快速制浆工艺豆渣中大豆膳食纤维物化特性的研究

金 杨,刘丽莎,田 旭,彭义交,郭 宏

(北京食品科学研究院 北京市食品研究所,北京 100162)

我国大豆资源十分丰富,是世界上主要的豆制品生产与消费大国[1]。在豆制品加工过程中,副产物豆渣占全豆质量的16%～25%[2],其中含有丰富的膳食纤维成分[3]。膳食纤维可促进胃肠道蠕动和排便,具有减少吸附于纤维结构内的致癌和促癌物质的停留时间[4],预防和辅助治疗肠道疾病、高血压、冠心病、糖尿病的功能[5-7],降低血液中胆固醇含量,促进矿物质Ca2+、Mg2+的吸收[8],预防口腔疾病,预防及治疗胆结石等功效[9]。膳食纤维的物化性质包括持水性、膨胀性、乳化性、持油性和凝胶性等,这些性质与膳食纤维组成、结构有关,同时也与外界环境因素相关(如pH值、温度、浓度等)[10-11]。

传统豆制品加工工艺产生的豆渣水分含量高,口感粗糙,不太适宜于加工、贮藏和直接食用,除少部分被用作饲料及制备膳食纤维外,其余大部分都被作为废弃物处理,造成资源的极大浪费和环境污染[12-14]。目前,对豆渣综合利用的研究多集中在大豆膳食纤维的不同制备方法及通过改性改善大豆膳食纤维的物化特性提高膳食纤维利用率方面。华欲飞等[10]对豆渣的碱性过氧化氢处理工艺条件进行了深入的研究,得到膳食纤维含量达94%的功能性大豆纤维。叶发银等[15]研究了离子液体处理对富含不溶性膳食纤维(insoluble fiber,IDF)的豆渣膳食纤维的成分和物化特性影响。研究表明,离子液体处理可显著提高豆渣中可溶性膳食纤维(soluble fiber,SDF)含量及SDF/IDF比值,改善了豆渣膳食纤维的持水性和持油性。罗垠等[9]研究利用挤压技术对豆渣进行处理,确定最佳了工艺条件,并对其物性的改善进行了分析,经过挤压的豆渣粉中可溶性膳食纤维量比未挤压豆渣粉提高了10倍,挤压豆渣粉在水溶性、膨胀性和乳化性方面有明显的提高。

本研究是在豆制品快速制浆工艺基础上[16]将所产生的豆渣制备得到大豆膳食纤维,并与传统制浆工艺豆渣中大豆膳食纤维的营养成分、物化性质和色度进行分析研究,探索提高豆制品加工副产物综合利用率的途径,为其在工业上的大规模应用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

传统制浆工艺豆渣、快速制浆工艺豆渣[16]:实验室自制。

氢氧化钠、盐酸、石油醚(均为分析纯):国药集团化学试剂有限公司；碱性蛋白酶(100 000U/g):南京庞博生物工程有限公司。

1.2 仪器与设备

TGL16M高速冷冻离心机:长沙湘智离心机仪器有限公司；DGG-7070电热恒温鼓风干燥箱:山海森信实验仪器有限公司；DK-98-ⅡA电热恒温水槽:天津市泰斯特仪器有限公司；FA2004电子天平:上海天平仪器厂；S-4800扫描电镜:日立仪器(上海)有限公司；Color Munki校色仪:美国X-rite有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 大豆膳食纤维制备[17]

新鲜豆渣(传统制浆、快速制浆)用清水冲洗净,放入烘箱中,在100℃左右的条件下烘干,粉碎至40目。用5倍体积石油醚进行脱脂,4 h一次,共3次。过滤,加入豆渣质量分数0.3%的碱性蛋白酶,在料液比1∶10,pH值9.0,55.5℃条件下酶解150 min,4 500 r/min离心10 min。60℃烘至样品质量恒定,粉碎、过80目筛,得到大豆膳食纤维样品(后文均简称为传统大豆膳食纤维、新型大豆膳食纤维)。

1.3.2 测定方法

蛋白质:按照GB5009.5—2010《食品中蛋白质的测定》的方法测定；脂肪:GB/T5009.6—2010《食品中脂肪的测定》的方法测定；灰分:GB 5009.4—2010《食品中灰分的测定》的方法测定；膳食纤维:GB/T 5009.88—2008《食品中膳食纤维的测定》的方法测定。

持水性:按照参考文献[18]的方法测定；持油性:按照参考文献[19]的方法测定；膨胀性:按照参考文献[20]的方法测定；大豆膳食纤维溶解性:按照参考文献[11]的方法测定。

色度分析:分别取干燥并过80目筛的大豆膳食纤维样品5 g于平皿中,用色度仪测定其亮度值(L*)、绿红值(a*)、蓝黄值(b*)。

大豆膳食纤维微观结构观察:将大豆膳食纤维(传统、新型)干燥至质量恒定,过100目筛,各取一定量样品,采用离子溅射法镀金,通过扫描电镜对制备好的样品进行分析、观察,得到相应的扫描电镜照片。

1.3.3 数据处理

每组实验做3次重复,釆用Excel软件和SPSS 22软件处理分析所有数据。其中,采用方差分析,并用Duncan检验进行显著性分析,P＜0.05被判定为具有显著性差异。

2 结果与分析

2.1 两种大豆膳食纤维营养成分比较

表1 两种大豆膳食纤维营养成分比较Table 1 Comparison of nutritional components of two kinds of soybean dietary fibers

由表1可见,与传统大豆膳食纤维相比,新型大豆膳食纤维中的蛋白质、灰分和脂肪含量分别降低了47.1%、5.21%和20.6%,而总膳食纤维和可溶性膳食纤维含量分别提高了2.98%和29.8%。快速制浆工艺脱除了相对较多的不溶性膳食纤维[20]和丰富的高支链果胶[21],有利于提高豆浆中蛋白质提取率[16]。

2.2 大豆膳食纤维物化性质

2.2.1 大豆膳食纤维的持水性、持油性和膨胀性

图1 传统与新型大豆膳食纤维的持水性(A)、膨胀性(B)、持油性(C)对比Fig.1 Comparison of retention ability(A),expansive force(B)and oil-holding capacity(C)of traditional and new-type soybean dietary fibers

由图1可知,新型大豆膳食纤维与传统大豆膳食纤维相比,持水性由10.7 mL/g提高至14.0 mL/g,提高了31.1%；膨胀性由15.3 mL/g提高至23.0 mL/g,提高了50.0%；而持油性略有下降,由1.99 g/g降至1.85 g/g,下降了7.0%。

膳食纤维水化性质的强弱与其组分的化学结构紧密相关,其持水性由内部的网络结构的亲水能力决定[22]。新型大豆膳食纤维与传统大豆膳食纤维相比,其蛋白质、可溶性膳食纤维比例增加,使更多的亲水基团暴露于豆渣纤维的表面,与水结合后更容易溶胀,其膨胀性和持水性更高。而持油性方面,新型大豆膳食纤维比传统大豆膳食纤维略低,但没有显著性差异(P＞0.05)。

2.2.2 pH值及温度对大豆膳食纤维溶解性的影响

图2 pH对大豆膳食纤维溶解度的影响Fig．2 Effect of pH on solubility of soybean dietary fibers

由图2可见,新型大豆膳食纤维与传统大豆膳食纤维的溶解度均随pH值的升高呈先升后降的趋势。当pH值为7时,传统大豆膳食纤维溶解度为8.66g/100mL。新型大豆膳食纤维溶解度为10.58 g/100 mL。总体来看,新型大豆膳食纤维的溶解度高于传统大豆膳食纤维。

图3 温度对大豆膳食纤维溶解度的影响Fig．3 Effect of temperature on solubility of soybean dietary fibers

由图3可见,传统大豆膳食纤维温度-溶解度趋势线斜率为0.027 5,相关系数R2=0.965 0；新型大豆膳食纤维温度-溶解度趋势线斜率为0.010 3,R2=0.9434,从两条曲线的趋势线的斜率可以看出,传统大豆膳食纤维溶解度对温度更加敏感。

2.3 大豆膳食纤维的色度比较

由表2可见,新型大豆膳食纤维的亮度值(L*)有所提高,而绿红值(a*)、蓝黄值(b*)均有降低,色泽明显白亮。主要是因为新的制浆工艺脱除了豆皮,大豆的色素成分大多存在于种皮中,经脱皮处理后,色素等杂质含量降低。

表2 大豆膳食纤维L＊、a＊、b＊值比较Table 2L＊,a＊,b＊value comparison of soybean dietary fibers

2.4 大豆膳食纤维微观结构分析

图4 新型大豆与传统大豆膳食纤维(a)与新型大豆膳食纤维(b)的扫描电子显微镜图Fig．4 Scanning electron micrograph of new-type soybean dietary fibers(a)and traditional soybean dietary fibers(b)

由图4可知,传统大豆膳食纤维表面结构较为完整,形状相对规则连续；而新型大豆膳食纤维则出现断裂,结构不完整连续,细小碎片明显增多。膳食纤维致密结构的断裂,增大了纤维的比表面积,提高了可溶性膳食纤维的组成,使纤维表面亲水基团增多,可结合更多的水分子,从而提高了膳食纤维的持水性、膨胀性和溶解性[24]。

3 结论

新型大豆膳食纤维与传统大豆膳食纤维相比,蛋白质和脂肪含量分别下降了47.1%和20.6%,可溶性膳食纤维含量提高了29.8%,其持水性、膨胀性分别提高了31.1%和50.0%,持油性下降了7.0%。

新型大豆膳食纤维溶解度高于传统大豆膳食纤维,并随pH值的升高呈先升后降的趋势,且随温度的变化其溶解度的变化不明显。当pH值为7时,新型大豆膳食纤维溶解度最大,为10.58 g/100 mL。

与传统大豆膳食纤维相比,新型大豆膳食纤维的色泽明显亮白。扫描电镜结果显示,新型大豆膳食纤维结构断裂点多,表面均匀性下降,因此,使新型大豆膳食纤维具有更高的水化性能。

综上可见,经改性的新型大豆膳食纤维其可溶性膳食纤维含量明显增加,具有良好的持水性、膨胀性、溶解性,以及良好的色泽,可作为水分保持剂、营养强化剂等在食品工业中应用。提高豆渣的附加值,扩大豆渣的应用范围,为大豆加工副产物的综合利用提供了新的途径。

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