豌豆蛋白組織化擠壓工藝參數優化及其在肉制品中的應用

楊 震， 曲 超， 貢 慧， 劉 夢， 史智佳*

(1.中國肉類食品綜合研究中心；2.肉類加工技術北京市重點實驗室：北京 100068)

豌豆蛋白組織化擠壓工藝參數優化及其在肉制品中的應用

楊 震1,2， 曲 超1,2， 貢 慧1,2， 劉 夢1,2， 史智佳1,2*

(1.中國肉類食品綜合研究中心；2.肉類加工技術北京市重點實驗室：北京 100068)

以豌豆蛋白粉為原料，進行擠壓組織化試驗，對物料水分含量、螺桿轉速、喂料速度以及擠壓溫度等因素進行分析，確定豌豆蛋白粉擠壓的最佳工藝參數。同時，將組織化的豌豆蛋白添加到肉制品中，分析其在肉制品中的加工特性。研究發現，豌豆組織蛋白最佳擠壓工藝參數為：物料水分含量50%，喂料速度35 Hz，螺桿轉速20 Hz，機筒溫度160 ℃；添加到肉制品中發現，添加量為4%豌豆組織蛋白的香腸在顏色、質構特性和感官評價方面效果最好，過高或過低都會對產品質量產生不利影響。

豌豆蛋白；組織化；擠壓；肉制品加工；肉制品

豌豆是世界第2大豆類作物，目前世界上生產干豌豆的國家有60多個，其中有50個國家生產青豌豆。我國具有豐富的豌豆資源，年產量約為150萬t，約占世界總產量的8%[1]。豌豆含有豐富的植物蛋白資源，蛋白質含量為20%～24%，總淀粉含量約為50%，粗纖維含量約為5%。植物蛋白營養豐富，膽固醇含量低，加工生產成本和工藝相對簡單且廉價，進入人體后消化吸收率高，有降低“文明病”發病率等優點，深受廣大消費者的喜愛[2-8]。然而豌豆中的植物蛋白卻沒有得到充分的回收利用。因為我國對于豌豆的深加工，主要是利用其淀粉制作粉絲。豌豆蛋白是生產豌豆淀粉的副產物[9]，絕大部分應用于飼料加工，存在利用途徑少，附加值低等問題。借鑒大豆蛋白應用于肉制品加工的做法，探索豌豆蛋白在肉制品加工中的應用，是拓展豌豆蛋白應用領域、提高其附加值的重要途徑。

豌豆蛋白直接添加到肉制品中會將豆腥味帶入，嚴重影響肉制品的品質，豌豆蛋白組織化則可以很好地解決這一問題。雙螺桿擠壓法是植物蛋白組織化的常用方法之一，按產品形態及工藝不同可分為干法擠壓與濕法擠壓2類：干法的原料水分含量為20%～35%，濕法的原料水分含量為40%～70%[10-12]。本文采用濕法擠壓工藝進行豌豆蛋白組織化。

目前，植物蛋白組織化一般是以脫脂大豆粕、大豆濃縮蛋白或大豆分離蛋白等為主要原料，而關于豌豆蛋白為原料的組織化產品的研究還處于起步階段，擠壓工藝參數、產品結構、產品質量評價及組織化產物在肉制品的應用還尚未見報道。同時，我國作為豌豆的主要生產國，具有豐富的豌豆資源。因此，針對豌豆蛋白組織化及其在肉制品中應用的研究將具有廣闊前景。

1 材料與方法

1.1 材料

豌豆蛋白粉，水。豌豆蛋白粉常規理化特性見表1。

表1 豌豆蛋白粉常規理化特性表Table 1 Routine physical and chemical properties of the pea protein flour (%)

1.2 擠壓設備

北京農學院LT-32試驗型雙螺桿擠壓機(圖1)，主要技術參數為：螺桿直徑35 mm，長徑比20∶1，螺桿轉速1～60 Hz，加熱區3段。本試驗采用的模具模孔12 mm×1.8 mm，方形模頭。

圖1 LT-32型雙螺桿擠壓機結構示意圖Fig.1 Structure diagram of LT-32 twin-screw extruder

1.3 豌豆蛋白組織化試驗

1.3.1 試驗設計

1) 單因素試驗

采用單因素試驗分別考查喂料速度[13,14]、螺桿轉速[15]、機筒溫度[16]、物料水分[17-19]等因素對豌豆組織蛋白產品質量的影響規律，初步確定其擠壓組織化工藝參數范圍。單因素試驗設計如表2所示。

表2 單因素試驗方案
Table 2 Levels and factors design of single-factor experiment

水平因素物料水分%喂料速度Hz螺桿轉速Hz機筒溫度℃13010101002402020120350303014046040401605705050180

2) 正交試驗

在單因素擠壓試驗的基礎上，確定正交試驗各因素的水平設置范圍及設計方案。正交試驗設計如表3所示。

表3 正交試驗方案Table 3 The factors and levels of orthogonal combination design

1.3.2 評價方法

對豌豆組織蛋白采取感官評價的方式進行評價，主要從色澤、組織化、質構、氣味等4個方面進行評價。感官評價評分標準如表4所示[14]。

表4 豌豆組織蛋白感官評價表Table 4 Sensory evaluation of pea tissue soy protein

1.4 豌豆組織蛋白于肉制品中的應用試驗

將豌豆組織蛋白作為輔料以不同比例添加到肉制品中，分析測定添加輔料后肉制品各項指標的差異性，確定豌豆組織蛋白在肉制品中的添加量。

1.4.1 產品配方

豌豆組織蛋白的添加量分別為原料肉的2%、4%和6%，其他原輔料主要有豬四號肉、豬脂肪、淀粉、三聚磷酸鈉、食鹽、白砂糖、異Vc鈉、亞硝酸鹽、味精、冰水及香辛料等。

1.4.2 工藝流程

原料肉的預處理→絞肉→斬拌→灌腸及扭結→吊掛→干燥→蒸煮→冷卻→包裝→殺菌→成品。

1.4.3 檢測方法

1) 顏色檢測方法

采用柯尼卡美能達公司的CR-400色差計進行色差測定，以標準板矯正，光源為D65，測定樣品表面的L*，a*，b*，數據由柯尼卡美能達公司的DP-400數據處理器輸出，每種樣品在不同部位取值，測5次數據。

2) TPA檢測方法

使用質地多面剖析法(Texture profile analysis，TPA)進行香腸質構特性的檢測。檢測時，TA-XT plus型質構儀使用平底柱形P/50探頭，測前速度為2 mm/s，測試速度為1.0 mm/s，測后速度為10 mm/s，壓縮比為75%，負載質量為5 g，2次壓縮間隔時間為5 s，數據采集率為200/s。樣品使用圓形管取樣器及切刀，取得直徑/mm×高度/mm分別為15 mm×15 mm的樣品各10個[20]。

3) 感官評價方法

由食品專業相關人士評定[21](表5)

1.5 數據處理及分析

使用IBM Statistics SPSS 19.0和Excel 2013進行數據處理。

表5 香腸感官評價表Table 5 Sensory evaluation of emulsification sausage

2 結果與分析

2.1 機筒溫度對豌豆蛋白組織化的影響

機筒溫度分別設置為100、120、140、160和180 ℃。其他參數為：物料水分50%，喂料速度20 Hz，螺桿轉速20 Hz。

通過對不同機筒溫度豌豆蛋白組織化產品的感官評價，發現隨著機筒溫度的升高，產品組織化程度發生明顯變化。在100～120 ℃時，豌豆蛋白組織化程度較低，感官評分較低，擠出物切面有少量粉質，擠壓產品還沒有明顯的纖維狀結構；當擠壓溫度達到140～160 ℃時，擠壓產品結構致密，有明顯的纖維狀組織結構，感官評分逐漸升高，說明140 ℃是豌豆蛋白開始組織化的溫度，160 ℃是產品組織化的最佳溫度；當溫度達到180 ℃時，擠壓產品色澤加深，焦化嚴重，呈渣狀，感官評分下降(圖2)。

圖2 不同機筒溫度對豌豆組織蛋白的影響Fig.2 Effect of extrusion temperature on pea tissue protein

2.2 物料水分對豌豆蛋白組織化的影響

物料水分分別設置為30%、40%、50%、60%和70%。其他參數為：機筒溫度160 ℃，喂料速度20 Hz，螺桿轉速20 Hz。

通過對不同物料水分豌豆蛋白組織化產品的感官評價，發現物料水分含量<50%時，擠壓產品表面嚴重變形，粗糙，口感發硬，彈性差，無較好的組織化結構；在50%時，產品表面平整、光滑，口感細膩，有較好的彈性和組織化結構，為最佳水分含量；在60%時已不能形成組織化結構，產品咀嚼度明顯降低，粘度增加，彈性較差。當物料水分含量>70%時，擠壓機出現頻繁“噴爆”現象，無法正常擠出(圖3)。

圖3 不同物料水分對豌豆組織蛋白的影響Fig.3 Effects of material moisture content on pea tissue soy protein

2.3 喂料速度對豌豆蛋白組織化的影響

喂料速度分別設置為10、20、30、40和50 Hz，其他參數為：物料水分50%，機筒溫度160 ℃，螺桿轉速20 Hz。

通過對不同喂料速度豌豆蛋白組織化產品的感官評價，發現隨著喂料速度的增加，產品感官評分逐漸增加，當喂料速度達到30 Hz時，產品感官評分達到最大值90，之后逐漸降低。在較低的喂料速度下所得到的擠壓產品的組織化質量較好，這是因為只有當擠壓機筒內空間完全充滿時，擠壓機內才會產生壓力梯度，熔融體在螺桿的輸送作用以及壓力作用下向前流動。增加喂料速度會影響物料的滯留時間，進而影響物料在機筒內的平均受熱時間、混合程度以及組織化結構的形成。所以經分析認為豌豆蛋白組織化的喂料速度以30 Hz比較合適(圖4)。

圖4 不同喂料速度對豌豆組織蛋白的影響Fig.4 Effects of feed speed on pea tissue protein

2.4 螺桿轉速對豌豆蛋白組織化的影響

螺桿轉速分別設置為10、20、30、40和50 Hz，其他參數暫定為：物料水分50%，機筒溫度160 ℃，喂料速度30 Hz。

通過對不同螺桿轉速豌豆蛋白組織化產品的感官評價，發現隨著螺桿轉速的增加，產品的感官評分逐漸增加，當螺桿轉速達到20 Hz時，產品感官評分達到最大值91，之后逐漸降低。在較低的螺桿轉速下所得到擠壓產品的組織化質量較好，這是因為，螺桿轉速較低時，物料在機筒內停留時間較長，隨著物料的不斷加入，物料將填滿整個機筒，繼而產生壓力梯度，熔融體在螺桿的輸送作用以及壓力作用下向前流動。螺桿轉速同喂料速度一樣，均會影響物料在機筒內的滯留時間，進而影響物料在機筒內的平均受熱時間、混合程度以及組織化結構的形成。所以經分析認為豌豆蛋白組織化的喂料速度以20 Hz比較合適(圖5)。

圖5 不同螺桿轉速對豌豆組織蛋白的影響Fig.5 Effects of screw speed on pea tissue protein

2.5 正交試驗結果及分析

由表6可知，機筒溫度和物料水分是影響豌豆組織蛋白品質的主要因素，喂料速度和螺桿轉速的影響較小，四者對豌豆蛋白組織化的影響順序依次是機筒溫度>物料水分>喂料速度>螺桿轉速。隨著機筒溫度的升高，豌豆組織蛋白感官評分逐漸提高，當機筒溫度超過160 ℃時，感官評分迅速下降；在一定機筒溫度下，物料水分含量增加，豌豆組織蛋白感官評分越高，但同樣存在一個最高點，超過該點，產品感官評分也會降低。

通過單因素和正交試驗結果可以初步確定出豌豆組織蛋白的擠壓工藝參數為：物料水分含量50%，喂料速度35 Hz，螺桿轉速20 Hz，機筒溫度160 ℃，此工藝參數下擠壓出的豌豆組織蛋白感官評分最高。

表6 豌豆蛋白組織化正交試驗組織化結果Table 6 Orthogonal experiment results and sensory evaluation of pea tissue protein

2.6 不同豌豆蛋白粉添加量對香腸顏色的影響

不同豌豆蛋白粉添加量對香腸顏色的影響如表7所示，結果發現添加4%豌豆組織蛋白的香腸a*值明顯高于6%豌豆組(P<0.05)，而與2%豌豆組差異不顯著(P>0.05)，L*值和b*值介于兩者之間；而添加6%豌豆組織蛋白的香腸L*值明顯低于其他2組(P<0.05)，b*值明顯高于其他2組(P<0.05)，與霍光[22]等人的研究結果相似。說明添加豌豆組織蛋白會降低香腸產品的亮度，增加產品的黃色度，所以豌豆組織蛋白的添加量不宜過高，否則會影響產品的品質。

表7 不同豌豆蛋白粉添加量對香腸顏色的影響Table 7 Effects of different pea protein additives on color of sausage

注：表內數據表示為平均值±標準差(n=5)，同行上標字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

2.7 不同豌豆蛋白粉添加量對香腸質構的影響

通過分析蛋白粉添加量對香腸顏色的影響(表8)，發現添加4%豌豆組織蛋白的香腸在硬度和咀嚼性上顯著高于6%豌豆組(P<0.05)，而與2%豌豆組差異不顯著(P>0.05)，其他指標差異不顯著(P>0.05)，說明適當添加豌豆組織蛋白可以提高香腸產品的硬度和咀嚼性，過量則會產生負面效果，所以豌豆組織蛋白的添加量不宜過高[23]。

表8 不同豌豆蛋白粉添加量對香腸質構的影響Table 8 Effects of different pea protein additives on texture properties of emulsification sausage

注：表內數據表示為平均值±標準差(n=5)，同行上標字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

2.8 不同豌豆蛋白粉添加量對香腸感官評分的影響

通過不同豌豆組織蛋白添加量對香腸感官評分的分析，發現添加4%豌豆組織蛋白的香腸感官評分中的硬度、彈性和色澤方面顯著高于其他兩組(P<0.05)，說明添加4%豌豆組織蛋白可以明顯改善香腸的感官，過高或者過低都會影響產品的品質(表9)。

表9 不同豌豆組織蛋白添加量對香腸感官評分的影響Table 9 Effects of different pea protein additives on sensory evaluation of emulsification sausage

注：表內數據表示為平均值±標準差(n=7)，同行上標字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

3 結論

本試驗以豌豆蛋白粉為原料，開發一種即食性的豌豆蛋白組織化擠壓產品，并將其添加到肉制品中，得到很好的應用效果。通過單因素試驗和正交試驗分別考查喂料速度、螺桿轉速、機筒溫度、物料水分等因素對豌豆組織蛋白產品質量的影響規律，初步確定其擠壓組織化工藝參數為：物料水分含量50%，喂料速度35 Hz，螺桿轉速20 Hz，機筒溫度160 ℃，研究發現,機筒溫度是影響豌豆組織蛋白產品質量的最主要因素，其次是物料水分含量、喂料速度和螺桿轉速。

肉制品加工試驗研究發現，添加量為4%豌豆組織蛋白的香腸在顏色、質構特性和感官評價方面效果最好，過高或者過低都會降低產品的質量。

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Process optimization of pea protein organized extrusion parameters and application in meat products

YANG Zhen1,2, QU Chao1,2, GONG Hui1,2, LIU Meng1,2, SHI Zhijia1,2*

(1.ChinaMeatResearchCentre;2.BeijingKeyLaboratoryofMeatProcessingTechnology：Beijing100068,China)

The material moisture, screw speed, feed speed and extrusion temperature of pea protein powder were tested, and determined the optimum organized extrusion parameters of pea protein powder. At the same time, organized pea protein was added into the meat products, and analyzed its processing features in meat products.The result showed that best extrusion process parameters were as follows: the material moisture content of pea protein was 50%, the feed speed was 35 Hz, the screw rotation speed was 20 Hz, barrel temperature was 160 ℃. Meat processing experimental study found that sausage in adding 4% of pea protein had the best effect in color, structure property and sensory evaluation, too high or too low additive amount would reduce the quality of the products.

pea protein; organized; extrusion; process of meat products; meat products

2016-07-11

楊震(1987—)，男，吉林松源人，工程師，碩士，研究方向為食品加工，史智佳為通信作者，

E-mail:szj2006@sina.com

1004-7999(2016)04-0317-08

10.13478/j.cnki.jasyu.2016.04.007

TS201.21

A