CN115226809B - 一种组织化酪蛋白的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组织化酪蛋白的制备方法。本发明根据功能将挤压机机筒内分成三区：喂料区，混合区，加热区；机筒外分成三区：模口区，保温区，冷却区；保温区和冷却区采用可拼接的模具单元设计，保温区采用一段、两段或三段模具单元拼接，冷却区采用一段或两段模具单元拼接；在挤压过程中在线加水，调整物料水分为60％～70％；挤压成型后切段速冻，制得组织化酪蛋白。采用本发明方法生产的高水分组织化酪蛋白纤维结构丰富，质构软，表面光滑，色泽亮白，可改善度高，可用作模拟肉类的制作，拓宽了酪蛋白制品的应用渠道。

Description

一种组织化酪蛋白的制备方法

技术领域

本发明属于食品加工技术领域，尤其是指一种组织化酪蛋白的制备方法。

背景技术

在过去的几十年里，研究人造模拟肉类产品，使用非肉类蛋白基材料创造类似肉类的纤维结构和感官特性，无论是从环境角度还是健康层面看，都是解决人类未来生存的一大方案，拥有广阔的前景。其中，以大豆蛋白、豌豆蛋白等植物蛋白为主要原料，通过挤压法生产组织化蛋白已经得到了广泛应用。为追求食品创新，动物蛋白质的组织化，比如乳清蛋白、鱼糜蛋白和昆虫蛋白等，也开始受着食品工业界的关注。酪蛋白是牛奶中含量最丰富的蛋白质，能提供很高的营养价值和生物利用度，是一种很有潜力的蛋白质。且目前关于酪蛋白组织化的研究还很少。

研究发现浓缩酪蛋白酸钙预混料可以利用剪切单元设备，通过剪切加工获得组织化蛋白。纤维形态的形成归因于酪蛋白酸盐胶束之间钙离子的存在而产生的吸引力，导致这些聚集体的轻度聚集，这些胶束容易受到剪切流的影响并变形为长排列的聚集体，形成各项异性。物料在预混搅拌过程可使体系中含有空气，这些空气可在酪蛋白酸钙组织化蛋白中形成气泡，气泡可作为分散相，丰富产品的纤维形貌并增强力学各向异性。

然而，剪切技术制备酪蛋白酸钙组织化的研究仅限于小规模实验研究，并且不适用于连续性的工业生产。高水分挤压过程中，由于温度差和流速差的作用，物料在冷却通道内存在剪切流，这种剪切形式可模拟剪切单元设备中的剪切流，为酪蛋白胶束形成长排列聚集体提供条件。另外，物料在挤压机混料区的搅拌混合过程中会混入空气，最终形成酪蛋白酸钙组织化蛋白中的气泡，进一步增强材料的各向异性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种组织化酪蛋白的制备方法。

本发明的第一个目的在于提供一种挤压法制备组织化酪蛋白的方法，包括以下步骤：将酪蛋白原料加入喂料机，以一定喂料速度进行喂料，并混合交联辅助试剂溶液，经挤压机加热后挤出，进入成型段保温后冷却成型，得到所述组织化酪蛋白。

在本发明的一个实施例中，所述酪蛋白原料选自酪蛋白、酪蛋白酸钠和酪蛋白酸钙中的一种或多种。

在本发明的一个实施例中，所述交联辅助试剂选自TG酶、氯化钙、氯化钠和苯甲酸钠中的一种或多种；所述酪蛋白原料和交联辅助试剂的质量比为20～30:1。

在本发明的一个实施例中，所述挤压过程中喂料速度为0.2～0.4kg/h，螺杆转速为30～120rpm。

在本发明的一个实施例中，在所述挤压机的混合区调整水分添加量，使得组织化酪蛋白产品的水分含量为60wt％～70wt％。

在本发明的一个实施例中，挤压过程中各区温度设置为：喂料区20～30℃，混合区30～40℃，加热区50～90℃，模口区40～60℃，保温区40～60℃，冷却区10～30℃。

本发明的第二个目的在于提供由所述的方法所得组织化酪蛋白。

本发明的第三个目的在于提供一种挤压装置，实施以上所述方法，由挤压机机筒内和机筒外两部分组成，其中，机筒内部分包括：连通的

喂料区(1)，用于承接来自喂料机的干料；所述喂料区(1)的螺杆由传输元件组成；

混合区(2)，用于承接水或交联辅助试剂溶液；所述混合区(2)的螺杆由传输元件和剪切元件交替组成，所述剪切元件对物料充分搅拌，混合成湿料，并向前输送；

加热区(3)，用于加热并输送物料；所述加热区(3)的螺杆由传输元件组成；

挤压机机筒外部分包括：连通的

模口区，由第一模块(4)、第二模块(5)和第三模块(6)组成，用于将所述加热区(3)的加热态物料由圆柱体形变成扁平状长方体；

保温区(7)，由1-3段模具单元拼接而成，通入40～60℃循环水，用于使物料保持一定温度，维持流动状态；

冷却区(8)，由1-2段模具单元拼接而成，通入10～30℃循环水，用于使物料冷却定型。

本发明的第四个目的在于提供所述的组织化酪蛋白在食品加工中的应用，所述应用包括水产模拟物的制备，进一步地，包括模拟鱼肉、模拟虾肉或模拟扇贝肉的制备。

在本发明的一个实施例中，还包括添加多糖、乳清蛋白、卵清蛋白和植物蛋白等进行质构改善，以及通过添加姜黄素、南瓜粉、海藻粉、胭脂虫红等增色类物质进行色泽改善。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明充分发挥了高水分挤压过程的生产特点和优势，实现了连续化生产制备组织化酪蛋白，并可以通过挤压温度，水分含量，螺杆转速和模具的组合方式等工艺参数实现材料纤维形貌的改变。

本发明对高水分挤压设备的成型模具进行了改良，采用盘管式控温，提升控温效果。通过可拼接的设计，实现模具长短可控，温区冷区组合可控。

本发明为营养、美味、工业化生产新型蛋白产品提供新的途径，为高湿挤压技术的一项新的应用领域。通过改良的挤压设备制备的组织化酪蛋白，在后续加工中生产模拟肉类具有很大潜力，尤其是在模拟鱼肉、虾肉、扇贝等水产品，具有颜色白，硬度低，弹性好等优势。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为实施例1组织化酪蛋白的纤维形貌图。

图2为实施例2组织化酪蛋白的纤维形貌图。

图3为对比例1组织化酪蛋白的纤维形貌图。

图4为对比例2组织化酪蛋白的纤维形貌图。

图5为实施例2组织化酪蛋白的产品表观图。

图6为对比例3组织化酪蛋白的产品表观图。

图7为本发明中挤压装置的分解示意图。

图8为本发明中挤压装置机筒内的结构示意图。

图9为本发明中挤压装置机筒外的结构示意图。

图10为本发明中挤压装置机筒外的俯视图。

图11为图10中A-A处的剖面图。

图12为本发明中挤压装置机筒外的侧视图。

图13为图12中B-B处的剖面图。

说明书附图标记说明：1、喂料区；2、混合区；3、加热区；4、模口区第一模块；5、模口区第二模块；6、模口区第三模块；7、保温区；8、冷却区。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

以下挤压组织化处理采用改进后的同向双螺杆挤压机进行。

以下剪切力和组织化度参照论文(Osen R,Toelstede S,Wild F,et al.Highmoisture extrusion cooking of pea protein isolates:Raw materialcharacteristics,extruder responses,and texture properties[J].Journal of FoodEngineering,2014,127:67-74.)方法检测，硬度、黏着性、弹性、聚结性、咀嚼度参照蒋华彬等(蒋华彬,刘明,谭斌,等.挤压工艺参数对高水分组织化小麦蛋白产品特性的影响[J].中国粮油学报,2018,33(01):13-18+61)方法检测，色泽参照Taskaya等(Taskaya L,ChenY C,Jaczynski J.Color improvement by titanium dioxide and its effect on gelationand texture of proteins recovered from whole fish using isoelectricsolubilization/precipitation[J].LWT-Food Science and Technology,2010,43(3):401-408.)方法检测。

以下所用酪蛋白酸钙粉购于Fonterra Edgecumbe Casein，TG酶购于东圣生物科技有限公司基本理化指标如下

实施例1

本实施例一种高水分挤压制备组织化酪蛋白的方法，包括如下步骤：

(1)加入原料：将酪蛋白酸钙粉加入双螺杆固体喂料机，进入挤压机喂料区，喂料速度为0.3kg/h。

(2)加入水：使用蠕动泵将一定比例的TG酶溶液泵入挤压机混合区，控制酪蛋白酸钙原料和固体酶制剂质量比为20：1，并控制物料水分含量为65％。

(3)螺杆元件组合：挤压机喂料区选用输送元件，混合区选用剪切元件与输送元件间隔安装，加热区选用输送元件。

(4)挤压机温度设置：设置挤压设备喂料区的温度为20℃、混合区的温度为40℃、加热区的温度为50℃、保温区的温度为45℃、冷却区的温度为30℃；调整螺杆转速为50r/min。

(6)模具设置：保温区采用三段模具，冷却区采用一段模具，两区共四段，拼接后总长245.1mm。

(7)封装速冻：在挤压机出口处，将挤出产物切割成长约20cm的长条状，将长条状的组织化酪蛋白用真空包装袋迅速封装，-18℃冷库中冷冻贮藏。本实施例所制得的高水分组织化酪蛋白成品纤维形貌见图1。

本实施例所制得的高水分组织化酪蛋白检测结果如表1所示：

表1

实施例2

本实施例提供了一种高水分挤压制备组织化酪蛋白的方法，具体操作步骤同实施例1，区别仅在于：步骤(2)中，调整物料水分含量为70％。本实施例制备了更高水分含量的组织化蛋白，可模拟更高水分含量的肉类。本实施例所制得的高水分组织化酪蛋白成品纤维形貌见图2。

本实施例所制得的高水分组织化酪蛋白检测结果如表2所示：

表2

对比例1

本对比例提供了一种高水分挤压制备组织化酪蛋白的方法，具体操作步骤同实施例1，区别仅在于：步骤(4)中，加热区温度为70℃。本对比例所制得的高水分组织化酪蛋白成品纤维形貌见图3。

本对比例所制得的高水分组织化酪蛋白检测结果如下表3所示：

表3

从表3可以看出，加热区温度设为70℃时，组织化度降低。推测由于高温导致的酪蛋白酸钙聚集，导致聚集体过度聚集，影响排列的秩序。

对比例2

本对比例提供了一种高水分挤压制备组织化酪蛋白的方法，具体操作步骤同实施例1，区别仅在于：步骤(6)中，保温区采用两段模具，冷却区采用一段模具，两区共三段，拼接后总长188mm。本对比例所制得的高水分组织化酪蛋白成品纤维形貌见图4。

本对比例所制得的高水分组织化酪蛋白检测结果如表4下：

表4

从表4可以看出，当保温区长度减少时，组织化度降低。推测由于保温区长度的减少，成型段内速度差相应减少，且总物料在挤压机内总反应时间减少，导致聚集体排列使不充分即被冷却定型，造成各向异性降低。

对比例3

本对比例提供了一种高水分挤压制备组织化酪蛋白的方法，具体操作步骤同实施例2，区别仅在于：步骤(4)中，调整螺杆转速为80r/min。实施例2和本对比例所制得的高水分组织化酪蛋白的产品表观见图4、5。

本对比例所制得的组织化酪蛋白检测结果如表5所示：

表5

从表5可以看出，当螺杆转速升高时，组织化度略微降低。从图4和图5对比看出，当螺杆转速升高后，造成速度差过大，挤压产物中央流速显著大于两边，导致其在冷却区冷却不完全，使最终物料成型不均匀，表面出现层流叠加的不光滑状态，物料表面不均匀。

本发明用于实施实施例和对比例的挤压装置：

一种挤压装置，包括机筒内连通的喂料区(1)，用于承接和输送来自喂料机的干料；混合区(2)，用于承接水或交联辅助试剂溶液，并搅拌混合使干物料形成湿料；加热区(3)，用于加热并输送物料。

具体地，喂料区(1)螺杆由两个长螺距传输元件和两个短螺距传输元件组成；混合区(2)螺杆首尾为两个啮合元件(45°排列型啮合块)，中间为两个短螺距传输元件；加热区(3)螺杆由一个长螺距传输元件和两个短螺距传输元件组成。各区段螺杆元件属性如表6所示，三区段螺杆总长为316.04mm，螺杆中心距为12.5mm，公称直径为15.6mm。

表6

螺旋输送元件的端部连接驱动源，驱动源为市售电机，由本领域技术人员根据需要选择和调整。

挤压装置还包括机筒外连通的模口区，用于将加热区(3)的加热态物料由圆柱体形变成扁平状长方体；保温区(7)，通入40～60℃循环水，用于使物料保持一定温度，维持流动状态；冷却区(8)，通入10～30℃循环水，用于使物料冷却定型。

具体地，模口区包括第一模块(4)、第二模块(5)和第三模块(6)，其中第一模块(4)的一端承接双螺杆挤压机加热区(3)挤出的物料，另一端与第二模块(5)外丝双通标准件相连。第三模块(6)的一端连接圆形截面的标准件，另一端等截面变形成长方形，根据产品指标要求，第三模块(6)的另一端的长为37.4mm，宽为3.1mm。

保温区(7)和冷却区(8)均采用一组可拼接的模具单元，保温区(7)和冷却区(8)的两侧均可插入盘管，通过注入循环水进行控温。通入40～60℃循环水即为保温区(7)，通入10～30℃循环水即为冷却区(8)。保温区(7)最前端的一个模具单元与模口区相连，后端与其余模具单元以及冷却区(8)的模具单元相互嵌入组合连接，并用螺丝在各个接口处固定。

每个模具单元的外长为73.8mm，第一段全长与物料接触，后续模具单元嵌入后的有效长度(即实际与物料接触的长度)约为57.1mm。模具单元的物料出口宽度约为37.4mm，高度约为5.1mm。其中，保温区(7)采用一段、两段或三段模具单元拼接，保温区(7)的总长度为73.8mm、130.9mm或188mm，冷却区(8)采用一段或两段模具单元拼接，冷却区(8)的总长度57.1或114.2mm。

显然，上述实施案例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种挤压法制备组织化酪蛋白的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）加入原料：将酪蛋白原料加入双螺杆固体喂料机，进入挤压设备喂料区，喂料速度为0.2 kg/h~0.4 kg/h；

（2）加入酶溶液：使用蠕动泵将一定比例的TG酶溶液泵入挤压设备混合区，控制物料水分含量为60wt％~70wt％；

（3）螺杆元件组合：挤压设备喂料区选用输送元件，混合区选用剪切元件与输送元件间隔安装，加热区选用输送元件；

（4）挤压设备温度设置：设置挤压设备喂料区的温度为20~30℃、混合区的温度为30~40℃、加热区的温度为50℃、保温区的温度为40~60℃、冷却区的温度为10~30℃；调整螺杆转速为30~50rpm；

（5）模具设置：保温区采用三段模具，冷却区采用一段模具，两区共四段；

（6）封装速冻：在挤压设备出口处，将挤出产物切割，封装，冷冻贮藏，得到所述组织化酪蛋白。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酪蛋白原料选自酪蛋白、酪蛋白酸钠和酪蛋白酸钙中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酪蛋白原料和TG酶固体酶制剂的质量比为20~30:1。

4.由权利要求1-3任一项所述的方法所得组织化酪蛋白。

5.权利要求4所述的组织化酪蛋白在食品加工中的应用，所述食品为水产模拟物，所述水产模拟物为模拟鱼肉、模拟虾肉或模拟扇贝肉。