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花生蛋白挤压组织化技术及其机理研究

张汆  
【摘要】: 挤压组织化技术是一种较新的食品加工方法,以其高效、节能、环保等特点而广泛用于组织化植物蛋白的生产。中国是世界上花生产量和消费量最高的国家,年总产量已达1471万吨(2005),其中50%~65%用于加工食用花生油,每年产生约300多万吨脱脂花生饼粕,其中含有50%~70%的花生蛋白。花生饼粕色泽浅黄、气味芳香,其中的抗营养物质仅为大豆饼粕中的20%,是一种优质的植物蛋白资源。 本文在研究各挤压参数对组织化花生蛋白产品质量影响的基础上,对其挤压参数进行了优化;分析了挤压参数对物料滞留时间的影响;低温脱脂花生粉原料特性对组织化花生蛋白产品质量和结构的影响;研究分析了原料中部分组分在挤压组织化过程中的变化;初步分析了低温脱脂花生粉挤压组织化过程中的美拉德反应及其产物;分析探讨了低温脱脂花生粉挤压组织化过程中纤维状组织结构的形成机理。主要结论如下: 在低温脱脂花生粉挤压组织化过程中,挤压温度和喂料水分含量对组织化花生蛋白产品质量的影响最显著,其次是喂料速度和螺杆转速。挤压温度是低温脱脂花生粉组织化的关键因素,喂料水分含量则是影响纤维状组织化结构形成的重要因素,喂料速度和螺杆转速主要影响物料在挤压机内的滞留时间和混合。在本试验条件下,低温脱脂花生粉挤压组织化的最优参数组合为挤压温度为147.0℃~148.0℃,喂料水分含量为49.3%~50.9%,喂料量为9.5~10.4g/min,螺杆转速为95~112r/min。 在本试验中,低温脱脂花生粉的平均滞留时间在5.28~10.56min范围内。喂料速度和喂料水分对平均滞留时间的影响最显著,其次是挤压温度和螺杆转速。挤压温度、喂料速度和喂料水分对滞留时间分布曲线的分布范围影响均较明显,螺杆转速的影响较小。物料在挤压机内的流动模式介于柱塞流动和完全混合流动两种模式之间,且随滞留时间的延长,曲线更接近于完全混合流动模式。 在挤压组织化过程中,低温脱脂花生粉的原料特性,如蛋白质含量、粒径、pH值、油脂含量及其氮溶解指数均对组织化产品的感官质量、流变学性质及微观结构产生较明显的影响。当低温脱脂花生粉中低变性花生蛋白质含量低于40%时,不能形成具有良好纤维状组织结构的组织化花生蛋白产品。pH值4.5时,挤压产品硬度和咀嚼度达到最大; pH值7~10时,随原料碱性增强而降低。挤压物料中少量油脂(3%~6%)有利于低温脱脂花生粉组织化产品结构的改善和感官质量的提高。 挤压后,花生蛋白的溶解性显著降低。十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析结果表明,构成花生蛋白的亚基共有12个,其相对分子质量分别为63.10、41.64、38.56、36.86、29.95、28.94、24.37、21.98、20.95、19.19、17.62和14.74kD。花生蛋白经挤压后并未发现有新的谱带生成。挤压前后的差示量热扫描图谱显示,花生蛋白起始变性温度为45.01℃,变性高峰温度为95.70℃,表明花生蛋白的热稳定性较高,其分子中可能含有较多的氢键。 挤压组织化对低温脱脂花生粉中的碳水化合物(淀粉、小分子糖类)、油脂、氨基酸和矿物质等组分的理化性质有一定影响。在本试验条件下,淀粉除糊化外,一部分发生了降解,使其含量在挤压后有较显著地降低。随挤压温度的升高,游离脂和结合脂均会发生水解、氧化、聚合等反应,致使总脂肪含量降低。在低温脱脂花生粉的挤压过程中,损失较多的是一些含量较高的氨基酸,如谷氨酸、天冬氨酸、丙氨酸和精氨酸等,其中,赖氨酸损失不大(4.93%)。挤压后,产品中铁、锰和铜等元素含量分别增加了11.81%、2.31%和5.42%,主要是挤压过程中挤压机元件的磨损所致,其它元素的变化不大。 低温脱脂花生粉挤压过程中美拉德反应产物的乙醚提取物经气相色谱-质谱联合分析后,共分离出33个峰,其中匹配度在60以上的峰共有23个。经分析共检出23种化合物,其中以中长碳链的脂肪酸或其酯(尤其是甲酯)为主,这些酯类物质主要来自低温脱脂花生粉中残留的油脂,也是花生制品特有香味的主要来源。 低温脱脂花生粉中添加10%~20%的低温脱脂大豆粕对挤压产品的色度、外形和流变学特性有明显的改善作用,同时也提高了花生蛋白营养价值。氯化钙作为一种二价金属盐,在低温脱脂花生粉中的添加浓度较低时(1.0%)会有助于挤压产品感官质量和组织结构的改善;当其浓度较高时(1.5%~2.0%)时,产品质量会迅速降低。添加0.2%~3.0%氯化钠对组织化花生蛋白产品质量和结构的影响不明显。低浓度的溴酸钾(10mg/kg)对低温脱脂花生粉的挤压组织化产品质量和结构有一定的改善效果,当浓度30mg/kg时,挤压产品出现变形,表面变得粗糙,组织化程度降低。添加L-半胱氨酸不利于低温脱脂花生粉挤压组织化结构的形成。 研究结果表明,非共价键结合(疏水作用和氢键)是影响花生蛋白高水分挤压组织化结构的主要化学键,其次是二硫键和离子键。在低温脱脂花生粉的挤压组织化过程中,花生蛋白质分子内原有的二硫键可能发生了少量的断裂,且高温可能会加速该反应的进行。此外,花生蛋白分子中维持一定数量的游离氨基,有助于增强蛋白质分子间的聚合作用,从而有利于组织化结构的形成。花生蛋白质中一定比例的长肽链蛋白质分子是组织化花生蛋白产品组织化结构形成所必需的。


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