大豆蛋白質擠壓蒸煮的加工性質機理

孫佳瑩

（黑龍江八一農墾大學食品學院，黑龍江大慶 163319）

大豆蛋白質擠壓蒸煮的加工性質機理

孫佳瑩

（黑龍江八一農墾大學食品學院，黑龍江大慶 163319）

擠壓蒸煮是較為常見的食品加工技術，但是在高水分大豆蛋白質加工中的應用較少。以大豆為原料，研究擠壓蒸煮加工工藝對大豆蛋白質的影響及大豆蛋白質的分子結構、性質，同時研究擠壓蒸煮過程中原料的相態變化、蛋白質分子結構的變化、纖維質多孔結構的形成，以及大豆蛋白質含量對產品組織的影響，為其推廣和應用提供理論依據。

大豆蛋白質；擠壓蒸煮；性質；結構

0 引言

擠壓蒸煮是一種連續的熱力-機械處理工藝，具有適用度高、產量大、生產成本低、效益高等特點，在食品及農副產品加工中大量應用。擠壓蒸煮在高溫高壓的環境中，短時間內完成泵送、混合、剪切、塑化、脫水、壓縮、建立溫壓、殺菌、排放、成型、膨化和烘干等加工過程。采用擠壓蒸煮技術，能夠提高豆渣中可溶性膳食纖維的含量[1]。

擠壓蒸煮主要應用在水分含量較低的食品物料加工中。但是，隨著先進設備和加工工藝的不斷發展，實現了水分含量較高食品擠壓的新方向。在這種環境下，能夠更有效地進行淀粉凝膠化、脂肪乳化、蛋白質纖維化和結構的凝聚等工藝過程。

目前，在世界少數國家中有生產低水分膨化組織蛋白的企業。但是，世界上只有日本能夠生產擠壓加工密實、分層、纖維化好的動植物復合組織蛋白加工設備。將大豆蛋白質和畜肉合理結合在一起擠壓成的復合組織蛋白（或稱工程肉）是一種新型高蛋白的功能食品，能夠合理改善食物結構，使得食物達到營養平衡，不斷提升人們的身體素質和健康水平[2]。為此，本文研究了大豆蛋白質擠壓蒸煮加工過程中大豆蛋白質組織化的分子狀態、結構變化，以及大豆蛋白質產品的形成，為大豆蛋白質擠壓蒸煮的研究提供理論基礎。

1 大豆蛋白質擠壓蒸煮的結構基礎

1.1 大豆蛋白質的分子結構與性質

1.1.1 大豆蛋白質的分子結構

蛋白質分子由眾多氨基酸和肽鍵構成，大豆蛋白質中氨基酸結構上的R基不同，共有18種氨基酸。一般蛋白質有4個級別的結構，一級結構是肽鍵結構，如今的研究發現，大豆蛋白質的結構特征表現在二級結構（螺旋體結構）和三級結構（由氫鍵、二硫鍵、疏水鍵、離子鍵、范德華力等構成的復雜結構）。大豆蛋白質的肽鏈主要是由α-螺旋與β-轉角在無序排列下形成的，大豆蛋白質的形狀為球形，分子中間為非極性側鏈構成的疏水核，表面是由極性側鏈構成的，具有較強的親水性結構。大豆蛋白質分子有一部分不規則的凹陷，具有收納小分子團的作用。

1.1.2 大豆蛋白質的性質

大豆蛋白質的性質在擠壓蒸煮工藝上主要應用了其水合作用，即其分子顆粒表面的氨基（-NH2）、羧基（-COOH）、亞氨基（-NH-）等基團有親水性，與水分結合使大豆蛋白分子成為膠體狀態。

另外，大豆蛋白質的溶解性和變性作用也在加工工藝中有所體現。蛋白質是兩性電解質，所以在酸性、堿性和中性溶液中都能溶解。研究發現大豆蛋白質的最佳溶解環境為pH值6.5時，大豆中的蛋白質在水中受到酸、堿、酶的影響發生水解反應生成氨基酸。大豆蛋白質的變性作用使一些影響因素改變了原來分子的二級、三級、四級結構，肽鏈形狀改變，使其性質或性狀同時發生變化。

1.2 大豆蛋白質在擠壓蒸煮過程中的變化

1.2.1 擠壓蒸煮過程中的相態變化

大豆蛋白質這類生物聚合物，在常溫常壓時受到外力擠壓，會分離成固、液兩相，二者不相容。但是在高溫高壓情況下，由水、大豆分離蛋白、脫脂大豆粉等構成的原料體系經過粉碎裝置的料斗、加料、粉碎、輸送，發生了物理固液分離現象，而隨后進入“熔融階段”。高溫高壓的環境下蛋白質分子的親水基團與水發生水合作用，同時蛋白質分子相互排斥，做不規則的布朗運動，使物料從固液分離狀態成為穩定的膠體狀態，這一過程被稱為“熔融”過程。大豆蛋白質的“熔融”是一種化學反應。

物料進入剪切塑化步驟，經歷了剪切、水合、均化、輸送等加工過程，使物料進入大分子蛋白質被小分子水包裹的膠著狀態，被稱為“熔體”。接著，在熔體輸送過程中，物料蛋白質分子進入變性階段。在加工中人們有意通過工藝操作將蛋白質變性控制在輸送的后半段，這樣之前物料能夠較充分混合，并且控制大豆蛋白質產品的硬度和彈性，提高成品品質。變性時，大豆蛋白熔體受到擠壓蒸煮的外力作用，黏度突變，黏彈性驟然增加，并且擠壓蒸煮時間越久，該效果越明顯，即“越擠越硬”。

1.2.2 擠壓蒸煮過程中蛋白質分子結構的變化

在加工過程的前期，物料首先被加到混合器中進行混合，此時大豆的蛋白質為天然的三維球狀聚集體，經過輸送階段溫度逐漸升高，長分子鍵（離子鍵、二硫鍵、范德華力、氫鍵等）次級鍵斷裂，分子之間線狀結構變得松散；經過擠壓和蒸煮，大豆蛋白質受到分子剪切力的作用，在一定的速度下，蛋白質分子結構重新結合，形成連續相的熔體；溫度進一步增高情況下，大豆蛋白質分子之間作用力加大，形成非共價鍵，這一階段內，分子結構在不斷發生變化，受到外界環境影響，使交聯結構在不斷的斷裂和重組中逐漸穩定，同時被運輸到了傳送末端；在加工的機頭處，大豆蛋白質分子之間的二級、三級結構因非共價鍵以及二硫鍵的作用，使分子之間的組織化穩定，生成大豆蛋白質組織化產品。這一過程就是大豆蛋白質經過擠壓蒸煮后分子結構的變化過程。

1.2.3 脫脂大豆產品與大豆分離蛋白產品結構差異

二者結構之間有較大差別，首先大豆分離蛋白的大豆蛋白粉呈現無定形球狀顆粒，擠壓后的組織產品呈現整齊、質密的纖維結構，蛋白質均勻分布。而脫脂大豆產品不論是取向排列還是蛋白質體排布上都較為松散不均勻，在受到擠壓蒸煮時，發生的變性程度較低。大豆蛋白產品的結構產生，一方面受到蛋白質含量的影響，另一方面與加工的溫度、受到的剪切力和加工的過程有關系。

1.2.4 擠壓蒸煮過程中纖維質多孔結構的形成

大豆原料是由碳水化合物與蛋白質、纖維、水分、灰分等構成，其中蛋白質約為50%，在受到擠壓蒸煮時發生熱變性。蛋白質的熱變性發生時，伴隨著碳水化合物的升溫反應，水分被排出，蛋白質分子被碳水化合物包裹在其中，在擠壓力以及機頭處高溫的作用下使水分蒸發，纖維質結構形成多孔，以便水分受力后排出。

2 大豆蛋白質含量對產品組織的影響

大豆蛋白粉經過脫脂處理后，蛋白質占總量的50%左右，經過對大豆蛋白質的分離提純后，含量增至90%以上。擠壓加工時，一般將不同蛋白含量的原料混合，從而使大豆蛋白質擠出時產品的纖維狀結構狀態更穩定，得到產品的外形比一般脫脂大豆蛋白粉的產品更加規整。同時蛋白質含量較高時，擠壓蒸煮加工使大豆蛋白變性黏度增大，產品的組織化品質也得到提高，產品咀嚼性和彈性同時增強，口感相應變好。

脫脂大豆粉經過擠壓蒸煮形成的組織化產品，具有一定的纖維結構，但是排列松散不規范，并且蛋白質與碳水化合物構成的孔穴內壁模糊，大豆蛋白質分布不均，由于一般的脫脂大豆粉蛋白質含量有限，所以產品組織化程度不高，產品存在一些不溶顆粒，影響產品品質?？梢栽诖蠖沟鞍踪|進行擠壓蒸煮過程中添加適量大豆分離蛋白，來進一步提升大豆蛋白類產品品質，一般添加25%～30%的大豆分離蛋白，經濟效益和產品品質都能獲得較好的效果[3]。

3 結語

本文初步探討了大豆蛋白質擠壓蒸煮加工過程中的蛋白質分子變化過程。經過研究總結認為，擠壓蒸煮過程中，變性是影響大豆蛋白質纖維化、組織化結構的關鍵，另外擠壓剪切和熱變性的作用使蛋白質分子的二級和三級結構發生了較大變化，形成了熔體后又形成歸于穩定的組織化結構。另外，擠壓加工大豆蛋白時，大豆蛋白質產品的品質受到其結構的影響。所以在加工過程中，可以通過提高原料蛋白質含量來達到提升產品品質的效果。

[1]婁海偉，遲玉杰.擠壓蒸煮對豆渣中可溶性膳食纖維含量的影響 [J].中國糧油學報，2009（6）：31-35.

[2]王洪武，林炳.復合組織蛋白擠壓加工工藝的初步研究 [J].農業工程學報，2004（4）：216-219.

[3]王洪武.大豆蛋白質擠壓加工的實驗與數值模擬研究 [D].北京：北京化工大學，2002.◇

Propertis and Mechanism of Extrusion Cooking on Soybean Protein

SUN Jiaying
（Food College，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing，Heilongjiang 163319，China）

The extrusion cooking is widely used in food processing technology but less use in the high moisture content of soybean protein processing application.In order to promote the generalization and application of this technology，taking soybean as raw material，processing technology of extrusion cooking on the soybean protein，molecular structure，properties of soy protein.Influence of the change of phase，molecular，and fiber porus sturcture formation during extrusion cooking， soybean protein contection are also studied.

soybean protein；extrusion cooking；property；structure

TS214.2

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.12.019

1671-9646（2016）12a-0069-02

2016-10-08

孫佳瑩（1995— ），女，本科，研究方向為食品科學與工程。