加水量對小麥拉絲蛋白品質的影響

李 婷 朱科學 - 郭曉娜 -

(1. 江南大學食品學院，江蘇 無錫 214122；2. 江蘇省食品安全與質量控制協同創新中心，江蘇 無錫 214122)

加水量對小麥拉絲蛋白品質的影響

李 婷1,2LITing1,2朱科學1,2ZHUKe-xue1,2郭曉娜1,2GUOXiao-na1,2

(1. 江南大學食品學院，江蘇 無錫 214122；2. 江蘇省食品安全與質量控制協同創新中心，江蘇 無錫 214122)

為了更好地調控小麥拉絲蛋白的品質，解決其復水率低、彈性小、組織化程度低等問題，以谷朊粉為原料，利用雙螺桿擠壓機，研究了擠壓過程中加水量對小麥拉絲蛋白品質特性(組織化度、硬度、彈性、咀嚼度、內聚性、復水率、堆積密度)及微觀結構的影響。結果表明，在一定溫度條件下，加水量低于30%時，小麥拉絲蛋白的膨化度、復水率低，堆積密度大，加水量高于50%時，小麥拉絲蛋白的組織化度變小，彈性、硬度、咀嚼性等指標降低。電鏡結果顯示，隨著加水量的增大小麥拉絲蛋白表面出現明顯的纖維結構，當加水量超過50%時，拉絲蛋白表面出現明顯氣孔。加水量在40%時，拉絲蛋白的硬度、彈性等參數最佳，堆積密度較小，復水率最高，且纖維結構最明顯，組織化度也得到明顯改善。

谷朊粉；擠壓組織化；品質；水分；微觀結構

小麥面筋蛋白俗稱谷朊粉，是一種營養物質豐富、食用安全的植物蛋白[1]。目前對小麥蛋白的利用主要集中在食品與飼料工業，如作為面制品品質改良劑[2]、肉制品添加劑[3-4]、水產品和動物飼料黏結劑等[5]。但是隨著谷朊粉傳統市場日漸飽和，開發新產品以拓寬其應用范圍勢在必行。擠壓技術作為一種改性面筋蛋白的方法，應用于蛋白組織化加工領域已有幾十年的歷史。植物蛋白經過擠壓機高溫、高壓、高剪切的作用后，被賦予類似于雞胸脯肉的外觀和纖維結構[6]，可用做肉制品添加物，也可直接加工成素雞、素蝦、工程肉等形態和風味多樣的食品[7]。

國內外對植物蛋白擠壓組織化的研究多集中在大豆蛋白，并且主要側重于擠壓工藝參數和系統參數[8]、水分遷移運動[9]和擠出物理化性質[10]等方面。而對小麥組織化蛋白的研究則側重于其工藝優化[11]和品質改良[12]18-20，傳統小麥組織化蛋白的擠壓多采用低水分(20%～30%)擠壓[13-14]，此干法擠壓下的小麥拉絲蛋白具有組織化程度低、彈性不佳等缺點。高水分濕法擠壓組織化技術作為一種國際上新興的植物蛋白重組技術，被廣泛應用于植物蛋白擠壓組織化中，可賦予組織化蛋白明顯的纖維結構[15]。有研究[16]表明，溫度一定的情況下，水分對擠壓過程的順利實施和擠壓產品的特性有著重要影響。且不同來源的植物蛋白原料，對水分的需求不同，導致擠壓產品品質存在一定差異。組織化度是衡量肉類替代品的重要指標，間接決定消費者對產品的接受程度，組織化度越大產品品質越好[17]。李誠[12]30-34優化谷朊粉擠壓工藝時發現：隨著水分含量的升高，組織化程度增大。水分含量在44%時，組織化程度取得最大值(2.33)。孫志欣等[18]在優化大豆組織化蛋白工藝時發現：物料水分為52.5%～53.5%時，產品取得最大組織化程度為2.14～2.22。Lin等[19]認為，模頭壓力是影響樣品纖維結構的主要因素。低水分條件下，模頭壓力大，物料呈不連續狀態，易“噴料”；高水分條件下，物料濕度過大，模頭壓力小，不利于產品纖維化結構的形成，所以造成較低水分和較高水分條件下組織化程度低。只有適度的擠壓水分，才能維持形成纖維結構的最佳模頭壓力?？梢娝謱τ跀D壓產品品質有很大的影響。

本試驗擬以谷朊粉為原料，研究不同加水量條件下的擠壓產品，以組織化程度為主要品質參數，輔以硬度、彈性、復水率和堆積密度等參數來優化小麥拉絲蛋白的制備工藝，并利用SEM觀察微觀變化，探討擠壓過程中加水量對小麥拉絲蛋白品質特性及微觀結構的影響，為谷朊粉擠壓組織化的品質調控提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗原料

谷朊粉：蛋白質含量為78.08%，水分含量為13.03%，安徽瑞福祥食品有限公司；

小麥淀粉：河南濮陽順和面業。

1.2 儀器設備

智能型擠壓機：FMHE36-24型，湖南富馬科食品工程有限公司；

干燥機：FMFC400型，湖南富馬科食品有限公司；

物性測試儀：TA-XT2i型，英國Stab. Microstems 公司；

和面機：NO.ARM-01 型，雷鳥機械有限公司;

場發射掃描電子顯微鏡： S-4800型，日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 谷朊粉擠壓試驗 所用原料為90%的谷朊粉和10%的小麥淀粉，兩種原料于和面機中預混合后灌入喂料系統進行二次攪拌混合。10%的小麥淀粉既可以促進淀粉與蛋白質結合，增強原料體系的穩定性，又可以促進面筋蛋白的擠壓膨化。

該試驗所用的雙螺桿擠壓系統為同向嚙合型雙螺桿擠壓機，其中螺桿為積木式，并由正向、反向螺紋組件及嚙合塊組成。螺桿構型見圖1，螺桿直徑D=36 mm，長徑比L∶D=24∶1，模頭為一個33 mm×3 mm的矩形出口，腔體包括沿物料進行方向依次分布的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ區，擠壓條件包括：螺桿轉速280 r/min，喂料速度24 kg/h，Ⅰ為喂料區，Ⅱ區至Ⅵ區的溫度依次為60，90，115，140，165 ℃，模頭溫度為135 ℃。擠壓制得的小麥組織化蛋白采用流化床干燥，溫度為35 ℃，干燥1 h。

水的添加采用主界面參數調控流量，利用泵將容器內的水抽入腔體的Ⅱ區，與物料在螺桿的攪拌、剪切作用下，混合均勻。實際操作中，原料由Ⅰ區進入腔體，與水在Ⅱ區混合，水分調節一般采用由高水分向低水分梯度遞減的調節方式。且水分喂料先于固體喂料，可以起到洗刷、疏通螺桿的作用，防止模頭堵塞造成壓力過大的現象。

圖1 螺桿構型圖Figure 1 The screw configuration of extruder

水分梯度依次設置為20%，30%，40%，50%，60%，考察不同水分條件下，小麥拉絲蛋白的組織化度、質構特性、復水率和堆積密度的變化趨勢。

1.3.2 組織化度的測定 根據Zhang等[20]的方法，修改如下：測試前樣品復水，瀝干。將瀝干樣品切成1 cm×1 cm×1 cm的正方體，至于物性測試儀樣品臺上，采用A-CKB的探頭，進行橫向和縱向的剪切試驗。每個樣品重復8～10次，取平均值。儀器操作參數：測試前2 mm/s、測試中1 mm/s，測試后1 mm/s，剪切程度90%。組織化度的值為橫向剪切力與縱向剪切力的比值。

1.3.3 質構測定 根據Epstein等[21]的方法修改如下：組織化蛋白樣品復水后瀝干，將產品切割成直徑為1 cm，高為1.5 cm的圓柱體。利用物性測試儀獲取硬度、彈性、咀嚼性和內聚性等各項指標。儀器操作參數：采用TPA模式，P/35探頭，測試前1 mm/s、測試中1 mm/s，測試后1 mm/s，下壓程度75%。每個樣品重復8～10次，取平均值。

1.3.4 堆積密度測定 采用油菜籽替換法測體積[22]。稱取一定量的小麥拉絲蛋白樣品，利用油菜籽替換測得其體積。取3次樣品，每個樣品體積測量重復3次，取9次的平均值。堆積密度即為質量與體積的比值。

1.3.5 復水率的測定 根據Onwulata等[23]的方法，修改如下：取25 g左右干燥的小麥拉絲蛋白樣品(質量記為M1)，28 ℃復水30 min，瀝水30 min后稱重(質量記為M2)。復水率按式(1)計算：

(1)

式中：

c——復水率，%；

M1——復水前拉絲蛋白的質量，g；

M2——復水后拉絲蛋白的質量，g。

1.3.6 掃描電鏡 根據Lin等[19]的方法，修改如下：凍干樣品切成0.5cm× 0.5cm× 0.5cm的正方體，切面和表面分別朝上置于兩個鋁制載物片上，以便分別觀察表面和截面。樣品載物片處理：2.5kV，25mA噴金2min。然后置于掃描電鏡下觀察，拍照。

1.4 試驗數據統計與分析

利用Excel軟件對數據進行處理、作圖和方差分析，使用SPASS軟件對數據進行相關性分析，選擇Duncan檢測在P<0.05水平下對數據進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 對小麥拉絲蛋白組織化程度的影響

由圖2可知，隨著加水量的增加，橫、縱向剪切力顯著(P<0.05)下降。橫向剪切力在加水量高于50%以后下降趨勢變化不明顯；縱向剪切力在加水量高于30%以后下降趨勢不明顯。小麥拉絲蛋白的組織化程度隨加水量的增加呈先增后減的趨勢，加水量為40%時，組織化程度最大。

根據康立寧等[24]的研究結果，水分在蛋白組織化過程中起到塑化劑的作用，使物料在高溫下形成適當黏度的熔融體，當物料處于充分的熔融狀態下，組織化開始形成。陳鋒亮等[9]研究顯示，擠壓溫度和物料含水量通過影響物料在擠壓機內的黏度，影響物料與螺桿和機筒之間的摩擦力大小，影響物料在擠壓機內的熟化程度，從而最終影響了產品的纖維化程度。

2.2 對小麥拉絲蛋白質構特性的影響

Python是一種解釋性語言，不需要編譯就可以直接運行，具有更強的移植性；在面向對象時，不再是功能的堆砌，而是由一系列相互作用的對象構建起來的。ESRI已正式將Python作為ArcGIS首選的腳本工具。

由表1可知，隨著加水量的升高，小麥拉絲蛋白硬度、咀嚼度和內聚性都呈現先增后減的變化趨勢。彈性在低水分條件下隨著水分含量的升高而增大，而在高水分條件下則先降低再升高。蛋白受熱變性后，分子相互聚集糾結在一起，要使它們伸展成纖維結構需要較高的能量拆開扭纏在一起的多肽鏈。原料在組織化過程中，需要吸收一定量的水分來實現塑化和均勻受熱，根據魏益民等[25]的研究結果，蛋白物料在高溫、高壓、高剪切條件下形成均勻的“熔融體”聚合物，隨著物料含水率的升高，水分汽化使蛋白質形成了“膜狀氣腔”，在機筒內多重作用下，形成具有纖維結構的、具有類似肉類咀嚼感的組織化蛋白產品。但是高水分條件下，水分容易起到吸熱池的作用，降低了蛋白組織化所需的熱能，從而造成組織化程度低，進而降低了產品的硬度和彈性等質構特性。汪建明等[26]研究大豆粉擠壓組織化產品特性時發現，隨著含水量的增加，產品硬度、彈性和咀嚼度均呈現先增后減的趨勢。含水量為37%時，取得最大彈性為0.785，硬度為2 200 g，此時產品的口感最好。根據馬寧[27]的研究結果，小麥組織化蛋白的最佳質構參數為：硬度849.54，彈性0.78，咀嚼性422.19，內聚性0.65。王亮等[28]對比豬牛羊肌肉組織質構特性結果顯示，肉類的質構參數范圍為：彈性0.7～0.8；硬度10 000～25 000 g；咀嚼度6 000～10 000。在前人[29]研究的基礎上，為了使小麥拉絲蛋白可作為肉類替代品，所以咀嚼度和彈性越大表明在質感和口感上越接近肉類產品。

圖2 加水量對TWP組織化度的影響Figure 2 Effects of water contents on the degree of texturization of TWP

表1 加水量對TWP質構特性的影響?Table 1 Effects of water content on textural properties of textured wheat protein (n=3)

? 同列中不同字母表示有顯著性差異(P<0.05)。

2.3 加水量對小麥拉絲蛋白復水率的影響

由圖3可知，加水量低于40%時，小麥拉絲蛋白的復水率隨加水量的升高而增大；加水量為40%時，復水率達最大值，為225.38%；之后產品復水率呈現降低趨勢。李誠等[30]研究發現，隨著加水量的升高，物料的黏度下降，降低了螺桿對物料的剪切力，導致組織化程度降低，復水率也降低。也可能是在水分較低的情況下，物料與水混合不均勻，膨化不充分，導致較多裂紋的產生，形狀完整度和組織化結構不佳，最終導致復水率較低。隨著加水量的升高，物料與水的比例逐漸均勻，膨化充分，復水率有所增加，在40%的加水量下達最大值。加水量高于40%以后復水率下降，可能是高水分導致溫度有所降低，膨化度降低，進而復水率降低。

2.4 對小麥拉絲蛋白堆積密度的影響

由圖4可知，隨著加水量的增加，谷朊粉擠壓產品的堆積密度明顯下降，在40%的擠壓水分下，堆積密度達到最小值；之后隨著加水量的繼續增大，堆積密度開始增大。侯建設等[31]研究水分和溫度對大豆蛋白擠壓成型和褐變的影響發現，一定的溫度條件下，水分的增加會導致成型所需溫度上升。所以在恒定的溫度下，隨著加水量的持續增加，腔體的溫度是不足以提供物料形成組織化結構所需的能量的。因此導致膨化不充分，產品堆積密度較大，最終導致復水率和組織化程度低。此結果與上述組織化度和復水率的結果相對應，存在一定的關聯性。

圖3 加水量對TWP復水率的影響Figure 3 Effects of water content on the water holding capacity of TWP

圖4 加水量對TWP堆積密度的影響Figure 4 Effects of water content on the bulk density of TWP

由圖5可知，低水分條件下，產品表面逐漸由平滑狀態過渡到纖維褶皺狀態，且加水量為40%時，表面褶皺最為均勻致密，纖維結構最好；隨著加水量的升高，表面凹凸不均，且存在不同程度的氣孔結構；加水量為60%時，纖維結構變少，出現孔洞。研究者[32]普遍認為，產品的宏觀結構變化與微觀結構變化存在著密不可分的聯系，所以可以從微觀結構變化來解釋一部分宏觀結構的變化。在較低水分條件下(≤30%)，由于物料與水混合逐漸均勻，模頭壓力逐漸變大，使得擠出物膨化效果越來越明顯，纖維結構突出；加水量為40%時，微觀結構呈現均勻致密的纖維結構；之后加水量繼續增大，在溫度一定的情況下，模頭壓力降低，表面開始出現大小不一的凸起，纖維程度明顯下降；加水量為60%時，物料黏性下降，在腔體內逗留時間短，螺桿剪切作用相對較弱，組織化程度低，所以纖維結構不佳。于國萍等[33]研究發現，顯微結果與產品組織化程度有一定正相關作用，組織化程度高，結構致密。

a～e. 加水量依次為20%，30%，40%，50%，60%圖5 加水量對TWP表面微觀結構的影響Figure 5 Effects of water content on surface microstructure of TWP

3 結論

在植物蛋白擠壓組織化的過程中，水分是影響谷朊粉熱變性和形成組織化結構的重要因素。本研究通過探究小麥拉絲蛋白的品質特性隨加水量的變化趨勢發現：① 加水量對小麥拉絲蛋白的組織化程度、彈性、硬度、復水率有顯著的影響(P<0.05)。隨著加水量的升高，小麥拉絲蛋白的組織化程度、硬度、彈性和咀嚼性先增后減，堆積密度先降低后升高，復水率也呈現先升高后降低的趨勢；② SEM結果顯示，隨著加水量的升高，小麥拉絲蛋白逐漸從無到有呈現纖維結構，在40%加水量條件下，纖維結構最為均勻致密；③ 綜合各指標可得加水量在40%時，小麥拉絲蛋白具有最佳的纖維化結構。

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The impact of water content on qualities of textured wheat gluten

(1.SchoolofFoodScienceandTechnology,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China;2.CollaborativeInnovationCenterforFoodSafetyandQualityControl,Wuxi,Jiangsu214122,China)

In order to regulate quality of TWP, the method of twin-screw wet extrusion was undertaken to obtain a kind of product with a layered structure similar to muscle meat by using gluten. The extrusion process was carried out on a twin-screw extruder. In practice, water was pumped into the barrel under the control of main panel. Moreover, the influences of different moisture contents on the texture characteristics and microstructures of TWP were also studied. The results indicated that the increment of water contents increased the degree of texturization. At the 40% water content, the highest degree of texturization was obtained. In addition, with the increase of water content, textured properties, including hardness, resilience and chewiness, first increased, and then decreased at high water contents. Furthermore, an obvious decrease in bulk density was observed while the highest rehydration ratio was obtained at 40% water content. Scanning electron micrographs showed that TWP under 40% moisture content possessed a more compact microstructure. Consequently, TWP with 40% water content showed a good textured characteristics and compact microstructure.

wheat gluten; extrusion; quality characteristics; water content; microstructure

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.04.004