袁越錦, 李沈沈, 徐英英, 趙 哲

(陜西科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院, 陜西 西安 710021)

0 引言

大豆,又名黃豆,是我國(guó)重要的油料作物之一,含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、維生素和膳食纖維等營(yíng)養(yǎng)成分[1,2].全脂大豆是飼料蛋白的優(yōu)質(zhì)來(lái)源,具有高蛋白、高脂肪和高能量等眾多飼用價(jià)值,相較于其他大豆類飼料,具有較高的飼料利用率和滿足仔豬等家畜對(duì)高能高蛋白飼料的需求[3,4].

全脂大豆中存在很多不同種類的抗?fàn)I養(yǎng)因子,它不僅影響大豆的營(yíng)養(yǎng)效價(jià),而且會(huì)危害動(dòng)物的健康和畜禽生產(chǎn)性能,成為限制全脂大豆飼用效率的主要因素.大豆中抗?fàn)I養(yǎng)因子的生物活性大都具有熱敏性.在生產(chǎn)中常采用濕熱處理方法對(duì)大豆中的抗?fàn)I養(yǎng)因子進(jìn)行鈍化或滅活處理[5].谷春梅等[6]研究發(fā)現(xiàn),NaHCO3高溫加熱處理的豆?jié){胰蛋白酶抑制因子活性顯著低于水處理和檸檬酸水溶液加熱處理,證明堿處理的有效性.楊道強(qiáng)等[7]研究發(fā)現(xiàn),高溫高壓蒸煮大豆制漿的抗?fàn)I養(yǎng)因子去除效果明顯.濕熱處理不僅滅活效率高、降低致敏性快、營(yíng)養(yǎng)損失少,而且成本低、操作和工藝簡(jiǎn)單,在生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用[8].

通過(guò)濕熱處理的大豆,含水率一般為45%～60%(濕基含水量),而大豆儲(chǔ)藏要求的含水量為<13%(濕基含水量),因此干燥是大豆?jié)駸崽幚砗髢?chǔ)前的重要環(huán)節(jié)[9].在目前的研究中,大豆的干燥方式有很多種,如自然晾曬干燥、熱風(fēng)干燥、冷凍干燥、微波干燥和眾多聯(lián)合干燥等[9-12].其中,熱風(fēng)干燥因具有以下優(yōu)點(diǎn):熱效率高、處理量大,操作簡(jiǎn)單且運(yùn)行成本低等,成為大豆干燥應(yīng)用最廣泛的方式[13].

因此,本研究擬以大豆為研究對(duì)象,探究燙漂、汽蒸、NaHCO3水煮三種濕熱處理對(duì)大豆干燥品質(zhì)的影響,以干燥時(shí)間、爆腰率、色澤、蛋白質(zhì)含量、溶解度和脲酶活性為大豆干燥評(píng)價(jià)指標(biāo),采用變異系數(shù)權(quán)重法綜合評(píng)分,獲得較優(yōu)的濕熱處理工藝,為開(kāi)發(fā)利用符合飼用要求的全脂大豆提供合理的依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

(1)試驗(yàn)材料:大豆,購(gòu)于西安市當(dāng)?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場(chǎng).

(2)試驗(yàn)設(shè)備:DHG-9070A型電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海-恒科儀器有限公司)、冠亞牌SFY系列快速水分水分測(cè)定儀(深圳市冠亞電子科技有限公司)、3nh-YS3060智能型分光測(cè)色儀(深圳市三恩時(shí)科技有限公司)、YX-20LD高壓滅菌鍋(南北儀器有限公司)、MFJ-W153磨碎機(jī)(利仁)、JY5002型電子天平(上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司)、KDN-F自動(dòng)定氮儀(上海纖檢儀器有限公司)、80-2型離心機(jī)(離心機(jī)上海智誠(chéng)分析儀器有限公司).

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

(1)含水率:參照袁越錦等[14]直接采用SFY系列快速水分測(cè)定儀測(cè)定大豆?jié)窕?直接讀數(shù)并記錄數(shù)值.其儀器測(cè)定含水率ε原理為:

(1)

式(1)中:ε為濕基含水率,%;m0為樣品的初始質(zhì)量,g;mt為t時(shí)刻樣品當(dāng)前質(zhì)量,g.

(2)爆腰率:采用質(zhì)量法,干燥后稱取大豆整體質(zhì)量,再?gòu)闹刑魭霰砻媪鸭y的大豆進(jìn)行稱量,計(jì)算得出其η爆腰率:

(2)

式(2)中:η為大豆爆腰率,%;m1為干燥后大豆的總質(zhì)量,g;m2為爆腰大豆顆粒質(zhì)量,g.

(3)色澤:參考袁越錦等[15]將干燥后大豆粉碎至60目,采用3nh-YS3060型分光測(cè)色儀測(cè)定樣品的顏色讀數(shù),每次測(cè)量5個(gè)不同位置,取平均值.色差值的計(jì)算公式為:

(3)

式(3)中:△E為色差值,L*、a*、b*為干燥后樣品的顏色讀數(shù),L0、a0、b0為試驗(yàn)前樣品的顏色讀數(shù).

(4)蛋白質(zhì)含量:參考國(guó)標(biāo)《GB5009.5—2016食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》,利用凱氏定氮法進(jìn)行測(cè)量[16].

(5)蛋白質(zhì)溶解度:參考孫宏霞等[17]的方法,利用凱氏定氮法進(jìn)行測(cè)量.

(6)脲酶活性:參考國(guó)標(biāo)《GB/T8622-2006飼料用大豆制品中尿素酶活性的測(cè)定》,對(duì)大豆脲酶活性定量測(cè)定[18].飼料用大豆加熱后使用,脲酶活性不得超過(guò)0.4.

(7)綜合評(píng)價(jià):以上各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)采用變異系數(shù)法確定,首先將變量的實(shí)際值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,然后再采用加權(quán)平均的方法確定3種濕熱處理方式對(duì)大豆干燥品質(zhì)綜合評(píng)分,按式(4)計(jì)算變異系數(shù):

(4)

式(4)中:vi是表示第i項(xiàng)指標(biāo)的變異系數(shù);σi表示第i指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差;Xi表示第i項(xiàng)指標(biāo)的算術(shù)平均值.

按式(5)計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重:

(5)

式(5)中:Wi為第i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重;vi為第i項(xiàng)指標(biāo)變異系數(shù);

采用Z-score將各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)值加以標(biāo)準(zhǔn)化處理,按公式(6)計(jì)算:

(6)

式(6)中:Zij標(biāo)準(zhǔn)化的變量值;Xij為實(shí)際變量值;Xi為第i項(xiàng)指標(biāo)的算術(shù)平均值;σi為第i項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差.

綜合評(píng)分的計(jì)算將各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的值與權(quán)重相乘求和得到,其中干燥時(shí)間、△E、脲酶活性、爆腰率指標(biāo)越小越好,故在計(jì)算時(shí)作負(fù)值求和,其他指標(biāo)均按照正值直接求和.

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將大豆在室溫條件下浸泡25 min,放入密封的聚乙烯袋中,4 ℃保存72 h,得到初始含水率(28±1)%的大豆.挑選顆粒飽滿、表面完整、大小一致的大豆分成3組,分別為燙漂、汽蒸、0.42%NaHCO3水煮處理.操作時(shí),將樣品按試驗(yàn)要求放在高壓滅菌鍋內(nèi),當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值后,開(kāi)始計(jì)時(shí).

(1)未處理組:稱取樣品180 g,用流動(dòng)水清洗干凈,作為空白對(duì)照組;

(2)燙漂處理:稱取樣品180 g,以料液比1∶5(g∶mL)將樣品放在高壓滅菌鍋中,設(shè)定溫度100 ℃(0 MPa),時(shí)間選擇3個(gè)水平:10 min、20 min、30 min(參考王小鳳[19]、姜雷[20]和前期進(jìn)行一系列預(yù)實(shí)驗(yàn)確定試驗(yàn)參數(shù),下同);

(3)汽蒸處理:稱取樣品180 g,將樣品平鋪在直徑22.5 cm的圓形網(wǎng)狀托盤(pán)上,加蓋汽蒸,設(shè)定溫度110 ℃(0.045 MPa),時(shí)間選擇3個(gè)水平:10 min、20 min[7]、30 min;

(4)NaHCO3水煮處理:稱取樣品180 g,介質(zhì)水溶液濃度為0.42%[6],以料液比1∶5(g∶mL)將樣品放在高壓滅菌鍋中,溫度100 ℃(0 MPa),將溶液與樣品共同加熱,時(shí)間選擇3個(gè)水平:10 min、20 min[20]、30 min.

以上每個(gè)水平重復(fù)3次.經(jīng)濕熱處理后,置于通風(fēng)處瀝干表面水分,再單層平鋪到直徑為22.5 cm圓形網(wǎng)狀托盤(pán)中,設(shè)置熱風(fēng)干燥箱的溫度為70 ℃[21],干燥時(shí)每30 min取樣1次,測(cè)量物料含水率,待濕基含水率降至(11.00±1)%以下結(jié)束干燥.干燥完成后,將樣品裝入真空袋封存,待測(cè).

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理,采用Origin 2021軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)作圖處理,采用SPSS 27.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析(顯著性水平<0.05),不同英文字母表示差異顯著(P<0.05).所有試驗(yàn)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示.

2 結(jié)果與討論

2.1 不同濕熱處理方式對(duì)大豆干燥時(shí)間的影響

干燥時(shí)間是評(píng)價(jià)干燥過(guò)程中能耗高低和干燥質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)之一.由圖1可知,不同濕熱處理方式對(duì)大豆干燥時(shí)間的影響有顯著差異(P<0.05).經(jīng)濕熱處理的大豆干燥時(shí)間均大于未處理組[22],其中NaHCO3水煮大豆干燥所需的時(shí)間最長(zhǎng),汽蒸處理最短.這可能是高溫濕熱處理過(guò)程中,大豆內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)打開(kāi),從而使外部水分進(jìn)入大豆內(nèi)部的可能性增大;因可溶性化合物的浸出和淀粉的糊化在大豆樣品表面形成的膜會(huì)影響水分向外擴(kuò)散[22],導(dǎo)致干燥時(shí)間延長(zhǎng).其中,因NaHCO3的堿性作用,明顯改變大豆的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分,使可溶性化合物的浸出和淀粉糊化更加徹底,表面形成的膜厚度增加,導(dǎo)致干燥時(shí)間明顯增長(zhǎng).在相同的濕熱處理方式下,濕熱處理時(shí)間對(duì)大豆干燥時(shí)間影響差異顯著(P<0.05).隨著濕熱處理時(shí)間的增加,大豆蛋白等其他營(yíng)養(yǎng)分子運(yùn)動(dòng)加劇,破壞其天然結(jié)構(gòu),過(guò)度的高溫濕熱處理徹底改變了大豆的內(nèi)部結(jié)構(gòu),內(nèi)部水分達(dá)到飽和狀態(tài),不會(huì)對(duì)干燥時(shí)間產(chǎn)生太大影響.

圖1 濕熱處理方式對(duì)大豆干燥時(shí)間的影響

2.2 不同濕熱處理方式對(duì)大豆爆腰率的影響

由圖2可知,濕熱處理方式的不同對(duì)大豆爆腰率的影響更為明顯(P<0.05).不同濕熱處理后大豆干燥的爆腰率基本呈現(xiàn)增大的趨勢(shì).燙漂和NaHCO3水煮的大豆干燥成品爆腰率明顯高于汽蒸處理,且兩者之間差異顯著.這可能是高溫濕熱處理過(guò)程中,燙漂和NaHCO3水煮將大豆樣品浸泡在溶液中,在加熱過(guò)程中,蛋白質(zhì)等大物質(zhì)分子劇烈運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致天然結(jié)構(gòu)被破壞,大量吸收水分,形成水的內(nèi)高外低的梯度.在干燥過(guò)程中,大豆受熱形成外高內(nèi)低的溫度梯度,兩個(gè)截然相反的水分運(yùn)動(dòng)彼此對(duì)抗,阻礙水分的移動(dòng),水分梯度越大,其內(nèi)部應(yīng)力梯度也會(huì)相應(yīng)的增加.大豆外層由于熱風(fēng)的作用,使外殼失水增多,比含水率較多的內(nèi)部收縮快的多,造成大豆受力變形、爆腰[23].此外,汽蒸是用熱蒸汽對(duì)大豆進(jìn)行處理,進(jìn)入大豆內(nèi)部水分較少,水分梯度較低,應(yīng)力梯度在干燥過(guò)程中最小,使大豆發(fā)生的變形較小,所以汽蒸處理的大豆干燥爆腰率最低.

圖2 濕熱處理方式對(duì)大豆爆腰率的影響

2.3 不同濕熱處理方式對(duì)大豆色澤的影響

色澤是表示大豆在干燥過(guò)程中大豆質(zhì)量變化的重要指標(biāo)之一[22].由表1可知,不同的濕熱處理方式對(duì)大豆干燥后的△E影響顯著差異(P<0.05).與未處理組相比,不同濕熱處理后大豆干燥的△E基本呈現(xiàn)增大的趨勢(shì).汽蒸和NaHCO3水煮處理后大豆干燥成品△E明顯高于燙漂處理.這可能是濕熱處理過(guò)程中,汽蒸高壓處理使大豆發(fā)生美拉德反應(yīng)顯褐色、變暗[24,25],引起L*明顯變小;因NaHCO3的堿性作用,嚴(yán)重破壞大豆表皮細(xì)胞結(jié)構(gòu),使細(xì)胞內(nèi)溶物大量流失,大豆呈現(xiàn)出暗黃色,引起b*明顯減小.燙漂處理后大豆干燥的色澤相對(duì)較好,這可能是燙漂處理使大豆自身帶有的酶鈍化、失活,抑制褐變的發(fā)生,有效改善大豆干燥后的色澤.

表1 不同濕熱處理方式對(duì)大豆干燥色澤的影響

2.4 不同濕熱處理方式對(duì)大豆蛋白質(zhì)含量和溶解度的影響

大豆蛋白質(zhì)主要7S和11S球蛋白構(gòu)成,其中11S球蛋白占大豆蛋白的40%,它由6個(gè)亞基組成,每個(gè)亞基又由酸性肽鏈(A)和堿性肽鏈(B),通過(guò)疏水鍵和二硫鍵(S-S)堆積而成[26].由表2可知,與未處理組相比,不同濕熱處理后干燥大豆的蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì),這可能是加熱使大豆蛋白質(zhì)分子亞基組分離,分子間較弱的共價(jià)鍵被破壞導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量下降.其中,汽蒸>燙漂>NaHCO3水煮,這可能是汽蒸處理使大豆與飽和水蒸汽接觸,對(duì)大豆蛋白質(zhì)的疏水鍵和二硫鍵影響較小,減少了蛋白質(zhì)溶解在水中造成的流失,因此具有明顯的優(yōu)勢(shì).燙漂和NaHCO3水煮由于使大豆浸泡在溶液中,受熱后蛋白質(zhì)亞基劇烈解體,使分子間相互作用減小,蛋白質(zhì)易溶于其中,而NaHCO3因其自身的堿性作用,改變了大豆細(xì)胞膜的選擇透過(guò)性,蛋白質(zhì)分子間的非共價(jià)鍵被破壞,使大豆蛋白質(zhì)更易溶解,導(dǎo)致蛋白含量損失較多,大豆蛋白變性過(guò)程和文獻(xiàn)[27]一致.

表2 不同濕熱處理方式對(duì)大豆干燥蛋白質(zhì)含量、溶解度和脲酶活性的影響

蛋白質(zhì)溶解度是判斷大豆受熱程度是否過(guò)高的指標(biāo).由表2可知,與未處理組相比,不同濕熱處理后干燥大豆的蛋白溶解度都低于未處理組,差異顯著(P<0.05),這可能是大豆蛋白受熱后形成具有不同密度的不溶性聚集體,聚集體外側(cè)被疏水性殘基所覆蓋,導(dǎo)致蛋白質(zhì)溶解度下降.其中,汽蒸>燙漂>NaHCO3水煮,這可能是汽蒸處理對(duì)大豆蛋白質(zhì)內(nèi)部疏水鍵破壞較小,蛋白質(zhì)變性較少,溶解度故而最大.燙漂和NaHCO3水煮使大豆處于煮沸的環(huán)境中,對(duì)蛋白質(zhì)分子間共價(jià)鍵破壞嚴(yán)重,使大豆蛋白變性嚴(yán)重,導(dǎo)致蛋白質(zhì)溶解度下降[24].隨著濕熱處理時(shí)間的增加,蛋白溶解度呈下降趨勢(shì),差異顯著(P<0.05).這可能是破壞了蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu),疏水性殘基在結(jié)構(gòu)外部暴露增多,親水基因相對(duì)減少,導(dǎo)致溶解度下降.

由此可見(jiàn),汽蒸處理相較于其他處理方式,可以更好減少大豆中營(yíng)養(yǎng)成分的流失,保留濕熱處理后大豆干燥較好的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值.

2.5 不同濕熱處理方式對(duì)大豆脲酶活性的影響

脲酶屬于酰胺酶類,每個(gè)脲酶分子中含有2個(gè)化合態(tài)鎳,具有蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)(蛋白質(zhì)分子中各亞基之間的空間排布及相互接觸關(guān)系).由表2可知,未處理組的脲酶活性顯著高于其他濕熱處理組(P<0.05),這可能是脲酶本身屬于蛋白類,受熱后脲酶分子的亞基分離,導(dǎo)致穩(wěn)定結(jié)構(gòu)被破壞;脲酶本身主要受蛋白質(zhì)的屏蔽作用,受熱使蛋白質(zhì)變性的同時(shí),脲酶也變得不穩(wěn)定,易失活.其中,NaHCO3水煮處理最優(yōu),燙漂處理次之,汽蒸處理最差.這可能是NaHCO3因堿性作用,改變脲酶天然蛋白結(jié)構(gòu),促進(jìn)脲酶快速鈍化、失活[28];堿性環(huán)境改變了大豆細(xì)胞膜的滲透性有助于消除脲酶活性[7],相較于單純燙漂處理而言,消除脲酶活性更徹底.汽蒸處理使大豆處于飽和蒸汽包裹的環(huán)境中,對(duì)大豆中心部位熱處理不足,脲酶自身的蛋白結(jié)構(gòu)破壞較小,相較于其他組不易鈍化和失活,有研究表明:大豆水分含量對(duì)抗?fàn)I養(yǎng)因子的滅活有影響[29].

2.6 不同濕熱處理方式對(duì)大豆干燥品質(zhì)的綜合評(píng)分

運(yùn)用變異系數(shù)法對(duì)大豆各品質(zhì)指標(biāo)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)和權(quán)重進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果見(jiàn)表3所示.由表3可知,干燥大豆的脲酶活性、爆腰率、干燥時(shí)間和蛋白質(zhì)溶解度在濕熱處理后大豆干燥品質(zhì)指標(biāo)中占權(quán)重較大,分別為0.516、0.277、0.104和0.051,其中,脲酶活性在大豆干燥品質(zhì)指標(biāo)占權(quán)重最大,這說(shuō)明不同濕熱處理對(duì)大豆干燥的脲酶活性影響最大,蛋白質(zhì)含量指標(biāo)所占權(quán)重最小,為0.019,這說(shuō)明不同濕熱處理對(duì)大豆干燥的蛋白質(zhì)含量影響最小.

表3 不同濕熱處理方式對(duì)大豆干燥的各指標(biāo)權(quán)重

由表4可知,對(duì)3種濕熱處理制得大豆干燥的各項(xiàng)指標(biāo)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,計(jì)算出不同濕熱處理對(duì)大豆干燥的綜合評(píng)分,結(jié)果如表5所示.

表4 不同濕熱處理方式下大豆干燥的各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值

表5 不同濕熱處理方式下大豆干燥品質(zhì)綜合評(píng)分

由表5可知,通過(guò)綜合評(píng)分發(fā)現(xiàn):采用100 ℃(0 MPa)0.42%NaHCO3水煮10 min評(píng)分最高(綜合評(píng)分:0.329);采用110 ℃(0.045 MPa)汽蒸處理10 min評(píng)分最低(綜合評(píng)分:-0.54).

3 結(jié)論

本文以大豆(濕基含水率:28±1%)為研究對(duì)象,研究燙漂、汽蒸、NaHCO3水煮對(duì)大豆干燥品質(zhì)的影響,采用變異系數(shù)法綜合評(píng)價(jià),得到以下結(jié)論:

(1)不同的濕熱處理對(duì)大豆干燥品質(zhì)影響顯著(P<0.05).對(duì)比3種濕熱處理和未處理組大豆干燥品質(zhì)發(fā)現(xiàn),汽蒸處理后大豆的干燥時(shí)間較短、爆腰率較低、蛋白質(zhì)含量和溶解度較大,干燥成品外觀形態(tài)好,且能更好的保留全脂大豆的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值;燙漂處理對(duì)大豆干燥色差△E影響較小,能較好的保留原本的色澤;NaHCO3水煮后大豆干燥的脲酶活性較低,堿性環(huán)境能明顯縮短脲酶滅活的時(shí)間,但也會(huì)使全脂大豆本身的營(yíng)養(yǎng)成分損失嚴(yán)重.

(2)采用變異系數(shù)法綜合評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn),脲酶活性在大豆干燥品質(zhì)指標(biāo)占權(quán)重最大,為0.516,這說(shuō)明不同濕熱處理對(duì)大豆干燥脲酶活性影響最大,蛋白質(zhì)含量指標(biāo)所占權(quán)重最小,為0.019,這說(shuō)明不同濕熱處理對(duì)大豆干燥的蛋白質(zhì)含量影響最小;采用100℃(0 MPa)0.42%NaHCO3水煮10 min評(píng)分最高(綜合評(píng)分:0.329),為全脂大豆干燥前處理較優(yōu)工藝.

(3)隨著濕熱處理時(shí)間的增加,會(huì)使大豆干燥的脲酶活性明顯降低,但同時(shí)會(huì)使大豆干燥時(shí)間、爆腰率和色差△E增大,蛋白質(zhì)含量和溶解度下降,大大降低了大豆自身的飼用價(jià)值.