肖志剛， 霍金杰， 江睿生， 李 航， 蘇 爽，高育哲

(沈陽師范大學(xué)糧食學(xué)院，沈陽 110034)

隨著人口的增長和可支配收入的提高，導(dǎo)致了全球肉類消費的增加[1]。然而與高水平肉類消費相關(guān)的健康、社會和環(huán)境問題引發(fā)了減少肉類攝入量的呼吁[2,3]，因而以植物蛋白為主的肉類類似物受到越來越多的關(guān)注[4]。肉類類似物指具有豐富纖維結(jié)構(gòu)不含動物源性蛋白質(zhì)但是融入肉類特征的食品[5]。最常用生產(chǎn)肉類類似物方法是雙螺桿擠壓法，對由植物蛋白為主的原料進行高溫剪切連續(xù)加熱，打破分子結(jié)構(gòu)重新聚集，再經(jīng)過冷卻端模頭冷凝成型。肉類類似物緩解了生態(tài)、倫理、社會福利等方面的問題，因而越來越多的人更傾向于減少肉類衍生物的攝入[6]。

目前制備肉類類似物常用的原料有大豆分離蛋白、豌豆蛋白、花生蛋白、小麥面筋蛋白，這些蛋白因為良好的功能性質(zhì)廣泛地用于工業(yè)生產(chǎn)中。大豆分離蛋白是最為常用的原料[7]，其在水合和溶解度、界面性質(zhì)、風(fēng)味結(jié)合、黏度、凝膠化、結(jié)構(gòu)和肉類類似物形成等方面具有重要的結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系[8，9]，食用大豆分離蛋白改善脂質(zhì)代謝和心血管健康等方面問題[10]?？紤]到營養(yǎng)和功能的全面性，在選用大豆分離蛋白作原料的同時加入其他類蛋白質(zhì)[11]。小麥面筋蛋白含有能促進組織化蛋白纖維取向的兩類蛋白，即谷蛋白和麥醇溶蛋白，因而常用做組織化大豆分離蛋白的添加成分[12-14]。

Pietsch等[15]研究了工藝參數(shù)對產(chǎn)生的小麥面筋聚合的影響，擠壓機螺桿段蛋白分子結(jié)構(gòu)的變化對后續(xù)所有機制起著決定性作用，而不同螺桿轉(zhuǎn)速對素肉餅的質(zhì)構(gòu)特性和結(jié)構(gòu)特性的影響鮮有人報道。螺桿轉(zhuǎn)速對蛋白質(zhì)分子產(chǎn)生強烈的剪切、拉伸和擠壓作用，使蛋白質(zhì)顆粒破裂，分子質(zhì)量降低[16]。經(jīng)過機筒內(nèi)反應(yīng)，通過冷卻模具，蛋白質(zhì)分子和小的聚集物排列并凝固成一個具有層狀和纖維狀的紋理三維的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)[17]。本研究通過調(diào)節(jié)不同的螺桿轉(zhuǎn)速，改善素肉餅的質(zhì)構(gòu)特性，并探究不同的螺桿轉(zhuǎn)速對素肉餅的質(zhì)構(gòu)特性及結(jié)構(gòu)特性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆分離蛋白(蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)92.80%)、小麥面筋蛋白(蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)70.88%)、ANS、PBS。

1.2 儀器與設(shè)備

DS 56-Ⅲ型雙螺桿擠壓膨化機，CR-400色彩色差計，CT3質(zhì)構(gòu)儀，Q200差示掃描量熱儀，Nicolet is10傅里葉紅外光譜儀，S4800 掃描電子顯微鏡。

1.3 方法

1.3.1 素肉餅的制備

按3∶7的質(zhì)量百分比配置谷朊粉和大豆分離蛋白，調(diào)節(jié)螺桿轉(zhuǎn)速分別為200、240、280、320、360r/min，進料區(qū)喂料速度設(shè)定6 kg/h，溫度20 ℃，加熱區(qū)段溫度分別設(shè)定為60、80、120、140、150、150 ℃；冷卻端模頭設(shè)定45 ℃，注水口設(shè)定喂水速度13 kg/h；擠壓蒸煮制備的植物蛋白肉基料先標記放入冰箱冷凍。以1 kg的水為基準，加入7 g肉蔻，9 g大料，1.5 g香葉，11 g桂皮，6 g食用鹽，3 g雞精，2 g五香粉，8 g糖，16 g醬油，5 g牛肉香膏，煮沸，加入直徑5 cm的圓形基料，鹵煮15 min，浸泡2 h。

1.3.2 質(zhì)構(gòu)特性的測定

樣品切成長20 mm，寬20 mm，高5 mm的長方體小塊，設(shè)置質(zhì)構(gòu)儀操作參數(shù)：TPA 模式，探頭選用 TA-5，測試前速度 1.0 mm/s，測試速度 1.0 mm/s，測試后速度 1.0 mm/s，下壓程度 10%。記錄素肉餅的硬度、內(nèi)聚性、彈性指數(shù)、膠著性、咀嚼性的數(shù)值。

1.3.3 感官評價

感官評價小組在進行評價以前經(jīng)過嚴格的培訓(xùn)。素肉餅冷卻到室溫，標上1個3位數(shù)的隨機碼，大家將隨機碼寫在打分量表上，然后用9分快樂量表(1～9分從非常不喜歡到非常喜歡)對顏色、口感、質(zhì)地和整體可接受性方面進行評價，間隔休息期間提供無鹽咸餅干和雙蒸餾去離子水清潔口腔，為了公平公正均保持沉默[18]。

1.3.4 掃描電子顯微鏡觀察

用鋒利刀片切取1 mm厚片狀素肉餅樣品，經(jīng)冷凍干燥，放在樣品臺上，樣品噴金粉30 s，通過S-4800 型掃描電鏡觀察并照相(2 kV)。

1.3.5 二級結(jié)構(gòu)的測定

取經(jīng)冷凍干燥處理的素肉餅，研磨粉碎過100目篩，少量樣品放入傅里葉變換紅外光譜儀中掃描。掃描條件：光譜掃描范圍400～4 000 cm-1，分辨率4 cm-1，信號掃描累加64 次。利用分峰軟件PeakFit 4.12進行圖譜處理。

1.3.6 熱特性的測定

取經(jīng)冷凍干燥處理的素肉餅，研磨粉碎過100目篩，稱取5 mg的樣品于鋁盒中，密封壓蓋后用差式掃描量熱儀掃描。以空鋁盒為對照，設(shè)置氮氣流速40 mL/min，掃描溫度30～200 ℃，以10 ℃/min的速率進行升溫。利用Universal配套軟件(V3.83)分析處理數(shù)據(jù)。

1.3.7 表面疏水性的測定

采用ANS探針法測定素肉餅的表面疏水性，參考Kato[19]的方法加以改進，1.6 g的素肉餅粉末加入15 mL磷酸鹽緩沖溶液(0.01 mol/L，pH 7.2)，10 000r/min均質(zhì)1 min，室溫25 ℃磁力攪拌2 h，10 000 r/min高速離心20 min，取上清液依次配置5個不同濃度梯度的蛋白質(zhì)溶液，分別加入40 μL ANS溶液，避光靜置15 min，激發(fā)波長390 nm，發(fā)射波長470 nm，掃描夾縫10 nm，掃描速率10 nm/s，記錄470 nm處素肉餅粉末溶液的光度值，通過Excel軟件進行線性回歸分析，計算表面疏水性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同螺桿轉(zhuǎn)速制備的素肉餅質(zhì)構(gòu)特性分析

螺桿轉(zhuǎn)速對素肉餅質(zhì)構(gòu)特性的影響結(jié)果如表1，可以看出，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，硬度呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，在螺桿為280 r/min的時候，硬度達到了1 413.33 g，在此條件下制作的素肉餅纖維結(jié)構(gòu)明顯，這可能是因為螺桿轉(zhuǎn)速280 r/min的條件下，擠壓輸入的能量，使得物料混合蒸煮達到最理想的狀態(tài)；而逐漸增加的螺桿轉(zhuǎn)速可能破壞了蛋白分子間的結(jié)構(gòu)，分子基團打開發(fā)生熔融現(xiàn)象，使分子聚集呈現(xiàn)出松散狀態(tài)，因而素肉餅的硬度越來越小。與此同時，膠著性和咀嚼性也表現(xiàn)出同樣的變化趨勢。彈性指數(shù)和內(nèi)聚性隨著螺桿轉(zhuǎn)速的逐漸增加，發(fā)生了不為明顯的變化。

表1 不同螺桿轉(zhuǎn)速素肉餅的質(zhì)構(gòu)特性

2.2 不同螺桿轉(zhuǎn)速制備的素肉餅感官評價

圖1是素肉餅的感官評價圖，可以看出，口感和外觀的得分值相對較低，感官評價人員認為素肉餅與肉的咀嚼性存在一定的差異性，這可能是因為素肉餅中缺乏動物脂肪，難以比擬肉的口感，也缺乏肉的質(zhì)感；外觀的評分普遍也不高，可能是因為素肉餅的表觀沒有肉類所固有的自然芳香的感覺，素肉餅偏深褐色，當螺桿轉(zhuǎn)速為200 r/min時，外觀略微粗糙，螺桿轉(zhuǎn)速低，纖維狀結(jié)構(gòu)也不明顯，可能是擠壓機筒的能量攝入不夠，無法達到高壓狀態(tài)以形成致密的纖維絲結(jié)構(gòu)；當螺桿轉(zhuǎn)速為280 r/min時，感官評分人員認為素肉餅嚼勁好，咸度適中；與螺桿轉(zhuǎn)速較低制備的素肉餅對比，纖維結(jié)構(gòu)明顯；當螺桿轉(zhuǎn)速過高時，纖維絲致密，調(diào)味料不易滲入，纖維結(jié)構(gòu)致密，含有略微的豆腥味，可以考慮在擠壓加工基料的過程中，加入氯化鈉、碳酸氫鈉等調(diào)節(jié)味道的物質(zhì)，劉艷香等[22]已經(jīng)做了類似的實驗，并且表明氯化鈉、碳酸氫鈉的添加有助于改善素肉的品質(zhì)特性等。

圖1 不同螺桿轉(zhuǎn)速下素肉餅的感官評分

2.3 不同螺桿轉(zhuǎn)速制備的素肉餅微觀形貌圖

圖2是不同螺桿轉(zhuǎn)速素肉餅的橫截面微觀形貌圖，當螺桿轉(zhuǎn)速為200 r/min的時候，素肉餅的橫截面較為平整，結(jié)構(gòu)緊湊，無凸起結(jié)構(gòu)；當螺桿轉(zhuǎn)速達到280 r/min的時候，素肉餅的表面呈不規(guī)則形態(tài)，出現(xiàn)層狀結(jié)構(gòu)；小麥面筋蛋白在機筒內(nèi)發(fā)生熔融，經(jīng)過模頭冷卻形成更為凝聚的纖維結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出更類似肉的纖維結(jié)構(gòu)；隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，機筒里的能量越來越高，快速的螺桿轉(zhuǎn)動對蛋白分子的破壞能力更強，因而當螺桿轉(zhuǎn)速達到360r/min的時候，橫截面出現(xiàn)斷裂溝壑現(xiàn)象，高強度的螺桿轉(zhuǎn)速使得分子內(nèi)部高速運轉(zhuǎn)，形成分子量較大的聚合物[23]。

圖2 不同螺桿轉(zhuǎn)速素肉餅橫截面的微觀形貌圖

表2 不同螺桿轉(zhuǎn)速素肉餅的二級結(jié)構(gòu)

2.4 不同螺桿轉(zhuǎn)速制備的素肉餅二級結(jié)構(gòu)分析

對不同螺桿轉(zhuǎn)速素肉餅紅外光譜進行去卷積、二階導(dǎo)數(shù)求導(dǎo)，結(jié)果見表2?？梢钥闯?，當螺桿轉(zhuǎn)速為240 r/min，α螺旋含量少，這表明在此條件下，素肉餅主要依賴于分子內(nèi)的氫鍵相互作用，相對比螺桿轉(zhuǎn)速為200 r/min的時候，α螺旋發(fā)生解鏈，原子密堆積結(jié)構(gòu)減少，β折疊部分發(fā)生了以氫鍵相連的平行排布，使得代表反向折疊片層的β1含量增加，無規(guī)則卷曲的含量增加了1.22%，分子向更為松散的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變[24]；當螺桿轉(zhuǎn)速為280 r/min的時候，β1的含量降低了1.87%，α螺旋的含量增加了3.30%，當螺桿轉(zhuǎn)速達到了320 r/min的時候，β1的含量多，無規(guī)則卷曲的含量略微的下降，這可能是因為隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，β1和無規(guī)則卷曲不穩(wěn)定，因而會發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。

2.5 不同螺桿轉(zhuǎn)速制備的素肉餅熱特性分析

螺桿轉(zhuǎn)速對素肉餅熱特性的影響結(jié)果如表3所示，可以看出，素肉餅的變性溫度在117.78～36.11 ℃之間，變性熱焓值在13.81～23.29 J/g之間。當螺桿轉(zhuǎn)速為200 r/min時，素肉餅的變性溫度在124.48 ℃，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，素肉餅的變性溫度先變大后減小，當螺桿轉(zhuǎn)速240 r/min的時候，素肉餅的變性溫度達到了最大為136.11 ℃，較螺桿轉(zhuǎn)速360r/min的時候提高了15.56%，這表明，在螺桿轉(zhuǎn)速為240 r/min的時候，素肉餅的熱穩(wěn)定性最好；當螺桿轉(zhuǎn)速為240 r/min的時候，熱焓值ΔH也較大為20.11J/g，此條件下蛋白分子天然構(gòu)象穩(wěn)定，氫鍵數(shù)量多，焓值的作用力強[25,26]；而當螺桿轉(zhuǎn)速為280 r/min的時候，焓值表現(xiàn)出了最小的值，說明在這個條件下，部分氫鍵發(fā)生斷裂，表面疏水作用增強，素肉餅從有序構(gòu)向無序結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變[27,28]，而當螺桿轉(zhuǎn)速增加到360 r/min的時候，熱焓值較280r/min的時候提高了68.64%，此時的變性溫度較280 r/min的時候降低了10.8 ℃，說明螺桿轉(zhuǎn)速較高的條件下，素肉餅的穩(wěn)定性差，因而在117.78 ℃發(fā)生熱變性；而熱焓卻表現(xiàn)出了最大值為23.29 J/g，說明在螺桿轉(zhuǎn)速為360 r/min的時候，素肉餅的分子間氫鍵作用力較大，受熱過程中氫鍵斷裂產(chǎn)生的吸熱反應(yīng)劇烈，可能是過高的螺桿轉(zhuǎn)速使得素肉餅的分子聚集程度大，因而分子具有較高的焓值。

表3 不同螺桿轉(zhuǎn)速素肉餅的熱特性參數(shù)

2.6 不同螺桿轉(zhuǎn)速制備的素肉餅表面疏水性分析

表面疏水性用于測定蛋白構(gòu)象的變化，表征蛋白內(nèi)部疏水基團的變化[29]，由圖3可以看出，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，表面疏水性先減小后變大，螺桿轉(zhuǎn)速為200 r/min的時候，疏水基團暴露，疏水相互作用減弱，表面疏水性表現(xiàn)出較大的數(shù)值；而隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，在240～320 r/min的這個區(qū)間范圍內(nèi)，素肉餅內(nèi)部的疏水相互作用增加，表面疏水性較低，這個時候素肉餅主要靠疏水相互作用維持；而當螺桿轉(zhuǎn)速達到360 r/min的時候，表面疏水性最大，此時有利于蛋白質(zhì)無定形或纖維狀聚集體的形成[30]，蛋白分子聚集程度較大，主要依賴氫鍵相互作用。

圖3 不同螺桿轉(zhuǎn)速下素肉餅的表面疏水性

3 結(jié)論

螺桿轉(zhuǎn)速對素肉餅的質(zhì)構(gòu)特性和結(jié)構(gòu)特性有著很大的影響，隨著螺桿轉(zhuǎn)速逐漸增加，硬度和咀嚼性表現(xiàn)出先增大后降低的趨勢。經(jīng)感官評定，螺桿轉(zhuǎn)速為280 r/min的條件制備的素肉餅整體可接受程性最大，硬度為1 413.33 g，咀嚼性為12.95 mJ；從結(jié)構(gòu)特性來看，因氫鍵發(fā)生斷裂，表面疏水作用增強，素肉餅從有序結(jié)構(gòu)向無序結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，此條件下素肉餅的纖維結(jié)構(gòu)最為明顯。