響應(yīng)面優(yōu)化含紫蘇油粕高水分?jǐn)D壓蛋白工藝研究

田海娟，朱珠，張傳智，王成震（.吉林工商學(xué)院食品工程學(xué)院，吉林長春3006；.吉林工商學(xué)院糧油食品深加工吉林省高校重點實驗室，吉林長春3006）

響應(yīng)面優(yōu)化含紫蘇油粕高水分?jǐn)D壓蛋白工藝研究

田海娟1，2，朱珠2，*，張傳智2，王成震1
（1.吉林工商學(xué)院食品工程學(xué)院，吉林長春130062；2.吉林工商學(xué)院糧油食品深加工吉林省高校重點實驗室，吉林長春130062）

摘要：以紫蘇油粕和大豆蛋白為原料，并加入谷朊粉，采用雙螺桿擠壓技術(shù)，通過單因素試驗和中心旋轉(zhuǎn)組合試驗確定高水分?jǐn)D壓組織化的植物蛋白產(chǎn)品最優(yōu)工藝。結(jié)果表明，紫蘇油粕加入量對高水分?jǐn)D壓蛋白質(zhì)構(gòu)與感官品質(zhì)影響較大，含紫蘇油粕高水分?jǐn)D壓組織蛋白產(chǎn)品最佳工藝條件：紫蘇油粕10%、物料水分含量50%、擠壓溫度130℃。

關(guān)鍵詞：紫蘇油粕；高水分；擠壓；谷朊粉

紫蘇（別名：回回蘇、紅蘇、紅紫蘇、赤蘇、香蘇等），為唇形科野芝麻亞科塔花族一年生直立草本植物[1]。紫蘇在我國有兩千多年的栽培歷史，資源豐富；一部分用作藥材，其余大部分取籽粒榨油用于工業(yè)或做食用油。紫蘇籽中含多種營養(yǎng)成分，朱國君[2]報道紫蘇籽總蛋白質(zhì)含量在20%～23%之間，脫脂后紫蘇籽餅粕蛋白質(zhì)含量更高，其中所含18種氨基酸，組成比較全面。紫蘇籽粕目前主要用作動物飼料蛋白添加物，其綜合利用率較低。本試驗研究利用紫蘇粕，同時添加谷朊粉和大豆蛋白，采用雙螺桿擠壓機對組織蛋白進(jìn)行高水分?jǐn)D壓，利用中心旋轉(zhuǎn)組合試驗研究原料配比與擠壓工藝對產(chǎn)品品質(zhì)的影響，為提高紫蘇油粕綜合利用率和改善擠壓產(chǎn)品的口感提供參考。

1　材料與方法

1.1材料

紫蘇油粕：糧油食品深加工吉林省高校重點實驗室自制；小麥活性谷朊粉：扶風(fēng)縣谷物蛋白廠；HGKA80型大豆分離蛋白粉：哈高科大豆食品有限公司。

1.2設(shè)備

SQW-601超微粉碎機：山東三清不銹鋼設(shè)備有限公司；EV25型雙螺桿擠壓機：法國克萊斯特羅CLEXTRAL；400多功能真空包裝機：中國南通濠河包裝機械有限公司；電子稱；TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀：美國Brook-field。

1.3方法

1.3.1成分測定

水分測定依據(jù)GB/T21305-2007《谷物及谷物制品水分的測定常規(guī)法》進(jìn)行，蛋白質(zhì)測定依據(jù)GB5009.5-2010《食品中蛋白質(zhì)的測定》方法，脂肪測定按照GB5009.6-2003《食品中脂肪的測定》方法，粗纖維測定依據(jù)GB/T5009.10-2003《植物類食品中粗纖維的測定》進(jìn)行。

1.3.2氮溶解指數(shù)

以氮溶解指數(shù)表征蛋白質(zhì)的溶解性。準(zhǔn)確稱取1.0 g紫蘇油粕，加入50 mL蒸餾水，0.1 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至8.0，室溫下磁力攪拌，攪拌時間為1 h，5 000 r/min室溫下離心10 min，離心后收集上清液，用凱氏定氮法對上清液中樣品及未處理樣品中的含氮量進(jìn)行測定[3]。氮溶解指數(shù)計算公式：氮溶解指數(shù)（NSI）/%=上清液含氮量/樣品總含氮量×100。

1.3.3工藝流程

紫蘇油粕→超微粉碎→擠壓原料調(diào)配（添加谷朊粉、大豆蛋白粉）→調(diào)整水分→擠壓→質(zhì)構(gòu)檢測→品質(zhì)檢測

1.3.4單因素試驗設(shè)計

經(jīng)過前期多次試驗和比較，試驗選取3個主要影響因素作為研究對象，分別為紫蘇油粕添加量、物料水分含量、擠壓溫度，進(jìn)行單因素試驗；混合原料中加入35%的谷朊粉，能顯著提高擠壓組織化產(chǎn)品的組織化和纖維化程度，因此試驗混合原料中谷朊粉量不變，改變紫蘇油粕添加量，相應(yīng)調(diào)整大豆蛋白粉的添加量。

擠壓溫度130℃，紫蘇油粕添加量為15%，物料水分含量分別調(diào)整為40%、45%、50%、55%、60%進(jìn)行單因素試驗；物料水分含量為50%，擠壓溫度為130℃，試驗設(shè)計中紫蘇油粕量增加，大豆分離蛋白粉加入量相應(yīng)減少，分別按5%、10%、15%、20%、25%加入紫蘇油粕；樣品水分含量為50%，紫蘇添加量為15%，擠壓溫度分別為120、125、130、135、140℃進(jìn)行單因素試驗。

1.3.5擠壓產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)測定

測定時預(yù)先將樣品切成長度為2 cm的正方形，每個樣品測定3次，取其平均值。質(zhì)構(gòu)儀操作參數(shù)：探頭P/35，測試前速度2.0 mm/s，測試速度1.0 mm/s，測試后速度2.0 mm/s，下壓程度50%，間隔時間5 s，往復(fù)運動兩次。

通常用橫切力的大小來表征剪切強度的大小，用橫切所做的功與縱切所做的功的比值來衡量組織化程度的大小，即組織化度；組織化度＝縱切所做的功/橫切所做的功[4]。

1.3.6擠壓產(chǎn)品感官評價

含紫蘇籽粕高水分?jǐn)D壓樣品的感官品質(zhì)用打分法，請實驗室具有感官鑒評經(jīng)驗的10名專業(yè)研究人員對高水分?jǐn)D壓產(chǎn)品的各項感官指標(biāo)打分，對樣品感官分?jǐn)?shù)進(jìn)行統(tǒng)計，取其平均值，評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1　感官評分表[3]Table 1　Sensory evaluation standard

2　結(jié)果與討論

2.1原料理化特性分析

低溫脫脂紫蘇油粕粉理化特性見表2。

表2　低溫脫脂紫蘇油粕粉理化特性Table 2　Physi-chemical properties of the low-temperature defatted Perilla meal protein flour

2.2單因素試驗結(jié)果與分析

2.2.1紫蘇油粕添加量對紫蘇油粕高水分?jǐn)D壓組織化品質(zhì)的影響

根據(jù)1.3.4中單因素試驗設(shè)計，試驗研究紫蘇油粕添加量對高水分?jǐn)D壓組織化樣品的影響見圖1。

紫蘇油粕含量會直接影響到產(chǎn)品的風(fēng)味，添加過多導(dǎo)致風(fēng)味不佳，添加過少紫蘇油粕的利用率降低。由圖1可知，隨著紫蘇油粕的添加量的增加，擠壓產(chǎn)品的感官品質(zhì)與組織化度變化趨勢一致，即先升高后下降，組織化度在紫蘇油粕添加量為15%時，達(dá)到最高值1.19，當(dāng)紫蘇油粕添加量大于15%，組織化度顯著降低，這是由于紫蘇油粕中粗纖維含量相對較高，當(dāng)添加量過多時，在一定的擠壓條件下影響產(chǎn)品的組織化度，添加量過多，產(chǎn)品因紫蘇油粕的香氣過于濃郁而導(dǎo)致感官品質(zhì)下降。

圖1　紫蘇油粕添加量對產(chǎn)品感官品質(zhì)與組織化度的影響Fig.1　The effect of Perilla oil meal amount on product quality and texturized degree

2.2.2物料水分含量對紫蘇油粕高水分?jǐn)D壓組織化品質(zhì)的影響

根據(jù)1.3.4中單因素試驗設(shè)計，研究不同的物料水分含量對含紫蘇油粕高水分?jǐn)D壓組織化品質(zhì)的影響，結(jié)果見圖2。

圖2　物料含水量對產(chǎn)品感官品質(zhì)與組織化度的影響Fig.2　The influence of material moisture content product quality and texturized degree

水分含量對植物蛋白擠壓組織化過程產(chǎn)生顯著地影響，水分含量的多少影響到擠壓組織化原料中蛋白質(zhì)與水接觸產(chǎn)生交聯(lián)的程度，進(jìn)而影響擠壓產(chǎn)品的組織化程度和感官品質(zhì)。由圖2可知，產(chǎn)品的感官品質(zhì)與組織化程度變化一致，物料含水量在40%～55%區(qū)間時，組織化度與感官品質(zhì)隨著水分含量的增加而升高，物料含水量為55%，達(dá)到一個峰值后，隨著物料含水量進(jìn)一步提高其組織化度與感官品質(zhì)呈下降趨勢。這是由于擠壓溫度不變的情況下，隨著物料含水量的增加，物料在擠壓腔體中變稀，所受的壓力降低顯著，其組織化程度降低，對感官品質(zhì)影響也較大。

2.2.3擠壓溫度對含紫蘇油粕高水分?jǐn)D壓組織化品質(zhì)的影響

溫度對擠壓產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)有較顯著影響，根據(jù)1.3.4中單因素試驗設(shè)計，研究不同的擠壓溫度對含紫蘇油粕高水分?jǐn)D壓組織化的影響，結(jié)果見圖3。

圖3　擠壓溫度對產(chǎn)品感官品質(zhì)與組織化度的影響Fig.3　The effect of extrusion temperature on product quality and texturized degree

由圖3可知，溫度在120℃～130℃區(qū)間，產(chǎn)品的組織化程度與感官品質(zhì)提高，當(dāng)溫度超過130℃，原料的組織化程度降低顯著，其膨化特征表現(xiàn)更為明顯；結(jié)合擠壓設(shè)備的生產(chǎn)實際，擠壓溫度調(diào)節(jié)范圍在5℃內(nèi)，調(diào)控性不強，因此選擇擠壓溫度為120、130、140℃作為響應(yīng)面優(yōu)化試驗的3個水平。

2.3中心旋轉(zhuǎn)組合試驗設(shè)計與結(jié)果分析

2.3.1響應(yīng)面分析

根據(jù)以上單因素的結(jié)果與分析，試驗以紫蘇油粕添加量、擠壓溫度及物料水分含量為自變量（Xi），以感官品質(zhì)為響應(yīng)值，通過Design Expert 8.0.7.1軟件采用中心旋轉(zhuǎn)組合試驗設(shè)計，共17組試驗。每組試驗重復(fù)3次，試驗設(shè)計見表3，結(jié)果見表4。

表3　中心旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計因素與水平表Table 3　Factors and levels in central composite rotary design

試驗號　X1　X2　X3　　感官評分1234567891 0 00-11-1 -1 00011-0100 0010000-101 10001 48 50 32 31 34 32 49 26 49 36

續(xù)表4　中心旋轉(zhuǎn)組合試驗設(shè)計與結(jié)果Continue table 4　Central composite rotary design and corresponding experimental results

試驗設(shè)計各因素交互作用對含紫蘇油粕高水分?jǐn)D壓組織化品質(zhì)影響結(jié)果見圖4、圖5、圖6。

圖4　紫蘇油粕添加量和擠壓溫度對擠壓產(chǎn)品品質(zhì)的影響Fig.4　The influence of Perilla oil meal amount and extrusion temperature on extrusion product quality

圖5　紫蘇油粕添加量與物料水分含量對擠壓產(chǎn)品品質(zhì)的影響Fig.5　The influence of Perilla oil meal amount and material moisture content on extrusion product quality

用Design Expert 8.0.7.1統(tǒng)計軟件進(jìn)行回歸擬合，得到含紫蘇油粕高水分?jǐn)D壓組織化產(chǎn)品的感官評價

2.3.2模擬方差分析

對中心旋轉(zhuǎn)組合試驗進(jìn)行二次多元回歸擬合，回歸方程模型的方差分析見表5。

圖6　擠壓溫度與物料水分含量對擠壓產(chǎn)品品質(zhì)的影響Fig.6　The influence of extrusion and temperature material moisture content extrusion product quality

表5　中心旋轉(zhuǎn)組合試驗結(jié)果方差分析表Table 5　Variance analysis of the established regression model

由表5可知，模型P<0.01，表明該模型具有極顯著性，模型失擬項P=0.086 1>0.05，模型失擬項不顯著，說明擬合模型較合適。模型項X1、X12、X22、X32都達(dá)到極顯著水平，其中紫蘇油粕添加量對產(chǎn)品的感官品質(zhì)影響極顯著（P<0.01）。相關(guān)系數(shù)R2=0.988 7>0.85，模型調(diào)整確定系數(shù)R2adj=0.974 1[5]，感官評價實際與預(yù)測值之間有較好的擬合度，因此該模型可用于紫蘇油粕高水分?jǐn)D壓組織蛋白產(chǎn)品感官評價值的實際情況，對產(chǎn)品的品質(zhì)的影響順序：紫蘇油粕添加量>擠壓溫度>物料水分含量。同時，水分含量與擠壓溫度對產(chǎn)品的感官品質(zhì)影響顯著（P<0.05），其他交互因素的影響不顯著。

2.3.3模型驗證及最佳工藝條件的確定

由二次多項式回歸方程可知，在紫蘇油粕添加量

為9.66%、擠壓溫度130.42℃、物料水分含量為50.39%的條件下，感官評分達(dá)到48.9539分。根據(jù)擠壓生產(chǎn)實際，在紫蘇油粕添加量為10%、擠壓溫度130℃、物料水分含量為50%的條件下進(jìn)行驗證試驗，得到感官評分為49.5分，實際值與預(yù)測值之間具有較好的擬合度，說明該擬合模型合理，具有一定應(yīng)用價值。

3　結(jié)論

試驗通過Design Expert 8.0.7.1設(shè)計響應(yīng)面法優(yōu)化了含紫蘇油粕高水分?jǐn)D壓組織蛋白工藝，得出含紫蘇油粕高水分?jǐn)D壓組織蛋白產(chǎn)品工藝的最佳參數(shù)：紫蘇油粕添加量為10%、擠壓溫度130℃、物料水分含量為50%。本試驗為進(jìn)一步研究紫蘇油粕高水分?jǐn)D壓組織蛋白工藝條件，改善其品質(zhì)，豐富植物組織化產(chǎn)品提供一定的依據(jù)，具有一定的應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃麗.紫蘇葉抗過敏活性物質(zhì)的研究[D].廣西:廣西大學(xué),2005:1

[2]朱國君.紫蘇餅粕蛋白質(zhì)的分離提取及其功能特性研究[D].重慶:西南大學(xué),2008:3

[3]王楠,馮志彪.兩種油料蛋白制備及其功能性研究[J].中國油脂, 2012,37(3):18-22

[4]孫志欣.高濕擠壓技術(shù)生產(chǎn)組織化大豆蛋白工藝研究[D].哈爾濱:東北農(nóng)業(yè)大學(xué),2009:14

[5]徐邦杰．大豆組織蛋白生產(chǎn)技術(shù)探討[J]．食品科學(xué),1984,5(4):35-36

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.23.020

收稿日期：2015-08-31

基金項目：吉林省科技廳科技支撐計劃重大科技攻關(guān)專項科研項目（20130204044NY）

作者簡介：田海娟（1980—），女（漢），講師，碩士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工、食品新資源利用等。

*通信作者：朱珠（1960—），女（漢），教授，研究方向：糧油食品深加工。

Optimization of High Moisture Organized Technology of Perilla Oil Meal Protein Product by Design-Expert Design

TIAN Hai-juan1，2，ZHU zhu2，*，ZHANG Chuan-zhi2，WANG Cheng-zhen1
（1.Branch of Food Engineering，Jilin Business and Technology College，Changchun 130062，Jilin，China；2.Jilin Province Key Laboratory of Grain and Oil Processing，Jilin Business and Technology College，Changchun 130062，Jilin，China）

Abstract：Perilla oil meal and soy protein as a raw material，added wheat gluten，used the high moisture twinscrew extrusion technology，and through the single factor experiment and central composite rotary design to determine the optimal process of Perilla oil meal protein products.The results showed that Perilla oil meal addition was the biggest effected on quality of protein products，followed by extruding temperature and material moisture content.The optimal process parameters were Perilla oil meal addition 10%，moisture content 50%，extrusion temperature 130℃.

Key words：Perilla oil meal；high moisture；extrusion；wheat gluten