小麦蛋白双螺杆挤压组织化工艺及机理研究

作     者：李诚 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑志

授予年度：2015年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 083202[工学-粮食、油脂及植物蛋白工程] 

主      题：小麦蛋白 挤压组织化 工艺参数 添加剂 机理 

摘      要：小麦蛋白是小麦淀粉加工过程中的副产物。小麦蛋白含有较多的疏水性氨基酸,还存在较多的分子内、分子间二硫键,导致其溶解、分散等性能较差,难以满足食品加工的要求。采用挤压组织化技术对小麦蛋白进行加工,可以显著改善小麦蛋白的质地、口感和营养价值,有利于人体对蛋白的消化吸收,对小麦蛋白资源充分利用具有重要意义。本文对小麦蛋白挤压组织化工艺参数和添加剂对小麦蛋白的理化、质构、化学键及功能特性进行了研究,主要研究结论如下：(1)采用单因素试验方法,研究挤压组织化过程中工艺参数(加水量、挤压温度、螺杆转速和喂料量)对组织化小麦蛋白外观、理化性质(氮溶解指数、膨化度、复水率)、质构特性(弹性、硬度、粘着性、咀嚼度)和组织化度等影响,确定挤压工艺参数范围为：加水量为40%～45%,挤压温度为150～170℃,螺杆转速为240～3 OOr/min,喂料量为19～23kg/h。通过响应面和多元回归分析方法优化出挤压工艺参数为：加水量44%、挤压温度160℃、螺杆转速280r/min、喂料量21kg/h。该工艺参数条件下制备的组织化小麦蛋白复水率为249.49%,弹性为0.549,硬度为9988.08g,粘着力-60.498g·sec,咀嚼度2650.42,恢复力0.112,膨化度为126.46%,组织化度达到2.33。(2)研究了L-半胱氨酸、单甘酯、海藻酸钠和三聚磷酸钠对小麦蛋白挤压组织化的影响。结果表明：随着L-半胱氨酸和单甘酯添加量的增加,组织化小麦蛋白外观逐渐变的不平整,膨化度和组织化程度逐渐降低,当L-半胱氨酸和单甘酯添加量分别大于0.09%和0.6%时,挤压产品未产生组织化结构。添加海藻酸钠挤压出的产品膨化充分,气孔大小均一,在不同的添加量条件下,产品的膨化度和复水率均大于120%和180%。添加三聚磷酸钠能促进小麦蛋白组织化的形成,挤压产品表面颜色较浅,外观光滑平整,气孔较大且均一;在添加量为0.3%时,产品膨化度达到最高(129.18%),复水率相比未添加的挤压产品高出50%以上。(3)红外光谱(FT-IR)分析表明,在不同添加剂(单甘酯、海藻酸钠和三聚磷酸钠)和挤压工艺参数(加水量、挤压温度、螺杆转速、喂料量)条件下,挤压产品中不稳定的α-螺旋含量均降低至0%,β-折叠、β-转角和无规则卷曲含量均有增加,说明不稳定的α-螺旋全部或部分转化为相对稳定的β-折叠、β-转角和无规则卷曲结构。而添加L-半胱氨酸制备出的组织化蛋白中α-螺旋、β-转角和无规则卷曲含量分别增加了3.37%、2.94%和1.26%,β-折叠含量降低了7.58%。在上述不同工艺参数和添加剂条件下,挤压产品在红外光谱1600～1700cm-1范围内二级结构各子峰峰值所对应的波长基本未产生漂移,说明没有新的二级结构生成。(4)对小麦蛋白原料和组织化小麦蛋白的理化功能性质进行对比研究。结果表明：组织化小麦蛋白的持水力和蛋白质消化率比未挤压原料分别增加70.21%和11.88%。氮溶解指数和游离巯基含量分别降低37.71%和36.10%。蛋白质溶解度分析表明,挤压前后维持小麦蛋白和组织化小麦蛋白作用力的大小依次为：二硫键和非共价键交互作用非共价键作用天然状态二硫键作用。氨基酸分析结果显示,挤压组织化小麦蛋白半胱氨酸损失最大,为15.70%。热力学性质变化可知,组织化小麦蛋白较小麦蛋白原料的热变焓(ΔH)增加了147.63%,说明组织化小麦蛋白中可能形成了新的、键能较高的化学交联键。傅里叶红外图谱中没有新的吸收峰,表明组织化小麦蛋白中没有新的酰胺键(即肽键)生成。蛋白质凝胶电泳结果显示,挤压过程中蛋白质间发生了化学键的断裂、聚合、重组和交联,但没有发生亚基的裂解;扫描电镜结果看出组织化小麦蛋白微观结构呈现出有序的纤维化结构。