儲藏環境對美國大豆浸油的影響研究

盧方圓, 王若蘭, 黃亞偉, 劉以晴

(河南工業大學,鄭州 450001)

大豆是我國主要油料作物之一,豆粕更是國內飼料植物蛋白的主要來源。大豆含有豐富的蛋白質和脂肪,同時含有多種維生素,由于其營養均衡,也被稱為“豆類之王”[1]。大豆不僅是我國主要農作物,同時也是我國進口量最大的農產品[2],進口大豆已經成為我國油料生產的主要原料。美國作為全球第二大大豆種植國,是我國進口大豆主要來源國之一,2021年進口美國大豆占我國進口總量的28.6%[3]。由于大豆富含蛋白質和脂肪,脂肪屬于熱的不良導體且吸水性強,并且豆堆中的孔隙度偏低,所以儲藏穩定性較差,而美國大豆脂肪含量高,與國產大豆相比油質量分數高2%～3%,因此儲存難度更大。

由于國內外標準并不統一,進口的美國大豆到港時普遍雜質含量高于國產大豆,含水量超過安全標準,當環境溫度持續超過25 ℃,能促進大豆呼吸作用,產生大量水分和熱量,使局部溫濕度升高,如果此時不及時處理,豆堆溫度迅速升高,極易發生大豆大面積霉變、赤變和浸油。大豆在高溫條件下發生浸油時,蛋白質凝固變性,破壞了大豆中層蛋白質與脂肪共存的乳化狀態,脂肪游離析出[4],在大豆外觀表現為大豆籽粒色澤開始改變,種皮失去光澤,與子葉呈斑點狀粘連,而后逐漸呈蠟質透明狀,發生浸油脫皮現象。

目前資料中,多是研究儲藏過程中高溫條件對大豆品質的影響[5,6],而對大豆在高溫下發生浸油的時間以及浸油過程中品質變化的研究較少,實驗研究模擬實際儲藏環境,以美國大豆為原材料,探究美國大豆在不同溫度、不同水分條件下發生浸油差異程度,同時對品質指標進行測定,研究浸油過程中美國大豆的品質變化,以期對美國大豆的安全儲藏和合理利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

進口美國大豆,初始水質量分數10.4%,雜質質量分數1.2%,破碎粒質量分數4.4%,容重705 g/L,粗脂肪質量分數22.1%,粗蛋白質量分數35.7%。

石油醚、氫氧化鈉、無水硫代硫酸鈉、可溶性淀粉、冰乙酸、異丙醇等,均為分析純。

1.2 儀器與設備

HWS-300恒溫恒濕培養箱,BLH-560KL低溫連續錘式旋風磨,DZKW-3-4電熱恒溫水浴鍋,RE-2000A(I)旋轉蒸發儀,TGL-18MS高速冷凍離心機。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品前處理

參照陳萍等[7]的方法調節美國大豆水質量分數至11.5%、12.5%、13.5%和14.5%,封存于密封的聚乙烯袋中,然后將4種不同水分的大豆放置于45、40、35、30、25℃和15℃的恒溫恒濕箱中進行模擬儲藏,每10 d取1次樣,用于指標的測定。

1.3.2 浸油率測定

根據大豆種皮是否發生粘連和子葉顏色變化,來判定單個籽粒是否發生浸油,將每100 g大豆中浸油粒的質量所占百分比稱為浸油率。結合實際感官差異,參照GB/T 31785—2015《大豆儲存品質判定規則》中判定大豆是否宜存的方式,利用浸油率對大豆浸油程度進行分級,具體見表1。

表1 浸油程度分級

1.3.3 粗脂肪含量測定

測定方法參照GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》。

1.3.4 粗脂肪酸價測定

測定方法參照GB 5009.229—2016《食品安全國家標準食品中 酸價的測定》。

1.3.5 粗脂肪過氧化值測定

測定方法參照GB 5009.227—2016《食品安全國家標準 食品中過氧化值的測定》。

1.3.6 蛋白質溶解比率測定

粗蛋白含量和水溶性蛋白含量測定參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》。

1.4 數據處理

實驗數據采用Excel 2020、SPSS 19.0進行數據統計分析,并使用Origin 2021軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同儲藏環境下美國大豆浸油條件研究

由圖1可知,隨著儲藏時間的延長,美國大豆的浸油率呈不斷上升的趨勢,且溫度、水分越高,浸油率增長的越快。水質量分數為11.5%的大豆,分別在15、25 ℃和30 ℃下儲藏100 d后浸油率均小于5%,大豆未達到輕度浸油程度;在35 ℃和40 ℃條件下儲藏60～70 d發生輕度浸油;在45 ℃時分別在20、50 d和70 d達到輕度、中度和重度浸油,浸油率分別為9.3%、18.5%和51.8%。水質量分數為12.5%的大豆,在25、30 ℃和35 ℃條件下發生輕度浸油的時間分別為100 、80 d和60 d;在40℃和45 ℃條件下儲藏20 d內均發生輕度浸油,浸油率分別為8.54%和10.00%,達到中度浸油時間分別為50 d和70 d,40 ℃條件下在100 d內發生重度浸油,而45 ℃條件下在70 d內已重度浸油。水質量分數為13.5%的大豆,25、30 ℃和35 ℃下大豆分別在80、70 d和50 d浸油率高于5%,發生輕度浸油;40 ℃和45 ℃條件下儲藏10 d內發生輕度浸油,且分別在80 d和50 d達到重度浸油程度。水質量分數為14.5%的大豆,15、25、30、35 ℃達到輕度浸油程度的時間分別為80、50、30、30 d,且35 ℃條件下在90 d發生中度浸油,其余條件下均未達到中度浸油程度; 40 ℃和45 ℃條件下儲藏10 d時浸油率分別為7.1%和7.7%,發生輕度浸油,且分別在70 d和50 d浸油率超過50%,達到重度浸油程度。在15 ℃條件下儲藏100 d內,水質量分數11.5%、12.5%和13.5%的大豆均未發生輕度浸油。

圖1 美國大豆在不同儲藏溫度下浸油情況

因此,美國大豆在溫度<25 ℃、水質量分數<12.5%的儲藏條件下,能夠避免或者延緩浸油的發生,而儲藏環境溫度越高,自身含水量越大,美國大豆越容易發生浸油。因此在實際大豆儲藏過程中,應注意在入倉前通過晾曬、烘干等方式降低大豆初始含水量,儲藏期間保持低溫密閉條件,時刻監控糧情變化,對于積溫部位及時處理,避免溫度持續過高發生浸油現象[8]。

2.2 浸油對美國大豆品質的影響

選取部分不同浸油程度的美國大豆,對其脂肪和蛋白特性指標進行測定。粗脂肪含量是評價大豆樣品品質的重要指標,能夠為研究大豆油料的營養價值提供參考[9],進口大豆在我國多用于榨油,壓榨后得到的副產物豆粕則常作為飼料原料[10],因此準確測定大豆中所含粗脂肪含量尤為重要。由圖2可知,隨著浸油率的增大,美國大豆的粗脂肪含量總體呈下降趨勢。達到輕度浸油程度時粗脂肪質量分數由初始的22.1%降至約21.9%,中度浸油即浸油率在25%～50%時,粗脂肪質量分數的范圍為21.2%～21.8%,當浸油率達到100%時粗脂肪質量分數為20.8%,較初始值降低了1.3%。這是由于不良的高溫儲藏環境,使大豆籽粒中的脂肪游離析出,氧化分解為低分子揮發性物質,從而導致粗脂肪含量降低[11]。

圖2 美國大豆浸油過程中的品質變化

粗脂肪酸價指油脂中所含游離脂肪酸的量,是評定大豆儲存品質穩定性的重要指標,粗脂肪酸價越高說明大豆品質越差,在一定程度上反映了大豆脂肪氧化裂解的過程[12]。在美國大豆浸油過程中粗脂肪酸價隨著浸油率的增加呈上升趨勢。浸油率5.13%時粗脂肪酸價增加了0.25 mg/g,達到1.2mg/g,此時美國大豆氣味無異樣,表皮與子葉開始出現斑點狀粘連,仍處于宜存狀態;中度浸油范圍內粗脂肪酸價為2.2～2.7 mg/g,所選實驗樣品浸油率為100%時粗脂肪酸價增加至3.2 mg/g,此時大豆種皮顏色變為赤褐色,有明顯酸腐味,已不適合用于榨油。整個浸油過程中,脂肪水解酶持續水解大豆籽粒中的游離脂肪酸,導致粗脂肪酸價不斷升高,浸油前期的粗脂肪酸價增長較快,這可能與儲藏初期脂肪酶活動度上升有關,這一現象與前人的研究情況相符[13,14]。同時有研究結果指出,儲藏因素中大豆籽粒含水量對粗脂肪酸價影響最大,其次是儲藏溫度和氮氣濃度[15]。

過氧化值主要用于表達油脂中氫過氧化物的含量,能夠反映油脂和脂肪酸等的氧化程度[16]。由圖2可知,隨著浸油率的升高即大豆浸油程度的加深,美國大豆粗脂肪過氧化值呈上升趨勢。輕度浸油程度下,過氧化值升高為0.24～0.28 mmol/kg,比初始值增長了0.02～0.06 mmol/kg;當美國大豆達到重度浸油程度時,過氧化值大于0.32 mmol/kg,浸油率100%時,過氧化值超過0.41 mmol/kg。在美國大豆浸油過程中,籽粒內部蛋白質與脂肪的乳化狀態被破壞,脂肪游離析出籽粒表面,不飽和脂肪酸被氧化生成過氧化物,過氧化物繼續分解則產生醛、酮等小分子物質,這些產物是使油脂產生哈喇味的主要原因[17],影響大豆的氣味、油脂品質及其商業價值。

蛋白質是大豆重要營養素之一,且大豆副產品豆粕是畜牧業植物蛋白飼料主要原料。大豆中蛋白質可以根據結構等區分為水溶性蛋白質和脂溶性蛋白質,蛋白質在外界環境的影響下發生變性則主要表現在水溶性蛋白質的變化[18],因此可以用蛋白質溶解比率來表征蛋白質品質的改變,其數值能夠一定程度地反映大豆的實際營養價值。

美國大豆的粗蛋白質量分數初始值為35.7%,低于40.0%,不屬于高蛋白大豆,在整個儲藏期間粗蛋白含量略微下降,可能是由于蛋白在儲藏過程中水解失去部分含量[19]。隨著浸油率的增加,蛋白質溶解比率反而降低。美國大豆蛋白質溶解比率初始值為71.3%,輕度浸油時蛋白質溶解比率范圍為69.3%～64.7%,中度浸油時為64.7%～63.0%,當浸油率達到100%時蛋白質溶解比率降至56.5%,比初始值降低了14.8%。正常儲藏情況下,大豆粗蛋白含量的變化不大,但實驗中不良的高溫儲藏環境和自身水分較大,蛋白質發生變性,蛋白質結構發生變化,使原本卷曲在空間內部的疏水基團暴露出來,結果表現為水溶性蛋白質含量下降,蛋白質溶解比率降低[20]。

3 結論

通過對不同儲藏環境下美國大豆浸油情況的研究,結果發現:在溫度>45 ℃、水質量分數大于13.5%條件下,美國大豆最快在10 d內就會發生輕度浸油,50 d內達到重度浸油程度,嚴重影響大豆儲存品質,降低產品價值;當水質量分數為11.5%時,溫度超過45 ℃也會在20 d內發生輕度浸油;同時研究得出,在美國大豆浸油過程中,大豆粗脂肪含量隨浸油程度的增加而降低,浸油率100%時粗脂肪質量分數為20.8%,較初始值降低了1.3%,而粗脂肪酸價和過氧化值呈上升趨勢,重度浸油至浸油率100%時與初始值相比分別增加了3.2 mg/g和0.19 mmol/kg,蛋白質溶解比率由初始值71.3%降至56.5%。

發生浸油的美國大豆,外觀質量和儲存品質均明顯劣變,嚴重影響其營養價值和商業價值。預防美國大豆浸油的關鍵是要控制儲藏溫度,降低大豆水分,保持大豆長期干燥,在實際儲藏中控制溫度低于25 ℃、大豆水質量分數不超過12.5%能夠有效地延緩或者避免浸油現象發生,而當發生異常糧情,發熱點溫度超過40 ℃時最快能在10 d內發生輕度浸油,此時應及時通風散溫降濕,浸油程度較深則必要時及時安排輪換工作。同時入倉前注意清除雜質,干燥降水,也可以有效避免發生浸油,較好地保持美國大豆品質。