：購自北京鼎國(guó)昌盛生物技術(shù)有限責(zé)任公司。

1.2儀器與設(shè)備

EV25型雙螺桿擠壓機(jī)工作站：法國(guó)CLEXTRAL公司；SX2-2.5-10型馬福爐：廣州滬瑞明儀器有限公司；K1100F型全自動(dòng)凱氏定氮儀：濟(jì)南海能儀器股份有限公司；ZHWY-200B型恒溫培養(yǎng)振蕩器：上海智誠(chéng)分析儀器制造有限公司。

1.3方法

1.3.1擠壓及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

固定操作參數(shù)喂料速度為2 kg/h，螺桿轉(zhuǎn)速為250 r/min，變量操作參數(shù)為物料體系、物料水分及擠壓溫度。采用法國(guó)克萊斯特羅雙螺桿擠壓機(jī)工作站，進(jìn)行高水分?jǐn)D壓。主要技術(shù)參數(shù)為模口直徑4 mm，加熱段6段，采用4℃冷卻水迅速降溫。豆渣含量范圍0%、30%、45%、60%，固定谷朊粉添加比例為35%，按比例添加大豆分離蛋白，混合均勻，獲得4組原料。擠壓時(shí)調(diào)整物料體系水分至50%、55%、60%，擠壓溫度分別為130、140、150℃，析因設(shè)計(jì)A（4×3×3），獲得36組含豆渣組織蛋白樣品。每次調(diào)整操作參數(shù)后需當(dāng)擠壓機(jī)各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定后才可均勻取樣，擠壓產(chǎn)品自然冷卻，一式兩份。

1.3.2膳食纖維的測(cè)定方法

膳食纖維測(cè)定方法GB/T 5009.88-2008《食品中膳食纖維的測(cè)定》（酶重量法）；蛋白質(zhì)測(cè)定方法GB 5009.5-2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》；灰分測(cè)定方法GB 5009.4-2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中灰分的測(cè)定》。

1.3.3數(shù)據(jù)分析

采用SPSS16.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2　結(jié)果與分析

2.1豆渣含量對(duì)組織化蛋白中膳食纖維的影響

圖1表示豆渣含量對(duì)組織化蛋白中膳食纖維的影響。

圖1　豆渣含量對(duì)組織化蛋白中膳食纖維的影響Fig.1　Effect of soybean residues content on dietary fiber in textured protein

從圖1中可以看出，隨著原料中豆渣含量增加，產(chǎn)品中的總膳食纖維（DF）、不溶性膳食纖維（IDF）及可溶性膳食纖維（SDF）的含量均顯著增加（P<0.05），當(dāng)豆渣含量為60%時(shí)，產(chǎn)品中可溶性膳食纖維含量最高，為11.2 g/100 g。這是因?yàn)樵现兄饕纳攀忱w維來源是豆渣，而大豆分離蛋白與谷朊粉中幾乎不含膳食纖維。

2.2物料水分對(duì)組織化蛋白中膳食纖維的影響

圖2代表物料水分對(duì)組織化蛋白中膳食纖維的影響。

圖2　物料水分對(duì)組織化蛋白中膳食纖維的影響Fig.2　Effect of moisture content on dietary fiber in textured protein

由圖2可知，物料水分增加，組織蛋白中總膳食纖維、不溶性膳食纖維及可溶性膳食纖維變化不顯著。其中不溶性膳食纖維隨著物料水分增加而略有增加，可溶性膳食纖維隨水分增加而略有降低的趨勢(shì)。這可能是因?yàn)?，原料中水分含量增加，?huì)導(dǎo)致物料在機(jī)筒內(nèi)黏性下降，因此，擠壓機(jī)模頭壓力降低，影響了擠壓對(duì)纖維的降解程度所造成的。

2.3擠壓溫度對(duì)組織化蛋白中膳食纖維的影響

圖3代表擠壓溫度對(duì)組織化蛋白膳食纖維的影響。

圖3　擠壓溫度對(duì)組織化蛋白中膳食纖維的影響Fig.3　Effect of cooking temperature on dietary fiber in textured protein

由圖3可知，擠壓溫度對(duì)產(chǎn)品中總膳食纖維含量幾乎無影響。而擠壓溫度升高，產(chǎn)品不溶性膳食纖維略降低，而可溶性膳食纖維含量相應(yīng)增加。這說明，擠壓溫度升高，會(huì)促進(jìn)纖維降解，使不溶性膳食纖維轉(zhuǎn)化為可溶性膳食纖維。

2.4擠壓前后膳食纖維的變化

圖4～圖6代表擠壓前后組織蛋白中總膳食纖維、不溶性膳食纖維及可溶性膳食纖維的變化情況。

圖4　擠壓后組織蛋白中總膳食纖維的變化情況Fig.4　Changes of total dietary fiber in textured protein after extrusion

圖5　擠壓后組織蛋白中不溶性膳食纖維的變化情況Fig.5　Changes of insoluble dietary fiber in textured protein after extrusion

圖6　擠壓后組織蛋白中可溶性膳食纖維的變化情況Fig.6　Changes of soluble dietary fiber in textured protein after extrusion

從圖4中我們可以看出，當(dāng)原料中添加豆渣后，原料及產(chǎn)品中總膳食纖維含量顯著增加，而經(jīng)過擠壓后，產(chǎn)品中總膳食纖維含量與擠壓前幾乎不變。從圖5中可知，擠壓后產(chǎn)品中不溶性膳食纖維含量均較擠壓前有所降低。且豆渣含量為30%時(shí)，不溶性膳食纖維降低最多，隨豆渣含量增加，不溶性膳食纖維降解越少。從圖6中可知，擠壓后產(chǎn)品中可溶性膳食纖維均較擠壓前增加。豆渣含量為30%時(shí)，可溶性膳食纖維增加最多，增量為2.2%，這與不溶性膳食纖維降解及轉(zhuǎn)化是相對(duì)應(yīng)的。

2.5擠壓條件及組織化蛋白中膳食纖維的相關(guān)性分析

表2表示擠壓條件及組織化蛋白中膳食纖維的相關(guān)系數(shù)。

表2　擠壓條件及組織化蛋白中膳食纖維的相關(guān)系數(shù)Table 2　Correlation coefficient among extruder parameters and dietary fiber

表2結(jié)果表明，物料水分與擠壓溫度與組織化蛋白中總膳食纖維、不溶性膳食纖維及可溶性膳食纖維無顯著相關(guān)性。而豆渣含量與組織化蛋白中總膳食纖維、不溶性膳食纖維及可溶性膳食纖維均呈高度正相關(guān)（r=0.996，0.994，0.984；P<0.01）；總膳食纖維與不溶性膳食纖維及可溶性膳食纖維均呈高度正相關(guān)（r= 0.997，0.989；P<0.01）；不溶性膳食纖維與可溶性膳食纖維呈高度正相關(guān)（r=0.975；P<0.01）。說明，在考察的豆渣含量，物料水分及擠壓溫度的操作范圍內(nèi)，豆渣對(duì)于產(chǎn)品中膳食纖維的影響最為顯著，而物料水分與擠壓溫度幾乎無影響。

3　討論

豆渣膳食纖維的水溶性成分很低（2%～3%），大大低于美國(guó)學(xué)者Richard E和Donald J提出的可溶性纖維（SDF）占總膳食纖維含量的10%以上才是較適宜的膳食纖維構(gòu)成[3]。

擠壓提高膳食纖維水溶性的影響因素有擠壓溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、物料含水量、物料粒度、進(jìn)料速度、物料酸堿性、擠壓機(jī)類型、原料種類等。要保證擠出過程的穩(wěn)定及順利進(jìn)行，加水量、螺桿轉(zhuǎn)速、擠出溫度等各個(gè)因素之間要協(xié)調(diào)。

金茂國(guó)等用雙螺桿擠壓機(jī)對(duì)干燥豆渣進(jìn)行擠壓，發(fā)現(xiàn)在雙螺桿擠壓中，螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)可溶性膳食纖維影響最大，其次為物料水分和擠壓溫度[4]。鄭建仙等采用雙螺桿擠壓機(jī)對(duì)不同粒度蔗渣進(jìn)行纖維改性，經(jīng)擠壓后可溶性膳食纖維顯著提高[5]。劉金霞等[6]采用雙螺桿低水分?jǐn)D壓小麥膳食纖維，可溶性膳食纖維提高。易文芝等以玉米粉、大米粉和豆渣粉為原料，用雙螺桿擠壓機(jī)擠壓膨化，認(rèn)為豆渣添加量為8%情況下，擠壓后可溶性膳食纖維含量隨溫度的升高而增加，但增加不顯著，本研究結(jié)果與其一致[7]。婁海偉等研究認(rèn)為，當(dāng)物料水分為10%～40%之間，可溶性膳食纖維含量隨物料水分增加而增加，當(dāng)物料水分為25%時(shí)，豆渣可溶性膳食纖維最好，但繼續(xù)增加物料水分，可溶性膳食纖維降低[8]。大多數(shù)報(bào)道物料擠壓后SDF變化明顯，但少數(shù)研究表明擠壓對(duì)SDF含量影響較小，主要是由擠壓條件造成，在輕度或者中度的擠壓條件下，擠壓蒸煮沒有顯著改變膳食纖維含量，在更加劇烈的擠壓條件下，水溶性膳食纖維含量趨于增加[9-10]。但當(dāng)條件太劇烈時(shí)，易造成SDF結(jié)構(gòu)的破壞，不利于SDF含量的提高[11]。以上研究均為在低水分條件下，擠壓膨化工藝對(duì)產(chǎn)品可溶性膳食纖維含量的影響。

本研究采用的是高濕擠壓技術(shù)，物料水分高于50%，此時(shí)，豆渣添加量是影響產(chǎn)品中可溶性膳食纖維的主要因素，而物料水分和擠壓溫度在考察的范圍內(nèi)對(duì)產(chǎn)品可溶性膳食纖維影響不大，不過也遵循一定的規(guī)律，物料水分增加，可溶性膳食纖維降低，擠壓溫度升高，可溶性膳食纖維含量增加。

物料中的水分一方面調(diào)節(jié)物料的濕潤(rùn)程度、物料形變特性以及物料的輸送特性，另一方面，物料水分影響機(jī)筒內(nèi)壓力、摩擦力及剪切力大小。物料水分增加使物料形變性和輸送特性增強(qiáng)，降低機(jī)筒內(nèi)壓力、摩擦力及剪切力，使物料在機(jī)筒內(nèi)停留時(shí)間縮短，不利于纖維分子斷裂，因此，不溶性膳食纖維轉(zhuǎn)化為低分子量水溶性膳食纖維的程度降低。而物料水分低有利于可溶性膳食纖維的提高。本研究物料水分為50%以上，因此認(rèn)為，在高水分條件下，機(jī)筒內(nèi)壓力及剪切力降低，導(dǎo)致不溶性膳食纖維降解程度降低，表現(xiàn)為產(chǎn)品中可溶性膳食纖維含量降低。

擠壓溫度是影響擠壓效果的重要因素。擠壓過程是高溫高剪切過程，在這一過程中，物料溫度隨擠壓溫度升高，機(jī)筒內(nèi)壓力增加，剪切力增加，不溶性膳食纖維發(fā)生熱力分解，導(dǎo)致纖維高聚物糖苷鍵斷裂，形成可溶性微粒，實(shí)現(xiàn)IDF（纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、不溶性果膠等）向SDF的轉(zhuǎn)變[12]。Redgwell等研究柑橘的擠壓改性，發(fā)現(xiàn)擠壓后可溶性柑橘纖維單糖成分中糖醛酸（果膠指示物）含量的增高，表明擠壓過程果膠物質(zhì)的增溶，而甘露糖和葡萄糖的增加表明了細(xì)胞壁中半纖維素聚合物結(jié)構(gòu)的降解。并且對(duì)擠壓后的SDF進(jìn)行化學(xué)分餾后，發(fā)現(xiàn)擠壓條件相對(duì)溫和的情況下能引起半纖維素的增溶，而條件劇烈的情況下可能引起纖維素的降解[13]。Onyango報(bào)道，擠壓過程SDF的增加是IDF片段增溶的結(jié)果，細(xì)胞壁中木質(zhì)纖維素鏈的斷裂，導(dǎo)致低分子可溶性片段的形成[14]。Zarzyck等報(bào)道這種方式形成的可溶性膳食纖維保持有不溶性片段的化學(xué)結(jié)構(gòu)，擠壓形成的可溶性片段并不完全具有本來可溶性片段的性質(zhì)[15]。擠壓機(jī)筒溫度高，傳遞給物料的熱量多，物料升溫幅度大，有利于膳食纖維分子的化學(xué)鍵斷裂，親水性增加。但有研究認(rèn)為，擠壓溫度過高，超過170℃，豆渣在機(jī)筒中焦糊，堆積成塊堵塞機(jī)筒，可溶性膳食纖維含量急劇下降[16]。

同時(shí)，在高溫條件下，部分C-O鍵和C-C鍵也斷裂，并產(chǎn)生一些新的產(chǎn)物和低分子揮發(fā)性化合物，提高溶解性[17]。本研究中，擠壓溫度升高，可溶性膳食纖維含量略有增加，這可能是因?yàn)閿D壓溫度升高，化學(xué)鍵斷裂程度逐漸增強(qiáng)，因此，分子降解量和親水性集團(tuán)暴露量增多，轉(zhuǎn)化為低分子質(zhì)量的水溶性聚合物增多，表現(xiàn)為產(chǎn)品中可溶性膳食纖維含量增加。

4　結(jié)論

豆渣可有效改善組織化蛋白產(chǎn)品的膳食纖維含量，使組織化蛋白營(yíng)養(yǎng)更加均衡，滿足人們對(duì)膳食纖維的需求。在高水分條件下，物料水分增加，不利于不溶性膳食纖維降解，產(chǎn)品可溶性膳食纖維含量降低，而擠壓溫度升高，促進(jìn)不溶性膳食纖維降解，產(chǎn)品可溶性膳食纖維增加。同時(shí)，擠壓后，產(chǎn)品中可溶性膳食纖維含量有所增加。

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.24.005

收稿日期：2014-07-10

基金項(xiàng)目：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金（CARS-04）

作者簡(jiǎn)介：張嵐（1980—），女（漢），講師，博士，研究方向：生物反應(yīng)器與功能性食品。

*通信作者

Effect of High-moisture Extrusion on Dietary Fiber in Textured Protein Made from Soybean Residues

ZHANG Lan1，JIN Si-wen2，YU Han-song3，LIU Jun-mei3，PIAO Chun-hong3，WANG Yu-hua3，HU Yao-hui3，*
（1.College of Public Health，Jilin Medical College，Jilin 132013，Jilin，China；2.Ji'an Center for Disease Control and Prevention，Ji'an 134200，Jilin，China；3.College of Food Science and Engeering，Jilin Agricultral University，Changchun 130118，Jilin，China）

Abstract：The effects of extruding operating conditions on dietary fiber in textured protein made from soybean residues were analyzed，and theoretical basis of evaluation on nutritional characteristics of high dietary fiber textured protein that made by high-moisture extrution was provided.Soybean residues as main raw material，textured protein was produced by twin-screw extruder under the condition of soybean residues content（0%-60%），moisture content（50%-60%），cooking temperature（130℃-150℃）.Total dietary fiber，insoluble dietary fiber and soluble dietary fiber content of textured protein were determined by enzyme-weight method，the changes of dietary fiber content were compared before and after extrusion，and the effects of extrusion conditions on the content of soluble dietary fiber were analyzed.The results showed that content of dietary fiber in textured protein increased significantly（P<0.05）with improving of the soybean residues.Moisture content did not favor the degradation of insoluble dietary fiber，however，the cooking temperature could promote the degradation of insoluble dietary fiber.Textured protein，contains soybean residues was rich in protein and dietary fiber，high-moisture extrusion could improve the soluble dietary fiber content in the product.

Key words：high-moisture extrusion；soybean residues；textured protein；soluble dietary fiber