我國可食用植物蛋白資源豐富,但有效利用率很低。2005/2006年度我國大豆粕的產量約2500萬t,其中90%以上作為飼料用於畜產養殖業,約5%用於食品工業。
現代醫學和營養學證明,大豆蛋白不含膽固醇,氨基酸平衡,為完全蛋白,並且還含有對人體生理機能有特殊作用的功能性成分,如大豆異黃酮、皂苷、低聚糖、膳食纖維等,能夠預防諸多“現代文明病”的發生[1-3]。1999年10月,美國食品與藥品管理局(FDA)健康聲明宣布“每天食用20g大豆蛋白,可以降低患心髒病的風險”。雖然各種傳統豆製品在我國具有悠久的曆史,是我國人民重要的蛋白質來源之一,但根據2004年中國衛生部、科技部和統計局公布的《中國居民營養與健康現狀》調查報告,我國居民豆製品和幹豆類的合計攝入量僅為16g/(標準人·d)[4],遠低於FDA建議的標準。在我國優質蛋白資源長期處於短缺的狀態下,大力開發植物蛋白資源,提高植物蛋白質的有效利用率是關係到國計民生的戰略性問題。
蛋白質質構重組技術是食品工業中改善蛋白質質地、口感和營養價值,提高蛋白質有效利用率的重要方法。擠壓法是適於工業化、連續化大生產,高效、節能的質構重組核心技術[5-8]。它能夠將輸送、壓縮、混合、蒸煮、變性、脫水、殺菌、膨化、成型等多種操作單元同時完成,具有連續的高溫高壓加工、短時低損處理、高效的生化反應器特性、高質量和高效率的殺菌效果、擠壓產品清潔衛生、品種多樣等優點,因此被認為是食品工業中一種新的集約化單元操作形式,應用領域廣闊。
由擠壓法生產的組織化大豆蛋白是現代大豆蛋白工業的重要組成部分。美國組織化大豆蛋白年產量50萬t,超過大豆濃縮蛋白和大豆分離蛋白的總和。產品廣泛用於生產各種素肉、仿肉製品,以及作為營養補充劑、保水劑、吸油劑等,用於肉製品和冷凍麵製品的加工。我國從20世紀80年代開始引進國際上成套生產線,進行組織化大豆蛋白的生產,至今年產量不足8萬t。我國組織化大豆蛋白工業發展緩慢的主要製約因素是缺乏基礎性研究、產品品種單一、更新換代慢、質量較低。
高水分濕法擠壓組織化(物料含水率≥40%)是國際上新興的植物蛋白重組技術[8-15]。高水分擠壓使用帶冷卻模頭的雙螺杆擠壓機,其產品纖維化程度高,質地均勻一致,富有彈性和韌性,可直接加工成為蛋白麵、素雞、素蝦、工程肉等形態和風味多樣的食品;產品不需複水即可直接食用,具有即食即用的特點;加工溫度較低,營養成分和生理活性成分損失少;可作為烹飪主菜,進行炒、煮、燉、烤、炸等多種形式的加工,極大地豐富了人們的餐桌。美國近年來以大豆分離蛋白為主要原料,添加部分小麥澱粉,生產出高水分的組織化大豆蛋白產品[12-14]。日本在20世紀90年代中期,曾對全脂大豆的高水分擠壓進行了較為係統的研究[16,17]。國內王洪武等以大豆蛋白、豬肉和澱粉等為原料,進行複合組織蛋白的共混擠壓工藝研究[18,19]。但對以低溫脫脂豆粉為原料的高水分擠壓組織化研究國內外鮮有報道。2004年中國農業科學院農產品加工研究所在國家“948”項目的支持下,通過聯合攻關,開發出以低溫豆粕為原料的高水分大豆組織化蛋白產品,技術達到國際先進水平。
本研究的目的在於闡明高水分擠壓過程中工藝參數、係統參數和產品特性間相互關係的基本規律,探討主要生理活性成分在高水分擠壓過程中的變化動力學,並從不同側麵揭示高水分擠壓組織化機理。通過以上研究,為該項新技術在我國的應用和推廣奠定理論基礎,並提供技術支持,對提高我國大豆蛋白的有效利用率,豐富人們的餐桌,改善居民膳食結構,以及對大豆產業的健康和可持續發展具有重要的促進作用。