擠壓操作參數對脫脂豆粕中大豆異黃酮含量及損失率的影響

馮世德 張永忠 申德超

(黑龍江八一農墾大學理學院1，大慶 163319)

(東北農業大學理學院2，哈爾濱 150030)

(山東理工大學農業工程與食品學院3，淄博 255049)

大豆異黃酮是一種植物雌性激素，據研究表明，大豆異黃酮可以降低患癌癥的幾率，抑制酪氨酸激酶活性，此外，大豆異黃酮還有預防心血管疾病，降低低密度脂蛋白水平，緩解更年期婦女綜合癥，提高骨密度等特性。但是，加工和貯存條件嚴重影響異黃酮的穩定性，成分分布比例和生理活性。

我國的大豆主要用于油脂的制取，其制取方法主要采用浸出工藝和壓榨制取。在美國油脂工業中，已有80%的大豆都經過擠壓膨化預處理。目前國外已把擠壓膨化機作為浸油廠的標準設備，應用擠壓膨化浸出法與傳統的軋胚浸出法相比，在浸出設備的生產能力、油脂浸出速度、能耗、溶劑料胚比以及油品質量等方面有許多優越之處［1］。大豆經不同擠壓參數處理，其豆粕蛋白氮溶解指數和蛋白表面疏水性均受到不同程度的影響［2］，營養成分中理化性質均發生改變［3－5］。同樣，大豆及其制品在加工貯存過程中，不同預處理手段對大豆異黃酮含量和分布有著不同的影響［6－7］，而對于油脂擠壓制取前后對大豆異黃酮含量的變化則鮮有報道。本研究采用一套改進后的擠壓膨化預處理工藝［8］，研究擠壓大豆預處理過程對大豆異黃酮含量的影響，分析擠壓參數變化與大豆異黃酮損失率之間的關系，為擠壓制油過程中擠壓參數的設定提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

東農32大豆:東北農業大學，其中蛋白質38.3%，脂肪 22.1%，水分 10.7%，大豆異黃酮 2 497.40 μg/g;染料木苷標準品:Sigma公司;其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

剖分式單螺桿擠壓機［東北農業大學工程學院自行設計，由組合式套筒3節和螺桿4段組成。擠壓機為剖分式，可沿軸向張開，便于機筒內部的清理與螺桿上物料的采集。其螺桿轉速為0～300 r/min無級可調，機筒溫度為0～300℃連續可調，擠壓機模孔長度與δ段長度(模板與螺桿端部的距離)有級可調］;UV－7500紫外分光光度計:上海天美科學儀器有限公司;H.H.S 21－2R電熱攪拌恒溫水浴鍋:上海醫療器械五廠;LG10－2.4A型高速離心機:北京醫用離心機廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 擠壓浸油工藝路線

大豆→ 稱量(精確到0.1 g)→粉碎(錘片式粉碎機)→測物料水分→調節物料水分→擠壓膨化→干燥→粉碎→浸油采用正己烷提取(60℃，8 h)

1.3.2 大豆異黃酮的提取

取擠壓膨化后的脫脂豆粕1.0 g(精確到0.000 1 g)，用95%乙醇10 mL，80℃回流提取時間2 h，4 000 r/min離心8 min，取上清液，測大豆異黃酮含量。同時測定直接粉碎的未擠壓樣中大豆異黃酮的含量，采用正己烷(60℃，8 h)脫脂，按上述方法進行大豆異黃酮的提取測定。

1.3.3 三波長紫外分光光度法測定大豆異黃酮含量

1.3.3.1 標準曲線的制作

準確稱取染料木苷標準品10.0 mg溶解于95%乙醇中，并定容至 100 mL。分別取、6、9、12、15 mL于50 mL容量瓶中定容。用紫外可見分光光度計讀取240、260、280 nm 處［9］吸光度值，計算 ΔA。以染料木苷的濃度為橫坐標，ΔA吸光度為縱坐標，得回歸標準曲線。

1.3.3.2 大豆異黃酮含量測定

精確吸取一定量被測溶液于刻度試管中，將其稀釋至線性濃度范圍內，經測定讀取240、260、280 nm處吸光度值后代入標準曲線即得大豆異黃酮質量濃度。

1.3.3.3 大豆異黃酮損失率測定

1.3.4 擠壓回歸模型的建立

采用五因素五水平(1/2)實施二次旋轉回歸試驗設計［10］，研究物料水分、膨化溫度、膜孔長度、δ段長度和螺桿轉速對豆粕中大豆異黃酮含量和損失率的影響，大豆膨化樣模擬浸油工藝脫脂后、粉碎過40目篩分后，采用乙醇回流提取測定脫脂豆粕中大豆異黃酮，考察擠壓膨化過程對36組樣品中大豆異黃酮含量和損失量的影響。

表1 不同擠壓條件下試驗因素水平表

2 結果與分析

2.1 標準曲線的繪制

圖1 三波長紫外分光光度法測定染料木苷的標準曲線

2.2 回歸模型的建立和檢驗

表2 試驗安排與結果

應用二次正交旋轉組合試驗設計和Reda軟件包進行試驗數據的處理，得到擠壓參數對大豆異黃酮含量的回歸方程。

大豆異黃酮含量回歸方程(方程中各自變量均以水平值代入):

表3 大豆異黃酮含量回歸方程方差分析

從表3 可以看出，F1＜(6，9)=3.37，回歸方程擬合較好，又因 F2＞(20，15)=2.33，說明方程在0.05水平是顯著的，即試驗數據與所采用的二次數學模型基本相符。

2.3 擠壓參數對大豆異黃酮含量的影響

試驗對未擠壓脫脂豆粕進行大豆異黃酮含量測定，未擠壓脫脂豆粕中大豆異黃酮含量為2 497.38 μg/g。從模型可知，擠壓條件不同導致大豆異黃酮的含量差異很大，適宜的擠壓膨化條件可以減少大豆異黃酮的損失率，其中18號樣、23號樣的大豆異黃酮損失為2.44%和2.84%;8號樣、25號樣的大豆異黃酮的損失率最高達70.53%和80.22%。因此，系統研究各擠壓參數對大豆異黃酮含量的影響，依據所建立的回歸模型，將4個擠壓參數分別固定于－1，0，1水平，代入方程，即可求得關于大豆異黃酮含量的單因素方程，根據單因素方程作圖如圖2所示，根據圖形我們來分析單一擠壓參數變化對大豆異黃酮含量的影響。

2.3.1 物料水分

大豆異黃酮含量隨物料水分增加而降低，物料水分為10.7%時，大豆異黃酮含量最高，物料水分為16.7%時，大豆異黃酮含量最低，當升至18.7%時，大豆異黃酮含量略有回升。膨化溫度、模孔長度、δ段長度、螺桿轉速的取值直接影響整體大豆異黃酮含量，當這4個因素取0水平時，大豆異黃酮含量最高，10.7%的物料水分，大豆異黃酮含量可達到2 429.74 μg/g，物料水分16.7%時，大豆異黃酮含量降至最低為1 555.45μg/g。當其他4個擠壓參數取1和－1水平時，大豆異黃酮含量會顯著降低，－1水平時最低，10.7%的物料水分，大豆異黃酮含量可達到1 546.81 μg/g，物料水分 16.7% 時，大豆異黃酮含量降至最低為683.26μg/g。

2.3.2 膨化溫度

物料水分、模孔長度、δ段長度、螺桿轉速的取值影響大豆異黃酮含量與膨化溫度的關系，當這4個參數取－1水平時，大豆異黃酮含量基本隨溫度升高而增加;當這4個參數取0水平時，100℃的膨化溫度，大豆異黃酮含量最低，70℃和130℃膨化時，大豆異黃酮含量略有升高，130℃時為2 011.80μg/g，升高幅度為402.78μg/g;當物料水分、模孔長度、δ段長度、螺桿轉速取1水平時，大豆異黃酮含量與膨化溫度表現出與前面截然相反的關系，即大豆異黃酮含量隨膨化溫度升高而降低，70℃時大豆異黃酮含量最高為1 640.01μg/g，130℃時最低為629.53 μg/g。

2.3.3 模孔長度

物料水分、膨化溫度、δ段長度、螺桿轉速的取值影響大豆異黃酮含量與模孔長度的關系，當這4個擠壓參數取－1水平時，大豆異黃酮含量隨模孔長度增加而升高;當這4個擠壓參數取0水平時，模孔長度變化對大豆異黃酮含量影響不大，模孔長度為30 mm時略有增加;當這4個擠壓參數取1水平時，大豆異黃酮含量隨模孔長度增加而降低。

2.3.4 δ 段長度

物料水分、膨化溫度、模孔長度、螺桿轉速的取值影響大豆異黃酮含量與δ段長度的關系，當這4個擠壓參數取－1水平時，大豆異黃酮含量隨δ段長度增加而升高，大豆異黃酮含量最高可達2 860.01 μg/g;當這4個擠壓參數取0水平時，大豆異黃酮含量也隨δ段長度增加而升高，但升高幅度降低，最高大豆異黃酮含量為2 045.81μg/g;當這4個擠壓參數取1水平時，大豆異黃酮含量隨δ段長度增加而降低。

2.3.5 螺桿轉速

大豆異黃酮含量隨螺桿轉速的取值而變化，60 r/min的低轉速和260 r/min的高轉速均會降低大豆異黃酮含量。但是，最佳螺桿轉速與物料水分、膨化溫度、模孔長度、δ段長度的取值有關，當這4個擠壓參數取－1水平時，最優螺桿轉速為210 r/min;最優螺桿轉速隨這4個擠壓參數取值的升高而降低。

圖2 擠壓條件與大豆異黃酮含量的關系

2.4 擠壓參數的優化

根據大豆異黃酮含量的回歸模型，利用頻數分析，將各因素－2至2水平的取值分為10段，統計其產生大豆異黃酮含量＞2 300μg/g的頻率，進而優化出最佳擠壓參數的取值范圍。

表4 大豆異黃酮含量大于2 300μg/g的擠壓膨化條件(頻數)

從表4中可以看出，統計出大豆異黃酮含量＞2 300μg/g的最優擠壓條件為:物料水分 10.7～11.6%，膨化溫度 101.2～102.0 ℃，模孔長度 30 mm，δ段長度25 mm，螺桿轉速130 r/min。

2.5 擠壓參數變化對大豆異黃酮損失率的影響

圖3 擠壓參數與大豆異黃酮損失率的關系

以17～26號樣品為研究對象，比較單一擠壓參數變化時，大豆異黃酮的損失程度，結果見圖3。度帶來的大豆異黃酮損失率最低，只有2.44%和2.84%;相反，260 r/min的高螺桿轉速和10 mm的短δ段導致異黃酮的損失率最大，分別為80.22%和68.86%。

從圖3可以看出，當其他擠壓參數固定于0水平時，單一擠壓參數變化對大豆異黃酮的損失率影響較大。當物料水分由10.7%增加至18.7%，大豆異黃酮損失率增加30.98%，膨化溫度由70℃升高到130℃，大豆異黃酮損失率增加13.88%，模孔長度由10 mm增加至50 mm，大豆異黃酮損失率減少2.61%，δ段長度由10 mm增加至30 mm，大豆異黃酮損失率減少66.02%，螺桿轉速由60 r/min增加至260 r/min，大豆異黃酮損失率增加21.09%。其中10.7%的低物料水分和30 mm的長δ段帶來的大豆異黃酮損失率最低，只有2.44%和2.84%;相反，260 r/min的高螺桿轉速和10 mm的短δ段導致大豆異黃酮的損失率最大，分別為80.22%和 68.86%。S.M.Mahungu等［11］研究了擠壓大豆過程中對大豆異黃酮含量和組分的影響，試驗對擠壓溫度、水分含量和保留時間3個參數進行設定，得出擠壓溫度對大豆異黃酮含量影響最大，分析這種影響可能源自大豆異黃酮的降解，Hsi－Mei Lai［12］通過大豆異黃酮的熱穩定試驗證明了大豆異黃酮的熱降解過程，主要為丙二酰基型大豆異黃酮向糖苷型的轉化。研究豆渣與其他谷物混合物進行擠壓，同樣得出擠壓過程減少了大豆異黃酮的總量［13－14］。

3 結論

3.1 不同擠壓過程對大豆異黃酮含量有很大影響，適宜的擠壓膨化條件可以使大豆異黃酮損失率減少為2.44%。其中大豆異黃酮得率＞2 300μg/g的最優擠壓條件為:物料水分10.7%～11.6%，膨化溫度101.2～102.0 ℃，模孔長度30 mm，δ段長度25 mm，螺桿轉速130 r/min。各因素對大豆異黃酮含量的影響大小依次為:螺桿轉速、物料水分、δ段長度、膨化溫度、模孔長度。

3.2 單一擠壓參數變化對大豆異黃酮含量也有很大影響，其中10.7%的低物料水分和30 mmδ段長

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