張 雷，趙天彤，齊寶坤，張巧智，王 歡，隋曉楠，李 楊，2，江連洲，2

(1.東北農(nóng)業(yè)大學 食品學院，哈爾濱 150030； 2.國家大豆工程技術(shù)研究中心，哈爾濱 150030)

油脂加工

響應面優(yōu)化水酶法制備大豆粉末油脂

張 雷1，趙天彤1，齊寶坤1，張巧智1，王 歡1，隋曉楠1，李 楊1，2，江連洲1，2

(1.東北農(nóng)業(yè)大學 食品學院，哈爾濱 150030； 2.國家大豆工程技術(shù)研究中心，哈爾濱 150030)

通過水酶法工藝制備的大豆油和大豆蛋白作為制取粉末油脂的芯材和壁材，同時加入復配乳化劑(單甘酯-蔗糖酯1∶1)和壁材麥芽糊精，通過恒溫高速攪拌、高壓均質(zhì)得到一種穩(wěn)定的水包油(O/W)型乳狀液，對其進行噴霧干燥，獲得高含油、無滲油的大豆粉末油脂。通過響應面法設計實驗確定水酶法制備大豆粉末油脂的最優(yōu)工藝條件為：麥芽糊精添加量2.6%，乳化劑添加量1.2%，酪蛋白酸鈉添加量15.2%，固形物含量35.3%，乳化溫度64.5℃。在最優(yōu)工藝條件下制備出總含油率為40.18%，包埋率為94.13%，感官性狀良好，復原乳狀液的乳化程度較高，乳化穩(wěn)定性好的大豆粉末油脂。

大豆；水酶法；粉末油脂；制備；響應面分析法

大豆是我國的主要糧油作物，在我國的油料作物中占有非常重要的地位。水酶法工藝制取大豆油，目前已成為國際上新型的安全、綠色、高提油率工藝[1]。大豆油脂肪酸構(gòu)成理想，含有80%以上不飽和脂肪酸，營養(yǎng)價值較高，但在貯藏、加工和運輸過程中易受外界因素影響，發(fā)生氧化劣變。粉末油脂的制備使用大豆蛋白和麥芽糊精包埋大豆油可有效地解決這個問題，且粉末油脂改變物料的狀態(tài)，提高其貯藏穩(wěn)定性、溶解性和流動性等[2]。

大豆蛋白是很好的表面活性劑，具有很強的乳化特性，可以降低大豆油水的界面張力或可以在液滴間形成靜電或空間阻礙，防止脂肪球的聚集和結(jié)合，還可以增加有效吸附層的厚度和界面黏度，使復合形成乳狀液具有空間和時間上的穩(wěn)定性[3]。麥芽糊精也稱水溶性糊精或酶法糊精，它是以各類淀粉作原料，經(jīng)酶法工藝低程度控制水解轉(zhuǎn)化，提純、干燥而成。其原料是含淀粉質(zhì)的玉米、大米等，價格低廉、來源廣泛。麥芽糊精可以與大豆分離蛋白組合成大豆粉末油脂良好的復合壁材，形成具有良好的沖調(diào)性和氧化穩(wěn)定性、高微膠囊化效率及理想顆粒形態(tài)和粒徑的高質(zhì)量的大豆粉末油脂[4]。

黃鳳洪等[5]采用復合凝聚法對亞麻油進行微膠囊化，制備微膠囊效率高的粉末亞麻油產(chǎn)品。楊曉慧等[6]以椰子油和菜籽油為芯材，噴霧干燥制備非全氫化植物油咖啡伴侶。葛昕[7]以產(chǎn)品功能性為重要指標制備復合茶油微膠囊粉末油脂，具有較高的營養(yǎng)品價值。相比傳統(tǒng)的粉末油脂制備工藝，水酶法制備粉末油脂尚無研究報道。本實驗在水酶法制取大豆油工藝的基礎上[8-9]，利用形成的天然大豆油-大豆蛋白乳液制備粉末油脂，避免了水酶法后期破乳的較高費用并簡化大豆粉末油脂的制備工藝，且制備出粉末油脂比大豆油和大豆蛋白具有更高的收益。通過設計響應面實驗確定水酶法制備大豆粉末油脂的最佳工藝參數(shù)，為新型水酶法大豆粉末油脂的制備提供有力的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

大豆，東北農(nóng)業(yè)大學大豆研究所；Alcalase堿性蛋白酶，北京高瑞森科技有限公司代理銷售；單甘酯、蔗糖酯，丹尼斯克有限公司；麥芽糊精，北京索萊寶科技有限公司；酪蛋白酸鈉，北京奧博星生物科技有限責任公司；氫氧化鈉、鹽酸、石油醚(30～60℃)、氯仿、甲醇等均為分析純。

高速萬能粉碎機，樣品篩，F(xiàn)A2004型電子天平，數(shù)顯攪拌水浴鍋，GL-21M高速冷凍離心機，SC-3614低速離心機，CK96-A快速混勻器，均質(zhì)機，WHL-25A臺式電熱恒溫干燥箱，R-1005旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，SP-1500實驗型噴霧干燥機。

1.2 實驗方法

1.2.1 粉末油脂制備工藝流程

新鮮的大豆進行清理后粉碎，過60目篩，將粉末按1∶6加水混合，用2 mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH 9.26，水浴溫度50℃，加入2.68%的Alcalase堿性蛋白酶，酶解3 h，酶解期間pH、溫度保持初值。酶解后立即用水浴鍋90℃滅酶10 min，酶解液采用臥式離心機4 500 r/min離心30 min得到液相與殘渣。

向液相中添加復合乳化劑(單甘酯-蔗糖酯)和麥芽糊精、酪蛋白酸鈉，將液相經(jīng)過恒溫高速攪拌、高壓均質(zhì)，得到穩(wěn)定的水包油(O/W)型乳狀液。將乳狀液進行噴霧干燥，獲得大豆粉末油脂。

1.2.2 表面含油率的測定[10]

準確稱取2 g的粉末油脂樣品(m)于三角瓶中，用40 mL 30～60℃石油醚在低速攪拌下浸提2 min，立即用漏斗真空泵抽濾，用25 mL石油醚洗滌濾渣2 min，立即用真空泵抽濾2 min，將濾液轉(zhuǎn)移至已恒重的燒杯(m1)中，回收的石油醚在65℃烘箱中烘干至恒重(m2)。通過下式計算粉末油脂的表面含油率。

1.2.3 總含油率的測定[6]

使用氯仿-甲醇提取法。準確稱取3g樣品(m)，加入12mL水溶解后，向溶液中加入15mL氯仿和30mL甲醇，用玻璃棒攪勻；再加入15mL氯仿和15mL蒸餾水，攪拌2min后將上述樣液轉(zhuǎn)移到離心管中，3 000r/min離心10min用移液管移取下層氯仿溶液10mL于恒重的圓底燒瓶(m1)中，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除氯仿，干燥至恒重(m2)。通過下式計算粉末油脂的總含油率。

1.2.4 包埋率的測定

包埋率是一個衡量油脂被包埋程度的標準，定義為實驗被包埋量與理論被包埋量的比值，通過下式計算得到。

1.2.5 乳狀液的乳化穩(wěn)定性測定[11]

將經(jīng)過均質(zhì)得到的乳狀液倒入有刻度的離心管中，60℃恒溫水浴中恒溫30 min，將離心管放入離心機離心15 min(4 500 r/min)取出觀察分層情況，記錄液體總高度(H)與未分層高度(H1)。通過下式計算乳狀液的乳化穩(wěn)定性。

1.2.6 粉末油脂的感官評定及理化指標測定

用感官評定方法評定粉末油脂的氣味、色澤、組織狀態(tài)等感官性狀。

水分含量測定：按照國標GB5009.3—2010食品中水分的測定(105℃恒重法)。

密度測定：將粉末油脂倒入帶刻度的量筒中，計算單位體積粉末油脂的質(zhì)量。

溶解度測定：將粉末油脂樣品溶解于25～30℃的水中，離心，測定沉淀物質(zhì)量，計算粉末油脂的溶解度[11]。

自流角測定：取一定量粉末油脂測定自然堆積的自流角度。

1.2.7 粉末油脂復原乳狀液性能測試[6]

稱取25g粉末油脂樣品于250mL燒杯中，加入70～80℃的熱水200mL，攪拌使其溶解分散，觀察復原乳狀液色澤是否均勻，表面有無結(jié)膜分層，有無顆粒掛壁。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實驗

2.1.1 麥芽糊精添加量對粉末油脂包埋率的影響

麥芽糊精是常用于制備粉末油脂的壁材，現(xiàn)已有實驗用其制備茶油、冷榨菜籽油等粉末油脂產(chǎn)品，其使用量在1%～8%可以形成很好的膜包裹芯材，但不同的實驗用量各異[12-14]。本實驗中設置麥芽糊精的添加量(占水酶法乳狀液質(zhì)量)為1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%，以粉末油脂包埋率為考察指標，確定最適的麥芽糊精添加量。實驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 麥芽糊精添加量對包埋率的影響

從圖1可以看出，麥芽糊精添加量過高或過低，對粉末油脂的包埋效果都不理想。因為麥芽糊精添加量過高，致使乳化液黏度過大，不利于均質(zhì)和噴霧干燥，使包埋效果變差；添加量過低時，不能完全包埋油脂，乳化液的穩(wěn)定性不好，致使包埋率下降。因此，以麥芽糊精添加量為1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%，通過做響應面實驗以確定最佳的麥芽糊精添加量。

2.1.2 乳化劑添加量對乳化穩(wěn)定性的影響

乳化劑是構(gòu)建穩(wěn)定水包油乳狀液體系的重要成分[15]，很多研究表明少量的復配乳化劑(單甘酯-蔗糖酯)可以作為植物油粉末油脂制備的乳化劑，即會有較好的乳化效果[4,16]。本實驗使用復配乳化劑(單甘酯-蔗糖酯1∶1)，選取乳化劑的添加量(占水酶法乳狀液質(zhì)量)為0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%，以乳化穩(wěn)定性為考察指標，確定最適的乳化劑添加量。實驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 乳化劑添加量對乳化穩(wěn)定性的影響

從圖2可以看出，乳化穩(wěn)定性隨著乳化劑添加量的增加而升高，當乳化劑添加量增加到1.0%后，乳化穩(wěn)定性變化不大，呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢。這個過程中可能是起始時乳化劑作用使乳狀液中粒子間作用增強，乳狀液的乳化穩(wěn)定性增加，乳化劑添加達到一定量后，乳化穩(wěn)定性達到最大，乳化劑的作用變小。因此，以乳化劑添加量為0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%，通過做響應面實驗以確定最佳的乳化劑添加量。

2.1.3 酪蛋白酸鈉添加量對乳化穩(wěn)定性和粉末油脂包埋率的影響

酪蛋白酸鈉具有很強的乳化增稠作用，粉末油脂中加入一定量的酪蛋白酸鈉，可以防止脂肪的結(jié)塊和聚集，使其口感更加潤滑[17]。已有研究發(fā)現(xiàn)粉末油脂的制備中添加適量的酪蛋白酸鈉可提高乳化穩(wěn)定性，使包埋率增加[10]。本實驗選取酪蛋白酸鈉的添加量(占水酶法乳狀液和壁材總質(zhì)量)為5%、10%、15%、20%、25%，以乳狀液的乳化穩(wěn)定性和粉末油脂的包埋率為考察指標，確定最適的酪蛋白酸鈉添加量。實驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 酪蛋白酸鈉添加量對乳化穩(wěn)定性和包埋率的影響

從圖3可以看出，添加酪蛋白酸鈉后，在起始階段乳化穩(wěn)定性和包埋率都有迅速的提升，當酪蛋白酸鈉添加量超過15%后，乳化穩(wěn)定性和包埋率變化逐漸趨于平穩(wěn)。因此，以酪蛋白酸鈉添加量為5%、10%、15%、20%、25%，通過做響應面實驗以確定最佳的酪蛋白酸鈉添加量。

2.1.4 固形物含量對乳化穩(wěn)定性和粉末油脂包埋率的影響

固形物含量是指體系中可溶性和不可溶性物質(zhì)的總量，決定體系的黏稠程度。陳琳[18]、高紅日[19]等在制備紫蘇油粉末油脂、椰子油粉末油脂時研究發(fā)現(xiàn)當固形物含量超過50%后，嚴重影響乳狀液的穩(wěn)定性以及噴霧干燥的效果。本實驗選取固形物含量為10%、20%、30%、40%、50%，以乳狀液的乳化穩(wěn)定性和粉末油脂的包埋率為考察指標，確定最適的固形物含量。實驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 固形物含量對乳化穩(wěn)定性和包埋率的影響

從圖4可以看出，當固形物含量小于30%時，乳化穩(wěn)定性和包埋率逐漸增大，當大于30%后，乳化穩(wěn)定性逐漸平穩(wěn)，包埋率開始下降?？赡苁枪绦挝锖刻笫谷闋钜阂旱胃泳奂瑖婌F干燥時粉末油脂顆粒破裂，使包埋效果降低[19]。因此，以固形物含量為10%、20%、30%、40%、50%，通過做響應面實驗以確定最佳的固形物含量。

2.1.5 乳化溫度對乳化穩(wěn)定性的影響

乳化過程將決定乳化體系的最終復合程度，制備粉末油脂乳狀液的過程中乳化溫度對乳狀液的穩(wěn)定性有很大的影響，很多實驗研究表明50～70℃是大豆油和蛋白質(zhì)復合的較好范圍[20-21]。本實驗選取40、50、60、70、80℃為乳化溫度，以乳狀液的乳化穩(wěn)定性為考察指標，確定最適的乳化溫度。實驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 乳化溫度對乳化穩(wěn)定性的影響

從圖5可以看出，乳化穩(wěn)定性隨著乳化溫度的升高而升高，當乳化溫度升高到60℃后，乳化穩(wěn)定性變化不大，呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢。這個過程中可能是隨著乳化溫度的升高，乳狀液分子間的運動速度加快，分子間的作用加強，使乳狀液的乳化穩(wěn)定性升高，當乳化溫度升高太高，可能致使乳狀液中大豆蛋白性質(zhì)發(fā)生改變，使乳化穩(wěn)定性稍微下降[22]。因此，以乳化溫度為40、50、60、70、80℃，通過做響應面實驗以確定最佳的乳化溫度。

2.2 響應面分析優(yōu)化

2.2.1 響應面實驗設計

根據(jù)Box-Behnken中心組合實驗設計原理，綜合對單因素實驗分析，選取乳化溫度A、乳化劑添加量B、麥芽糊精添加量C、固形物含量D、酪蛋白酸鈉添加量E為響應變量，以粉末油脂的包埋率Y為響應值設計響應面實驗。考察各因素對包埋率的影響規(guī)律，進而得到響應面優(yōu)化水酶法制備粉末油脂的最優(yōu)工藝條件。實驗因素及編碼見表1，實驗方案及結(jié)果見表2。

表1 實驗因素及編碼

表2 實驗方案及結(jié)果

續(xù)表2

實驗號ABCDEY/%220020078.523000-2069.2240002076.1250000-275.8260000280.3270000092.2280000091.5290000093.2300000092.8310000091.3320000090.8330000094.1340000090.2350000092.6360000093.3

2.2.2 響應面模型建立

通過Design-Expert V 8.0.6對表2中數(shù)據(jù)進行分析，進行非線性回歸的二次多項式擬合，創(chuàng)建二次響應面回歸模型，所得方程：

Y=0.92+0.016A+0.024B+0.046C+0.015D+0.015E+0.032AB+0.031AC-0.011AD+0.011AE+3.750E-003BC-0.022BD-5.625E-003BE+0.029CD+0.076CE+1.875E-003DE-0.054A2-0.024B2-0.21C2-0.052D2-0.039E2

通過響應面實驗建立回歸模型，對其實驗模型進行方差分析見表3。

乳化劑添加量和麥芽糊精添加量的顯著性大于其他3個因素，酪蛋白酸鈉添加量影響最小。乳化溫度和麥芽糊精、乳化劑添加量的交互作用極顯著，對粉末油脂的包埋率影響較大。

表3 實驗模型方差分析

注：**表示極顯著(P<0.01)，*表示顯著(0.01

通過響應面優(yōu)化分析方法對回歸模型進行分析，得到當乳化溫度為64.5℃、乳化劑添加量為1.22%、麥芽糊精添加量為2.64%、固形物含量為35.3%、酪蛋白酸鈉添加量為15.23%時，響應值有最優(yōu)值，為(94.15±0.04)%。

2.2.3 驗證實驗

考慮到實驗操作中的具體情況，將優(yōu)化工藝條件修正為乳化溫度64.5℃、乳化劑添加量1.2%、麥芽糊精添加量2.6%、固形物含量為35.3%、酪蛋白酸鈉添加量15.2%，在此條件下進行3組平行實驗進行驗證，得到的油脂平均包埋率為94.13%，在預測值(94.15±0.04)%內(nèi)，表明實驗值與回歸方程預測值吻合良好。

2.3 粉末油脂的感官評定及理化指標測定

2.3.1 粉末油脂感官評定(見表4)

表4 粉末油脂感官評定

2.3.2 粉末油脂主要理化指標(見表5)

表5 粉末油脂主要理化指標

2.4 粉末油脂復原乳狀液性能

用70～80℃的熱水沖泡制得的粉末油脂樣品，低速攪拌，形成乳白色均勻的乳狀液，且有大豆油香味，表面無結(jié)膜，乳液不分層，無顆粒掛壁，放置24 h后乳狀液的性狀不變。

3 結(jié) 論

本文在水酶法制取大豆油的基礎上，進行進一步的實驗，添加壁材麥芽糊精、乳化劑(單甘酯-蔗糖酯)和酪蛋白酸鈉，通過攪拌、均質(zhì)、噴霧干燥獲得高質(zhì)量的大豆粉末油脂。通過響應面實驗分析得到最優(yōu)的工藝條件為：麥芽糊精添加量2.6%，乳化劑添加量1.2%，酪蛋白酸鈉添加量15.2%，固形物含量35.3%，乳化溫度64.5℃。在最優(yōu)工藝條件下制備得到的大豆粉末油脂總含油率為40.18%，粉末油脂包埋率為94.13%。制備的新型大豆粉末油脂感官性能較好，復原乳狀液的乳化程度較高，乳化穩(wěn)定性好。

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Optimization of enzymatic aqueous preparation of soybean oil powder by response surface methodology

ZHANG Lei1, ZHAO Tiantong1, QI Baokun1, ZHANG Qiaozhi1,WANG Huan1, SUI Xiaonan1, LI Yang1,2, JIANG Lianzhou1,2

(1.Food College，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China;2.National Soybean Engineering Technology Research Center，Harbin 150030，China)

Soybean oil and soybean protein both produced by enzymatic aqueous method were used as core material and wall material of oil powder, in the same time, adding compound emulsifier (ratio of monoglyceride to sucrose ester 1∶1)and wall material maltodextrin to obtain a stable oil-in-water emulsion by constant temperature high speed stirring and high-pressure homogenization. The emulsion was spray-dried to obtain high oil and no oil leakage soybean oil powder. The optimal preparation conditions of soybean oil powder by enzymatic aqueous method were determined by response surface methodology as follows: maltodextrin 2.6%, emulsifier 1.2%, casein sodium 15.2%, solid content 35.3%, emulsification temperature 64.5℃. Under these conditions, the soybean oil powder with 40.18% oil and 94.13% embedding efficiency was obtained, and it had good sensory properties, high degree of emulsification of restoration emulsion and high level of emulsion stability.

soybean; enzymatic aqueous method; oil powder; preparation; response surface methodology

2016-06-22;

2016-11-02

國家科技支撐計劃(2014BAD22B01-02)；國家重點研發(fā)計劃(2016YFD0401402)；黑龍江省人力資源和社會保障廳項目(ZD201302)

張 雷(1989)，男，碩士研究生，研究方向為糧食、油脂及植物蛋白(E-mail)dreamcatcherzl@163.com。

江連洲，教授，博士生導師(E-mail)jlzname@163.com。

TS225.6；TS201.1

A

1003-7969(2017)03-0012-06