全 文 ：响应面优化含紫苏油粕高水分挤压蛋白工艺研究
田海娟1，2，朱珠2，*，张传智2，王成震1
（1.吉林工商学院食品工程学院，吉林长春 130062；2.吉林工商学院粮油食品深加工吉林省高校重点
实验室，吉林长春 130062）
摘 要：以紫苏油粕和大豆蛋白为原料，并加入谷朊粉，采用双螺杆挤压技术，通过单因素试验和中心旋转组合试验
确定高水分挤压组织化的植物蛋白产品最优工艺。结果表明，紫苏油粕加入量对高水分挤压蛋白质构与感官品质影
响较大，含紫苏油粕高水分挤压组织蛋白产品最佳工艺条件：紫苏油粕 10 %、物料水分含量 50 %、挤压温度 130℃。
关键词：紫苏油粕；高水分；挤压；谷朊粉
Optimization of High Moisture Organized Technology of Perilla Oil Meal Protein Product by
Design-Expert Design
TIAN Hai-juan1，2，ZHU zhu2，*，ZHANG Chuan-zhi2，WANG Cheng-zhen1
（1. Branch of Food Engineering，Jilin Business and Technology College，Changchun 130062，Jilin，China；
2. Jilin Province Key Laboratory of Grain and Oil Processing，Jilin Business and Technology College，
Changchun 130062，Jilin，China）
Abstract：Perilla oil meal and soy protein as a raw material， added wheat gluten， used the high moisture twin-
screw extrusion technology， and through the single factor experiment and central composite rotary design to
determine the optimal process of Perilla oil meal protein products. The results showed that Perilla oil meal
addition was the biggest effected on quality of protein products， followed by extruding temperature and material
moisture content. The optimal process parameters were Perilla oil meal addition 10 %， moisture content 50 %，
extrusion temperature 130℃.
Key words：Perilla oil meal； high moisture； extrusion； wheat gluten
食品研究与开发
Food Research And Development
2015年 12月
第 36卷第 23期
DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.23.020
基金项目：吉林省科技厅科技支撑计划重大科技攻关专项科研项
目（20130204044NY）
作者简介：田海娟（1980—），女（汉），讲师，硕士，研究方向：农产品
加工、食品新资源利用等。
* 通信作者：朱珠（1960—），女（汉），教授，研究方向：粮油食品深
加工。
紫苏（别名：回回苏、红苏、红紫苏、赤苏、香苏
等），为唇形科野芝麻亚科塔花族一年生直立草本植
物[1]。紫苏在我国有两千多年的栽培历史，资源丰富；
一部分用作药材，其余大部分取籽粒榨油用于工业或
做食用油。紫苏籽中含多种营养成分，朱国君[2]报道紫
苏籽总蛋白质含量在 20 %～23 %之间，脱脂后紫苏籽
饼粕蛋白质含量更高，其中所含 18种氨基酸，组成比
较全面。紫苏籽粕目前主要用作动物饲料蛋白添加
物，其综合利用率较低。本试验研究利用紫苏粕，同时
添加谷朊粉和大豆蛋白，采用双螺杆挤压机对组织蛋
白进行高水分挤压，利用中心旋转组合试验研究原料
配比与挤压工艺对产品品质的影响，为提高紫苏油粕
综合利用率和改善挤压产品的口感提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料
紫苏油粕：粮油食品深加工吉林省高校重点实验
室自制；小麦活性谷朊粉：扶风县谷物蛋白厂；HGK-
A80型大豆分离蛋白粉：哈高科大豆食品有限公司。
1.2 设备
SQW-601超微粉碎机：山东三清不锈钢设备有限
公司；EV25型双螺杆挤压机：法国克莱斯特罗 CLEX－
TRAL；400多功能真空包装机：中国南通濠河包装机
械有限公司；电子称；TA-XT2i型质构仪：美国 Brook－
工艺技术
77
field。
1.3 方法
1.3.1 成分测定
水分测定依据 GB/T21305-2007《谷物及谷物制品
水分的测定常规法》进行，蛋白质测定依据 GB5009.5-
2010《食品中蛋白质的测定》方法，脂肪测定按照
GB5009.6-2003《食品中脂肪的测定》方法，粗纤维测
定依据 GB/T5009.10-2003《植物类食品中粗纤维的测
定》进行。
1.3.2 氮溶解指数
以氮溶解指数表征蛋白质的溶解性。准确称取
1.0 g紫苏油粕，加入 50 mL蒸馏水，0.1 mol/L NaOH
溶液调节 pH至 8.0，室温下磁力搅拌，搅拌时间为 1 h，
5 000 r/min室温下离心 10 min，离心后收集上清液，用
凯氏定氮法对上清液中样品及未处理样品中的含氮
量进行测定[3]。氮溶解指数计算公式：氮溶解指数（NSI）/%=
上清液含氮量/样品总含氮量×100。
1.3.3 工艺流程
紫苏油粕→超微粉碎→挤压原料调配（添加谷朊
粉、大豆蛋白粉）→调整水分→挤压→质构检测→品
质检测
1.3.4 单因素试验设计
经过前期多次试验和比较，试验选取 3个主要影
响因素作为研究对象，分别为紫苏油粕添加量、物料
水分含量、挤压温度，进行单因素试验；混合原料中加
入 35 %的谷朊粉，能显著提高挤压组织化产品的组织
化和纤维化程度，因此试验混合原料中谷朊粉量不
变，改变紫苏油粕添加量，相应调整大豆蛋白粉的添
加量。
挤压温度 130 ℃，紫苏油粕添加量为 15 %，物料
水分含量分别调整为 40 %、45 %、50 %、55 %、60 %进
行单因素试验；物料水分含量为 50 %，挤压温度为
130℃，试验设计中紫苏油粕量增加，大豆分离蛋白粉
加入量相应减少，分别按 5 %、10 %、15 %、20 %、25 %
加入紫苏油粕；样品水分含量为 50 %，紫苏添加量为
15 %，挤压温度分别为 120、125、130、135、140 ℃进行
单因素试验。
1.3.5 挤压产品质构测定
测定时预先将样品切成长度为 2 cm的正方形，每
个样品测定 3次，取其平均值。质构仪操作参数：探头
P/35，测试前速度 2.0 mm/s，测试速度 1.0 mm/s，测试后
速度 2.0 mm/s，下压程度 50 %，间隔时间 5 s，往复运动
两次。
通常用横切力的大小来表征剪切强度的大小，用
横切所做的功与纵切所做的功的比值来衡量组织化
程度的大小，即组织化度；组织化度＝纵切所做的功/横
切所做的功[4]。
1.3.6 挤压产品感官评价
含紫苏籽粕高水分挤压样品的感官品质用打分
法，请实验室具有感官鉴评经验的 10名专业研究人员
对高水分挤压产品的各项感官指标打分，对样品感官
分数进行统计，取其平均值，评分标准见表 1。
2 结果与讨论
2.1 原料理化特性分析
低温脱脂紫苏油粕粉理化特性见表 2。
2.2 单因素试验结果与分析
2.2.1 紫苏油粕添加量对紫苏油粕高水分挤压组织化
品质的影响
根据 1.3.4中单因素试验设计，试验研究紫苏油
粕添加量对高水分挤压组织化样品的影响见图 1。
紫苏油粕含量会直接影响到产品的风味，添加过
多导致风味不佳，添加过少紫苏油粕的利用率降低。
由图 1可知，随着紫苏油粕的添加量的增加，挤压产品
的感官品质与组织化度变化趋势一致，即先升高后下
降，组织化度在紫苏油粕添加量为 15 %时，达到最高
表 1 感官评分表[3]
Table 1 Sensory evaluation standard
指标 满分 0-5 5-10 10-15 15-20
色泽 10 呈褐色、发黑、
亮度差
呈褐色、
亮度差
深棕色、亮
度一般
浅棕色、
有光泽
表观
状态
10 表面粗糙、膨
胀、严重变形
表面粗
糙、膨胀
有变形
一般 表面光滑、
细密
组织化
程度
20 成碎片状、基本
无纤维结构
一般 呈密实的片
状、有较明
显的纤维结
构、但质地
不均匀
结构紧密、有
明显的纤维结
构、有明显的层
次、质地均匀
口感和
风味
10 太硬或太软、口
感润滑度差、弹
性不足，发黏
稍硬、润
滑度差、
发黏
较爽口、弹
性不足、稍
黏牙
口感润滑、富
有弹性、不黏牙
检测项目 检测结果 检测项目 检测结果
感官 褐色，有紫苏特有香气 水分/% 8.26
粒度 过 200目筛 灰分/% 12.85
粗蛋白/% 33.15 NSI指数 40.32
粗脂肪/% 7.11 吸油性 1.03
粗纤维/% 38.63 持水性 0.89
表 2 低温脱脂紫苏油粕粉理化特性
Table 2 Physi-chemical properties of the low-temperature
defatted Perilla meal protein flour
田海娟，等：响应面优化含紫苏油粕高水分挤压蛋白工艺研究 工艺技术
78
表 3 中心旋转组合设计因素与水平表
Table 3 Factors and levels in central composite rotary design
X1紫苏油粕添加量/% X2挤压温度/℃ X3水分含量/%
-1 10 120 50
0 15 130 55
1 25 140 60
值 1.19，当紫苏油粕添加量大于 15 %，组织化度显著
降低，这是由于紫苏油粕中粗纤维含量相对较高，当
添加量过多时，在一定的挤压条件下影响产品的组织
化度，添加量过多，产品因紫苏油粕的香气过于浓郁
而导致感官品质下降。
2.2.2 物料水分含量对紫苏油粕高水分挤压组织化品
质的影响
根据 1.3.4中单因素试验设计，研究不同的物料
水分含量对含紫苏油粕高水分挤压组织化品质的影
响，结果见图 2。
水分含量对植物蛋白挤压组织化过程产生显著
地影响，水分含量的多少影响到挤压组织化原料中蛋
白质与水接触产生交联的程度，进而影响挤压产品的
组织化程度和感官品质。由图 2可知，产品的感官品
质与组织化程度变化一致，物料含水量在 40 %~55 %
区间时，组织化度与感官品质随着水分含量的增加而
升高，物料含水量为 55 %，达到一个峰值后，随着物料
含水量进一步提高其组织化度与感官品质呈下降趋
势。这是由于挤压温度不变的情况下，随着物料含水
量的增加，物料在挤压腔体中变稀，所受的压力降低
显著，其组织化程度降低，对感官品质影响也较大。
2.2.3 挤压温度对含紫苏油粕高水分挤压组织化品质
的影响
温度对挤压产品的质构有较显著影响，根据 1.3.4
中单因素试验设计，研究不同的挤压温度对含紫苏油
粕高水分挤压组织化的影响，结果见图 3。
由图 3可知，温度在 120 ℃～130 ℃区间，产品的
组织化程度与感官品质提高，当温度超过 130℃，原料
的组织化程度降低显著，其膨化特征表现更为明显；
结合挤压设备的生产实际，挤压温度调节范围在 5℃
内，调控性不强，因此选择挤压温度为 120、130、140℃
作为响应面优化试验的 3个水平。
2.3 中心旋转组合试验设计与结果分析
2.3.1 响应面分析
根据以上单因素的结果与分析，试验以紫苏油粕
添加量、挤压温度及物料水分含量为自变量（Xi），以感
官品质为响应值，通过 Design Expert 8.0.7.1软件采用
中心旋转组合试验设计，共 17组试验。每组试验重复
3次，试验设计见表 3，结果见表 4。
60
50
40
30
20
10
0
感
官
评
分
5 10 35
紫苏油粕添加量/%
15 25
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
组
织
化
度
组织化度
感官评分
图 1 紫苏油粕添加量对产品感官品质与组织化度的影响
Fig.1 The effect of Perilla oil meal amount on product quality and
texturized degree
60
50
40
30
20
10
0
感
官
评
分
40 45 60
物料水分含量/%
50 55
1.25
1.20
1.15
1.10
1.05
1.00
0.95
0.90
组
织
化
度
组织化度
感官评分
图 2 物料含水量对产品感官品质与组织化度的影响
Fig.2 The influence of material moisture content product quality
and texturized degree
60
50
40
30
20
10
0
感
官
评
分
120 125 140
挤压温度/℃
130 135
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
组
织
化
度
组织化度
感官评分
图 3 挤压温度对产品感官品质与组织化度的影响
Fig.3 The effect of extrusion temperature on product quality and
texturized degree
试验号 X1 X2 X3 感官评分
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
0
-1
1
-1
-1
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
-1
0
1
0
0
0
1
1
-1
0
0
0
1
48
50
32
31
34
32
49
26
49
36
表 4 中心旋转组合试验设计与结果
Table 4 Central composite rotary design and corresponding
experimental results
田海娟，等：响应面优化含紫苏油粕高水分挤压蛋白工艺研究工艺技术
79
试验号 X1 X2 X3 感官评分
11
12
13
14
15
16
17
1
0
0
-1
1
0
0
1
1
-1
-1
0
0
-1
0
-1
1
0
-1
0
-1
29
34
33
29
29
48
31
续表 4 中心旋转组合试验设计与结果
Continue table 4 Central composite rotary design and
corresponding experimental results
试验设计各因素交互作用对含紫苏油粕高水分
挤压组织化品质影响结果见图 4、图 5、图 6。
用 Design Expert 8.0.7.1统计软件进行回归拟合，
得到含紫苏油粕高水分挤压组织化产品的感官评价
（Y） 的回归方程：Y =48.90 -1.75X1 +0.37X2 +0.12X3 +
0.50X1X2 + 1.75X2X3 - 11.52X12 - 7.77X22 - 5.78 X32，R2 =
0.9887。
2.3.2 模拟方差分析
对中心旋转组合试验进行二次多元回归拟合，回
归方程模型的方差分析见表 5。
由表 5可知，模型 P<0.01，表明该模型具有极显
著性，模型失拟项 P=0.086 1>0.05，模型失拟项不显
著，说明拟合模型较合适。模型项 X1、X12、X22、X32都达
到极显著水平，其中紫苏油粕添加量对产品的感官品
质影响极显著（P<0.01）。相关系数 R2=0.988 7>0.85，模
型调整确定系数 R2adj=0.974 1[5]，感官评价实际与预测
值之间有较好的拟合度，因此该模型可用于紫苏油粕
高水分挤压组织蛋白产品感官评价值的实际情况，对
产品的品质的影响顺序：紫苏油粕添加量>挤压温度>
物料水分含量。同时，水分含量与挤压温度对产品的
感官品质影响显著（P<0.05），其他交互因素的影响不
显著。
2.3.3 模型验证及最佳工艺条件的确定
由二次多项式回归方程可知，在紫苏油粕添加量
1.00
0.50
0.00
-0.50
-1.00
25
30
35
40
45
50
感
官
评
分
-1.00
-0.50
0.00
0.50
1.00
B：挤压温度/℃C：水分添加量/%
1.00
0.50
0.00
-0.50
-1.00
25
30
35
40
45
50
感
官
评
分
-1.00
-0.50
0.00
0.50
1.00
A：紫苏油粕添加量/%C：水分添加量/%
1.00
0.50
0.00
-0.50
-1.00
25
30
35
40
45
50
感
官
评
分
-1.00
-0.50
0.00
0.50
1.00
A：紫苏油粕添加量/%B：挤压温度/℃
图 4 紫苏油粕添加量和挤压温度对挤压产品品质的影响
Fig.4 The influence of Perilla oil meal amount and extrusion
temperature on extrusion product quality
图 5 紫苏油粕添加量与物料水分含量对挤压产品品质的影响
Fig.5 The influence of Perilla oil meal amount and material
moisture content on extrusion product quality
图 6 挤压温度与物料水分含量对挤压产品品质的影响
Fig.6 The influence of extrusion and temperature material
moisture content extrusion product quality
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性
模型
A
B
C
AB
AC
BC
A2
B2
C2
残差
失拟误差
纯误差
总离差
1 093.45
24.50
1.13
0.13
1.00
0.00
12.25
559.27
254.53
140.42
12.55
9.75
2.80
1 242.00
9
1
1
1
1
1
1
1
1
1
7
3
4
16
121.49
24.50
1.13
0.13
1.00
0.00
12.25
559.27
254.53
140.42
1.79
3.25
0.70
67.77
13.67
0.63
0.07
0.56
0.00
6.83
311.94
141.97
78.32
4.64
<0.000 1
0.007 7
0.454 3
0.799 3
0.479 5
1.000 0
0.034 7
<0.000 1
<0.000 1
<0.000 1
0.086 1
**
**
*
**
**
**
不显著
表 5 中心旋转组合试验结果方差分析表
Table 5 Variance analysis of the established regression model
注：**表示影响极显著（P＜0.01）；*表示影响显著（0.01＜P＜0.05）。
（下转第 102页）
田海娟，等：响应面优化含紫苏油粕高水分挤压蛋白工艺研究 工艺技术
80
为 9.66 %、挤压温度 130.42 ℃、物料水分含量为
50.39 %的条件下，感官评分达到 48.9539分。根据挤
压生产实际，在紫苏油粕添加量为 10 %、挤压温度
130℃、物料水分含量为 50 %的条件下进行验证试验，
得到感官评分为 49.5分，实际值与预测值之间具有
较好的拟合度，说明该拟合模型合理，具有一定应用
价值。
3 结论
试验通过 Design Expert 8.0.7.1 设计响应面法优
化了含紫苏油粕高水分挤压组织蛋白工艺，得出含紫
苏油粕高水分挤压组织蛋白产品工艺的最佳参数：紫
苏油粕添加量为 10 %、挤压温度 130 ℃、物料水分含
量为 50 %。本试验为进一步研究紫苏油粕高水分挤压
组织蛋白工艺条件，改善其品质，丰富植物组织化产
品提供一定的依据，具有一定的应用价值。
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收稿日期：2015-08-31
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收稿日期：2015-10-15
（上接第 80页）
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弓玉红，等：纳豆制备及冷冻干燥保护剂的筛选和优化研究 工艺技术
102