高培棟,趙 楠,關(guān)凱方,劉思含,劉珊珊,包怡紅

(東北林業(yè)大學林學院,黑龍江哈爾濱 150040)

高濕擠壓技術(shù)制作松粕復合素肉的工藝研究

高培棟,趙 楠,關(guān)凱方,劉思含,劉珊珊,包怡紅*

(東北林業(yè)大學林學院,黑龍江哈爾濱 150040)

利用高濕擠壓技術(shù),以松粕、大豆分離蛋白、谷朊粉為原料制備復合組織蛋白。采用中心旋轉(zhuǎn)組合實驗設(shè)計,建立感官評價(Y)與物料含水率(A)、擠壓溫度(B)、螺桿轉(zhuǎn)速(C)的相關(guān)數(shù)學模型,優(yōu)化制作復合組織蛋白的工藝參數(shù),并利用復合組織蛋白作為原料，對其進行調(diào)味研究制作復合素肉。結(jié)果表明,高濕擠壓的工藝參數(shù)為:物料含水率61%、擠壓溫度152 ℃、螺桿轉(zhuǎn)速248 r/min。最佳復合素肉配方為:牛肉香膏1.5 g/100 g、食鹽1.5 g/100 g、孜然粉0.8 g/100 g、醬油1.0 g/100 g。對復合素肉進行質(zhì)構(gòu)剖面分析,結(jié)果為硬度50.04 kg、彈性0.995、內(nèi)聚性0.902、膠粘性45118.383、咀嚼度44.89 kg、回復性0.581,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)上基本與牛肉相似。

高濕擠壓,松粕,響應面,質(zhì)構(gòu)剖面分析

我國東北林區(qū)松樹資源豐富,松子仁為松科植物紅松、油松、馬尾松的種子,紅松松仁營養(yǎng)價值豐富,含油量高,是理想的榨油原料[1]。如今隨著人們對食用油需求的多樣化,越來越多的工廠已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)松子油,因此產(chǎn)生大量的工業(yè)副產(chǎn)物松粕,松粕中蛋白質(zhì)含量豐富且氨基酸組成比例合理,含有多種人體必需的微量元素,是理想的蛋白質(zhì)來源,利用松粕生產(chǎn)仿真肉制品不僅營養(yǎng)豐富,而且生產(chǎn)成本低,經(jīng)濟環(huán)保[2]。目前國內(nèi)生產(chǎn)素肉主要以豆粕為主要生產(chǎn)原料,技術(shù)成熟,產(chǎn)業(yè)化程度高[3],王笛[4]等人對大豆組織蛋白丸子配方進行了優(yōu)化,張嵐[5]等人研究發(fā)現(xiàn)高濕擠壓法可以去除大豆的豆腥味。而國外研究者則對除大豆以外的其他植物蛋白也進行了研究。Osen[6]等人利用豌豆分離蛋白制作仿真肉并研究了其特性,Alonso[7]等人研究了蕓豆和豌豆在擠壓過程中蛋白質(zhì)的變化。目前關(guān)于松粕開發(fā)利用的報道很少,為了提高松仁的綜合利用率,充分利用松粕的潛在價值,本文利用松粕作為主要原料,同時復配大豆分離蛋白與谷朊粉制作復合型素肉。

本研究結(jié)合了高濕擠壓技術(shù)制作素肉,利用高濕擠壓技術(shù)制作素肉不僅可以提高其經(jīng)濟價值,而且還豐富了素食消費市場。高濕擠壓技術(shù)在1980年由法國和日本的研究人員研制成功[8]。不同于干法擠壓技術(shù),高濕擠壓技術(shù)生產(chǎn)出的組織蛋白水分含量高,產(chǎn)品不需要經(jīng)過二次復水工藝就可直接裝袋食用且產(chǎn)品纖維化程度高,十分接近肉的質(zhì)感[9]。在高濕擠壓的過程中蛋白質(zhì)在剪切、高溫、高壓等綜合作用的影響下形成熔融狀態(tài)的“交熔體”,使得蛋白質(zhì)間的化學鍵斷裂重排從而形成高度組織化,纖維化的仿真肉制品[10-12]。本研究采用中心旋轉(zhuǎn)組合實驗設(shè)計和響應面建模分析法,分析了物料含水量、擠壓溫度、螺桿轉(zhuǎn)速對擠壓組織化效果的影響,得到最佳工藝條件,并采用正交實驗確定素肉調(diào)味配方,研制出新型復合型風味素肉產(chǎn)品。為開發(fā)新型健康仿真肉制品提供理論基礎(chǔ)與參考。

表3 感官評價表

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆分離蛋白(SPI) 哈高科大豆食品有限公司;谷朊粉 青島海達爾淀粉有限公司;松粕 柳河市人人坊冷榨植物油公司;牛肉香膏、食鹽、醬油、孜然粉 市售。

雙螺桿擠壓機 法國clextral公司;TA-XT-plus 質(zhì)構(gòu)儀 英國 Stable Micro System公司;組織粉碎機等。

1.2 組織蛋白的制備

1.2.1 制備工藝 工藝流程:松粕強化型復合蛋白(松粕粉+大豆分離蛋白+谷朊粉混合)→喂料→高濕擠壓→腌制調(diào)味→殺菌→冷卻→真空包裝

操作要點:大豆分離蛋白,蛋白質(zhì)含量96%;谷朊粉為小麥提取物,是一種天然的谷物蛋白,蛋白質(zhì)含量87%,具有很好的吸水性、粘彈性和吸脂乳化性等特性。

工業(yè)副產(chǎn)物松粕經(jīng)粉碎機粉碎并過80目篩,在預實驗的基礎(chǔ)上調(diào)配復合蛋白粉,配制方案為:脫脂松粕含量50%,分離蛋白含量40%,谷朊粉含量10%攪拌均勻,制成待擠壓的原料[13]。

1.2.2 制備復合組織蛋白的單因素實驗 以感官評分為指標,分別設(shè)物料含水率為50%、55%、60%、65%、70%,擠壓溫度分別為130、140、150、160、170 ℃,設(shè)備螺桿轉(zhuǎn)速分別為 200、220、240、260、280 r/min,考察不同的條件對復合組織蛋白的影響。

1.2.3 高濕擠壓組織蛋白的工藝優(yōu)化 在單因素實驗的基礎(chǔ)上,應用Design Expert軟件,根據(jù)Box-Behnken的中心組合設(shè)計實驗原理,選擇物料含水量、擠壓溫度、螺桿轉(zhuǎn)速為自變量,以感官評分為響應值,采用響應面分析法,設(shè)計三因素三水平實驗,因素水平表見表1,對組織蛋白的生產(chǎn)工藝參數(shù)進行優(yōu)化[14]。

表1 Box-Behnken中心組合實驗因素表

1.3 復合素肉調(diào)味料配比優(yōu)化

根據(jù)大量的預實驗結(jié)果,選用L9(34)正交實驗進行篩選,以感官評價為檢測指標。將每次實驗重復3次取平均值。風味復合素肉調(diào)味配比正交實驗的各因素水平見表2。

表2 復合素肉調(diào)味配比正交實驗因素水平表

1.4 感官評價

1.4.1 復合組織蛋白感官 將單因素實驗得到的高濕擠壓復合組織蛋白進行感官評定。選擇10名受過專業(yè)訓練的感官評定員遵照感官評定標準進行評分,得出最佳的工藝參數(shù)范圍。感官評定表見表3。

表4 復合素肉感官評價表

1.4.2 風味復合素肉感官評價 將正交實驗得到的風味素肉產(chǎn)品進行感官實驗。選擇10名受過專業(yè)訓練的感官評定員遵照感官評定標準進行評分,得出最佳的工藝參數(shù)范圍。感官評定表見表4。

1.5 質(zhì)量參數(shù)測定

將樣品切成長、寬各2 cm的正方形,采用英國Stable Micro System 制造的TA.XT Plus型物性測定儀,分別測定樣品的回復性、粘內(nèi)聚性、咀嚼性、彈性等物性學指標。質(zhì)構(gòu)儀的操作參數(shù)為:TPA模式,探頭P/50,測試前速度1.0 mm/s,測試速度2.0 mm/s,測試后速度2.0 mm/s,下壓程度75%,間隔時間5 s,往復運動兩次[15]。

1.6 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理與繪圖應用Excel 2007,響應面作圖采用Design Expert 8.0繪制。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實驗

2.1.1 物料水分對組織蛋白產(chǎn)品質(zhì)量的影響 由圖1可以看出,隨著水分含量的增加,組織蛋白的感官分數(shù)呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢,在含水率為60%時達到最高評分56.6分,其它點明顯低于該點。水分含量低于50%時物料在擠壓腔內(nèi)運動阻力大,粘性差,難以成型。如水分過大,會導致物料的粘性過大使擠壓腔內(nèi)壓力不穩(wěn)定,在物料經(jīng)過磨口冷卻時會發(fā)生噴料現(xiàn)象,導致產(chǎn)品表面出現(xiàn)氣泡,影響產(chǎn)品感官品質(zhì)[16]。因此,選擇物料含水率在60%左右比較合理。

圖1 物料含水率對復合組織蛋白感官評定分數(shù)的影響Fig.1 Effect of different moisture contents on the evaluate in compound textured protein

2.1.2 擠壓溫度對組織蛋白質(zhì)量的影響 經(jīng)過前期的預實驗發(fā)現(xiàn)I區(qū)、Ⅱ區(qū)為混合物料并預熱的區(qū)域,對組織蛋白成型影響不大,因此固定Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)溫度分別為30、60 ℃。擠壓溫度主要是指高濕擠壓機Ⅳ區(qū)的溫度,圖2可以看出組織蛋白的感官評定分數(shù)隨擠壓溫度的升高呈先上升后下降的趨勢,當擠壓溫度為150 ℃時感官評分為57.0分。擠壓溫度直接影響到成品組織蛋白的硬度和彈性,當擠壓溫度過低時,組織蛋白內(nèi)部尚未完全熟化,產(chǎn)品難以形成均勻的纖維化結(jié)構(gòu)致使組織蛋白結(jié)構(gòu)松散難以成型。當擠壓溫度過高時,產(chǎn)品在擠壓過程中水分散失加快含水量降低,彈性下降,硬度升高,導致產(chǎn)品感官品質(zhì)降低[17]。因此,擠壓溫度在150 ℃左右較適合。

圖2 擠壓溫度對復合組織蛋白感官評定分數(shù)的影響Fig.2 Effect of different barrel temperatures on the evaluate in compound textured protein

圖3 螺桿轉(zhuǎn)速對復合組織蛋白感官評定分數(shù)的影響Fig.3 Effect of different screw speeds on the evaluate in textured protein

2.1.3 螺桿轉(zhuǎn)速對組織蛋白質(zhì)量的影響 由圖3可以看出隨之螺桿轉(zhuǎn)速的提高感官評分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢感官評分最高值為57.7分此時的螺桿轉(zhuǎn)速為240 r/min,螺桿轉(zhuǎn)速決定了物料在擠壓腔中的時間,螺桿轉(zhuǎn)過慢物料在擠壓腔中停留時間過長會導致物料過度熟化使產(chǎn)生輕微的焦糊味,如螺桿轉(zhuǎn)速過快則會導致物料在擠壓腔內(nèi)停留時間過短,使得物料在腔內(nèi)難以形成纖維化結(jié)構(gòu),得到的產(chǎn)品組織化、纖維化程度降低,感官品質(zhì)降低[18]。同時螺桿轉(zhuǎn)速還應該與進料速度向匹配,因此螺桿轉(zhuǎn)速在240 r/min左右最適宜。

2.2 二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合實驗優(yōu)化復合組織蛋白生產(chǎn)工藝

2.2.1 二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合實驗結(jié)果 在上述三個單因素實驗基礎(chǔ)上,以二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合實驗設(shè)計方法為原理。選物料含水率(A)、擠壓溫度(B)、螺桿轉(zhuǎn)速(C)作為響應面優(yōu)化的考察因素,以組織蛋白的感官評分值為響應值,設(shè)計三因素三水平實驗,實驗結(jié)果見表5。

表5 復合組織蛋白生產(chǎn)實驗設(shè)計方案及結(jié)果

2.2.2 回歸分析 利用Design Expert 8.0 軟件對表5中的數(shù)據(jù)進行二次線性回歸擬合,得到的數(shù)學模型為:感官評價=56.52+1.88A+1.70B+5.58C+0.90AB-0.75AC+1.30BC-4.14A2-5.89B2-6.93C2。

表6 回歸模型的方差分析

根據(jù)響應面圖可以看出,選擇的因素對響應值的影響強弱程度次序為:螺桿轉(zhuǎn)速(C)>物料含水率(A)>擠壓溫度(B)。確定最佳因素水平組合,用軟件將編碼轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H參數(shù):物料含水率61.06%、擠壓溫度152.06 ℃、螺桿轉(zhuǎn)速248.18 r/min,此時預測感官評價為58.04分,圖4可知當機筒溫度一定時,隨著物料含水產(chǎn)品升高,感官評分值呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,當物料水分超過60%時組織蛋白感官評價降低。當物料水分一定時,隨著機筒溫度的提高,產(chǎn)品感官評分值同樣呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,機筒溫度決定了物料的熟化程度,當機筒溫度過高時,物料會出現(xiàn)焦糊味影響評價;從圖5可以看出當螺桿轉(zhuǎn)速含量一定時,隨著螺桿轉(zhuǎn)速的提高,產(chǎn)品的感官評分值呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。而當螺桿轉(zhuǎn)速一定時,物料水分逐漸提高,產(chǎn)品的感官評分值呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢;從圖6可看出當機筒溫度一定時,隨著螺桿轉(zhuǎn)速升高,感官評分值呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,螺桿轉(zhuǎn)速會影響纖維結(jié)構(gòu)的生成,機筒轉(zhuǎn)速過高則蛋白質(zhì)間不能形成穩(wěn)定的共價鍵維持纖維狀結(jié)構(gòu),因此造成蛋白口感變差[19]。當螺桿轉(zhuǎn)速一定時,隨著機筒溫度的提高,產(chǎn)品感官評分值同樣呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。

圖4 擠壓溫度和物料含水率對感官評價Fig.4 Contour and response surface for sensory evaluation under different barrel temperature and different moisture content

圖5 螺桿轉(zhuǎn)速和物料含水率對感官評價的影響Fig.5 Contour and response surface for sensory evaluation under different screw speed and different moisture content

圖6 螺桿轉(zhuǎn)速和擠壓溫度對感官評價的影響Fig.6 Contour and response surface for sensory evaluation under different screw speed and different barrel temperature

2.2.3 驗證實驗 通過軟件分析得到優(yōu)化后的最佳工藝條件為:物料含水率61.06%、擠壓溫度152.06 ℃、螺桿轉(zhuǎn)速248.18 r/min,此時預測感官評價為58.04分。依據(jù)響應面實驗結(jié)果,考慮到實驗操作方便,確定實驗操作條件為:物料含水率61%、擠壓溫度152 ℃、螺桿轉(zhuǎn)速248 r/min,該條件下進行驗證實驗,得到產(chǎn)品感官評分為58.0分,模型預測得分為58.04分,表明模型與實際情況基本吻合,說明預測模型與實際情況擬合良好。

2.3 復合素肉調(diào)味料配方優(yōu)化

將制作好的復合組織蛋白素肉進行調(diào)味處理生產(chǎn)出具有牛肉風味的仿真素肉,經(jīng)過前期的預實驗和單因素實驗摸索出最佳的風味配方與制作方式,將制成的組織蛋白切成薄厚一致且大小均一的形狀后將其放入調(diào)制好的調(diào)料中腌制,腌制調(diào)味品主要原料配比經(jīng)過正交實驗優(yōu)化其結(jié)構(gòu)由表7可見。

表7 復合素肉調(diào)味配方正交實驗設(shè)計及結(jié)果(g/100 g)

由極差分析得出,影響實驗的4因素的大小順序為D>A>C>B,最優(yōu)配方為A3B3C3D2,即牛肉香膏1.5 g/100 g、食鹽1.5 g/100 g、孜然粉0.8 g/100 g、醬油1.0 g/100 g,在此條件下進行3次驗證實驗,得到的感官評分為90.5分,復合素肉風味優(yōu)良,色澤誘人。

2.4 質(zhì)構(gòu)剖面分析

由表8可知復合素肉在模擬肉的內(nèi)在特性如內(nèi)聚性、回復性等指標時,素肉與牛肉的各項指標值相似表明復合組織蛋白的內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密,經(jīng)過高溫、高壓處理后使得內(nèi)部組織化程度高,纖維結(jié)構(gòu)類似牛肉纖維。同時經(jīng)過高濕擠壓的復合素肉口感緊實在彈性、膠粘性、咀嚼度較牛肉高,同時得到的復合素肉的硬度較牛肉差距較大分析原因可能是經(jīng)過高濕擠壓的組織蛋白在放置時容易脫水變干使得產(chǎn)品的硬度提升。

圖7 牛肉質(zhì)構(gòu)圖Fig.7 Texture property analysis of beef

圖8 復合素肉質(zhì)構(gòu)圖Fig.8 Texture property analysis of compound meat analogue

3 結(jié)論

通過單因素實驗確定參數(shù)范圍,在此基礎(chǔ)上進行中心組合設(shè)計實驗,采用響應面法分析優(yōu)化利用高濕擠壓技術(shù)制備復合組織蛋白的工藝參數(shù),結(jié)合實際生產(chǎn)得出最優(yōu)工藝參數(shù)為:物料含水率61%、擠壓溫度152 ℃、

表8 復合素肉質(zhì)構(gòu)剖面分析結(jié)果

螺桿轉(zhuǎn)速248 r/min,并該條件下進行驗證實驗,得到的產(chǎn)品感官評分為58.0分,符合模型預測。通過正交實驗得出最佳風味復合素肉配方為牛肉香膏1.5 g/100 g、食鹽1.5 g/100 g、孜然粉0.8 g/100 g、醬油1.0 g/100 g。對復合素肉進行質(zhì)構(gòu)剖面分析測定,結(jié)果為硬度50.04 kg、彈性0.995、內(nèi)聚性0.902、膠粘性45118.383、咀嚼度44.89 kg、回復性0.581,產(chǎn)品在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上基本與牛肉一致。

利用高濕擠壓技術(shù)生產(chǎn)復合型組織蛋白,并對其進行調(diào)味實驗,開發(fā)出一款營養(yǎng)豐富,高度仿真的復合素肉產(chǎn)品,同時利用了松粕作為原料之一,降低了豆腥味,提高營養(yǎng)價值,提高了松仁的工業(yè)附加值,具有廣闊的發(fā)展前景。

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因本刊已被《中國知網(wǎng)》(包括“中國知網(wǎng)”優(yōu)先數(shù)字出版庫)獨家全文收錄，所以所付稿酬中已包含該網(wǎng)站及光盤應付的稿酬。

Study on textured protein from pine nut dregs by high moisture extrusion technology

GAO Pei-dong,ZHAO Nan,GUAN Kai-fang,LIU Si-han,LIU Shan-shan,BAO Yi-hong*

(School of Forestry,Northeast Forestry University,Harbin 150040,China)

By using defatted pine nuts,soybean protein isolate,wheat gluten as the main raw material,compound textured protein was produced. Response surface methodology(RSM)was applied to optimize the produce conditions,the effects of material moisture(A),barrel temperature(B),screw speed(C)on sensory evaluation(Y)were studied. In addition,compound textured protein was used as the raw material to prepare compound meat analogue. The effects of beef perfume,salt,cumin and soybean sauce on the flavor and texture parameters of compound meat analogue were investigated. Results showed that the optimum parameters were as follows:material moisture was 61%,barrel temperature was 152 ℃,screw speed was 248 r/min. Moreover,the optimal flavor formula of compound meat analogue was 1.5 g/100 g beef perfume,1.5 g/100 g salt,0.8 g/100 g cumin and 1.0 g/100 g soybean sauce. Texture property analysis showed that texture parameters of compound meat analogue were 50.04 kg of hardness,0.995 of springiness,0.902 of cohesion,45118.383 of gumminess,44.89 kg of chewiness and 0.581 of resilience,the inner texture of flavor meat analogue is basically consistent with beef.

high moisture extrusion;defatted pine nuts;response surface methodology;texture property analysis

2016-09-28

高培棟(1994-)，男，在讀本科生，研究方向：食品生物技術(shù)與功能食品，E-mail:15645197922@163.com。

*通訊作者:包怡紅(1970-)，女，博士，教授，研究方向：食品生物技術(shù)與功能食品，E-mail:baoyihong@163.com。

中央高?？蒲袠I(yè)務費專項資金項目(2572014EA02)；哈爾濱市科技創(chuàng)新人才項目2015RAXXJ010；大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目201510225069。

TS255.6

B

1002-0306(2017)05-0258-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.05.040