大豆组织蛋白素肉丸子的研制

1、技术应用食品科学2011,Vol.32,No.06301大豆组织蛋白素肉丸子的研制杨春梅，包萨日娜，吴金鸿*,王正武(上海交通大学农业与生物学院，陆伯勋食品安全研究中心，上海200240)摘要：利用双螺杆挤压膨化机加工大豆组织蛋白，通过正交试验结合主成分分析方法，考察蛋白质、油脂与淀粉添加量和水分含量对加工产品品质的影响；以大豆组织蛋白为原料，研制素肉丸子，分析食盐、白砂糖、牛肉香膏和味精对素肉丸子风味的影响并测定其质构特性参数。结果表明：物料体系组分对大豆组织蛋白品质影响的显著性由大到小依次为油脂、蛋白质、水分及淀粉，优化得到的最佳物料体系组成是水分含量30%、大豆分离蛋白20%、马铃薯淀粉

2、25%、大豆油6%;最佳素肉丸子风味配方为食盐4%、白砂糖1%、牛肉香膏1.5%、味精1%;质构分析结果表明，在50%压缩比时测定的大豆组织蛋白素肉丸子质构特性参数是硬度6.111kg、内聚性0.765、弹性0.869耐咀性4.113kg、回复性0.429。关键词：大豆组织蛋白；双螺杆；挤压膨化；素肉丸子DevelopmentofTexturedSoybeanProteinMeatballsYANGChun-mei,BAOSarina,WUJin-hong*,WANGZheng-wu(BorS.luhFoodSafetyResearchCenter,SchoolofAgricultureand

3、Biology,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200240,China)Abstract:Twin-screwextruderprocessingwasusedtopreparetexturedsoybeanprotein(TSP).Theeffectsofprotein,fatandstarchamountsandwatercontentonTSPqualitywereexploredbyorthogonaltestscoupledwithprincipalcomponentanalysis.Inaddition,TSPwasusedastherawm

4、aterialtopreparemeatballs.Theeffectsofsalt,sugar,beefperfumeandmonosodiumglutamateontheflavorandtextureparametersofmeatballswereinvestigated.TheresultsshowedthatthedescendingorderofmaterialcomponentsforaffectingTSPqualitywasfat,protein,watercontentandstarch,respectively.Meanwhile,theoptimalmaterials

5、ystemwascomposedof30%water,20%soybeanproteinisolate,25%potatostarch,and6%soybeanoil.Moreover,theoptimalflavorformulaofmeatballswas4%salt,1%sugar,1.5%beefperfumeand1%monosodiumglutamate.Texturepropertyanalysisshowedthattextureparametersofmeatballsatthecompressionratioof50%were6.111kgofhardness,0.765o

6、fcohesion,0.869ofelasticity,4.113kgofchewinessand0.429ofresilience.Keywords:soybeanprotein；twin-screw；mock；extrusion；mockmeatball中图分类号：TS214.2文献标识码：B文章编号：1002-6630（2011）06-0301-06大豆组织蛋白是将脱脂大豆粕进行挤压膨化，使物料在水分、压力、热和机械切力的共同作用下发生塑性变形而制得的产品。挤压处理后的大豆组织蛋白分子由天然的球状聚集态重组为纤维状，形成一定的层次结构1,具有与肉相似的组织状态和咀嚼感；并且蛋白质含量高，

7、脂肪含量低，不含胆固醇，因而可用于人造肉和其他高纤维化强的仿肉制品的制作2-3o将大豆组织蛋白添加到食品中全部代替肉类，研究开发能模拟并代收稿日期：2010-06-07替肉的全素食品，不仅降低成本，还可满足不同消费者的需求，包括素食主义者及寻求健康合理、少胆固醇饮食的消费者。双螺杆挤压机能将天然生物高分子物料的各种加工（包括加料、输送、压缩、加热、剪切、混合及成型等）合成为一个连续过程，具有高温、高压、短时强烈挤压、剪切处理和热处理的功能，因此利用双螺杆挤压机生产大豆组织蛋白自动化程度高，易于工业化推广基金项目：上海市科学技术委员会项目（10DZ0504000;1052NM06700）;上海交

8、通大学青年基金项目（AB150200）作者简介：杨春梅（1987）,女，硕士研究生，研究方向为功能性食品。E-mail:tilly1987*通信作者：吴金鸿（1978）,女，助理研究员，博士，研究方向为功能性食品和食品化学。E-mail：wujinhong3022011,Vol.32,No.06食品科学技术应用应用，是一种经济实用的加工技术4-6o经双螺杆挤压加工的大豆产品，不仅可以去除大豆本身的豆腥味，还可钝化大豆中的抗营养因子，如胰蛋白酶抑制因子、大豆凝集素及抗原蛋白，提高大豆产品营养价值7,因此双螺杆挤压机加工的大豆组织蛋白是开发大豆健康食品或功能性食品备受欢迎的新型食品原料之一。近年来

9、一些学者就组织化大豆蛋白原料体系配方对产品的加工及其质量影响进行了探讨，如常晓明8、王洪武等9采用双螺杆膨化机，研究了原料体系对挤压过程及产品组织化质量的影响。研究结果表明高蛋白质含量可促进挤压组织化的作用，添加适量油脂和淀粉能促进挤压稳定性、组织质量，以及改善挤压产品的风味与口感，但依据不同的分析指标得出的优化辅料配方有明显的差异。此外，大豆组织蛋白素肉食品由于其独特的风味、质构与营养特性而备受欢迎，成为目前功能性高蛋白食品研究的热点之一。李雪莲等10采用大豆组织蛋白、魔芋精粉、蛋白粉、植物油等基本原料，代替猪肉、鸡肉等动物肉，进行制作素火腿肠的试验研究；孙月梅等11以大豆组织蛋白为主要原料

10、，添加大豆油、盐、糖、番茄酱、五香粉等辅料加工制成素肉食块，对其弹性、脆性、硬度、组织结构、口感等感官指标进行评价，确定各材料的最佳配比，使产品达到最好的状态与口感；贾君等12选用双螺杆挤压机，以冷榨豆饼为原料，挤压得到组织化大豆蛋白，再加入牛肉骨头汤、牛肉香料、甘草粉、辣椒酱等辅料，制成仿生蛋白牛肉干。因此，本实验根据目前成熟的大豆组织化蛋白双螺杆挤压加工技术，经过双螺杆挤压加工-油炸-风味调配的工艺处理，研制牛肉香浓厚、口味适宜、具有一定弹性和咀嚼感的大豆组织蛋白素肉丸子新产品，并进行产品配方的探讨，为生产出适合普通群众消费水平的低成本、高质量植物蛋白仿肉食品提供一定参考。1材料与方法1.

11、1材料与设备低温脱脂豆粕（水分8.73%、蛋白质含量39.24%、氮溶指数46.99%、脂肪含量1.87%、灰分含量4.28%）山东禹王实业公司；大豆分离蛋白德州大王集团蛋白食品公司；马铃薯淀粉上海奎珍贸易公司；大豆油上海嘉里食品工业有限公司；牛肉香膏上海爱普香料有限公司；食盐、糖、味精、面粉市售。DS32-II型双螺杆挤压膨化机济南赛信膨化机械有限公司；TA-XT-plus质构仪英国StableMicroSystem公司；Quanta200扫描电子显微镜（SMSP/100探头）荷兰FEI公司；WSC-S测色色差计上海精密科学仪器有限公司。1.2大豆组织蛋白的制备1.2.1制备工艺工艺流程：原

12、料低温脱脂豆粕一粉碎一加水和辅料混合一双螺杆挤压组织化一干燥冷却一大豆组织蛋白。操作要点：以低温脱脂豆粕为原料，使用锤式粉碎机粉碎并过80目筛，制成豆粕粉。将1kg豆粕粉原料与其他物料（水分、大豆分离蛋白、马铃薯淀粉、大豆油）按物料体系设计方案混合后，搅拌揉搓使各物料充分混合均匀，形成稳定体系，成为样品毛坯，采用双螺杆挤压机，在挤压段机筒温度140C、螺杆转速140r/min的条件下进行挤压膨化加工，得到大豆组织蛋白。1.2.2物料体系的正交试验设计选取物料体系的水分、大豆分离蛋白、马铃薯淀粉和大豆油添加量4个因素，设计四因素三水平的正交试验，因素水平见表1,通过对成品膨化率、吸水率和色泽等多

13、个反映产品品质的指标分析，确定最佳物料体系组成8。表1物料组成正交试验因素水平表Table1FactorsandlevelsinorthogonalarraydesignforoptimizingbackbonecompositionofTSPmeatballs水平因素A水分/%B大豆分离蛋白/%C马铃薯淀粉/%D大豆油/%13015152304020204155025256注：每种物料的含量以1kg豆粕粉为基准进行计算。1.2.3大豆组织蛋白品质评价指标的测定1.2.3.1膨化率测定13通过对组织化大豆蛋白成品垂直于挤出方向的直径与挤压机磨头直径进行比较，计算其膨化率大小。膨化率的测定用游标

14、卡尺，方法为随机测定样品直径3次,求其平均值作为产品的直径，除以模口直径（3.2mm）,其商为膨化率。1.2.3.2吸水率测定切取样品相对均匀的部分，称量后放入水中，浸泡5min取出，使用滤纸吸干其表面水分，称量14-15o结果计算：吸水率/%=xm2m1m1001式中：m1为样品质量/g；m2为吸水后样品质量/g。1.2.3.3色泽测定将样品粉碎后过80目筛，使用色差计测定其色泽，用L*a*b*色空间表示，其中L*值为明度指数，b*值是偏黄、偏蓝度。技术应用食品科学2011,Vol.32,No.063031.2.4大豆组织蛋白超微结构的扫描电镜（SEM）分析取低温脱脂豆粕和优化物料体系制备的

15、大豆组织蛋白样品，先用3%戊二醛固定,pH7.2磷酸缓冲液漂洗，再用1%钺酸固定，pH7.2磷酸缓冲液冲洗，用体积分数50%、70%、90%和100%乙醇梯度洗脱，醋酸异戊酯梯度洗脱，CO2临界点干燥（临界点干燥仪：HCP-2）,离子溅射（离子溅射仪：旧-3,喷金50，最后用扫描电子显微镜观察。1.3大豆组织蛋白素肉丸子的制备及风味调配1.3.1素肉丸子的制备采用优化的物料体系制备的大豆组织蛋白作为原料，根据相关的大豆组织蛋白素肉食品的研究报道11-12,16,经过几次预实验，确定了如下制备大豆组织蛋白素肉丸子的加工方法。胚料制备：面粉50g、变性淀粉50g、大豆分离蛋白25g,大豆油2mL,

16、加水250mL,斩拌成较稳定的乳状胶体。大豆组织蛋白125g粉碎后过80目筛，加入上述乳状胶体中，揉捏成面团状。油炸：将面团直接放入油锅，140c油炸2min使其内外油炸充分，之后200c油炸2min熟透后取出。冷却：将煮好的丸子均匀排列在网箱内，使其冷却至常温。1.3.2风味调配选取食盐、白砂糖、牛肉香膏和味精添加量4个因素，设计四因素三水平正交试验，选择10位感官评定员遵照感官评定标准（表2）进行评分，得出最佳的风味配方。表2感官评定标准Table2SensoryevaluationstandardsforTSPmeatba幅标得分标准分数色泽表面呈金黄色或焦黄色，有油炸食品特有的光泽1.

17、5气味有油炸食品特有的香气以及牛肉的香气，无食油变质的气味及其他异味2.5组织结构表面有油炸过后的脆爽口感，软硬适中，具有类似肉制品的口感4味道咸淡适中，有牛肉风味；油量适中，不腻口，不黏牙，无夹生、炸焦21.4大豆组织蛋白素肉丸子质构特性分析选择形状、大小基本一致的大豆组织蛋白素肉丸子，使用质构仪对样品进行质构分析（TPA）实验，借此分析其硬度、内聚性、弹性、耐咀性和恢复性。选取形变量30%、50%?口70%,测前速率2mm/s,测试速率2mm/s,测后速率与测试速率一致，停留间隔5s,触发值5g17-18。在每个形变量下进行3次实验，取平均值作为指标值。2结果与分析物料体系组成对大豆组织蛋

18、白品质的影响物料体系组成的优化大量研究表明制备大豆组织蛋白的物料体系对产品质量有着直接的影响9,16,19-20o本实验选取物料体系中水分、大豆分离蛋白、马铃薯淀粉和大豆油4种物料组分，设计正交试验考察不同添加量对大豆组织蛋白产品品质的影响。一般主要从组织蛋白产品的功能特性（吸水率、吸油率、持水性、乳化性等卜质构特性（膨化度、硬度、韧性等卜物理特性（色泽、密度等）评价大豆组织蛋白质量的优劣21,因此本实验测定了不同物料体系下大豆组织蛋白产品的膨化率、吸水率和色泽，结果见表3。表3大豆组织蛋白品质评价指标测定结果Table3FunctionalandtexturepropertiesofTSPm

19、eatballsinorthogonalarraydesignexperimentsforoptimizingbackbonecompositionofTSPmeatballs试验号膨化率吸水率/%L*b*11.78138.0150.03532.51521.85053.6253.38535.75331.98837.6656.06734.75141.86624.4645.5436.11851.99124.9949.35533.05561.68734.9750.27134.20771.66911.1452.76534.46881.59117.0448.33736.89591.85936.4449.

20、32132.936目前无法用单一指标来评价组织蛋白的质量，需要应用统计分析方法对各指标建立综合评价模型，于源22利用主成分分析法，分析了组织化大豆各指标之间的关系与权重，最终获得综合评价大豆组织化蛋白的质量指标。较好品质的大豆组织蛋白具有一定膨化度，吸水率高，色泽亮黄，因此本实验采用SPSSft件（SPSS16.0版本）对以上品质评价指标进行主成分分析，分析各指标之间的关系与权重，获得综合评价大豆组织化蛋白的质量指标。分析过程及结果如下：首先通过标准化数据处理后得到各指标相关系数矩阵（表4）,由表4可知各指标间的相关性都非常低（小于0.5）;其次通过方差分解主成分提取分析得到特征值及方差贡献率

21、分析结果（表5）及初始因子载荷矩阵（表6）,由主成分提取原则（特征根1且累计贡献率85%）可提取得到3个主成分（膨化率、吸水率、L*）,由方差贡献率可知3个主成分的权重由大到小分别为：膨化率（46%）吸水率（24%）L*（17%）。由表3可知，第一主成分基本反映了膨化率与吸水率的指标信息，第二与第三主成分基本反映了色泽（L*与b*）指标信息；接着用表3中数据除以主成分相对应的特征根开平方根可得到每个主成分特征向量，并将其与标准化数据相乘后可得到每个主成分的得分（取绝对值）,将每3042011,Vol.32,No.06食品科学表7综合评价指标分析结果表Table7Resultsofcompreh

22、ensiveevaluationindex技术应用标准化数据（Z值）Z膨化率0.2030.2931.2840.4081.305-0.8701.0071.5670.357Z吸收率0.5521.7680.525-0.504-0.4620.315-1.5411.0820.430ZL*0.1710.9111.778-1.623-0.3910.0950.7110.719-0.402Zb*1.3180.8090.1501.048-0.964-0.207-0.0351.559-1.042A10.5660.5650.443-0.405特征向量（A值）A20.2450.2770.6030.707A30.4490

23、.399-0.6090.519主成分得分（绝对值，f值）f10.6551.2411.7501.1970.6950.2731.1112.4480.689f20.8331.5391.0090.4771.3650.0970.2230.7520.947f30.4510.7010.2191.5150.1390.3151.5180.1120.036综合评价指标R0.5861.0751.0940.9270.6840.2030.8251.3330.560个主成分得分与其方差贡献率相乘并线性加和后得到综合评价指标R（表7）o表4相关系数矩阵Table4Correlationcoefficientmatrix?彭

24、化率膨化率吸水率L*b*1.0000.4250.220-0.342吸水率0.4251.0000.366-0.181L*0.2200.3661.0000.101b*-0.342-0.181-0.1011.000表8不同物料体系正交试验设计及结果Table8OrthogonalarraydesignschemeforoptimizingbackbonecompositionofTSPmeatballsandexperimentalresultsofcomprehen-siveevaluationindex试验号123456789k1k2k3RA水分/%3030304040405050500.918

25、0.6050.9060.313B大豆分离蛋白/%1520251520251520250.7791.0310.6190.412C马铃薯淀粉/%1520252025152515200.7070.8540.8680.161D大豆油/%2466244620.6100.7011.1180.508品质综合评价指标R0.5861.0751.0940.9270.6840.2030.8251.3330.560表5方差分解主成分提取分析表Table5Principalcomponentanalysistable主12341.8410.9610.6840.514初始特征值46.01524.03417.09212.8

26、5846.01570.04987.142100.0001.8410.9610.684旋转后特征值46.01524.03417.09246.01570.04987.142成分特征值方差贡献率累计贡献率特征值方差贡献率累计贡献率2.1.2大豆组织蛋白超微结构的扫描电镜分析表6因素载荷矩阵Table6Componentloadingmatrix指标膨化率吸水率L*b*因素10.7680.7670.6010.5492-0.2400.2720.5910.69330.3710.330-0.5040.429a.低温脱脂豆粕粉的20000倍电镜图b.大豆组织蛋白横切面1000倍电镜图h以综合评价指标R为分析指

27、标，进行正交试验直观分析，结果见表8。根据表8均值（k值）可知：最佳产品质量对应的物料体系的组合方案为A1B2C3D3,即水分含量30%、大豆分离蛋白添加量20%、马铃薯淀粉添加量25%、大豆油添加量6%0由极差分析结果（R值）可知：物料体系中，影响组织化大豆蛋白产品品质的最主要影响因素是油脂，其次是蛋白质和水分，影响最小的因素是淀粉。c.大豆组织蛋白纵切面10000倍电镜图d.大豆组织蛋白斜切面10000倍电镜图图1豆粕及其组织化样品扫描电镜图Fig.1SEMimageofdefattedsoybeanflourandTSP技术应用食品科学2011,Vol.32,No.06305由图1可见，

28、豆粕经粉碎机粉碎后，形成不规则圆形颗粒（图1a）,其表面呈现坑凹不平状。而经过挤压膨化工艺加工后的大豆组织蛋白其切面呈现明显片层状和纤维拉伸状的结构（图1b、1c、1d）,与魏益民等23报道的大豆组织产品的微结构相似，这表明根据优化的物料体系所制备的产品已具有组织化结构特点。2.2大豆组织蛋白素肉丸子风味配方的优化按照1.3.1节方法制备大豆组织蛋白素肉丸子。根据感官评定标准（表2）对素肉丸子进行评分，汇总评分结果并进行统计分析，以统计的评分结果作为正交试验的指标值进行直观分析，分析结果见表9。由表9可知风味配方的最佳组合方案为A2B1C3D1,即食盐4%、白砂糖1%、牛肉香膏1.5%、味精1

29、%。根据R值可知，在风味配方中食盐为最主要影响因素，其次是牛肉香膏和白砂糖，味精影响最小。表9风味配方正交试验设计及结果Table9FactorsandlevelsinorthogonalarraydesignforoptimizingflavoradjunctcompositionofTSPmeatballs试验号食盐/%白砂糖/%牛肉香膏/%味精/%指标值（得分）121.00.51.08.7223.01.02.07.2325.01.53.08.7441.01.03.08.3543.01.51.09.0645.00.52.08.1761.01.52.08.1863.00.53.06.4965

30、.01.01.08.1k18.28.377.738.60k28.77.537.877.80k37.538.308.607.80R0.930.830.870.802.3大豆组织蛋白素肉丸子质构特性的分析本实验测定3种不同压缩程度下（即形变量）的质构剖面分析（TPA）图谱（图2）,平行测定3次，并分析5个特性参数，见表10。20181670%g14k/12力10压8650%4230%102030405060时间/s图2不同形变量的质构图谱Fig.2Texturepropertyanalysisatdifferentcompressionlevels表10素肉丸子质构特性测定结果Table10Tex

31、turepropertiesofTSPmeatballs形变量/%硬度/kg内聚性弹性耐咀性/kg回复性301.7980.8951.007151.6300.586506.1110.7650.8694.1130.4297016.5770.5310.8507.4920.248从图2可以看出，样品在3种压缩速率下的第一次压缩过程中都未出现破裂现象，只出现一个最大峰值，所以测试结果只显示硬度值，无脆性值。图2中各压缩程度下TPA曲线均能保持较好的对称性，说明压缩后丸子弹性和回复性能好。对表10中实验数据进行方差分析，以进一步明确压缩程度对5个质构特性参数的影响，分析结果见表11。从表11中可以看出压缩

32、程度对硬度影响极显著，对耐咀性影响显著。表11质构特性参数的显著性检验Table11SignificancetestoftextureparametersofTSPmeatballs硬度弹性内聚性耐咀性回复性F值16.0619*0.009350.07298.119*0.00433注：*.差异极显著；*.差异显著。由于压缩程度对产品质构特性有较大的影响，因此本实验选择50%的压缩比进行分析质构特性参数，该条件下得到质构特性参数为硬度6.111kg、内聚性0.765、弹性0.869、耐咀性4.113kg、回复性0.429。3结论3.1物料体系影响大豆组织蛋白产品品质。通过对产品膨化率、吸水率和色泽

33、的测定，结合主成分分析与正交试验直观分析优化得出最佳物料体系组成为水分含量30%、大豆分离蛋白20%、马铃薯淀粉25%、大豆油6%0物料体系组分对大豆组织蛋白品质影响的显著性由大到小依次为油脂、蛋白质、水分及淀粉。3.2通过正交试验得出最佳素肉丸子风味配方为食盐4%、白砂糖1%、牛肉香膏1.5%、味精1%。其中，食盐为最主要影响因素，其次是牛肉膏和白砂糖，味精影响最小。3.3在50%的压缩比下测定得到的大豆组织蛋白素肉丸子质构特性参数是硬度6.111kg、内聚性0.765、弹性0.869、耐咀性4.113kg、回复性0.429。参考文献：1HARPERJM.Extrusiontexturiza

34、tionoffoodsJ.FoodTechnology,1986,40(3):70-77.张福，杨艳敏.大豆蛋白在肉制品中的重要作用J,肉类食品添加剂，2005(1):34-36.3062011,Vol.32,No.06食品科学技术应用NOGUCHIA.Extrusioncookingofhigh-moistureproteinfoodsA.MERCIERC,LINKOP,HARPERJ.ExtrusioncookingM.St.Paul,MN:AmericanAssociationofCerealChemistsInc.,1989:343-370.4HARPERJM.FoodextrudersandtheirapplicationsA.MERCIERC,LINKOP,HARPERJM.ExtrusioncookingM.St.Paul,MN:America