擠壓膨化花生蛋白素肉工藝研究

李廷渲，李小云，余秋穎，鄭玉茹，李正邦，褚佳豪，高恩光*

（1.鄭州市食品安全協會，河南 鄭州 450007；2.鄭州市營養與健康食品重點實驗室，河南 鄭州 450002；3.河南農業大學食品科學技術學院，河南 鄭州 450002；4.正陽新地花生集團有限公司，河南 駐馬店 463600）

我國花生年均總產量達到1 700萬噸，占全球總產量40%以上[1]，絕大部分用于榨油。花生粕是花生仁經過榨取花生油后產生的副產品，營養豐富，是我國主要的植物蛋白飼料來源[2]。在一些國家，花生早已不只是用于產油，更多是為了制作高蛋白食品[3]。花生粕加工方式不同，營養價值也不同[4]。我國每年產生花生粕超過9×106t[5]，產量巨大，而花生粕在常溫下短時間內就可能發生腐敗變質，這已成為食品行業一大難題。花生粕多為褐色塊狀或者粉末狀，是富含多種蛋白質的食品[6]，其中含粗蛋白43.8%以上，含粗纖維32.7%，油脂含量為12%，其粗蛋白含量不亞于大豆粕，花生蛋白中包含有人體必需的8種氨基酸[7]。

蛋白素肉是以植物蛋白為主要基料制作的素肉產品，通過現代食品加工工藝制成的具有類似于肉類食品風味及組織形態的食品[8]。其蛋白質含量較高，脂肪含量低，適合于肥胖、高血脂、素食等有特殊需要的消費人群[9]，因此蛋白素肉在國內具有非常可觀的發展空間。

擠壓膨化技術是現代食品加工工藝新技術，通過擠壓使蛋白質變性，提高人體吸收利用率，同時降低成本，節約資源[10]。本試驗選用冷榨花生粕作為原料，利用擠壓膨化技術生產蛋白素肉，并對花生蛋白素肉的工藝配方進行優化。該研究可為花生蛋白素肉工業生產提供新思路，可提高企業經濟效益。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

花生粕：正陽新地食品工業有限公司；面粉：益海小麥工業有限公司；泡打粉：天津市中英保健食品有限公司；單雙甘油脂肪酸酯：佳力士添加劑有限公司。

1.2 儀器與設備

DS32-2雙螺桿擠壓膨化機（長徑比 21∶1）：山東力久特種電機股份有限公司；DHG-9070A鼓風干燥箱：上海樹立儀器儀表有限公司；TA-XT plus型物性測試儀：英國Stable Micro System公司；SCIENTZ-48型高通量組織研磨器：寧波新芝生物科技股份有限公司；ZS-100手持式鏈動封口機：昆山康鳴包裝設備有限公司。

1.3 加工工藝

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 花生粕預處理

將花生粕經高通量組織研磨器研磨后過80目篩備用。

1.3.2.2 混合

按比例依次加入花生粕、單雙甘油脂肪酸酯、泡打粉，然后加水混合調制成不粘手的粉狀物。

1.3.2.3 擠壓參數的設定

膨化Ⅰ區、Ⅲ區溫度分別為75、125℃，螺桿轉速40 r/min，喂料速度30 r/min，膜孔直徑2.8 mm。

1.3.2.4 成型調味

將成品放置至室溫25℃拌入調味料。

1.3.2.5 包裝

將產品放入包裝袋中，用封口機進行包裝。

1.3.3 花生蛋白素肉制備工藝

1.3.3.1 花生蛋白素肉制備單因素試驗

以感官評分為指標，考察水添加量（14%、18%、22%、26%、30%）、螺桿轉速（20、25、30、35、40 r/min）、擠壓膨化Ⅱ區溫度（130、140、150、160、170 ℃）、面粉含量（30%、37%、44%、51%、58%）、泡打粉含量（0.6%、1.0%、1.4%、1.8%、2.2%）、單雙甘油脂肪酸酯含量（0.5%、0.7%、0.9%、1.1%、1.3%）對花生蛋白素肉的感官品質的影響。

1.3.3.2 響應面優化試驗

在單因素試驗的基礎上，根據Box－Behnken設計試驗原理，采用響應面分析法進行試驗[11]，因素水平見表1。

表1 因素水平Table 1 Factor and levels

1.4 感官評價

本試驗請20名經過培訓的食品專業學生進行感官評價，評分標準見表2。

表2 感官評價標準Table 2 Sensory evaluation criteria

續表2 感官評價標準Continue table 2 Sensory evaluation criteria

1.5 質構質量參數測定

將花生蛋白素肉切成1 cm×0.5 cm×0.5 cm的小塊測定質構。質構采用物性測定儀，選用P50柱形探頭對花生蛋白素肉的硬度、彈性、黏性、咀嚼度等指標進行測定，測試前速度設置為2 mm/s，測試速度設置為1 mm/s，測試后速度設置為2 mm/s，下降距離設置為50%，接觸力設置為5 g，往復運動兩次，每種樣品重復10次，取10次測定的平均值[12]。

1.6 數據處理

采用 Excel 2016軟件、SPSS 16.0軟件、Expert-Design 8.0.6軟件進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗分析

2.1.1 水添加量對花生蛋白素肉感官品質的影響

水添加量對花生蛋白素肉感官評分的影響結果見圖1。

圖1 水添加量對花生蛋白素肉感官評分的影響Fig.1 Effect of water addition on sensory evaluation of peanut protein meat

由圖1可知，隨著水添加量的增加，花生蛋白素肉的感官評分呈現出先上升后下降的趨勢。水添加量過低時，物料擠壓區阻力過大，物料難以成型，并對機器造成損傷[13]；水添加量過大時，會導致物料的黏性過大，水吸收熱量，由液態轉變成氣態，使擠壓區內壓力不穩定，產品表面會出現氣泡和破裂現象，甚至產生物料噴出現象影響產品感官品質[14]。因此，選擇水添加量為26%最合適。

2.1.2 螺桿轉速對花生蛋白素肉感官品質的影響

螺桿轉速對花生蛋白素肉感官評分的影響結果見圖2。

圖2 螺桿轉速對花生蛋白素肉感官評分的影響Fig.2 Effect of screw speed on sensory evaluation of peanut protein meat

由圖2可知，隨著螺桿轉速的增加，感官評分呈現出先上升后下降的趨勢，在螺桿轉速為35 r/min時，感官評分達到最高。螺桿轉速過高，物料在擠壓區內時間短，物料未能充分混合、成型，且受熱不均勻，因此熟化不完全；螺桿轉速過低，物料停留時間過長，承受的剪切作用小，且受熱時間變長，甚至還會導致物料過度熟化及產生焦糊味，感官品質降低。因此，選擇螺桿轉速35 r/min為宜。

2.1.3 Ⅱ區溫度對花生蛋白素肉感官品質的影響

物料主要依靠蛋白質變性和淀粉糊化完成擠壓膨化，所以溫度是一個相當重要的條件，物料所吸收的熱量主要來自于機筒壁加熱，擠壓腔內的加熱區域主要分成3個部分，分別是I區、Ⅱ區和Ⅲ區，經預試驗發現，I區、Ⅲ區對花生蛋白素肉成型影響不大，因此確定Ⅰ區、Ⅲ區溫度分別為75、125℃，Ⅱ區溫度對感官評分的影響最大，為研究對象。擠壓Ⅱ區溫度對花生蛋白素肉感官評分影響的結果見圖3。

圖3 Ⅱ區溫度對花生蛋白素肉感官評分的影響Fig.3 Effect of zone Ⅱ temperature on sensory evaluation of peanut protein meat

由圖3可知，隨著Ⅱ區溫度的升高，感官評分呈現出先上升后下降的趨勢，當Ⅱ區溫度為150℃時，感官評分達到最高。隨著溫度的升高，產品的膨化度上升，當溫度過低時，不利于淀粉糊化，會導致產品膨化度低；當溫度過高時，可能會引起物料中的蛋白質與淀粉分解產物發生美拉德反應，反應產生的產物不易被人體消化吸收，進而導致產品感官品質降低[15]。因此，選擇最適Ⅱ區溫度為150℃。

2.1.4 面粉含量對花生蛋白素肉感官品質的影響

面粉含量對花生蛋白素肉感官評分的影響結果見圖4。

圖4 面粉含量對花生蛋白素肉感官評分的影響Fig.4 Effect of flour content on sensory evaluation of peanut protein meat

由圖4可知，隨著面粉含量的增加，感官評分呈現出先上升后下降的趨勢，在面粉含量為44%時感官評分最高。面粉里含有大量的淀粉，擠壓膨化主要依靠淀粉糊化和蛋白質變性，淀粉可以使產品具有良好的口感和一定的硬度。淀粉糊化后，吸水性增大，進入人體后易消化，產品質地柔軟，在低水分含量狀態下，淀粉在擠壓過程中糊化程度良好[16]。面粉含量較低時，產品膨化度低，不利于產品的口感。面粉含量過高時，淀粉糊化掩蓋了花生粕的香味，失去了產品原本的意義。因此，選擇面粉含量為44%。

2.1.5 泡打粉含量對花生蛋白素肉感官品質的影響

泡打粉含量對花生蛋白素肉感官品質的影響結果見圖5。

圖5 泡打粉含量對花生蛋白素肉感官評分的影響Fig.5 Effect of baking powder content on sensory evaluation of peanut protein meat

由圖5可知，隨泡打粉含量不斷增加，花生蛋白素肉感官評分呈現先上升后下降趨勢，當泡打粉含量為1.4%時，產品具有花生特有的淡香味，膨化度最佳，彈性十足，花生蛋白素肉品質達到最佳。泡打粉是復合膨松劑，能形成疏松多孔的組織結構，使產品質地柔軟、口感酥軟；當泡打粉含量較低時，產品的膨化程度不理想，氣泡分布不均勻，導致產品感官品質降低，當泡打粉含量較高時，產品彈性較差，入口后易碎，韌性較差，產品表面不光滑，存在表面破裂現象[17]。因此，選擇泡打粉含量為1.4%。

2.1.6 單雙甘油脂肪酸酯含量對花生蛋白素肉感官品質的影響

單雙甘油脂肪酸酯含量對花生蛋白素肉感官品質的影響結果見圖6。

圖6 單雙甘油脂肪酸酯含量對花生蛋白素肉感官評分的影響Fig.6 Effect of mono-and diglycerides of fatty acids ester on sensory evaluation of peanut protein meat

由圖6可知，隨著單雙甘油脂肪酸酯含量的增加，花生蛋白素肉的感官評分呈現出先上升后下降的趨勢。單雙甘油脂肪酸酯能夠減少物料受到的作用力，可以抑制淀粉糊化，從而降低黏性，因此會影響產品的感官品質。當單雙甘油脂肪酸酯含量較高時，花生蛋白素肉硬度不斷增大，黏性逐漸減小，彈性和咀嚼性增大，當單雙甘油脂肪酸酯含量較少時，彈性和咀嚼性較差[18]。單雙甘油脂肪酸酯含量對花生蛋白素肉的感官品質影響較小，含量在0.9%左右比較合適。

2.2 響應面優化試驗結果

響應面試驗結果見表3。

表3 響應面試驗結果Table 3 Response surface test results

2.2.1 回歸分析

回歸分析結果見表4。

表4 方差分析Table 4 Variance analysis

對各個因素和響應值進行回歸分析，得到的回歸方程為：Y=-975.183 28+3.436 38A+1.761 95B+402.503 57C+8.299 94D-3.64×10-3AB+0.073 214AC+3.07×10-3AD+1.357 5BC-0.013 05BD-1.265CD-0.038 827A2-0.018 65B2-79.937 5C2-0.020 487D2。

由表4可知，回歸模型中P值＜0.01，且F值為27.81，說明該方差模型極顯著，失擬項（P=0.702 9＞0.05）不顯著；決定系數R2=0.929 5，調整決定系數R2Adj=0.896，響應值變化為89.6%，因此可以用這個模型對花生蛋白素肉的感官品質進行預測，說明該模型的預測值與試驗值有較好的擬合性[19]。因素B、C、D對感官評分影響極顯著（P＜0.01），A影響不顯著（P＞0.05）。此外，交互項 BC 影響顯著（P＜0.05），CD 影響極顯著（P＜0.01），二次項 A2、C2、D2影響極顯著（P＜0.01）。影響感官評分的因素順序為螺桿轉速（B）＞Ⅱ區溫度（D）＞泡打粉含量（C）＞面粉含量（A）。

通過對模型結果的分析處理，確定最優工藝條件為水添加量26.07%、Ⅱ區溫度150.3℃、螺桿轉速40 r/min、面粉含量50%、泡打粉含量1.71%，感官評分理論預測值為90.48分。

2.2.2 驗證試驗

基于試驗操作的可行性，對響應面優化最佳工藝條件進行修正，水添加量26%、Ⅱ區溫度150℃、螺桿轉速40 r/min、面粉含量50%，泡打粉含量1.7%，驗證試驗結果見表5。

表5 最佳條件下驗證試驗Table 5 Technical validation and precision for optimum process conditions

驗證試驗相對標準偏差小于1%（可信度＞99%），精密度較高，理論值與預測值接近，此模型可靠。

2.3 質構分析

質構分析結果見表6。

表6 花生蛋白素肉質構分析結果Table 6 results of meat texture analysis of peanut protein

由表6花生蛋白素肉各項指標值可知，產品的內部結構疏松多孔，經過擠壓膨化技術處理后使得內部組織化程度高，纖維結構良好[20]。同時經過擠壓膨化的花生蛋白素肉口感緊實，彈性適中，有嚼勁，膨化度良好。

3 結論

本文在單因素試驗的基礎上進行響應面分析，得到最佳工藝條件：水添加量26%、單雙甘油脂肪酸酯0.9%、面粉含量50%、螺桿轉速40 r/min、泡打粉含量1.7%、Ⅱ區溫度150℃。在最佳工藝條件下制作的花生蛋白素肉呈黃綠色，疏松多孔，具有花生特有的香味，口感富有彈性，并含有多種營養物質，各項指標均符合試驗設計目標要求。