組織化大豆蛋白生產工藝研究與應用進展

張金闖 魏益民 張 波 張 瑋

（中國農業科學院農產品加工研究所農業部農產品加工重點實驗室，北京 100193）

組織化大豆蛋白生產工藝研究與應用進展

張金闖 魏益民 張 波 張 瑋

（中國農業科學院農產品加工研究所農業部農產品加工重點實驗室，北京 100193）

組織化大豆蛋白是大豆蛋白加工業中重要產品之一。梳理組織化大豆蛋白生產工藝及其關鍵技術，可提升產品質量和種類，促進大豆蛋白加工業的穩定發展。本研究整理、闡述組織化大豆蛋白生產工藝，以及涉及的關鍵技術、質量評價、食品應用等方面的研究進展。組織化大豆蛋白具有動物蛋白纖維狀結構和咀嚼感，替代動物蛋白可以降低生產成本，改善膳食結構。蛋白質含量、纖維狀結構、持水性、色澤是組織化大豆蛋白的質量要素。擠壓組織化大豆蛋白產業目前仍以普通組織化蛋白產品為主，開始規模化生產纖維狀結構明顯的拉絲蛋白，而高水分組織化蛋白仍停留在試驗階段。

大豆蛋白 擠壓組織化 質量要素 質量評價 產品應用

植物蛋白是一類來源于植物的蛋白質，其資源豐富，生理功能突出，是營養豐富的食品資源[1]。用于食品和飼料的植物蛋白主要來源于豆科、谷物以及油料作物等。油料作物，如大豆、花生、油菜籽（十字花科）等每年提供的蛋白質近1.4億t；谷物，如玉米、小麥、稻谷等每年提供蛋白質約6 000萬t。與動物蛋白相比，植物蛋白幾乎不含膽固醇，具有多種生理功能。1999年10月美國食品藥物管理局（FDA）正式宣布健康聲明：“每天食用25 g大豆蛋白，可以減少心臟病的風險。”《中國食物與營養發展綱要（2014—2020年）》提出，到2020年，大豆人均年消費量為13 kg，并將“強化大豆生產與精深加工的科學研究，實施傳統大豆制品的工藝改造，開發新型大豆食品，推進大豆制品規模化生產”[2]。為提高中華民族健康素質，中國食品工業協會也提出了植物蛋白與動物蛋白并舉的方針，植物蛋白由于資源豐富、廉價易得，以及其獨特的生理功能，已成為食品研究開發的熱點之一。

組織化大豆蛋白是一種具有類似動物肌肉纖維狀結構的大豆蛋白制品。纖維狀結構是大豆蛋白在溫度、剪切、壓力等物理場作用下，蛋白質分子發生變性、分子鏈取向、重新交聯后產生的。組織化大豆蛋白較好地結合了大豆蛋白的低膽固醇和動物蛋白良好的纖維結構、咀嚼性，是一種高蛋白低脂肪的食品[3－5]。組織化蛋白根據原料蛋白質含量可分為高蛋白組織化產品（高于70%）和低蛋白組織化產品（50%～55%）；根據生產水分含量可分為低水分組織化蛋白（低于35%）和高水分組織化蛋白（高于45%）；根據產品纖維狀結構可分為普通組織化蛋白（具有少量纖維狀結構）和拉絲蛋白（具有明顯的纖維狀結構）[6－7]。相比濃縮大豆蛋白和分離大豆蛋白制造的溶劑浸提法，組織化大豆蛋白主要采用物理技術，高度集成了喂料、混合、剪切、加熱、成型等工序，具有高效率、低能耗，少排放、低成本，高溫短時、營養損失小等特點。

綜述整理、闡述組織化大豆蛋白生產工藝，以及關鍵技術、質量評價、食品應用等方面的研究進展，結合中國組織化大豆蛋白加工業發展現狀，討論相關的工藝和關鍵技術，為組織化大豆蛋白加工業和產品應用提供參考，促進大豆蛋白加工業的穩定發展，以及產品質量和種類的提升。

1 中國組織化大豆蛋白行業發展現狀

中國大豆蛋白工業化生產始于20世紀80年代，主要原料為油料作物（大豆）榨油后的脫脂餅粕，主要產品為分離蛋白和濃縮蛋白，生產工藝和裝備主要由國外引進[8]。90年代初，原黑龍江三江食品公司引進了美國溫格爾（Wenger）擠壓組織化生產線，開始工業化生產組織化大豆蛋白。有資料顯示，2014年中國大陸從事組織化大豆蛋白生產的企業有50余家[9]，代表企業有山東御馨豆業蛋白有限公司、浙江百川食品有限公司、益海嘉里集團的秦皇島金海食品工業有限公司、谷神生物科技集團有限公司、哈爾濱高科技集團等。臺灣地區從90年代開始生產組織化大豆蛋白，代表企業有遠哲有限公司、弘揚食品、新哲興業有限公司等。

表1 主要組織化大豆蛋白生產企業

御馨豆業的組織化蛋白產量較大，年產量達3萬t，產品以普通組織化蛋白為主；浙江百川年產量為2萬t，產品以拉絲蛋白為主。大型企業，如金海糧油等的生產設備以進口為主，如美國溫格爾、瑞士布勒（Buhler）公司等；而小型企業主要采用國內設備生產，如江蘇牧羊、山東賽百諾公司生產的設備等；御馨、百川等還自行改造或組裝生產設備。谷神集團、益海嘉里、浙江百川生產原料以低溫脫脂豆粕、大豆分離蛋白、大豆濃縮蛋白等為主，淀粉、谷朊粉、花生粉等為主要輔料。產品以普通組織化蛋白和拉絲蛋白為主。根據纖維狀結構的程度，組織化蛋白的價格從7 000～22 000元/噸。纖維狀結構越明顯，組織化蛋白價格約高。普通組織化蛋白利潤率一般在15%～20%之間，而拉絲蛋白的利潤率在20%以上。普通組織化蛋白生產技術門檻較低，市場競爭激烈，產品質量不穩定或存在隱患。

2 大豆蛋白組織化生產方法

常見的蛋白質組織化方法有以下3種：

1）熱凝固法：大豆蛋白濃溶液在平滑的熱金屬表面發生水分蒸發，蛋白隨即產生熱凝結作用，形成組織化蛋白。

2）熱塑擠壓法：含有蛋白質的混合物在螺桿的輸送作用下，在機筒溫度、壓力和螺桿剪切的作用下，發生熔融，當擠出模頭后，物料水分迅速蒸發，形成了膨脹、干燥的多孔結構，得到組織化蛋白。

3）纖維紡絲法：在pH＞10的條件下制備高濃度蛋白質溶液，經過脫氣、澄清后在高壓下通過多孔的噴頭進入含有氯化鈉的酸性溶液，在等電點和鹽析效應的共同作用下，蛋白質發生凝結，形成纖維狀結構。

3種方法中，熱塑擠壓法連續性較好，工藝集成性高，原料適用性寬泛，是應用最廣泛的技術[10]。

擠壓法生產組織化蛋白最早可追溯至20世紀60年代，美國人Anelly申請了第1個專利，以單螺桿擠壓技術為主。70年代，雙螺桿擠壓技術得到應用。低水分擠壓組織化大豆蛋白的生產工藝已趨于成熟[11－14]，如圖 1所示。雙螺桿擠壓因其混合性能好，剪切強度可控等特點，使得擠壓加工過程含水量提高至60%，擠壓產品也出現了新的特性，如優良的可塑性、即食性等。隨著在線檢測技術和自動控制技術的發展，美國密蘇里州立大學在模頭處配置光學檢測裝置用于組織化蛋白纖維狀結構形成的控制；澳大利亞科工組織（CSRIO）配置聲波檢測裝置用于控制擠壓過程的穩定性。擠壓組織化蛋白產品已從普通型發展成根據蛋白質含量、水分含量、纖維狀結構等多個系列產品。

圖1 擠壓組織化蛋白生產工藝流程

隨著擠壓機結構、擠壓過程自動監控技術和產品特性分析技術等的突破，高水分擠壓技術得到了較大發展。魏益民等[15]系統開展了低溫脫脂大豆粕的高水分擠壓組織化工藝優化、產品纖維狀結構形成機理、產品質量評價、生產設備研制、原料及產品標準等研究工作。江旭海[16]、張毅方[17]、王建忠[18]等在拉絲蛋白生產方面申請了相關專利。多級擠壓、生物酶解、超臨界CO2萃取等聯用技術開始受到人們的關注。

3 組織化蛋白在食品工業中的應用

組織化蛋白具有優良的吸水性和吸油性，以及動物蛋白纖維狀結構和咀嚼感，規格有塊狀、粒狀、糝狀、條狀等。通常情況，組織化蛋白產品的蛋白質含量達50%以上，是豬肉的3倍，復水后價格是豬肉的1/5。組織化蛋白替代動物蛋白可以降低生產成本，增加食品中大豆蛋白含量，改善膳食結構。師文添[19]認為拉絲蛋白在香腸中的添加量約為7%。費英敏[20]研制的素火腿中大豆拉絲蛋白的添加量為33%。倪晨[21]認為大豆組織化蛋白在丸子中添加量約為20%。王海燕等[22]認為，組織蛋白應用在水餃餡或灌腸等的添加比例為肉量的15%～20%（濕基）為宜。據相關資料介紹，1998年美國已有500種食品添加大豆蛋白，日本每年要消耗60多萬t大豆蛋白制品，其中以大豆組織蛋白應用最為廣泛[23]。目前，我國組織化蛋白的應用主要集中在肉制品、冷凍食品、方便食品、肉丸、休閑食品等方面，代表的食品有火腿腸、冷凍餃子、方便面調料、魚丸、辣條、豆干等，使用比例分別為5%、10%、1%、10%、90%左右，年需求量在50萬t以上，按照1萬元/t估算，產值超過50億元。

表2 國內大豆組織化蛋白/拉絲蛋白生產應用概況

4 組織化蛋白產品質量標準及評價方法

康立寧等[24]采用因子分析法，認為組織化蛋白產品品質指標重要程度依次為（韌性、硬度）＞組織化度＞亮度和a* ＞b*。Maurice等[25]提出，組織化大豆蛋白應包括咀嚼次數，如咀嚼一定量的樣品使之達到與對照樣品類似吞咽程度所需的咀嚼次數，以及產品拉伸或剪切特性。Breene[26]提出，嫩度和含汁度是評價產品質地的重要參數，其研究結果表明，嫩度與感官評價具有很好的相關性，但含汁度相關性較差。張波等[27]認為持水性可部分反映產品的組織化程度。Lin等[28]通過描述分析、光學顯微鏡、掃描電鏡觀察3種方法對不同含水率和不同溫度擠壓產品的質量，包括光滑度、咀嚼性、纖維和層狀結構以及吸水率等作了比較分析，其結果表明，硬度或咀嚼性越高的產品相應的組織結構越好；同時，他還認為消費者對組織化蛋白的評價更重要。Cumming等[29]提出在感官評定產品質量時還應包括產品密度和吸水率。Alonson等[30]采用吸水能力、水溶性指數、水分保持能力和吸油性作為組織化菜豆蛋白的評價指標。Wang等[31]采用有效賴氨酸含量、比容、蛋白質消化率、胰蛋白酶活性等來評價和分析組織化豌豆蛋白的質量。Yao等[32]采用質地分析、微觀結構分析和熒光偏振光譜分析對產出物品質進行評價后認為，基于熒光偏振光譜理論的熒光偏振程度和各向異性指標則能較好地反映擠壓過程中纖維的形成。Ranasinghesagara等[33－34]發明了光子遷移方法作為一種標準方法進行無損、瞬時檢測高水分擠壓大豆蛋白產品的纖維化度。

根據應用領域的不同，組織化蛋白質量要素不盡相同，其中纖維狀結構、咀嚼性、持水性等為主要要素。2008年商務部頒布的《膨化豆制品》行業標準（SB/T10453—2007）是國內大部分企業執行的標準。原黑龍江三江食品公司大豆組織化蛋白企業標準（1999年）要求，蛋白質≥50%，脂肪≤1.5%，粗纖維≤5%，水分8% ～12%，容重≤350 g/L，碎沫率 ＜5%，復水比例1∶2.5～3，符合糧食衛生標準，外觀呈淡黃色或黃褐色，無焦苦味、無霉變，成海綿狀、塊狀或顆粒狀，略有豆味，吸水膨脹后能浮于水面，不散碎，有類似瘦肉狀的纖維組織，水泡后口感柔軟，組織細膩。金海食品技術部門認為，組織化蛋白產品重要的理化指標是蛋白質含量；重要的加工性能指標為口感、復水、保油；重要的感官指標為色澤。百川食品技術部門認為，拉絲蛋白最重要的指標是內部纖維狀結構的明顯程度以及纖維絲的強度，其次是色澤、光滑度、亮度等。這與谷神集團的產品標準一致。

5 結論

組織化大豆蛋白具有動物蛋白纖維狀結構和咀嚼感，替代動物蛋白可以降低生產成本，改善膳食結構。蛋白質含量、纖維狀結構、持水性、色澤是組織化大豆蛋白的質量要素。擠壓組織化大豆蛋白產業目前仍以普通組織化蛋白產品為主，開始規模化生產纖維狀結構明顯的拉絲蛋白，而高水分組織化蛋白仍停留在試驗階段。

志謝：感謝秦皇島金海食品工業有限公司于浩榮、浙江百川食品有限公司江旭海提供行業相關信息。

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The Research on Production Technology and Application Process of Textured Soybean Protein

Zhang Jinchuang Wei Yimin Zhang Bo Zhang Wei

（Institute of Food Science and Technology CAASKey Laboratory of Agro－Products Processing，Ministry of Agriculture，Beijing 100193）

Textured soybean protein was an important product of soybean protein processing industry.The review on production technology and its key technology could improve products quality and variety and promote the stable developmentof soybean protein processing industry.This paper stated research process of textured soybean protein production technology，key technology，quality evaluation，food application involved，etc.Textured soybean protein had similar filamentary structure and chewiness properties as animal protein.Substitution animal protein could decrease production cost and improve dietary pattern.Protein content，filamentary structure，water holding capability，and colorwere the quality factors of textured soybean protein.Extrusion textured soybean protein industry gave priority to common textured soybean protein，and began to conduct large－scale production on wiredrawing protein with obvious filamentary structure，while high moisture textured soybean protein was still at the stage of experiment.

soybean protein，extrusion texturization，quality factor，quality evaluation，product application

TS214.2

A

1003－0174（2015）10－0135－05

時間：2015－10－20 14：19：01

網絡出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/11.2864.TS.20151020.1419.006.html

公益性行業（農業）科研專項經費（201303071），中央級公益性科研院所基本業務費專項（1610092015002－03）

2015－05－25

張金闖，男，1991年出生，碩士，農產品加工及貯藏工程

張波，男，1978年出生，博士，副研究員，糧食及植物蛋白工程