噴射蒸煮技術在植物蛋白加工中的應用研究進展

熊小輝，劉澤龍，張連慧

（中糧營養健康研究院有限公司，北京102209）

噴射蒸煮（jet cooking或hydrothermal cooking）是一種濕熱處理技術；如圖1所示[1]，噴射蒸煮設備主要由水熱器、物料維持管道和冷卻系統組成。在壓縮空氣作用下高速湍流的物料與經過噴嘴的高溫蒸汽混合，在閃蒸室中由于壓力的突然釋放產生強大的機械力，使熱能快速傳遞，物料溫度急劇升高（可達到150℃以上），達到蒸煮透徹；物料經過一定時間的溫度維持后進入冷卻系統[2]。

圖1 噴射蒸煮設備裝置圖Fig.1 Schametic diagram of jet cooking device

噴射蒸煮技術應用于食品原料加工當中可追溯到上世紀80年代，Codoni Augusto[3]在1989年設計出了一套噴射蒸煮裝置，該裝置包含一個蒸煮腔體，在腔體上有物料入口、蒸汽入口以及蒸煮液排出口，當時主要是用于淀粉的生產中，后來也擴展到了造紙業和紡織業的應用中。1991年，德國研究者也同樣設計出了一款用于食品原料加熱和蒸煮的裝置，該裝置加熱器具有控溫效果[4]。食品原料通過濕熱處理后，不僅具有殺菌作用[5]，而且可以調節食品質構，改善食品風味及感官品質，保持食品原有的營養特性等諸多優點[6]。噴射蒸煮裝置在食品加工中的應用是目前的研究熱點。

1 噴射蒸煮在植物蛋白加工中的應用

植物蛋白作為食品的重要組成成分，其理化功能特性的變化對食品外觀、口感、網絡結構和營養價值等都有很大影響。噴射蒸煮技術作為一種高溫處理手段，對植物蛋白會發生一定程度的改性作用，使蛋白質產生聚集、凝膠化、變性或解聚現象，蛋白質的理化功能特性發生改變，從而有利于改善蛋白在不同食品體系中的應用。

1.1 大豆蛋白

大豆蛋白是一種廣泛應用的植物蛋白，在肉制品、飲料和乳制品行業中，都會體現出大豆蛋白的持水持油性、乳化性和凝膠性等功能性質。由于生產大豆蛋白的原料一般都是提油后的豆粕，在此過程中蛋白質會發生一定程度上的變性；為了能夠很好地利用其中的大豆蛋白，避免資源浪費，科研人員通過噴射蒸煮裝置對其進行濕熱處理，并與其他方法相結合，從而來改善變性大豆蛋白的理化功能特性。

Wang和Johnson[7]研究發現采用噴射蒸煮設備（154℃）對脫脂大豆粉、大豆濃縮蛋白和大豆分離蛋白進行濕熱處理后，濃縮蛋白和分離蛋白的氮溶解指數（NSI）、起泡性和乳化性都得到了提升，其中濃縮蛋白的NSI由之前的15%增加到了56%；脫脂豆粉的NSI和乳化性也得到了改善。

Wang等[8]通過對高溫豆粕噴射蒸煮（154℃）處理，并考察閃蒸后高溫維持時間和閃蒸后直接排出兩種方式對豆粕中蛋白質的分散指數（PDI）影響。實驗結果發現，閃蒸后直接排出更有利于豆粕和豆粕中蛋白質的分散，豆粕PDI和乳化性比之前分別提高了2倍和 2.1倍。在 2005年，Wang等[1，9]采用噴射蒸煮裝置（154℃）處理熱變性脫脂豆粕和制備好的熱變性大豆分離蛋白，并向其中加入氫氧化鈉，發現氫氧化鈉與噴射蒸煮結合可以顯著提高大豆分離蛋白的提取率（由40%增加到82%），將變性大豆分離蛋白的溶解性由之前的4%提高到80%；Wang確定了噴射蒸煮裝置每處理1 g物料加0.6 mmol的氧化鈉時，大部分的蛋白質功能特性得到改善。熱變性大豆分離蛋白經過氫氧化鈉和噴射蒸煮處理后，其制備出的凝膠柔軟性好，透明度高。

為了能夠更好地提高植物蛋白提取率和純度，改善植物蛋白功能特性，研究者將化學改性與噴射蒸煮處理相結合，制備出更適用于食品體系中的改性植物蛋白。Lei Hu等[10]將三聚磷酸鈉與大豆濃縮蛋白混勻后經噴射蒸煮裝置濕熱處理（130℃），制備出磷酸化的大豆分離蛋白，將該蛋白加入到肌原纖維蛋白中來制備凝膠，通過掃描電子顯微鏡（SEM）發現，與不加磷酸化改性的大豆分離蛋白相比，形成的凝膠網絡更加緊密和有序，說明改性分離蛋白增強了肌原纖維蛋白凝膠的持水性。Yang等[11]將酶改性（植酸酶和酸性磷酸酶）、超濾（80 kDa截留分子量）和噴射蒸煮（130℃）三者相結合來處理經酒精洗滌過的大豆濃縮蛋白，制備出了一款安全性高、品質好的改性大豆蛋白；該蛋白的NSI由8.8%提升到85.4%，植酸含量由20.59 mg/g降低到了5.80 mg/g，異黃酮含量由最高的720 mg/kg減少到了70 mg/kg；該方法制備出的改性大豆蛋白由于溶解性好、抗營養因子含量低，在嬰幼兒配方中具有很大的潛在應用價值。

Sladjana等[12]對含有大豆蛋白的豆漿進行噴射蒸煮濕熱處理，在研究豆渣副產物時發現，經噴射蒸煮處理后，豆渣中的脂肪氧合酶（使豆渣氧化變質[13]）由之前的4.97%降低到0.365%，而且其活性也少到了0.004 mmol/（g·min）～0.007 mmol/（g·min），說明采用噴射蒸煮技術還可用于植物蛋白加工中抗營養因子的鈍化。

1.2 大米蛋白

大米蛋白作為一種低致敏性的植物蛋白，在嬰幼兒食品開發中有很好的發展前景。然而從糙米或米糠制備出的大米蛋白溶解性低，提取率和純度不高，且米糠中蛋白與其他物質結合緊密、蛋白發生變性，限制了大米蛋白的開發和在食品中的應用。因此，通過一定方式對大米蛋白加工過程進行改性來提高其提取率和理化功能特性顯得非常重要。

Xia等[14]通過將噴射蒸煮與淀粉酶水解相結合，從米糠中制備大米蛋白，由于噴射蒸煮可以提高蛋白提取率，淀粉酶水解提高蛋白純度，使大米蛋白的提取率達到45%～50%，純度在72%～74%；通過此方法制備的大米蛋白乳化性得到了顯著的改善，蛋白乳液的粒徑由之前的 1 μm～10 μm 減小到了 0.1 μm～1 μm。

1.3 小麥蛋白

小麥蛋白作為小麥淀粉的副產物，是一種不溶于水的蛋白質，目前主要是在烘焙行業中應用。為了拓展小麥蛋白在其他方面的應用，需要對其進行改性處理來改善其理化功能特性。Singh等[15]將小麥蛋白與玉米糖漿混勻后經過噴射蒸煮處理（121℃和149℃），使小麥蛋白糖基化而具有親水性，通過此方法制備的改性小麥蛋白起泡性得到改善（pH 5時的蛋白液除外），乳化穩定性增強（pH 3時的蛋白液最強），溶解性得到提高。Mohamed等[16]通過噴射蒸煮裝置對小麥蛋白和大豆卵磷脂進行濕熱處理，由于兩者疏水基團的暴露而相互結合形成懸浮液，從而制備出聯接卵磷脂的改性小麥蛋白，實驗發現，這種改性小麥蛋白可以很好地抑制大米和玉米淀粉的回生，比化學改性抑制淀粉回生更加方便、營養和經濟。

1.4 豌豆蛋白

一般蛋白質的溶解性影響其功能特性，從而決定了其在食品行業中的應用。溶解性效果好，其應用領域更廣，溶解性低其應用不會很理想。豌豆蛋白具有很好的營養保健價值[17-18]，由于單純的堿溶酸沉制備的豌豆蛋白溶解性差，其應用價值不能很好地發揮出來。

黃科禮和楊曉泉等[5，19]將糖酶酶解與噴射蒸煮相結合來處理豌豆淀粉加工的廢液和商用豌豆蛋白粉，將豌豆蛋白的NSI由25%提升到了80%，純度在85%～88%，顯著提高了豌豆淀粉副產物的附加值，有利于豌豆蛋白的綜合開發利用，實現豌豆產業經濟最大化。

2 展望

由于噴射蒸煮技術在植物蛋白加工中的應用時間不是很長，相應的基礎研究工作不夠完善、全面和深入，雖然噴射蒸煮處理技術在植物蛋白加工產業化道路上還面臨著諸多難題，但已經在蛋白加工產業中嶄露頭角。并且，其作為一項在植物蛋白改性方面非常有前景的新型加工處理技術，未來會對植物蛋白加工業產生重大影響。今后應加強噴射蒸煮濕熱處理技術在植物蛋白加工方面的基礎研究工作，掌握其中的機理和規律，從而實現噴射蒸煮熱處理技術對植物蛋白改性加工的可控性擴展其應用范圍，為成功實現噴射蒸煮處理技術來制備改性植物蛋白走向產業化做好理論和技術支持；同時也要在國產化噴射蒸煮設備上提高制作和設計水準，從而有利于噴射蒸煮設備在植物蛋白加工產業化中更好的推廣和應用。

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