程 慧，王 梅，楊振才

（河北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河北石家莊 050024）

在飼料加工業(yè)中，為降低成本，常用相對(duì)廉價(jià)的植物蛋白替代昂貴的魚(yú)粉等動(dòng)物蛋白。大豆中含有豐富的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，具有高度的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，是畜牧和水產(chǎn)業(yè)中一種優(yōu)質(zhì)的植物蛋白原料。但其含有的抗?fàn)I養(yǎng)因子（胰蛋白酶抑制因子、大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白和脲酶等） 會(huì)影響動(dòng)物的生長(zhǎng)性能和健康。有研究表明，胰蛋白酶抑制因子會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物消化道內(nèi)的胰蛋白酶含量下降，降低蛋白質(zhì)的消化率，并能引起胰代償性增大；抗原蛋白可降低蛋白質(zhì)利用率，且對(duì)幼齡動(dòng)物的消化道有強(qiáng)烈的致敏作用，損害腸道結(jié)構(gòu)（Zhang 等，2019；孫澤威等，2006；張國(guó)龍等，1995）。因此，必須通過(guò)一些加工手段來(lái)盡可能多的鈍化這些抗?fàn)I養(yǎng)因子。另外，隨著養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)大豆的進(jìn)口量急劇增加，導(dǎo)致大豆價(jià)格升高。因此在飼料制作中，大豆能否被更有效的加工利用就顯得尤為重要。

與其他加工工藝相比，擠壓膨化加工可以顯著降低大豆中抗?fàn)I養(yǎng)因子含量（姚怡莎等，2016；趙元等，2007），是大豆加工最好的選擇，其生產(chǎn)出的產(chǎn)品即是膨化大豆。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)膨化大豆的方法主要分兩種：濕法膨化和干法膨化。濕法膨化機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁瑣，且膨化前的調(diào)質(zhì)環(huán)節(jié)不易操作，水分過(guò)多、粉料受熱不均或顆粒大小不一，都易引起膨化機(jī)的堵塞（湯永忠等，2001）。干法膨化機(jī)操作簡(jiǎn)單、耗能低，其不需調(diào)質(zhì)直接膨化的方法可以改善膨化機(jī)易堵塞的問(wèn)題（湯永忠等，2000）。因此國(guó)內(nèi)多數(shù)企業(yè)采用干法膨化來(lái)生產(chǎn)膨化大豆。擠壓膨化的主要原理是利用高溫、高壓和高剪切力去除大豆中抗?fàn)I養(yǎng)因子（Fallahi 等，2016）。但由于高溫時(shí)間短，剛剛生產(chǎn)出的膨化大豆中抗?fàn)I養(yǎng)因子仍有較高含量，特別是抗原蛋白等熱穩(wěn)定性因子。如果直接升高膨化溫度或者二次膨化又可能導(dǎo)致膨化大豆過(guò)熟或受熱不均，造成膨化機(jī)堵塞、蛋白質(zhì)溶解度降低等問(wèn)題。因此，優(yōu)化膨化加工工藝對(duì)于膨化大豆的廣泛應(yīng)用至關(guān)重要。

熱處理可以有效的降低抗?fàn)I養(yǎng)因子的含量和活性（徐學(xué)明等，2006）。市場(chǎng)上一般通過(guò)檢測(cè)脲酶活性來(lái)評(píng)判膨化大豆是否夾生，以蛋白質(zhì)溶解度來(lái)檢測(cè)膨化大豆是否過(guò)熟。但脲酶的熱敏性更高，所以其不能完全代表其他抗?fàn)I養(yǎng)因子的含量 （姚怡莎等，2016）。因此為了更加全面的評(píng)價(jià)膨化大豆的品質(zhì)，本試驗(yàn)以胰蛋白酶抑制因子、 抗原蛋白、脲酶活性和蛋白質(zhì)溶解度為指標(biāo)，研究延長(zhǎng)膨化后的熱處理時(shí)間對(duì)膨化大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子含量的影響，并對(duì)保溫的時(shí)間參數(shù)進(jìn)行探討，旨在完善大豆膨化后相關(guān)的保溫工藝和參數(shù)，從而改善膨化大豆品質(zhì)，提高大豆?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的利用率。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 采用DGP160-11 型號(hào)的干法膨化機(jī)對(duì)全脂大豆粉進(jìn)行膨化，生產(chǎn)的膨化大豆直接進(jìn)入一個(gè)可攪拌的保溫罐保溫。設(shè)備和大豆均來(lái)自河北海泰科技有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 全脂大豆粉碎后用干法膨化機(jī)進(jìn)行膨化，膨化溫度為140 ℃；將得到的膨化大豆直接放入保溫罐中進(jìn)行保溫，同時(shí)開(kāi)啟攪拌，以保證膨化大豆受熱均勻；在保溫 0、20、40、60、80 min時(shí)分別取500 g 膨化大豆，冷卻后裝袋待測(cè)。

1.3 指標(biāo)檢測(cè) 胰蛋白酶抑制因子、大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白用酶聯(lián)免疫法（試劑盒購(gòu)買(mǎi)自北京龍科方舟） 進(jìn)行測(cè)定；脲酶用國(guó)標(biāo)法GB/T8622-2006 進(jìn)行測(cè)定；蛋白質(zhì)溶解度用河北省地方標(biāo)準(zhǔn)DB13/T 812-2006 進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果

2.1 不同保溫時(shí)間對(duì)膨化大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子含量的影響 經(jīng)過(guò)膨化后保溫，膨化大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子含量表現(xiàn)出不同程度的下降（表1），其中脲酶含量膨化后已降為0.00 U/g。與未保溫的膨化大豆相比，保溫80 min 時(shí)，胰蛋白酶抑制因子含量下降了71.00%；大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白也分別下降了62.43%和37.65%。

表1 不同保溫時(shí)間對(duì)膨化大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子含量的影響

2.2 不同保溫時(shí)間對(duì)膨化大豆蛋白質(zhì)溶解度的影響 如圖1 所示，膨化大豆的蛋白質(zhì)溶解度隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸降低，未保溫時(shí)，蛋白質(zhì)溶解度為90.45%，保溫20～80 min 期間，蛋白質(zhì)溶解度由82.69%下降至74.10%。

圖1 不同保溫時(shí)間對(duì)膨化大豆蛋白質(zhì)溶解度的影響

3 討論

3.1 保溫時(shí)間對(duì)膨化大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子和蛋白溶解度的影響 有研究表明，當(dāng)膨化溫度為120、125、130 ℃時(shí)，脲酶活性分別為 0.7008、0.4335、0.2118 U，要滿足國(guó)標(biāo)對(duì)脲酶活性最高含量0.4 U的要求，膨化溫度最少要達(dá)到130 ℃（劉福柱等，2001）。另外有研究表明，當(dāng)膨化溫度為 111.2、128.9、142.0 ℃時(shí)，膨化大豆脲酶活性分別為0.56、0.28、0.15 U，在一定溫度范圍內(nèi)，脲酶活性隨溫度的升高而降低，膨化溫度為130～140 ℃時(shí)可以更好的滿足家禽對(duì)膨化大豆中脲酶活性的要求（張祥等，2005）。李素芬等（2001）研究表明，當(dāng)膨化溫度達(dá)到130 ℃時(shí)，膨化大豆脲酶活性為0.06 U/g。根據(jù)先前的研究，為了在不過(guò)分破壞大豆?fàn)I養(yǎng)的前提下盡可能降低脲酶活性，本試驗(yàn)將膨化溫度設(shè)定為140 ℃，經(jīng)過(guò)140 ℃高溫?cái)D壓膨化后，脲酶迅速發(fā)生不可逆失活，膨化大豆未經(jīng)保溫時(shí)脲酶活性已經(jīng)降至0.00 U/g，遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的上限值0.4 U/g。這與姚伊莎等（2016）測(cè)得的市售膨化大豆的脲酶含量一致。另有研究表明，脲酶活性除了與膨化溫度有關(guān)外，也與大豆的粒度大小、高溫時(shí)間和大豆蛋白含量等有關(guān)（周兵等，2006；楊勝，1996），所以本試驗(yàn)結(jié)果與先前的研究并不矛盾。

本試驗(yàn)在膨化機(jī)后增加保溫裝置，相當(dāng)于延長(zhǎng)了膨化大豆的熱處理時(shí)間。不同抗?fàn)I養(yǎng)因子的分子結(jié)構(gòu)存在差異，它們對(duì)熱的敏感性也就不同，因此隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，胰蛋白酶抑制因子、大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白含量都有不同程度的下降。與未保溫的膨化大豆相比，保溫80 min 時(shí)，胰蛋白酶抑制因子、 大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白含量分別下降了71.00%、62.43%和37.65%。姚怡莎等（2016）結(jié)果顯示，市場(chǎng)膨化大豆胰蛋白酶抑制因子、 大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白含量的平均值分別為 21.0、38.3 mg/g 和 12.5 mg/g，自制的膨化大豆中三種抗?fàn)I養(yǎng)因子含量分別為18.3、40.0 mg/g和26.5 mg/g。本試驗(yàn)保溫80 min 后膨化大豆的抗?fàn)I養(yǎng)因子含量要遠(yuǎn)低于市場(chǎng)。這充分說(shuō)明延長(zhǎng)大豆膨化后的熱處理時(shí)間，可以很好的實(shí)現(xiàn)降低膨化大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子含量的目標(biāo)。

蛋白質(zhì)溶解度和抗?fàn)I養(yǎng)因子一樣都會(huì)隨加熱時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，但若加熱過(guò)度，大豆內(nèi)可溶性蛋白含量過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致蛋白消化率太低，不利于動(dòng)物的生長(zhǎng)（Jannathulla 等，2017）。在本研究中膨化大豆保溫20～80 min 期間，蛋白質(zhì)溶解度由82.69%下降至74.10%，均在國(guó)標(biāo)范圍內(nèi)（國(guó)標(biāo)70%～85%）。

綜上所述，本研究中在保溫20～80 min 期間生產(chǎn)的膨化大豆均是符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但是究竟哪一時(shí)間點(diǎn)生產(chǎn)的膨化大豆的生物學(xué)效應(yīng)更好，仍需進(jìn)行相關(guān)生物學(xué)試驗(yàn)來(lái)探究。

3.2 膨化階段和保溫階段抗?fàn)I養(yǎng)因子的熱敏性分析 本研究使用的生大豆中胰蛋白酶抑制因子、大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白的含量分別為23.2、127.5 mg/g 和 108.8 mg/g，經(jīng)高溫?cái)D壓膨化后，三種抗?fàn)I養(yǎng)因子含量分別下降了31.34%、36.24%和64.19%；保溫階段，三種抗?fàn)I養(yǎng)因子分別下降了48.75%、39.68%和13.48%；經(jīng)過(guò)膨化和保溫之后三種抗?fàn)I養(yǎng)因子含量分別為19.91%、23.95%和22.32%。由此本研究發(fā)現(xiàn)，在膨化階段，大豆中抗?fàn)I養(yǎng)因子的熱敏性從高到低依次為：脲酶、β-伴大豆球蛋白、 大豆球蛋白和胰蛋白酶抑制因子，這與姚怡莎等（2016）得到結(jié)果一致；而在保溫階段抗?fàn)I養(yǎng)因子熱敏性卻發(fā)生改變，由高到低的順序?yàn)椋弘迕浮⒁鹊鞍酌敢种埔蜃印⒋蠖骨虻鞍?、?伴大豆球蛋白；從整體來(lái)看，熱敏性從高到低依次為脲酶、 胰蛋白酶抑制因子、β-伴大豆球蛋白、大豆球蛋白。

膨化階段主要是通過(guò)快速的高溫、 高壓和高剪切力作用來(lái)降低抗?fàn)I養(yǎng)因子，而保溫階段，僅僅是溫度在90～120 ℃的長(zhǎng)時(shí)間簡(jiǎn)單熱處理（類似烘烤，但水分散失很少）。脲酶和胰蛋白酶抑制因子是熱敏性的，而大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白是具有很強(qiáng)的熱穩(wěn)定性的（李德發(fā)，2019）。有研究表明，膨化加工因?yàn)楦邏鹤饔每梢詫⒖乖鞍子行рg化，但熱炒等普通熱處理卻不能 （周?chē)?guó)安，2006）。郭麗等（2011）的試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，高壓可以顯著破壞β-伴大豆球蛋白的結(jié)構(gòu)。另外，龍國(guó)徽（2015）的研究發(fā)現(xiàn)，用120 ℃烘干箱對(duì)大豆分離蛋白處理20 min 后，β-伴大豆球蛋白的β-折疊和β-轉(zhuǎn)角含量發(fā)生顯著改變，而大豆球蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)并沒(méi)有顯著的改變，說(shuō)明大豆球蛋白的熱穩(wěn)定性比β-伴大豆球蛋白強(qiáng)。孫澤威等（2006）在研究120 ℃蒸汽處理7 min 對(duì)大豆抗原蛋白的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，大豆球蛋白的熱穩(wěn)定性比β-伴大豆球蛋白高。

本研究中，從膨化和保溫這一整個(gè)階段來(lái)看，大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子的熱敏性為脲酶＞胰蛋白酶抑制因子＞β-伴大豆球蛋白＞大豆球蛋白是沒(méi)有問(wèn)題的。而膨化和保溫這兩個(gè)階段中抗?fàn)I養(yǎng)因子的熱敏性順序不同可能是與加熱時(shí)間長(zhǎng)短和加熱方式有關(guān)，而且本試驗(yàn)中膨化和保溫是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程。有研究表明，大豆胰蛋白酶抑制因子在加熱處理時(shí)，其含量隨時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸降低，加熱時(shí)間不足則胰蛋白酶抑制因子并不能完全消除 （展昕，2008；Brandon 等，1991）。這說(shuō)明胰蛋白酶抑制因子的鈍化是需要時(shí)間的。膨化階段因?yàn)闀r(shí)間太短，所以胰蛋白酶抑制因子只鈍化了一部分，又因其對(duì)熱敏感，所以在保溫階段其含量仍然可以有大幅度的下降。而大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白因熱穩(wěn)定性較強(qiáng)，在膨化階段有較大幅度降低，在保溫階段雖然溫度較低但處理時(shí)間長(zhǎng)，所以大豆球蛋白含量仍有較大的減少。至于保溫階段β-伴大豆球蛋白下降比例較小，可能是因?yàn)槠湓谂蚧瘯r(shí)下降幅度太大，本身已經(jīng)到了一個(gè)比較低的水平，而且保溫的溫度較低，所以很難再有大幅度的下降。綜上所述，大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子在膨化和保溫不同階段對(duì)熱的敏感性有所不同，二者結(jié)合有助于發(fā)揮其對(duì)抗?fàn)I養(yǎng)因子的鈍化效果。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，大豆脲酶在剛膨化出未保溫時(shí)已經(jīng)完全失活，胰蛋白酶抑制因子、大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白含量及蛋白質(zhì)溶解度隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸下降，均達(dá)到目標(biāo)要求。