挤压对低温脱脂花生粕氮溶指数的影响

卢 蕊，董海洲，刘传富，冉新炎

（山东农业大学食品科学与工程学院，山东泰安 271018)

挤压对低温脱脂花生粕氮溶指数的影响

卢 蕊，董海洲*，刘传富，冉新炎

（山东农业大学食品科学与工程学院，山东泰安 271018)

以低温脱脂花生粕为原料，采用挤压技术，在单因素实验的基础上，利用Box－Benhnken的中心组合实验设计原理，氮溶指数（NSI）为考核指标，确定了花生粕挤压改性的最佳工艺条件，建立了数学模型。结果表明，低温脱脂花生粕挤压改性的最佳工艺条件为模孔直径12mm、物料含水量11.8%、挤压温度65℃、螺杆转速300r/min。在该工艺条件下花生粕的NSI为82.20%，和挤压前相比提高15.42%。

低温脱脂花生粕，挤压，氮溶指数

花生是中国重要的油料作物，年产位居世界第一，脱脂后的花生粕年产量在3.0×106t以上，其中的蛋白质含量可达50%～70%（干基），是一种优质的植物蛋白资源[1]。但由于在制油加工过程中，不同的预处理工艺均会导致花生蛋白变性，加工性能较差，花生粕大都作为饲料使用，少数用于酿造酱油和作为蛋白来源营养强化食品，加工利用率较低。因此，对花生粕进行改性以提高其功能特性，拓宽其应用领域，有着重大的经济效益和社会效益。挤压技术以其高效、环保、低能耗等优点广泛被应用于食品加工领域，是一种新型的食品加工技术，目前在花生粕中的应用主要集中在蛋白质组织化方面的研究[2]，但挤压对改善花生粕功能特性的研究鲜有报道。因此，本文以低温脱脂花生粕为原料，采用DX56－Ⅲ型双螺杆挤压机，对花生粕进行改性处理，研究挤压工艺条件对花生粕NSI指数的影响，旨在寻求新工艺、新方法，拓展花生粕的应用领域，为实现规模化、工业化生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

低温脱脂花生粕 山东天申生物蛋白有限公司提供，其中粗蛋白52.17%、氮溶解指数（NSI）66.78%、粗脂肪5.69%、碳水化合物27.1%、粗纤维3.91%、灰分4.49%。

DS56－X型双螺杆膨化机 济南高新开发区赛信机械有限公司，生产率80kg/h，它由组合套筒和螺杆组成，螺杆转速为0～1600r/min无级可调，套筒温度0～300℃连续可调，配有数显仪表自控系统。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程 花生粕→烘干→粉碎 （50目）→调粉→挤压→粉碎

1.2.2 单因素实验 以蛋白氮溶指数（NSI）为考核指标，考察模孔直径、物料含水量、挤压温度、螺杆转速对花生粕溶解性的影响。

1.2.3 优化实验 在单因素实验的基础上，以物料含水量、膨化温度和螺杆转速为考察因素，氮溶指数为考核指标，根据Box－Benhnken的中心组合实验设计原理，采用三因素三水平的响应面分析方法设计实验，分析因素与设计见表1。

1.2.4 氮溶指数（NSI）的测定 按照GB/T5511－2008的方法进行。

表1 响应面分析因素与水平Table 1 Codes of the factors and levels in the central composite design

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 模孔直径对花生粕NSI的影响 准确称取5份花生粕粉，每份2500g，分别置于调粉机中进行调粉，使调粉后的物料含水量为10%。在挤压温度60℃、转速200r/min的条件下进行挤压，模孔直径对花生粕NSI的影响如图1所示。

图1 模孔直径对花生粕NSI的影响Fig.1 Effect of die throat diameter on NSI of defatted peanut flour

从图1中可以看出，模孔直径对花生粕NSI的影响较大，在6～12mm范围内，随模孔直径的增大，花生粕的NSI不断增大，模孔直径超过12mm时，NSI反而有所下降。这说明花生粕在挤压改性时要在一定压力条件下才能使蛋白质分子充分展开，球状蛋白发生解聚，暴露出更多疏水基团和极性基团，增加表面电荷，蛋白质水化作用增强[3－4]，花生粕NSI从而得到提高。如压力过高（模孔直径小于12mm，直径越小，压力越高），蛋白质分子过度展开，过度展开的蛋白质分子通过疏水相互作用形成难溶聚集体，导致花生粕NSI下降，因此，在本实验条件下，最佳模孔直径为12mm。

2.1.2 物料含水量对花生粕NSI的影响 准确称取5份花生粕粉，每份2500g，分别置于调粉机中进行调粉，在挤压温度60℃、转速200r/min的条件下进行挤压，模孔直径12mm。物料含水量对花生粕NSI的影响如图2所示。

从图2中可以看出，随着物料含水量的增加，花生粕NSI在含水量12%时达到最大值（74.15%），含水量超过12%，NSI有所下降。这可能是由于物料含水量影响挤压腔内产生的摩擦力、挤压力和剪切力[4]，如物料含水量低，物料输送快，含水量高，物料输送困难，不便挤压，在这两种状态下物料在挤压腔内所受的力就小[5]，但蛋白质分子只有在一定外力的作用下，才能破坏蛋白质分子的共价键和氢键、范德华力、疏水键、盐键等蛋白质的高级结构的部分次生键，蛋白质致密的结构才能受到破坏，水分子较易进入球蛋白内部同蛋白分子发生水合作用，从而提高花生粕NSI。因此，在本实验条件下最佳的物料含水量为12%。

图2 物料含水量对花生粕NSI的影响Fig.2 Effect of water content on NSI of defatted peanut flour

2.1.3 挤压温度对花生粕NSI的影响 准确称取5份花生粕粉，每份2500g，分别置于调粉机中进行调粉，使调粉后的物料含水量为12%，在转速200r/min的条件下进行挤压，模孔直径12mm。挤压温度对花生粕NSI的影响，如图3所示。

图3 挤压温度对花生粕NSI的影响Fig.3 EffectofextrusiontemperatureonNSIofdefattedpeanutflour

从图3中可以看出，蛋白质在低于变性温度范围内，随挤压温度的升高，花生粕NSI在温度65℃时达到最大值（77.56%），超过65℃NSI反而有所下降，这可能是由于挤压温度在50～65℃范围内，提高温度能促使二硫键断裂为巯基，防止蛋白质分子之间的聚集作用，从而提高花生粕NSI，若挤压温度过高（超过65℃）反过来又会促进二硫键的形成，同时蛋白的球形结构变成棒状结构，大量疏水基团外露，反而降低花生粕NSI。因此，在本实验条件下最适宜的挤压温度为65℃。

2.1.4 转速对花生粕NSI的影响 准确称取5份花生粕粉，每份2500g，分别置于调粉机中进行调粉，使调粉后的物料含水量为12%，在挤压温度65℃的条件下进行挤压，模孔直径12mm。转速对花生粕NSI的影响，如图4所示。

从图4中可以看出，在转速150～300r/min的范围内，花生粕NSI有明显上升的趋势，当转速300r/min时，NSI最高（81.14%）。这可能是由于随着转速的提高，机腔内物料的剪切强度不断增大，维持蛋白空间结构的非共价键将被破坏。但当转速超过300r/min时，花生粕NSI开始下降，这可能是由于物料在机腔内停留的时间较短，维持蛋白质结构的非共价键未被破坏就被挤压出来，使NSI降低。因此，在本实验条件下最佳的螺杆转速为300r/min。

图4 转速对花生粕NSI的影响Fig.4 Effect of screw speed on NSI of defatted peanut flour

2.2 响应面分析方案及工艺优化结果

对物料含水量Z1、挤压温度Z2、转速Z3作如下变换：X1=Z1－12，X2=（Z2－65）/5，X3=（Z3－300）/25，以花生粕NSI为响应值（Y）。实验设计与实验结果见表2（其中15个处理中，1～12是析因实验；13～15是中心实验，用来估计实验误差）。

表2 响应面实验设计及数据处理Table 2 Central composite experimental design and the results

回归方程中各变量对指标（响应值）影响的显著性，由F检验来判定，概率P（F＞Fα）的值愈小，则相应变量的显著程度越高。含水量的P值小于0.01，表明其对花生粕NSI指数的影响极显著。整体的回归方程的P值小于0.01，回归方程也是极其显著的。相关系数R2=0.9810，说明响应值（NSI）的变化有98.10%来源于所选变量，即物料含水量、挤压温度和转速。因此回归方程可以较好地描述各因素与响应值之间的真实关系，可以利用回归方程确定最佳挤压工艺条件。

在选取的各因素范围内，根据回归模型通过Design－Expert软件分析得出，花生粕挤压改性最佳工艺条件为：物料含水量11.77%、挤压温度65.05℃、转速299.75r/min，考虑到实际操作的便利，将工艺参数更正为：物料含水量11.8%、挤压温度65℃、螺杆转速300r/min。在此工艺条件下，实际测得NSI为82.20%，回归模型预测NSI可达82.54%，实际测定值比理论预测值低0.004%，说明该数学模型能较好地预测各因素与NSI之间的关系。

根据拟合函数，每两个因素对NSI作出响应面。考虑到定性分析各因素与NSI的关系，固定两个因素时，另外一个因素均做“0”处理，具体因素水平见表1，图5直观地反映了各因素对响应值的影响。

图5 各因素对花生粕NSI影响的响应曲面图Fig.5 Response surface charts of NSI of defatted peanut flour

表3 回归分析结果Table 3 Analysis of variance and significance of the response surface quadratic regression model

采用Design－Expert软件对响应值与各因素进行回归拟合后，得到的回归方程如下：33mgGAE/g和140mgGAE/g之间，测定结果高于其他实验所得结果。原因可能是该方法并不仅限于酚类物质，很多非酚类物质，如抗坏血酸以及一些糖类化合物，同样可以与F－C试剂反应[15]；其次，有报道没食子酸作标准时其反应活性和吸收值较Trolox高[16]，这也可能致使F－C法实验结果偏高。

3 结论

DPPH、ABTS和F－C实验中，枇杷花的水、甲醇和乙醇三种溶剂提取物的抗氧化活性强弱顺序基本一致，水提物＞甲醇提取物＞乙醇提取物，其中F－C实验结果当量数值最大；FRAP实验敏感性较差，TE值较低，且三种溶剂提取物的抗氧化活性强弱顺序略有不同。通过四种抗氧化活性评价方法比较得出，枇杷花水提物和甲醇提取物的抗氧化活性要高于乙醇提取物。因此，可以推断枇杷花中的酚类化合物在乙醇中溶解得较少。本实验为枇杷花中酚类物质的进一步研究提供了理论依据。

[1]全国中草药汇编编写组.全国中草药汇编[M].北京：人民卫生出版社，1996：504.

[2]Lamoral－TheysD，PottierL，DufrasneF，etal.Naturalpolyphenols that display anticancer properties through inhibition of kinase activity[J].Current Medicinal Chemistry，2010，17（9）：812－825.

[3]Guo Q，Zhao B，Shen S，et al.ESR study on the structureantioxidant activity relationship of tea flavan－3－ols and their epimers[J].Biochimica et Biophysica Acta，1999，1427：13－23.

[4]Lee K W，Kim Y J，Lee H J，et al.Cocoa has more phenolic phytochemicals and a higher antioxidant capacity than teas and red wine[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2003，51：7292－7295.

[5]Fernandez－Pachon，M S，Villano D，et al.Determination of the phenolic composition of sherry and table white wines by liquid chromatography and their relation with antioxidant activity [J].Analytica Chemica Acta，2006，563：101－108.

[6]Paixao N，Perestrelo R，Marques J C，et al.Relationship between antioxidant capacity and total phenolic content of red，rose and white wines[J].Food Chemistry，2007，105（1）：204－214.

[7]Li H，Zhou C，Pan Y，et al.Evaluation of antiviral activity of compounds isolated from Ranunculus sieboldii and Ranunculus sceleratus[J].Planta Medica，2005，71（12）：1128－1133.

[8]Becker E M，Nissen L R，Skibsted L H.Antioxidant evaluation protocols：Food quality or health effects[J].European Food Research and Technology，2004，219（6）：561－571.

[9]Gorinstein S，Haruenkit R，Park Y S，et al.Bioactive compounds and antioxidant potential in fresh and dried JaffaR sweeties，a new kind of citrus fruit[J].Journal of the Science of Food and Agriculture，2004，84：1459－1463.

[10]Re R，Pellegrini N，Proteggente A，et al.Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation recolorization assay [J].Free Radical Biology Medicine，1999，26：1231－1237.

[11]Benzie I E F，Strain J J.The ferric reducing ability of plasma（FRAP）as a measure of antioxidant power：The FRAP assay[J].Analytical Biochemistry，1996，239：70－76.

[12]Prior R L，Wu X，Schaich K.Standardized methods for the determination of antioxidant capacity and phenolics in foods and dietarysupplements[J].JournalofAgricultural and Food Chemistry，2005，53（10）：4290－4302.

[13]Frankel E，Meyer A S.The problems of using one－dimensional methodstoevaluatemultifunctionalfoodandbiologicalantioxidants [J].Journal of the Science of Food and Agriculture，2000，80：1925－1941.

[14]Huang D，Ou B，Prior R L.The chemistry behind antioxidant capacity assays[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2005，53：1841－1856.

[15]Stratil P，Klejdus B，Kuban V.Determination of phenolic compounds and their antioxidant activity in fruits and cereals[J].Talanta，2007，71：1741－1751.

[16]Stratil P，Klejdus B，Kubáň V.Determination of total content ofphenolic compounds and theirantioxidantactivity in vegetables evaluation of spectrophotometric methods[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2006，54（3）：607－616.

Influence of extrusion on NSI of defatted peanut flour

LU Rui，DONG Hai-zhou*，LIU Chuan-fu，RAN Xin-yan
（College of Food Science and Engineering，Shandong Agricultural University，Taian 271018，China）

The defatted peanut flour were extruding processed.Based on single-factor experiments and taking NSI as the evaluating index，the experiment mathematical model was established according to Box-Behnken central composite experiment design.The results showed that the optimum extrusion conditions for modify were die throat diameter was 12mm，water content was 11.8%，extrusion temperature was 65℃，screw speed was 300 r/min，in this condition，the NSI of defatted and low-degeneration peanut dregs was 82.20%，which was improved by 15.42%compared to unextruded.

defatted peanut flour；extrusion；NSI

TS229

A

1002－0306（2012）01－0119－04

2010－12－14 *通讯联系人

卢蕊（1985－），女，在读硕士，研究方向：粮食、油脂与植物蛋白工程。