豆渣是在豆腐和豆奶等豆制品生產過程中產生 的副產品。我國是大豆種植的主要國家,大量的豆渣常被用作牲畜飼料和肥料。由于豆渣富含蛋白 質、膳食纖維和微量元素等營養成分和較高的含水 率,豆渣極易腐敗,貯藏性差,不易于進一步的加工 應用,導致豆渣利用率低。因此,需要對鮮豆渣進 行脫水干燥處理,使其更好的貯藏和深加工,以提高 豆渣的附加值。目前應用于豆渣干燥的方法有熱風干燥、真空冷凍干燥、對撞流干燥以及高壓電場干燥等。每種干燥技術各有利弊,比如熱風干燥的干燥時間長, 對樣品品質破壞較大。真空冷凍干燥能夠較好地保 存樣品的營養成分,但投資和運營成本高。對撞流干燥釆用熱蒸汽流作為傳熱介質,能耗較高。高壓電場 干燥雖能提高干燥效率,但尚處于研究階段。
旋轉閃蒸干燥是一種將固態物料攪拌分散采用 高速熱氣流使之流態化進行干燥的一種氣流干燥技 術,具有快速、高效、可靠等特點,已被廣泛應用于化 工、食品、醫藥、農藥等行。田志鴻采用旋轉閃蒸干 燥技術干燥催化劑和分子篩,研究了溫度、停留時 間、轉速等參數對于產品的影響,優化了干燥工 藝⑸。與熱風循環干燥相比,旋轉閃蒸干燥器提高 了阿奇霉素的干燥速率和干燥物料粒度均勻性。 目前,關于旋轉閃蒸干燥用于豆渣鮮有報道。
食品的熱氣流干燥實驗中,溫度是影響干燥速 率和產品品質的重要因素:溫度過高使豆渣易發生 褐變,也會破壞豆渣中的熱敏性功能組分;溫度過低 將延長干燥時間,降低干燥效率由明。因此,確定適 宜的豆渣旋轉閃蒸干燥合適的干燥溫度至關重要。
我們前期的預實驗表明,在低于100度旋轉閃蒸干燥時,干燥樣品結塊嚴重,干燥不充分,高于 200 °C干燥時,樣品顏色品質差,呈棕黑色。本實驗 以真空冷凍干燥豆渣為對照,研究旋轉閃蒸干燥以 及不同干燥溫度(120,150和180笆)對于豆渣的基 本組分、色澤、抗氧化活性等品質的影響以及對于胰 蛋白酶抑制劑、脈酶活性等抗營養因子的清除能力, 確定其適宜的干燥溫度,為開發高附加值豆渣提供 理論和技術依據。
1.1新鮮豆渣來源于豐益 國際有限公司 (上海 ),含水量為 82 ~859/5,蛋 白質含量為34.33 ,脂肪含 量為 4.77 。從工廠收集到后 ,分袋包裝于-80℃ 冰箱冷凍備用。干燥前 ,豆渣于 5℃環境下解凍 48h至徹底 解凍 。
1.2 主要設 備 和試 劑 旋轉閃蒸干燥機 :XSCr-6型 ,常州市贛林干燥工程有限公司;真空冷凍 干燥 機 :Triad型 ,Labconco, USA;色差計 :LabScanXE型,HunterLab,USA; 紫外分光光度計 :UV-1800型 ,Shimadzu,Japan。 牛胰 蛋 白酶 :Sigma-Aldrich,USA;苯 甲酰一L廣 精氨酸一對硝基苯胺 (L_BAPA):國藥集 團化學試劑 有限公司;抗壞血酸 :國藥集 團化學試劑有限公 司; 1,1一二苯 基一2一三硝基 苯 肼 (DPPH):Sigma-Aldrich, UsA;尿素 :國藥集團化學試劑有限公司。
1.3 干燥方法旋轉閃蒸干燥(spinflashdrying,SFD):豆渣進 樣量 :15kg;干燥溫度 :120、150和 180oc;干燥 時 間 :10S。 真空冷凍 干燥 (vacuum freezedrying,VFD): 豆渣加載量為 3kg/m ,豆渣在一8O℃下預冷凍 3 h后 ,在真空冷凍干燥機放置 24h,真空度為 45Pa, 溫度 為 2O℃ 。
1.4 試 驗方 法
1.4.1 基 本組 分 水分含量 :常壓干燥法 (GB5009.3—2010)。 蛋 白質含量 :凱氏定氮法(GB5009.5-2010)。 脂肪含量 :索氏抽提法(GB/T14772—2008)。
1.4.2 顏 色 色度指標(L*、a*、b*)使用 LabScanXE型 色度儀采用 D65光源進行測定 。 總色差 (△E)計算公式如下 : △E一 、//△L +Aa +Ab。一 ~/( L。)+ ( a0)。+ ( bo) (1) Lo、ao、bo——標 準 板 的 L*、a*、b*值 (93.23,一O.73,0.01);L、a、6——樣 品的 L*、a*、 b*值 。
1.4.3 抗 營養 因子 胰蛋 白酶抑制劑活性 :GB/T21498~2008。 脲 酶 活性 :GB/T 8622—2006。
1.4.4 抗氧 化活 性 本實驗采用 DPPH 自由基 清除能力評價豆渣 樣 品的抗 氧化 活性 [¨]。 提取 :10g樣品與 70 (v/v)乙醇溶液混勻 , 并超聲 30min。提取液在 12400r/min轉速下離 心 10min,收集上清液并進行過濾 ,隨后對上清液 進行旋轉蒸發完全除去 乙醇 ,并使用去離子水定容至 50mI,作為后續測定使用。 DPPH 自由基清除能力 :0.75mL試液與 1.5 mLDPPH 甲醇溶 液反應 5rain,對反 應液 在 5l7 nm波長下測定 吸光度值 ,并 以梯度稀釋 的抗 壞血 酸溶液作為標準曲線。
1.5 數據 處理 豆渣經旋轉閃蒸干燥和真空冷凍干燥處理 ,其 指標數據使用 SPSS21數據分析軟件進行 ANOVA 方差分析 。每個數據做 3次平行 ,取平均值 。使用 Duncan法進行顯著性差異分析 (P<O.05)。水 分 含量、蛋 白質含量、脂肪含量、胰蛋 白酶抑制劑 、脲酶 活性、抗氧化活性均 以干基數據表示 。
2.2 顏色變化均增大 ,變化相似。 由表 2可知 ,與真空冷凍干燥相 比,旋轉 閃蒸干 120~180℃溫度處理下 ,△E隨著干燥溫度的 燥豆渣的總色差均顯著增大 ,說明經旋轉閃蒸干燥 升高而顯著增大(P<0.05),說 明溫度越高 ,豆渣顏 處理后 ,豆渣顏色有明顯變化 。同時旋轉閃蒸干燥 色變化越大。不同干燥溫度下 ,L*無顯著性差異 , 豆渣的 L*顯著小于對照組 ,a*、b*則顯著增大,120℃的 a*顯著小于其他溫度 ,b*則隨著溫度 的 表明旋轉閃蒸干燥豆渣較暗、偏紅 、發黃 。可能原因 升高而顯著增大。干燥 溫度越高 ,樣品顏 色變化越 是在高溫干燥條件下 ,豆渣發生美拉德反應和焦糖 大,呈現偏黃的趨勢。主要原 因由于高溫對 于非酶 化反應等一系列顏 色反應 ,產生褐 變,導致顏色變 褐變的反應速率有較大的影 響,褐變速率隨著溫度 化 。Wachiraphansakul等_8采用 噴動床 干燥豆渣 , 升高而加快,顏色變化也就越大[1引。干燥溫度對 于 干燥樣品與鮮豆渣 比較亦表現出顏色變暗,a*、b* 豆渣顏色影響類似于吸附噴動床干燥的豆渣 。
2.3 抗營養因子 屬酰胺酶類,是大豆中的天然酶類 ,具有熱不穩定性, 由表 3可知 ,與真空冷凍干燥豆渣相比,經旋轉 經熱處理后容易失活。國標 GB/T19541—2004{飼料 閃蒸干燥處理后,豆渣脲酶活性顯著降低。因為脲酶 用大豆粕》中規定,飼料用大豆粕 中尿素酶活性不得超過 0.3U/g。可見本實驗干燥豆渣 已達到該要求 , 具備做飼料使用的潛能。不 同溫度處理下,180℃干 燥豆渣的脲酶活性顯著低于 120和 150~C處理。有研 究表明 ,干燥溫度越高 ,干燥時間越長,大豆中脲 酶失活程 度越大。Wachiraphansakul等嗍應用 吸附 噴動床干燥豆渣 ,在任意的干燥床高、吸附顆粒、干燥 風速水平下,130℃干燥豆渣的脲 酶活性均高于 9O ℃處理 ,溫度是影響脲酶失活的主要因素。
經旋轉閃蒸干燥處理后 ,胰蛋 白酶抑制劑活性 均低于真空冷凍干燥處理 。胰蛋 白酶抑制劑是大豆 中主要的抗 營養因子 ,是一類多肽或者蛋 白質 ,高溫 下處理發生變性 ,導致活性 降低l_1引。不 同溫度水平 下 ,豆渣胰蛋白酶抑制劑活性明顯 差異 (P<0.05)。 可能是 因為高溫條件下 ,胰蛋 白酶抑制劑活性 已經 降到較低的水平 ,導致溫度 的影響不顯著。研究表 明,溫度是影響胰蛋 白酶抑制劑 活性 降低 的主要 因 素[1。在豆渣強對流干燥實驗 中,100℃干燥樣品 的胰 蛋 白 酶 抑 制 劑 活 性 比 40 ℃ 處 理 降 低 62.5 [引 。 2.4 抗氧化活性 與真空冷凍干燥 豆渣 比較 ,經旋轉閃蒸干燥處 理后 ,DPPH 自由基清除能力下降明顯 ,3個處理溫 度下 分 別 降低 了 93.2 、94.4 和 94.9 (P< 0.05)。豆渣中抗氧化物質有酚類 、黃酮 、異黃酮 、多 肽 、皂角苷 、綠 原酸等 ,具有較 好 的抗氧化活性l_1。 然而 ,在干燥的高溫環境下 ,這些抗氧化活性物質受 熱與氧氣發生氧化反應,活性下降或降解。 本實驗結果表明不同溫度豆渣 的抗氧化活性下 降無顯著性 差異 (P< 0.05)。可 能因為高 溫環境 下 ,抗氧化活性已下降至較低水平 ,導致相互 間無顯 著差異。而 Erbay等E7J應用熱風干燥技術處理橄欖 葉,發現干燥溫度越高,橄欖葉抗氧化活性降低速率 越 大 。
本文研究了旋轉閃蒸干燥溫度 (120~180℃) 對豆渣水分含量、蛋白質含量、抗氧化活性、抗 營養因子、顏色等品質的影響 。結果表明,與真空冷凍干 燥豆渣相 比,旋轉閃蒸干燥時間短 ,豆渣的蛋 白質含 量、脂肪含量、抗氧化活性均降低 ,豆渣顏色發生變 化 ,外觀較暗,偏紅發黃 ,胰蛋 白酶抑制劑 、脲酶等抗 營養因子活性下降,抗營養 因子去除效果較好 。在 120~180℃溫度內,溫度變化對脲酶活性存在顯著 性 影 響 ,180℃ 時 ,脲 酶 活 性下 降最 大 ;對 蛋 白質 含 量、胰蛋 白酶抑制 劑活性、抗 氧化活性無顯著性 影 響;對豆渣亮度 (L*)無顯著影響 ,對 a*、b*影響 顯著 ,溫度越大 ,豆渣顏色越黃 。 采用 120℃干燥時 ,豆渣的顏色 品質最接近于 真空冷凍干燥豆渣,且樣 品蛋 白質含量、脂肪含量 、 脲酶 、胰蛋 白酶抑制劑活性、抗氧化活性與其他溫度 處理 無 明顯差 異 。因 此 ,120℃ 與 150和 180℃ 相 比,溫度較低 ,耗能少 ,是豆渣旋轉閃蒸 干燥較適宜 的干 燥溫 度 。 本研究確定了豆渣旋轉閃蒸干燥的適宜溫度條件,驗證了旋轉閃蒸干燥在豆渣干燥應用的可行性,并探討該干燥技術對于豆渣部分品質的影響。后續 實驗將進一步探究豆渣旋轉閃蒸干燥最優工藝 ,確 定最優干燥溫度條件,將有助于該技術的應用。