挤压操作参数对脱脂豆粕中大豆异黄酮含量及损失率的影响

冯世德 张永忠 申德超

(黑龙江八一农垦大学理学院1，大庆 163319)

(东北农业大学理学院2，哈尔滨 150030)

(山东理工大学农业工程与食品学院3，淄博 255049)

大豆异黄酮是一种植物雌性激素，据研究表明，大豆异黄酮可以降低患癌症的几率，抑制酪氨酸激酶活性，此外，大豆异黄酮还有预防心血管疾病，降低低密度脂蛋白水平，缓解更年期妇女综合症，提高骨密度等特性。但是，加工和贮存条件严重影响异黄酮的稳定性，成分分布比例和生理活性。

我国的大豆主要用于油脂的制取，其制取方法主要采用浸出工艺和压榨制取。在美国油脂工业中，已有80%的大豆都经过挤压膨化预处理。目前国外已把挤压膨化机作为浸油厂的标准设备，应用挤压膨化浸出法与传统的轧胚浸出法相比，在浸出设备的生产能力、油脂浸出速度、能耗、溶剂料胚比以及油品质量等方面有许多优越之处［1］。大豆经不同挤压参数处理，其豆粕蛋白氮溶解指数和蛋白表面疏水性均受到不同程度的影响［2］，营养成分中理化性质均发生改变［3－5］。同样，大豆及其制品在加工贮存过程中，不同预处理手段对大豆异黄酮含量和分布有着不同的影响［6－7］，而对于油脂挤压制取前后对大豆异黄酮含量的变化则鲜有报道。本研究采用一套改进后的挤压膨化预处理工艺［8］，研究挤压大豆预处理过程对大豆异黄酮含量的影响，分析挤压参数变化与大豆异黄酮损失率之间的关系，为挤压制油过程中挤压参数的设定提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

东农32大豆:东北农业大学，其中蛋白质38.3%，脂肪 22.1%，水分 10.7%，大豆异黄酮 2 497.40 μg/g;染料木苷标准品:Sigma公司;其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

剖分式单螺杆挤压机［东北农业大学工程学院自行设计，由组合式套筒3节和螺杆4段组成。挤压机为剖分式，可沿轴向张开，便于机筒内部的清理与螺杆上物料的采集。其螺杆转速为0～300 r/min无级可调，机筒温度为0～300℃连续可调，挤压机模孔长度与δ段长度(模板与螺杆端部的距离)有级可调］;UV－7500紫外分光光度计:上海天美科学仪器有限公司;H.H.S 21－2R电热搅拌恒温水浴锅:上海医疗器械五厂;LG10－2.4A型高速离心机:北京医用离心机厂。

1.3 试验方法

1.3.1 挤压浸油工艺路线

大豆→ 称量(精确到0.1 g)→粉碎(锤片式粉碎机)→测物料水分→调节物料水分→挤压膨化→干燥→粉碎→浸油采用正己烷提取(60℃，8 h)

1.3.2 大豆异黄酮的提取

取挤压膨化后的脱脂豆粕1.0 g(精确到0.000 1 g)，用95%乙醇10 mL，80℃回流提取时间2 h，4 000 r/min离心8 min，取上清液，测大豆异黄酮含量。同时测定直接粉碎的未挤压样中大豆异黄酮的含量，采用正己烷(60℃，8 h)脱脂，按上述方法进行大豆异黄酮的提取测定。

1.3.3 三波长紫外分光光度法测定大豆异黄酮含量

1.3.3.1 标准曲线的制作

准确称取染料木苷标准品10.0 mg溶解于95%乙醇中，并定容至 100 mL。分别取、6、9、12、15 mL于50 mL容量瓶中定容。用紫外可见分光光度计读取240、260、280 nm 处［9］吸光度值，计算 ΔA。以染料木苷的浓度为横坐标，ΔA吸光度为纵坐标，得回归标准曲线。

1.3.3.2 大豆异黄酮含量测定

精确吸取一定量被测溶液于刻度试管中，将其稀释至线性浓度范围内，经测定读取240、260、280 nm处吸光度值后代入标准曲线即得大豆异黄酮质量浓度。

1.3.3.3 大豆异黄酮损失率测定

1.3.4 挤压回归模型的建立

采用五因素五水平(1/2)实施二次旋转回归试验设计［10］，研究物料水分、膨化温度、膜孔长度、δ段长度和螺杆转速对豆粕中大豆异黄酮含量和损失率的影响，大豆膨化样模拟浸油工艺脱脂后、粉碎过40目筛分后，采用乙醇回流提取测定脱脂豆粕中大豆异黄酮，考察挤压膨化过程对36组样品中大豆异黄酮含量和损失量的影响。

表1 不同挤压条件下试验因素水平表

2 结果与分析

2.1 标准曲线的绘制

图1 三波长紫外分光光度法测定染料木苷的标准曲线

2.2 回归模型的建立和检验

表2 试验安排与结果

应用二次正交旋转组合试验设计和Reda软件包进行试验数据的处理，得到挤压参数对大豆异黄酮含量的回归方程。

大豆异黄酮含量回归方程(方程中各自变量均以水平值代入):

表3 大豆异黄酮含量回归方程方差分析

从表3 可以看出，F1＜(6，9)=3.37，回归方程拟合较好，又因 F2＞(20，15)=2.33，说明方程在0.05水平是显著的，即试验数据与所采用的二次数学模型基本相符。

2.3 挤压参数对大豆异黄酮含量的影响

试验对未挤压脱脂豆粕进行大豆异黄酮含量测定，未挤压脱脂豆粕中大豆异黄酮含量为2 497.38 μg/g。从模型可知，挤压条件不同导致大豆异黄酮的含量差异很大，适宜的挤压膨化条件可以减少大豆异黄酮的损失率，其中18号样、23号样的大豆异黄酮损失为2.44%和2.84%;8号样、25号样的大豆异黄酮的损失率最高达70.53%和80.22%。因此，系统研究各挤压参数对大豆异黄酮含量的影响，依据所建立的回归模型，将4个挤压参数分别固定于－1，0，1水平，代入方程，即可求得关于大豆异黄酮含量的单因素方程，根据单因素方程作图如图2所示，根据图形我们来分析单一挤压参数变化对大豆异黄酮含量的影响。

2.3.1 物料水分

大豆异黄酮含量随物料水分增加而降低，物料水分为10.7%时，大豆异黄酮含量最高，物料水分为16.7%时，大豆异黄酮含量最低，当升至18.7%时，大豆异黄酮含量略有回升。膨化温度、模孔长度、δ段长度、螺杆转速的取值直接影响整体大豆异黄酮含量，当这4个因素取0水平时，大豆异黄酮含量最高，10.7%的物料水分，大豆异黄酮含量可达到2 429.74 μg/g，物料水分16.7%时，大豆异黄酮含量降至最低为1 555.45μg/g。当其他4个挤压参数取1和－1水平时，大豆异黄酮含量会显著降低，－1水平时最低，10.7%的物料水分，大豆异黄酮含量可达到1 546.81 μg/g，物料水分 16.7% 时，大豆异黄酮含量降至最低为683.26μg/g。

2.3.2 膨化温度

物料水分、模孔长度、δ段长度、螺杆转速的取值影响大豆异黄酮含量与膨化温度的关系，当这4个参数取－1水平时，大豆异黄酮含量基本随温度升高而增加;当这4个参数取0水平时，100℃的膨化温度，大豆异黄酮含量最低，70℃和130℃膨化时，大豆异黄酮含量略有升高，130℃时为2 011.80μg/g，升高幅度为402.78μg/g;当物料水分、模孔长度、δ段长度、螺杆转速取1水平时，大豆异黄酮含量与膨化温度表现出与前面截然相反的关系，即大豆异黄酮含量随膨化温度升高而降低，70℃时大豆异黄酮含量最高为1 640.01μg/g，130℃时最低为629.53 μg/g。

2.3.3 模孔长度

物料水分、膨化温度、δ段长度、螺杆转速的取值影响大豆异黄酮含量与模孔长度的关系，当这4个挤压参数取－1水平时，大豆异黄酮含量随模孔长度增加而升高;当这4个挤压参数取0水平时，模孔长度变化对大豆异黄酮含量影响不大，模孔长度为30 mm时略有增加;当这4个挤压参数取1水平时，大豆异黄酮含量随模孔长度增加而降低。

2.3.4 δ 段长度

物料水分、膨化温度、模孔长度、螺杆转速的取值影响大豆异黄酮含量与δ段长度的关系，当这4个挤压参数取－1水平时，大豆异黄酮含量随δ段长度增加而升高，大豆异黄酮含量最高可达2 860.01 μg/g;当这4个挤压参数取0水平时，大豆异黄酮含量也随δ段长度增加而升高，但升高幅度降低，最高大豆异黄酮含量为2 045.81μg/g;当这4个挤压参数取1水平时，大豆异黄酮含量随δ段长度增加而降低。

2.3.5 螺杆转速

大豆异黄酮含量随螺杆转速的取值而变化，60 r/min的低转速和260 r/min的高转速均会降低大豆异黄酮含量。但是，最佳螺杆转速与物料水分、膨化温度、模孔长度、δ段长度的取值有关，当这4个挤压参数取－1水平时，最优螺杆转速为210 r/min;最优螺杆转速随这4个挤压参数取值的升高而降低。

图2 挤压条件与大豆异黄酮含量的关系

2.4 挤压参数的优化

根据大豆异黄酮含量的回归模型，利用频数分析，将各因素－2至2水平的取值分为10段，统计其产生大豆异黄酮含量＞2 300μg/g的频率，进而优化出最佳挤压参数的取值范围。

表4 大豆异黄酮含量大于2 300μg/g的挤压膨化条件(频数)

从表4中可以看出，统计出大豆异黄酮含量＞2 300μg/g的最优挤压条件为:物料水分 10.7～11.6%，膨化温度 101.2～102.0 ℃，模孔长度 30 mm，δ段长度25 mm，螺杆转速130 r/min。

2.5 挤压参数变化对大豆异黄酮损失率的影响

图3 挤压参数与大豆异黄酮损失率的关系

以17～26号样品为研究对象，比较单一挤压参数变化时，大豆异黄酮的损失程度，结果见图3。度带来的大豆异黄酮损失率最低，只有2.44%和2.84%;相反，260 r/min的高螺杆转速和10 mm的短δ段导致异黄酮的损失率最大，分别为80.22%和68.86%。

从图3可以看出，当其他挤压参数固定于0水平时，单一挤压参数变化对大豆异黄酮的损失率影响较大。当物料水分由10.7%增加至18.7%，大豆异黄酮损失率增加30.98%，膨化温度由70℃升高到130℃，大豆异黄酮损失率增加13.88%，模孔长度由10 mm增加至50 mm，大豆异黄酮损失率减少2.61%，δ段长度由10 mm增加至30 mm，大豆异黄酮损失率减少66.02%，螺杆转速由60 r/min增加至260 r/min，大豆异黄酮损失率增加21.09%。其中10.7%的低物料水分和30 mm的长δ段带来的大豆异黄酮损失率最低，只有2.44%和2.84%;相反，260 r/min的高螺杆转速和10 mm的短δ段导致大豆异黄酮的损失率最大，分别为80.22%和 68.86%。S.M.Mahungu等［11］研究了挤压大豆过程中对大豆异黄酮含量和组分的影响，试验对挤压温度、水分含量和保留时间3个参数进行设定，得出挤压温度对大豆异黄酮含量影响最大，分析这种影响可能源自大豆异黄酮的降解，Hsi－Mei Lai［12］通过大豆异黄酮的热稳定试验证明了大豆异黄酮的热降解过程，主要为丙二酰基型大豆异黄酮向糖苷型的转化。研究豆渣与其他谷物混合物进行挤压，同样得出挤压过程减少了大豆异黄酮的总量［13－14］。

3 结论

3.1 不同挤压过程对大豆异黄酮含量有很大影响，适宜的挤压膨化条件可以使大豆异黄酮损失率减少为2.44%。其中大豆异黄酮得率＞2 300μg/g的最优挤压条件为:物料水分10.7%～11.6%，膨化温度101.2～102.0 ℃，模孔长度30 mm，δ段长度25 mm，螺杆转速130 r/min。各因素对大豆异黄酮含量的影响大小依次为:螺杆转速、物料水分、δ段长度、膨化温度、模孔长度。

3.2 单一挤压参数变化对大豆异黄酮含量也有很大影响，其中10.7%的低物料水分和30 mmδ段长

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