一种挤压组织化蛋白及其制备方法和应用

摘要

本发明涉及植物蛋白制品加工领域，尤其涉及一种挤压组织化蛋白产品及其制备方法和应用。所述方法包括将葡萄糖酸‑δ‑内酯溶液和蛋白原料的混合物进行挤压、冷却成型、灭菌；所述蛋白原料的蛋白含量为80％～85％，所述葡萄糖酸‑δ‑内酯溶液中葡糖酸‑δ‑内酯的添加量≤2.5％，挤压处理的温度小于130℃。本发明通过添加葡萄糖酸‑δ‑内酯以提升高水分挤压蛋白组织化，在低温的挤压处理下提升高水分挤压蛋白组织化，获得更为明显的高水分蛋白组织化产物的纤维结构，具有高组织化度，以及更为细腻的纹理和更为丰富的高品质口感。

说明书

技术领域

本发明涉及植物蛋白制品加工领域，尤其涉及一种挤压组织化蛋白产品及其制备方法和应用。

背景技术

蛋白质作为人体三大必需营养物质之一，其需求量随着世界人口增加急剧上升。在肉类蛋白资源即将面临供给紧张的情况下，考虑到传统畜牧业占用并消耗了耕地资源，以及“双碳战略”的指导，对植物蛋白的开发再利用已经成为了必然趋势。植物蛋白资源丰富、成本低廉、几乎不含胆固醇，可有效预防多种生理功能疾病如降血糖、预防心血管等，已被广泛应用于组织化蛋白的生产过程中。高水分(>40％)挤压加工配有冷却模头，具有集成化度高、通用性强、生产效率高等特点，通过较高的温度、压力和机械剪切产生多重能量交互作用有效的促进了组织化蛋白的形成，是一种新型食品质构重组技术。

挤压过程中，植物蛋白经混合、输送、剪切等作用，在高温和高含水率的条件下从高级有序结构转变为线性无序的结构，分子自由度增加并相互发生交联反应，最后通过冷却作用形成组织化纤维结构。然而，目前挤压组织化蛋白的口感相较于动物蛋白而言还存在一定差距，组织化程度依旧难以与真正的肉类相媲美，此外人们对生活质量水平要求日益增加，特别是在食物多汁鲜嫩的口感和诱人的色泽外观方面。为提高植物蛋白产品的品质，得到更具肉类产品咀嚼口感的挤压组织化蛋白，需要通过调整工艺条件或加入食品添加剂进行进一步的改善。通过添加剂有效改善产品品质，提高产品质量，满足人们对食品风味、色泽、口感的要求，并使食品加工过程便捷卫生，节约资源、降低成本，在极大地提升产品品质和档次的同时增加产品附加值。

然而传统的制备螺杆挤压组织化蛋白忽视以下几点不足：

1)为获得较好的挤压蛋白组织化度，熔融和模口区的挤压温度是重要的影响因素，其温度范围在130℃至150℃之间。然而，过高的温度增加了能耗，以及加工过程中的操作危险系数。

2)多种添加剂的混合过程较为复杂，通常需要将蛋白质粉体同添加剂进行预先配比、混合，此操作步骤繁琐、过程复杂，消耗了大量的时间。此外，蛋白原料同添加剂之间由于粉体的差异性导致混合效果难以把控，混合均匀性较差，对于个别添加剂的微量添加则影响更大。

因此需要寻求一种新的以相对低温的挤压条件下制备组织化蛋白产品的方法，并制备组织化蛋白产品。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种挤压组织化蛋白及其制备方法和应用。目前尚未见到利用葡萄糖酸-δ-内酯的添加制备优化挤压蛋白组织化产物的研究。本发明以一定浓度葡萄糖酸-δ-内酯的水溶液与蛋白物料经特定条件下的挤压冷却成型，尤其通过优化高水分低温挤压条件，添加特定浓度葡萄糖酸-δ-内酯水溶液增加了蛋白质在挤压过程中的聚集性，降低了挤压过程中的温度，减少了能量的损耗，改善了低温挤压条件下组织化度差、无明显纤维结构的产品特性，并有效减少了颜色褐变。本发明通过葡萄糖酸-δ-内酯的添加结合双螺杆挤压加工处理手段获得了挤压组织化产物，色泽均匀自然、无焦糊现象、并具有较好的口感。本发明所得的挤压组织化产物有明显的纤维结构且质地柔软，味道清香，具有即食性，且符合绿色环保低碳的发展要求，故具有极大的应用推广潜力。

第一方面，本发明提供的挤压组织化蛋白的制备方法包括将葡萄糖酸-δ-内酯溶液和蛋白原料的混合物进行挤压、冷却成型、灭菌；所述蛋白原料的蛋白含量为80％～85％，所述葡萄糖酸-δ-内酯溶液中葡糖酸-δ-内酯的添加量≤2.5％，挤压处理的温度小于130℃。本发明通过添加葡萄糖酸-δ-内酯以提升高水分挤压蛋白组织化具体通过葡萄糖酸-δ-内酯的水溶液和蛋白物料在挤压机筒内充分混合以促进葡萄糖酸-δ-内酯同蛋白物料直接相互作用，在低温的挤压处理下提升高水分挤压蛋白组织化，获得更为明显的高水分蛋白组织化产物的纤维结构，具有高组织化度，以及更为细腻的纹理和更为丰富的高品质口感。

本发明中，所述蛋白原料的蛋白包括植物蛋白，优选包括豌豆蛋白、花生蛋白或大豆蛋白，更优选为豌豆蛋白，所述蛋白原料形式优选为蛋白质粉末。

进一步优选，所述蛋白原料的蛋白含量为83.5±1％，所述葡萄糖酸-δ-内酯溶液中葡糖酸-δ-内酯的添加量0.75％～1.75％。本发明中采用葡萄糖酸-δ-内酯能够更好地提高挤压后组织化蛋白的性能，进一步提高组织化度，获得高水分高温组织化产物类似的咀嚼口感，更好的保留色泽，抑制褐变程度。

作为优选，所述挤压处理的温度依次为：喂料区温度为40～45℃，混合区温度为50～60℃，熔融区温度为85～95℃，蒸煮区温度为110～150℃优选110～120℃，模口温度为110～150℃优选110～120℃；

优选的，所述挤压处理的温度≤120℃；所述喂料区温度更优选为40℃，所述混合区温度更优选为50℃，所述熔融区温度更优选为90℃，所述蒸煮区温度与模口温度更优选为120℃。本发明中采用上述优选的120℃的较低的蒸煮区温度与模口温度，能够降低能耗和加工过程中的操作危险系数。

进一步优选，将所述葡糖酸-δ-内酯粉末溶于去离子水中，以500±50r/min的转速进行搅拌分散，得到所述葡萄糖酸-δ-内酯溶液，优选在挤压过程中将所述葡糖酸-δ-内酯溶液与所述蛋白原料进行混合。

作为优选，所述搅拌分散采用悬臂搅拌器进行处理，所述悬臂搅拌器的转速为500±10r/min；所述悬臂搅拌器时长为30±5min；并在室温中放置2±0.5h以平衡溶液。

作为优选，所述挤压过程中，所述挤压过程中的物料水分含量≥50％；螺杆转速优选为100±20r/min，喂料速度为35±10rpm。调整所述挤压过程中的物料水分含量优选为65％(质量分数)。

本发明中，通过控制上述搅拌分散和挤压过程的条件，能够使得挤压组织化蛋白产品得到进一步改善。

进一步优选，螺杆为积木式结构，并由不同螺距的正向螺纹元件和啮合块组成。

作为优选，所述灭菌后还包括干燥，所述干燥为冷冻干燥；所述冷冻干燥优选包括预冻，然后梯度升温至室温；其中，所述预冻的温度为-70～-50℃，优选为-60±5℃；所述冷冻干燥的真空度为10～20Pa，优选为13±1Pa；每5～0.5℃/h的升温速率进行梯度升温，所述升温速率优选为1.5±0.2℃/h。本发明中，通过采用优化的冷冻干燥工艺，可以保持挤出产物的原有结构，有效降低了蛋白质在后加工过程中的再变性。

作为优选，所述冷却成型采用温度为30～40℃的冷却水进行冷却，所述冷却水温度优选为35℃。

进一步优选，包括以下步骤：

1)将葡萄糖酸-δ-内酯溶于去离子水，所述葡萄糖酸-δ-内酯溶液中葡糖酸-δ-内酯添加量≤2.5％，所述蛋白原料的蛋白含量为80％～85％；

2)挤压预热：喂料区温度为40～45℃，混合区温度为50～60℃，熔融区温度为85～95℃，蒸煮区温度为110～150℃，模口温度与所述蒸煮区温度相同；

3)挤压过程：将所述葡萄糖酸-δ-内酯溶液和所述蛋白原料混合，进行挤压剪切，得到挤压组织化产物；所述挤压过程中的物料水分含量优选为53％～68％；螺杆转速为70～110r/min；

4)冷却成型：采用冷却水对挤压组织化产物进行冷却，得到高水分挤压蛋白组织化产物；

5)灭菌和干燥：将所述高水分挤压蛋白组织化产物进行灭菌处理，进行真空包装，冷藏保存，进行真空冷冻干燥。

本发明中，挤压过程通过同向双螺杆挤压机实现。

优选的，本发明所用的螺杆为可拆卸的自主装形式，长径比为40:1；其中螺杆机啮合元件的剪切角为的45°的啮合块。

优选地，将挤压组织化产物处理后挤压成型的物料经过长20cm，宽7cm，高6.5cm的冷却模口进行冷却从而获得高水分组织化蛋白，其加工产品的宽约25mm，高约7mm。进一步的所述冷却模口温度由循环冷却水进行控温，控温范围为30～45℃之间，优选的冷却温度为35℃。

第二方面，本发明提供的挤出组织化蛋白，由所述的挤压组织化蛋白的制备方法得到。本发明制得的挤出蛋白产品是在优化的处理工艺及葡萄糖酸内酯作用下的组织化蛋白，其弹性、硬度、含水量、表面光泽程度等均有了明显提升。

进一步优选，所述挤出组织化蛋白的组织化度为1.00～1.50，硬度为90～120kg，弹性为0.85～0.90，咀嚼度为65～80g，色差ΔE为3.5～6.0，褐变指数BI为0.4～0.8，色度值C为2.2～4.5。

第三方面，本发明提供的所述的挤压组织化蛋白的制备方法或所述的挤压组织化蛋白在食品加工方面的应用。作为优选，本发明还提供以葡萄糖酸-δ-内酯作为添加剂在螺杆挤压制备组织化蛋白中的应用。

本发明的有益效果至少在于：

1)所使用的葡萄糖酸-δ-内酯具有高效性，且用量少，成本低。

2)通过在水中溶解添加剂的方式，避免了混料调制平衡过程，简化了操作加工工艺。挤压加工制备处理流程具有成本低、易操作、安全无污染、生产连续、集成度高，且能耗低，适合大规模生产等优点，有利于蛋白组织化产品在的食品领域的推广。

3)挤压过程中通过添加葡萄糖酸-δ-内酯可以获得更为明显的高水分蛋白组织化产物的纤维结构。同时获得了较高的组织化度，以及更为细腻的纹理和更为丰富的高品质口感。

4)本发明采用高水分低温挤压技术，通过添加葡萄糖酸-δ-内酯增加了蛋白质在挤压过程中的聚集性，从而降低了挤压过程中的温度，减少了能量的损耗。改善了低温挤压条件下组织化度差、无明显纤维结构的产品特性，并有效减少了颜色褐变。

5)整个制备工艺流程中，在成本控制、操作复杂度、低毒无毒化方面都具有突出的优势，有利于该挤压组织化产品再利用技术的大规模推广和生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中需要使用的附图作简单介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的制备高水分挤压组织化蛋白流程图。

图2为本发明实施例中的螺纹组合排列的双螺杆实物示意图。

图3为本发明实施例中经葡萄糖酸-δ-内酯改良后的高水分挤压蛋白组织化的内部纤维纹理图。

图4为本发明对比例中无添加高水分挤压蛋白组织化的内部纤维纹理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。实施例中的实施条件可以根据具体的实验条件或者工厂条件进一步的调整，未注明实施条件的通常为常规实验中的条件。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

以下挤压组织化处理采用TwinLab-F 20/40双螺杆挤压机(Brabender)，其螺杆长径比为40:1。

下述实施例中所使用的豌豆蛋白原料，购自：烟台双塔食品股份有限公司，其基本理化指标如下表：

表1豌豆蛋白原料的基本理化指标

下述实施例中所使用的葡萄糖酸-δ-内酯(GDL)，购自：北京索莱宝科技有限公司。

下述实施例中所使用的水均为去离子水。

以下实施例中，豌豆蛋白的高水分低温组织化产物的组织化度、硬度、黏着性、弹性、聚结性、咀嚼度以及色泽参数测定参照以下方法:

一、基于豌豆蛋白的高水分组织化产物的组织化测定

采用质构仪(XT2,Stable Micro Systems,UK)及HDP/BS探头对样品(长10mm，宽10mm，高7mm)进行剪切，设置测试前速度2mm/s，测试速度1mm/s，测试后速度2mm/s，剪切程度为样品厚度的75％，组织化度为横向剪切力所做的功与纵向剪切力所做的功的比值。

二、基于豌豆蛋白的高水分组织化产物的质构特性

采用质构仪(XT2,Stable Micro Systems,UK)及P/36R探头测定新鲜挤出物的硬度、弹性、咀嚼性。将样品切成边长为10mm，高为7mm的正方体，置于测试台中央，测试前速度2mm/s，测试速度1mm/s，测试后速度2mm/s，下压程度50％，间隔时间3s，往复2次。每个样品重复10次，取平均值。

三、基于豌豆蛋白的高水分组织化产物的色泽特性

挤压组织化蛋白制品的色泽采用色差仪进行测定，分别对12个样品的3个不同部位进行测定，然后取平均值，采用L*、a*和b*表示色系。其中L*表示明度指数，该值越小表明被测样品越暗。a*和b*表示彩度系数，有正负之分。a*为正值表明被测样品偏红，负值表明偏绿；b*为正值表明被测样品偏黄，负值表明偏蓝，且绝对值越大表明偏向越严重。ΔE表示被测样品与原料粉末的颜色差值，值越小表明越接近于原料，其计算公式如下：

其中L

其中BI为褐变指数，C为色度。

实施例1

根据本发明实施例所提供的一种添加葡萄糖酸-δ-内酯以提升高水分挤压蛋白组织化的方法，基于双螺杆挤压技术，根据图1所示的流程制备基于微量添加葡萄糖酸-δ-内酯的豌豆蛋白的高水分低温组织化产物，具体包括如下步骤：

1)预配置溶液：称取一定重量的葡萄糖酸-δ-内酯粉末溶于去离子水中，并用悬臂搅拌器进行分散，随后室温放置2h以平衡溶液。其中所述葡萄糖酸-δ-内酯添加量占去离子水重量的比例为0.06％。所述溶液配制过程通过悬臂搅拌器实现，悬臂搅拌器的转速为500r/min，悬臂搅拌器时长为30min；

2)挤压预热：挤压机的喂料区温度为40℃，混合区温度为50℃，熔融区温度为90℃，蒸煮区温度为120℃，模口温度同蒸煮区温度保持一致为120℃。图2为螺纹组合排列的双螺杆。

3)挤压过程：采用双螺杆挤压机对蛋白原料进行挤压剪切，从而获得挤压组织化产物。挤压过程中，通过设定物料的喂料速率，使水和蛋白原料在机筒内充分混合，挤压过程中的物料水分含量为65％；调整螺杆转速为100r/min。所述螺杆为积木式结构，并由不同螺距的正向螺纹元件和啮合块组成。其中所述啮合块错位角为45°。

4)冷却成型：通过冷却模头进行冷却，制得高水分挤压蛋白组织化产物。所述冷却模头长20cm，宽7cm，高6.5cm，进一步的所述冷却模口温度由循环冷却水进行控温，所述冷却水温度为35℃，循环冷却水由JULABOCORIO恒温循环器CD-600控制；

5)灭菌包装：上述高水分挤压蛋白组织化产物经过高温-紫外-微波复合灭菌处理后进行真空包装，并于4℃冰箱中冷藏保存。

6)干燥：将步骤5)处理的高水分挤压蛋白组织化产物进行真空冷冻干燥，真空冷冻干燥的操作为：将所述高水分挤压蛋白组织化产物放在托盘中，在-60℃条件下预冻2h，随后以每1.5℃/h的速率进行梯度升温，直到温度恢复至室温(25℃)预冻温度为-60℃；真空度为13Pa。基于微量添加葡萄糖酸-δ-内酯的豌豆蛋白的高水分低温组织化形成和性能表征。图3为实施例中经葡萄糖酸-δ-内酯改良后的高水分挤压蛋白组织化的内部纤维纹理图。

本实施例所得基于微量添加葡萄糖酸-δ-内酯的提升高水分挤压蛋白组织化的方法的挤出产物检测结果如表2。

实施例2

同实施例1的方法，区别指出在于，所述葡萄糖酸-δ-内酯添加量占去离子水重量的比例为0.25％。本实施例所得基于微量添加葡萄糖酸-δ-内酯的提升高水分挤压蛋白组织化的方法的挤出产物检测结果如表2。

表2挤出产物检测结果

实施例3

同实施例1的方法，区别指出在于，所述葡萄糖酸-δ-内酯添加量占去离子水重量的比例为0.75％。本实施例所得基于微量添加葡萄糖酸-δ-内酯的提升高水分挤压蛋白组织化的方法的挤出产物检测结果如表3。

实施例4

同实施例1的方法，区别指出在于，所述葡萄糖酸-δ-内酯添加量占去离子水重量的比例为1.25％。本实施例所得基于大量添加葡萄糖酸-δ-内酯的提升高水分挤压蛋白组织化的方法的挤出产物检测结果如表3。

表3挤出产物检测结果

对比例1

同实施例1的方法，区别指出在于，所述葡萄糖酸-δ-内酯添加量占去离子水重量的比例为0。挤出产物检测结果如表4。图4为无添加高水分挤压蛋白组织化的内部纤维纹理图。

表4挤出产物检测结果

对比例2

同实施例1的方法，区别指出在于，所述葡萄糖酸-δ-内酯添加量占去离子水重量的比例为0，模口温度同蒸煮区温度保持一致为130℃。挤出产物检测结果如表5。

表5挤出产物检测结果

对比例3

采用同实施例1的方法，区别在于所述葡萄糖酸-δ-内酯添加量占去离子水重量的比例为0，物料含水率为60％。挤出产物检测结果如表6。

表6挤出产物检测结果

依据上述对比例及实施例，经添加葡萄糖酸-δ-内酯可以有效促进豌豆蛋白的高水分低温组织化形成，提升其品质特性。所得挤出产物的组织化度为1.00～1.50，硬度为90～120kg，弹性为0.85～0.90，咀嚼度为65～80g，色差ΔE为3.5～6.0，褐变指数BI为0.4～0.8，色度值C为2.2～4.5，说明添加葡萄糖酸-δ-内酯可以保留更好的色泽，抑制褐变程度。本发明经添加葡萄糖酸-δ-内酯可以显著增加组织化度，并在较低的温度下获得同高水分高温组织化产物类似的咀嚼口感，并有效减少和原料粉末间的色差ΔE，并显著降低色度值C。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。