脫氟南極磷蝦蝦糜 與大豆分離蛋白雙螺桿擠壓重組工藝研究

胡玲萍,徐蓓蓓,尹利昂,姜曉明,孫維維,薛 勇,李兆杰,薛長湖

(中國海洋大學食品科學與工程學院,山東青島 266003)

南極磷蝦(Euphausiasuperba)廣泛分布于環(huán)南極海域,生物量約為6.5～10億噸[1],所含優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)豐富,且富含人體所必需的全部8種氨基酸[2],必需氨基酸的總量達到212.1 mg/g蛋白質(zhì)[3],尤其是代表營養(yǎng)學特征的賴氨酸含量異常高。南極磷蝦甲殼中氟含量極高,容易向肌肉遷移[4-5]。受此影響,南極磷蝦肌肉通常含有超過人體安全攝入標準的氟,所以南極磷蝦蛋白通常需要脫氟才能利用[6-7]。經(jīng)脫氟處理的南極磷蝦蝦糜可作為一種新型蛋白質(zhì)食品原料。南極磷蝦蝦糜受制于其自身的結(jié)構(gòu)性質(zhì),不能形成如冷凍魚糜那樣高彈性的凝膠,需要借助外來作用來改變其組織結(jié)構(gòu)形式。雙螺桿擠壓集擠壓、熟化、熔融、組織化于同一過程,是蛋白組織化的一種重要方式[8-10]。

1970年,Atkinson最早開展了擠壓組織化產(chǎn)品的制備和研究[11]。Kaoki等最先使用熱塑擠壓的技術(shù)來進行魚肉蛋白質(zhì)組織化的研究[12]。Miyano等對魚糜和擠壓產(chǎn)物的肌原纖維蛋白的變化作了對比研究[13]。我國相關科研人員和從業(yè)人員從植物蛋白及其復合蛋白開始,展開了對食品擠壓組織化的研究,并取得了很大的進展,不斷以創(chuàng)新產(chǎn)品滿足市場對組織化蛋白多樣化的需求[14-18]。劉俊榮利用Clextral BC-45型雙軸擠出蒸煮機,分別對低、高濕擠壓狀態(tài)下擠壓機系統(tǒng)運行狀態(tài)進行研究[19]。趙桂興等以淡水魚糜為原料,與大豆蛋白復合物復配,經(jīng)雙螺桿擠壓生產(chǎn)一種魚肉與大豆蛋白的組織化產(chǎn)物[20]。盧燾利用SLG32-Ⅱ型雙螺桿擠壓機進行魚肉組織化實驗[21]。王凈等以魚肉、大豆蛋白為原料,以雙螺桿擠壓進行組織化實驗[22]。水產(chǎn)動物蛋白組織化的研究方興未艾,將會給水產(chǎn)動物蛋白帶來更好的營養(yǎng)、感官上的價值。

本研究將脫氟蝦糜與大豆分離蛋白混合物經(jīng)雙螺桿擠壓作用進行蛋白質(zhì)重組,通過響應面分析優(yōu)化工藝參數(shù),以期制備一種具有良好口感、營養(yǎng)即食的南極磷蝦蛋白產(chǎn)品,拓展脫氟冷凍南極磷蝦蝦糜的使用途徑,并研究其組成成分在組織化前后的變化,為南極磷蝦蛋白組織化的工業(yè)實踐提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

南極磷蝦 遼寧省大連海洋漁業(yè)集團公司;大豆分離蛋白 益海嘉里(秦皇島)蛋白工業(yè)有限公司;磷酸、乙醚、乙酸、無水乙醇、石油醚、氯仿、甲醇、氯化鈉、無水硫酸鈉、氟化鈉、鹽酸、硫酸、正己烷、磷酸氫二鈉(Na2HPO4·12H2O)、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鈉(NaH2PO4·7H2O)、十二烷基硫酸鈉(SDS) 國藥集團化學試劑有限公司;戊二醛 天津市致遠化學試劑有限公司;5-磺基水楊酸 天津市天力化學試劑有限公司;胃蛋白酶 南京奧多福生物科技有限公司;胰蛋白酶 北京格林博遠生物科技有限公司;其他試劑均為國產(chǎn)分析純試劑。

SYSLG30-Ⅳ型雙螺桿擠壓機 濟南賽百諾科技開發(fā)有限公司;TMS-PRO質(zhì)構(gòu)儀 美國Food Technology公司;MB23型快速水分測定儀 美國OHAUS公司;HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司;DHG-9070A型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海精宏實驗設備有限公司;AB135-S型精密電子分析天平 瑞士Mettler-Toledo公司;JSM-840電子掃描顯微鏡 日本JEOL株式會社;MB23型快速水分測定儀 美國OHAUS公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 脫氟冷凍南極磷蝦蝦糜的制備 冷凍南極磷蝦塊在微波源頻率915 Hz條件下經(jīng)微波快速解凍5 min至個體間離散,以采肉機采取蝦肉,一次采肉得率為82.53%,加入3倍的4 ℃蒸餾水,充分均質(zhì),以濃度為10 mol/L磷酸溶液粗調(diào),2 mol/L的磷酸溶液微調(diào),調(diào)節(jié)均質(zhì)液pH至4.5,放置30 min,每隔5 min間歇調(diào)整pH,使保持pH4.5基本不變。4000×g離心10 min,取沉淀部分,加入3倍的4 ℃蒸餾水,重復均質(zhì)、等電點沉淀、脫氟、離心等操作,得沉淀部分。向沉淀中加入食用純堿調(diào)節(jié)其pH至中性,將該中性物料塑形、冷凍,得到脫氟冷凍南極磷蝦蝦糜。

1.2.2 磷蝦蝦糜與大豆蛋白的雙螺桿擠壓組織化工藝 蝦糜解凍→物料調(diào)配→參數(shù)設置→升溫→進料→雙螺桿擠壓→成品

1.2.3 單因素實驗

1.2.3.1 蝦糜和大豆分離蛋白復配比例的選擇 通過調(diào)節(jié)磷蝦蝦糜(水分77.96%)與大豆分離蛋白(水分8.13%)混合物料的復配比例,使混合物料的水分含量分別達到30%、35%、40%、45%和50%。設置雙螺桿擠壓機機筒的四個加熱區(qū)溫度分別為70、90、120和140 ℃,開機升溫至該溫度后,調(diào)節(jié)雙螺桿轉(zhuǎn)速為25 Hz(1 Hz對應7.2 r/min)、進料速度為15 Hz(1 Hz對應2 kg/h),測定各擠出樣品的組織化度,研究物料復配比例對組織化效果的影響。

1.2.3.2 機筒Ⅳ區(qū)加熱溫度的選擇 機筒Ⅳ區(qū)溫度是組織化的實際溫度,其他三區(qū)的溫度對組織化的影響有限,所以僅選擇Ⅳ區(qū)溫度進行單因素實驗?；旌衔锪纤衷O置為40%,雙螺桿擠壓機機筒的前三個加熱區(qū)溫度分別為70、90、120 ℃,先后分別設置機筒的Ⅳ區(qū)加熱溫度為130、140、150、160和170 ℃。調(diào)節(jié)雙螺桿轉(zhuǎn)速為25 Hz、進料速度為15 Hz,測定各擠出樣品的組織化度,研究機筒Ⅳ區(qū)加熱溫度對組織化效果的影響。

1.2.3.3 雙螺桿轉(zhuǎn)速的選擇 混合物料水分設置為40%,雙螺桿擠壓機機筒的四個加熱區(qū)溫度分別為70、90、120和140 ℃,設置進料速度為15 Hz,先后分別調(diào)節(jié)雙螺桿轉(zhuǎn)速為15、20、25、30和35 Hz,測定各擠出樣品的組織化度,研究雙螺桿轉(zhuǎn)速對組織化效果的影響。

1.2.3.4 進料速度的選擇 混合物料水分設置為40%,雙螺桿擠壓機機筒的四個加熱區(qū)溫度分別為70、90、120和140 ℃,設置雙螺桿轉(zhuǎn)速為25 Hz,先后分別調(diào)節(jié)進料速度為5、10、15、20和25 Hz,測定各擠出樣品的組織化度,研究進料速度對組織化效果的影響。

1.2.4 響應面法優(yōu)化組織化工藝 根據(jù)單因素的實驗結(jié)果,以組織化度(Y)為響應值,選取物料水分(X1)、機筒Ⅳ區(qū)加熱溫度(X2)、螺桿轉(zhuǎn)速(X3)及進料速度(X4)四個因素,根據(jù)單因素實驗組織化效果,每一因素水平選取高中低三個水平(-1,0,1),進行響應面分析實驗。用Matlab軟件對所測得的數(shù)據(jù)進行二次回歸方程的擬合分析。

表1 雙螺桿擠壓響應面分析的因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology of twin-screw extrusion

1.2.5 組織化度的測定 參照李里特[23]對組織化度的測定方法。切開組織化樣品,分別測定其橫向和縱向上的剪切力,以橫向?qū)v向剪切力的比值定義組織化度。

1.2.6 組織化前后物料主要成分的測定 依據(jù)南極磷蝦蝦糜-大豆分離蛋白(AKS-SPI)組織化的最優(yōu)工藝制備雙螺桿擠出產(chǎn)物,測定組織化前后,混合物料和擠出產(chǎn)物的水分、蛋白質(zhì)、脂肪、灰分含量及氨基酸組成。

水分含量測定:參照GB 5009.3-2016,中國人民共和國國家標準-食品中水分的測定[24]。蛋白質(zhì)測定:參照GB 5009.5-2016,中華人民共和國國家標準-食品中蛋白質(zhì)的測定[25]?；曳趾繙y定:參照 GB5009.4-2016,中華人民共和國國家標準-食品中灰分的測定[26]。氨基酸組成分析:參照GB 5009.124-2016,中華人民共和國國家標準-食品中氨基酸的測定[27]。

脂肪含量測定:分別進行游離脂肪和結(jié)合脂肪的測定。游離脂肪的測定:分別稱取組織化前后樣品3～5 g進行測定,測定方法參照GB 5009.6-2016食品安全國家標準 食品中脂肪的測定(第一法)的方法[28]。結(jié)合脂肪的測定:參照盧燾等的方法[21]并加以改進,取一定比例的索氏抽提后的物料殘渣置于安瓿瓶,加入10 mL濃鹽酸,封口,于90 ℃消化6 h,取出冷卻。加入10 mL無水乙醇,混合之后轉(zhuǎn)移至錐形瓶中,以少量乙醚沖洗安瓿瓶并轉(zhuǎn)移至錐形瓶。輕輕搖動錐形瓶1 min,靜置30 min。將上層液體轉(zhuǎn)移至旋蒸瓶,減壓濃縮,最后于105 ℃干燥1 h,置于干燥器內(nèi)冷卻后稱重。旋蒸瓶凈增重即為結(jié)合脂肪的質(zhì)量。

1.2.7 蛋白質(zhì)體外消化率的測定 參照董海洲等人的方法[18]。準確稱取1 g樣品于錐形瓶,加入25 mL磷酸鹽緩沖液(pH2.0,0.1 mmol/L)和10 mL鹽酸(0.2 mmol/L),加入1 mL新配制的胃蛋白酶溶液(75 mg/mL),調(diào)節(jié)至pH2.0,于36.5 ℃恒溫水浴振蕩消化8 h。之后加入10 mL磷酸鹽溶液(pH6.8,0.02 mmol/L)和5 mL NaOH溶液(0.6 mmol/L),加入1 mL新配制的胰蛋白酶溶液(110 mg/mL),調(diào)節(jié)至pH6.8,于36.5 ℃恒溫水浴振蕩消化24 h。結(jié)束后,加入5 mL 20%的磺基水楊酸溶液,靜置20 min,抽濾,取殘渣測其蛋白質(zhì)含量。根據(jù)以下公式計算蛋白的消化率:

蛋白體外消化率(%)=(初樣的蛋白質(zhì)含量-濾渣的蛋白質(zhì)含量)/初樣的蛋白質(zhì)含量×100

1.2.8 組織化前后微結(jié)構(gòu)的觀察 觀察對象為混合物料(輕微擠壓捏合使成型)和優(yōu)化工藝條件下的組織化樣品。參考Benjakul的方法[29-30],將觀察對象切成小塊樣品,經(jīng)戊二醛固定、乙醇脫水、干燥噴金,用掃描電鏡(SEM)對樣品進行觀察。

1.3 數(shù)據(jù)分析

各樣品平行測定3次,取3次測定的平均值進行分析。以Matlab軟件對二次回歸方程進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 南極磷蝦蝦糜脫氟效果

南極磷蝦蝦糜氟的脫除率為87.29%,平均含氟量79.79 mg/kg干重,符合美國食品藥品監(jiān)督管理局關于食品中氟的安全限量(100 mg/kg干重)[31]。

2.2 組織化單因素實驗

2.2.1 蝦糜和大豆分離蛋白復配比例的選擇 由圖1可知,隨著水分含量的增加,物料組織化度呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,物料水分含量為40%時,組織化效果最佳?？赡芤驗檫@時水分與蛋白原料融合起到了明顯的增塑作用,使擠壓蒸煮中的蛋白質(zhì)發(fā)生塑化,快速進入熔融狀態(tài),有利于擠出組織化的物料。然而,當水分含量高于40%后,多余的水分吸收能量,加劇了體系的不穩(wěn)定,且極易發(fā)生危險的噴出[32-33]。因此,復配物料的水分含量選擇在40%附近。

圖1 物料水分含量對擠壓組織化的影響Fig.1 Effect of moisture content of material on extrusion texturization

2.2.2 機筒Ⅳ區(qū)加熱溫度的選擇 由圖2可知,隨機筒Ⅳ區(qū)溫度的升高,組織化度先升高后降低。這是因為在較低溫度(130 ℃)時,物料因熱量不夠未能形成充分的熔融態(tài),而在140 ℃時,進入熔融態(tài)的物料能夠連續(xù)的組織化,擠出產(chǎn)物連續(xù)而平滑。溫度繼續(xù)升高后(150～170 ℃),過多的熱量使熔融態(tài)物料的壓力急劇增加,在擠出后因壓力的突然釋放導致擠出產(chǎn)物的緊縮、凹陷,甚至出現(xiàn)擠出的產(chǎn)物急速噴出。故機筒Ⅳ區(qū)溫度宜選擇140 ℃附近。

圖2 機筒Ⅳ區(qū)溫度對擠壓組織化的影響Fig.2 Effect of temperature of zone Ⅳ on extrusion texturization

2.2.3 螺桿轉(zhuǎn)速的選擇 螺桿轉(zhuǎn)速對組織化效果的影響見圖3,當螺桿轉(zhuǎn)速15～25 Hz期間,物料逐步得到充分的混合、摩擦和剪切,容易形成組織化的纖維蛋白;在轉(zhuǎn)速高于25 Hz之后,物料在機筒內(nèi)隨螺桿轉(zhuǎn)動過快,擠壓和剪切作用不充分,導致組織化不充分,未能形成均勻的質(zhì)地,組織化度也逐漸下降。因此,螺桿轉(zhuǎn)速優(yōu)選為25 Hz附近。

圖3 螺桿轉(zhuǎn)速對擠壓組織化的影響Fig.3 Effect of speed of twin-screw on extrusion texturization

2.2.4 進料速度的選擇 由圖4可以看出,與螺桿轉(zhuǎn)速的影響類似,組織化效果隨進料速度的提高而先升后降。適當?shù)倪M料速度能使物料經(jīng)受充分的擠壓、剪切作用,恰當?shù)倪M入熔融態(tài),進而順利組織化;而進料過慢或過快,都將影響物料在機筒內(nèi)的受熱受力,使物料不能均勻的組織化。綜合考慮,應該選擇15 Hz左右的進料速度。

2.3 響應面法對擠壓組織工藝的優(yōu)化

組織化度的響應面實驗方案及對應的響應值結(jié)果如表2所示。利用Matlab軟件對表2中的數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合,得到組織化度(Y)對物料水分(X1)、機筒Ⅳ區(qū)加熱溫度(X2)、螺桿轉(zhuǎn)速(X3)及進料速度(X4)四個變量的二次回歸模型:

Y=-64.7342+0.3613X1+0.7662X2+0.1870X3+0.4833X4-0.0008X1X2+0.0014X1X3+0.0005X1X4-0.0001X2X3+0.0006X2X4-0.0038X12-0.0026X22-0.0045X32-0.0194X42。

表2 響應面分析方案及響應值結(jié)果Table 2 Experiment design and results of response surface methodology

表3 回歸模型的方差分析Table 3 Analysis of variance of regression model

注:p≤0.01的項對響應值影響極顯著,用**表示;p≤0.05的項對響應值影響顯著,用*表示;p>0.05的項對響應值影響不顯著。

對二次回歸模型的方差分析結(jié)果見表3。Matlab分析的復相關系數(shù)R2為0.9980,校正后的R2為0.9964,模型p≤0.01,極顯著,失擬項的p值為0.5413,對響應值影響不顯著(p>0.05),說明該模型的擬合程度好,實驗誤差小,可以用于分析和預測物料水分、機筒Ⅳ區(qū)加熱溫度、螺桿轉(zhuǎn)速和進料速度對組織化效果的影響。

由表3中F值可以看出,各因素對組織化效果的影響大小順序:機筒Ⅳ區(qū)加熱溫度>物料水分含量>進料速度>螺桿轉(zhuǎn)速。對組織化度影響極顯著的交互項為X1X2、X1X3、X2X4,X1、X2、X3、X4、X12、X22、X32、X42對組織化度的影響極顯著(p≤0.01)。

2.4 組織化最優(yōu)條件的預測及驗證

根據(jù)回歸方程做出交互項對組織化度的響應面分析圖(圖5～圖9)進行交互作用分析。由圖5可知,在物料水分含量<40%時,組織化度隨機筒Ⅳ溫度的升高呈先明顯上升后輕微下降的趨勢。由等高線可知,在物料水分37%～39%和機筒Ⅳ溫度145～150 ℃范圍內(nèi),組織化度出現(xiàn)最大值。若物料水分在40%以下,隨機筒Ⅳ區(qū)溫度的升高組織化度呈增大趨勢,因此應將機筒Ⅳ區(qū)溫度設置在145～150 ℃的高位溫度,能取得比較好的組織化效果。

圖5 物料水分與機筒Ⅳ區(qū)溫度 交互作用對組織化度的影響Fig.5 Effect of material moisture and temperature of zone Ⅳ on extrusion texturization index

由圖6可知,當物料水分處于40%以下時,組織化度隨螺桿轉(zhuǎn)速的升高呈先明顯上升后下降的趨勢,適當提高螺桿的轉(zhuǎn)速,能夠較好地實現(xiàn)組織化。這是因為高頻率的擠壓、剪切彌補水分缺失導致塑化作用的弱化,使物料在高溫高壓下進入熔融狀態(tài),組織化度提高。在高物料水分(>40%)時,隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增大，組織化度呈明顯下降趨勢,這與王洪武[10]的報道就高水分含量下,螺桿轉(zhuǎn)速不宜太高的說法相一致。

圖6 物料水分與螺桿轉(zhuǎn)速交互作用對組織化度的影響Fig.6 Effect of material moisture and screw speed on extrusion texturization index

由圖7可知,在高或低的進料速度下,組織化度均隨機筒Ⅳ溫度的升高呈先緩慢增大后迅速減小的趨勢。由等高線可以看出,在機筒Ⅳ區(qū)溫度140～145 ℃,進料速度16～18 Hz范圍內(nèi),組織化度出現(xiàn)最大值。機筒在高溫(>140 ℃)運行下,螺桿轉(zhuǎn)速對組織化度的影響明顯,應及時調(diào)高物料的進料速度,這樣機筒給體系提供的大量熱量能夠被更均勻的吸收,而不至于因物料接續(xù)不利同時機筒熱量過高,而導致的不能順利進料或者物料倒流現(xiàn)象。

圖7 機筒Ⅳ區(qū)溫度與進料速度 交互作用對組織化度的影響Fig.7 Effect of temperature of zone Ⅳ and feeding rate on extrusion texturization index

由圖8可知,物料水分和進料速度對組織化度有明顯的交互作用。在進料速度為14～18 Hz時,組織化度隨物料水分的增加呈先升高后緩慢下降的趨勢。物料水分低于40%,在較低進料速度(<14 Hz)下組織化度較低,應適當提高進料速度,防止物料不足在機筒內(nèi)發(fā)生碳化,而當水分過高時(45%),或高或低的進料速度產(chǎn)物的組織化度均較低。由等高線可知,組織化度在物料水分約40%,進料速度15 Hz出現(xiàn)最大值。組織化度隨物料適中的物料水分(約40%)與適當?shù)倪M料速度(15Hz)配合能得到組織化度高的擠出產(chǎn)物。

表4 擠壓組織化前后各成分的含量和蛋白質(zhì)消化率Table 4 Basic composition and digestibility of material before and after extrusion texturization

圖8 物料水分與進料速度交互作用對組織化度的影響Fig.8 Effect of material moisture and feeding rate on extrusion texturization index

注:除水分外,成分比例均以干重表示。

由圖9可知,在低螺桿轉(zhuǎn)速20 Hz和高螺桿轉(zhuǎn)速30 Hz下,組織化度都隨機筒Ⅳ區(qū)溫度呈先緩慢增大后明顯下降的趨勢,在機筒Ⅳ區(qū)溫度140～150 ℃時之間出現(xiàn)極大值,在機筒Ⅳ區(qū)溫度低于135 ℃時,無論螺桿轉(zhuǎn)速快慢,組織化度均較低。在機筒溫度設置為高溫時,一般應提高螺桿的轉(zhuǎn)速,防止物料在高溫高壓的機筒內(nèi)滯留而引發(fā)物料的碳化或水分的嚴重汽化。機筒Ⅳ區(qū)的加熱溫度應在140～145 ℃,這樣可以對應范圍較廣的螺桿轉(zhuǎn)速,維持組織化的效果。

圖9 機筒Ⅳ區(qū)溫度與螺桿轉(zhuǎn)速交互作用對組織化度的影響Fig.9 Effect of temperature of zone Ⅳ and screw speed on extrusion texturization index

以上交互作用的影響,可以總結(jié)為:為獲得良好的組織化效果,物料水分高,機筒加熱溫度也要相應提高;物料水分處于低位時,應適當提高螺桿的轉(zhuǎn)速和進料速度;機筒加熱溫度較高時,應適時調(diào)高進料速度;而較高的機筒加熱溫度與較快的螺桿轉(zhuǎn)速相配合。

2.5 組織化最優(yōu)條件的預測及驗證

通過Matlab軟件對回歸方程求解得到AKS-SPI組織化的最優(yōu)工藝:混合物料水分39.81%,機筒一至四區(qū)的加熱溫度為70、90、120、140.10 ℃,螺桿轉(zhuǎn)速25.21 Hz,進料速度14.83 Hz。根據(jù)實際情況，將最優(yōu)條件修正為混合物料水分40%，機筒一至四區(qū)加熱溫度為70、90、120、140 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速25 Hz(18 r/min)，進料速度15 Hz(30 kg/h),在此條件下的組織化度預測為2.17。對預測值進行驗證,得到的組織化產(chǎn)物的組織化度為2.18,相對誤差為0.46%。說明優(yōu)化符合預期,可以用所建立的回歸模型對組織化進行預測。

2.6 主要組成成分的變化

由表4可以看出,物料水分在組織化擠壓前后變化最大,水分子在高溫高壓的機筒內(nèi)發(fā)揮傳遞熱量、溶劑與增塑的作用,與物料形成融合態(tài),在擠出時,隨壓力瞬間突降而大量釋放和揮發(fā)。蛋白質(zhì)、灰分和總脂肪在擠壓前后總量的變化并不明顯,值得關注的是,物料中的部分游離脂肪轉(zhuǎn)化成結(jié)合脂肪,使后者占總脂肪的比例有所升高,這與盧燾在魚肉組織化研究中的發(fā)現(xiàn)相似[21]。可能是由于組織化過程中,部分游離脂質(zhì)能夠與蛋白發(fā)生復合,隨著蛋白結(jié)構(gòu)的變化與之進行緊密的結(jié)合。結(jié)合脂質(zhì)的增加能減緩擠出產(chǎn)物的氧化速度,提高擠出產(chǎn)物的貯藏溫度性。

由表5可知組織化前后物料中氨基酸含量的變化,在擠壓組織化之后,各種氨基酸均出現(xiàn)不同程度的損失。氨基酸的這種變化,可能是在擠壓過程中與物料中的還原糖發(fā)生了一定程度的美拉德反應;還可能是在機筒的高溫高壓環(huán)境下,氨基酸發(fā)生了不同程度的降解,通過脫氨基作用生成揮發(fā)性氨。

表5 AKS-SPI復合物料及其組織化產(chǎn)物的氨基酸含量Table 5 Amino acid content of krill surimi-SPI composite and its texturization product

2.7 蛋白質(zhì)體外消化率的變化

蛋白質(zhì)體外消化率用來模擬蛋白質(zhì)被人體消化的效率。在擠壓組織化前后,蛋白質(zhì)體外消化率由93.66%提高至97.13%,說明AKS-SPI組織化產(chǎn)物是一種具有良好消化性的即食產(chǎn)品。根據(jù)董海洲[18]和左進華等[34]的研究,蛋白質(zhì)在溫度場、剪切場、壓力場和水等聯(lián)合作用下,重組為纖維狀機構(gòu),期間發(fā)生蛋白質(zhì)熱變性等多重復雜變化,使蛋白質(zhì)的消化性得到顯著提高。

2.8 微觀結(jié)構(gòu)的變化

蝦糜-SPI混合物料雙螺桿擠壓前后的掃描電鏡圖像見圖10。由圖10可得,相對于蝦糜疏松、中空的空間結(jié)構(gòu)特點,擠出產(chǎn)物在空間上呈現(xiàn)致密、有規(guī)則的纖維網(wǎng)狀交織的特征,并具有一致的排列方向。說明蝦糜和SPI在雙螺桿擠壓作用下,發(fā)生了空間質(zhì)構(gòu)的形變,形成了致密的纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),宏觀表現(xiàn)為堅硬而有韌性的特點。

圖10 雙螺桿擠壓前后樣品的掃描電鏡圖Fig.10 Scanning electron microscopy of sample before and after extrusion 注:A為擠壓前的樣品,B為擠壓后樣品。

2.9 蝦糜組織化產(chǎn)物的定位和用途

AKS-SPI雙螺桿擠出產(chǎn)物為暗紅色、條狀。感官體驗方面,該擠出物具有蝦肉特征氣味,口感勁道、柔韌,內(nèi)部呈多孔性肉狀纖維組織,類似大豆組織蛋白的紋理。

綜合考慮,AKS-SPI復合蛋白組織化產(chǎn)物可用作以下途徑:作為一種即食性休閑食品,如果經(jīng)事先調(diào)味和抗氧化處理,在風味和口感上會有更好表現(xiàn);作為改進食品物性的添加劑,用于肉制品、水產(chǎn)調(diào)理食品及糕點類食品等;于組織化之前加入寵物味素、葉綠素成分等,來制作有良好咀嚼感的高端寵物小食品。AKS-SPI的組織化作為脫氟蝦糜的重要應用方式,拓展了南極磷蝦蛋白制品的范圍,具有良好的產(chǎn)品定位和市場前景。

3 結(jié)論

以脫氟冷凍南極磷蝦蝦糜、大豆分離蛋白為原料,進行雙螺桿擠壓組織化實驗,以組織化度為指標,通過單因素優(yōu)化和響應面分析優(yōu)化工藝,得到AKS-SPI組織化的最優(yōu)工藝為:混合物料水分40%(AKS∶SPI=4∶5),機筒一至四區(qū)的加熱溫度為70、90、120、140 ℃,螺桿轉(zhuǎn)速25 Hz(180 r/min),進料速度15 Hz(30 kg/h)。根據(jù)最優(yōu)工藝,制備到組織化度為2.18、暗紅色的條狀組織化產(chǎn)物,說明脫氟冷凍南極磷蝦蝦糜的雙螺桿擠壓組織化在工藝上是可行的。

對組織化前后物料的基本組成、體外消化率、氨基酸含量、游離脂質(zhì)和結(jié)合脂質(zhì)含量進行分析,并對其超微結(jié)構(gòu)進行了掃描電鏡觀察。結(jié)果顯示,蛋白質(zhì)、灰分和總脂含量在擠壓前后的變化不明顯;部分游離脂質(zhì)轉(zhuǎn)化成為結(jié)合脂質(zhì);各氨基酸含量略有下降;擠壓組織化提高了復合蛋白的體外消化率;組織化產(chǎn)物的微結(jié)構(gòu)呈致密、規(guī)則的纖維網(wǎng)狀交織,具有一致的排列方向。感官鑒定AKS-SPI擠出產(chǎn)物有蝦肉特征氣味,口感柔韌有嚼頭,斷面有致密的纖維,說明該擠出產(chǎn)物具有潛在的食用價值。

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