在飼料級黃豆粉脫溶劑暨烘焙的重要加工因素

在黃豆的加工方面，比較受歡迎的方法是溶劑抽油法。在美國，超過90％壓碎的黃豆，是以這種程序來加工的。在控制蛋白質和黃豆粉品質的過程中，最敏感的步驟就是脫溶劑暨烘焙作業。在過去的數十年期間，以加熱法或烘焙法來改進黃豆粉的營養價值，已受到研究，不過有關商業性脫溶劑暨烘焙法的研究，很少有報告出現。

庫魯斯(Kruse-1.2)、卡拉文斯(Cravens)與西普斯(Sipos-3)、西普斯和維特(Witte-4)以及米利根(milligan-5)等人，曾在脫溶劑暨烘焙的設計與操作方面提出報告。蒙登(moulton-6)等人曾報告有關試驗性脫溶劑暨烘焙程序的加工廠的初步研究結果。在脫溶劑暨烘焙加工步驟中，最重要的考慮因素，就是時間、溫度與濕度之間的關係，以及這種關係對蛋白質變性和蛋白質品質的影響。

這項實驗的目的，是要確定控制營養性品質的加工步驟和條件。在應用於黃豆工業中的脫溶劑暨烘焙作業上時，這些條件變成很重要。利用兩個品種的黃豆，進行一系列的四十八次實驗，我們確定了將黃豆粉烘焙至低的尿素酵素活性和胰蛋白抑制作用的水平所需要的條件，其他的品質標準如氮溶解指數，可供應用離氨酸和色澤等，亦受到研究。

這項實驗所需的兩個品種的黃豆，即「愛薩斯」(Essex)和「約克」(York)，是在馬里蘭州種植，並由馬里蘭大學供應。以每小時五十磅的速度進行黃豆的研磨和抽油。黃豆通過直徑6英寸(15.24公分)和相隔空間0.075英斗(0.19公分)的波紋輾壓器而被壓碎後，進雙層篩網振盪器，其中的黃豆殼即被吸氣機吸走和收集起來。較大的黃豆碎粒流過上層篩網〔3／16英寸(0.48公分)多孔狀的圖孔了，再流回到壓碎的部份。下層的篩網是屬於14網目的黑鐵絲網。留在下層篩網上的去殼黃豆(黃豆肉)，進入熱處理輸送帶，在這個地方，間接地利用水蒸汽將黃豆加熱至華氏溫度165度(攝氏73.9度)，經過熱處理的黃豆肉，通過12英寸(30.48公分)直徑滑面輾壓機，壓成約0.01英寸(0.025公分)厚的黃豆片。

黃豆片中的黃豆油，是以商用級六烷(兩份六烷與一份黃豆片重量的比例)來抽取，六烷要預先加熱至華氏表溫度140度(攝氏60度)，抽油是在含有20個抽油階段的對流浸濡式抽油機內進行。抽油的時間為一小時。抽過油的黃豆片是由傾斜輸送帶送到實驗性脫溶劑暨烘焙機內。

實驗性黃豆油加工廠的脫溶劑暨烘焙機，這是一架圓筒形包封的316不鏽鋼容器，具有底層驅動的變速振盪器，內面的尺寸是直徑30英寸(76.2公分)和高20英寸(50.8公分)。位於容器上方(a)、側孔(b)和排出口(c)的附屬門，都是緊密不透水汽的。溶劑的汽體和水汽，是通過裝有排泄孔蝴蝶式閥(e)的5英寸(12.7公分)的管(d)而排出。在關閉時，排泄孔形成一具接近不透汽的容器。振盪器(g)的前緣裝有3.5英寸(8.9公分)高且成60度角度的刀片，其後緣則裝上供蒸汽噴出的有孔管。在周圍和底層的套殼(h)，不是由加工的蒸汽加熱，就是由水加以冷卻。噴出來的蒸汽，不論是在50磅／平方英寸表壓或100磅／平方英寸表壓，都通過位於與振盪器驅動軸的相同軸上的旋轉閥封密器，進入脫溶劑暨烘焙室內。

鐵鍶合金的溫度計，裝在這個單位上，以測量黃豆粉的溫度、水汽的溫度以及套殼的溫度。在烘焙與乾燥期中應用每平方英寸20與40磅表壓(psig)的套殼蒸汽，使溫度作顯著的分佈。乾燥後，利用套殼冷卻水將黃豆粉迅速地冷卻，以阻止黃豆粉受到進一步的加熱處理。

執行多次的初步轉動，以建立起在實驗性脫溶劑暨烘焙機中進行六烷浸潤黃豆片加工所需的條件與限制，即(一)處理六烷與黃豆片的混合物，(二)六烷與黃豆片的水分關係，以及(三)儘量減少黃豆粉的結塊。將抽油後的黃豆片注入脫溶劑暨烘焙機內，至收集到一批70磅(乾量)的原料為止。(排氣風扇與排料管都加以關閉)。然後，輕輕攪拌黃豆片，並抽取一個樣本，以確定六烷的含量。

在烘焙前，加入於去脂黃豆片中的水分量，是決定在黃豆片上由噴出蒸汽凝結的水分含量。由於黃豆片上溶劑的沸點較蒸汽凝結溫度為低。在噴出蒸汽的期間，注入的蒸汽會在黃豆片上凝結，並提供溶劑氣化所需的溫度。過多的蒸汽將會凝結，使水分的含量提高。如注入脫溶劑暨烘焙機(在蒸汽噴佈前)內脫脂黃豆片的六烷含量與在噴佈蒸汽末端來自噴出蒸汽凝結而來的水分含量之間的線型關係。於是，決定將黃豆片上六烷的濃度調整計算的26％或39％(平均值)，以提供在噴佈蒸汽末端黃豆片較廣闊範圍的水分含量。

此外，將用一項程序，以提高水份含量範圍的寬度。先將黃豆片預行冷卻到華氏80度(由於在噴佈蒸汽後的水分含量高)，或預先加熱至華氏135度(由於在噴佈蒸汽後的水分含量低)，然後，開動典型的運轉操作。在每分鐘轉動33次的情形下攪拌注入的黃豆片期間，引進新鮮噴佈用的蒸汽(套殼蒸汽的表壓是每平方英寸20磅)。將排氣口打開，並開動抽氣風扇。在指定的黃豆粉溫度達到212度華氏表溫度的十秒鐘後，停止噴佈的蒸汽，提高攪拌速度至每分鐘60轉，同時，將套殼的溫度調整到預定的水平，以便於烘焙。烘乾的黃豆粉繼續留在這種條件下一段試驗規定的時間，過後，在脫溶劑暨烘焙機套殼內的蒸汽，由冷水來取代。當黃豆粉的溫度降至華氏125度以下時(大約在10分鐘後，將黃豆粉清除，並以類似商業性黃豆粉粗細分類法的過篩分析法，將其體積降低(少過30％是在16網目，少過5％是在100網目)，若清除出來的黃豆粉的水分含量超過12％，應將其風乾至少過12％。

一、噴佈末端的水分－兩種含量，即16.3％與21.5％的平均值(通過先後26％與39％六烷含量而獲得的)。

二、烘乾溫度－套殼蒸汽的兩種表壓，是通過先後控制在表壓每平方英寸20和40磅而獲得的。

三、烘乾時間－三種時間，是通過先後控制20分鐘、35分鐘與50分鐘的完全烘乾時間而獲得的。

四、噴佈蒸汽的壓力－兩個數值，即每平方英寸50磅和100磅。

五、黃豆的品種－兩種蛋白質含量：約克種(York)35.5％蛋白質，愛舍種(Essex)39％蛋白質。

這些因素數值的各種可能的結合，導致一項以任意次序進行四十次的實驗的執行，並採用標準的統計分析法(8)。

採用美國油脂化學師協會的官方與權宜的方法，以測定蛋白質、灰分、粗纖維、尿素分解鋛活性、氮溶解指數與篩分析。可供應用的離氨酸，是以劉(Rao)等人的方法來測定(10)。粗脂肪是以AACC穀物實室方法BC3-49的方法來分析(11)。胰蛋白鋛抑制素的數值，是以漢姆斯特蘭(Hamersfrcind)等人的方法去測定(12)。

去脂的六烷浸潤黃豆片的溶劑濃度，是在空氣周圍的環境下，將乾燥前後的黃豆片稱重至失去氣味時為止，所計算出來的。在噴灑後，抽盡油質的黃豆片的水分含量，是根據72小時AACC烘爐法(11)，以在攝氏105度溫度強力吹風烘爐的重量差異來確定的。在清出後，烘焙過的黃豆粉當時的水分含量，是以「歐耗斯」水分測量計(O’Haus maietuire Tester)來確定的(13)。而在風乾後的同樣的黃豆粉，其水分含量是以「布拉班得」水分測量計(Brabender moisfure Tcsfer)來確定的。

烘焙後黃豆片的顏色數值，是以漢特(Hunter)顏色差異測量計D-25型來測定的。顏色的總差值(△E)，是根據下列的方程式，從「L」的不同值、黃豆的「a」值與烘焙過黃豆片的「b」值來計算的。

「L」是樣本的顏色的淡度，「a」是由紅至綠的數值，「b」是由黃至藍的數值。

在噴灑末端的溫度在短時間內升高超過華氏212度時，是反映出蒸汽的影響，而不是真正的黃豆片溫度。在噴灑後，抽取黃豆片的樣本進行分析，所得的水分含量為21.5％(根據脫溶劑暨烘焙機內黃豆片的六烷含量的39％來計算)。在烘焙乾燥期間，隨著無水乾燥的進行，黃豆片的溫度逐漸升高，並由於通風而加快。在烘焙結束時，最後的水分含量約為14％。然後，迅速將黃豆片冷卻和風乾，至水分含量到達最後的10.7％為止。

附表一所列的，是以一種品種的黃豆(愛舍「Essex」種)，作二十四運轉所得到的詳細加工資料。類似的約克(York)種黃豆的資料，亦以同法獲得，但卻未包括在附表內。使方程式適合於尿素分解鋛活性，胰蛋白鋛抑制素，氮溶解指數和黃豆片顏色的計算與測定。就如在前一節所注意到的，獨立性的變異因素是加入脫溶劑暨烘焙機的原料的六烷含量(以水份含量來反映出來)、蒸汽套殼壓力(以溫度來反映出來)、烘焙時間和蒸汽噴灑壓力。分析變異性因素的結果顯示，噴灑壓力(每平方英尺50與100磅的表壓)不會產生任何的影響，同時，不會和其他因素產生相互的作用。同時，每種黃豆蛋白質含量的作用，不會產生任何反應性的效果。

注入脫溶劑暨烘焙機的去油黃豆片調整後六烷的含量(％)		噴灑條件			烘焙條件					分析
		蒸汽壓力 (每立方英寸磅數)	時間間隔 (分鐘)	在噴灑後水分含量(％)	套殼壓力 (每平方英寸磅數)	蒸汽溫度(華氏)	時間間隔(分鐘)	溫度		尿素分解鋛活性酸鹼度的改變	氮溶解性指數	蛋白質中可供應用的離氨酸(％)	胰蛋白鋛抑制素每克的毫克數	漢特顏色值(△E)
								最低最高 (華氏)
未經處理新鮮黃豆片去脂黃豆片			6 5 2 3 3 2 3 2 3 3 6 3 2 3 3 3 2 6 2 3 6 6 3 4	23.9 21.8 10.8 13.9 20.9 16.8 16.6 17.8 21.6 16.4 21.8 24.3 17.3 17.0 16.6 23.1 17.5 21.8 16.8 15.8 21.7 21.0 15.9 21.6	40 20 40 40 20 20 40 40 40 20 40 40 20 40 20 20 40 20 20 40 40 20 20 20	297 270 300 300 267 268 300 298 300 262 300 298 267 298 267 266 300 263 268 300 298 267 268 268	35 35 35 20 20 20 35 20 35 50 20 50 35 50 20 50 50 50 50 20 50 20 35 35	221 207 198 217 210 212 208 213 212 197 212 212 216 218 216 210 228 213 217 193 214 203 198 217	244 241 248 238 235 239 247 246 247 250 243 252 244 251 246 234 252 243 248 250 253 227 243 245	2.1 2.1 0.03 0.27 0.35 0.20 1.61 1.92 0.36 1.04 0.02 1.36 0.33 0.02 1.24 1.17 1.83 1.05 0.15 0.11 0.45 1.18 0.05 1.97 1.69 0.21	88 61 24 16 19 33 40 45 19 27 17 22 35 18 26 11 37 22 11 22 18 30 15 45 29 22	─ ─ ─ 6.2 6.2 ─ ─ 6.2 ─ 6.2 6.2 6.1 ─ 6.1 6.2 6.2 6.2 6.2 6.1 6.2 6.0 6.2 ─ ─	42 23 3.3 2.6 3.7 4.3 5.2 8.5 4.1 6.1 2.8 6.1 5.7 2.7 4.8 2.7 8.2 4.6 2.9 3.4 3.7 7.7 1.6 8.3 7.5 3.6	11.5 13.1 12.3 10.7 11.4 8.7 12.3 10.2 15.8 11.2 10.5 14.8 12.3 16.3 9.9 13.6 16.6 12.7 14.4 11.2 18.1 10.1 10.6 14.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24	41 38 27 37 38 27 25 26 39 27 39 38 28 26 27 38 25 40 25 26 40 38 25 39	50 50 100 100 100 100 50 100 100 50 50 100 100 50 50 100 100 50 100 50 50 50 50 100

利用前述獨立性的變異因素與每種愛舍(Essex)與約克(York)黃豆的變異因素，對顯著效果的反應資料進行一項統計的分析。附表二所示，是包括根據資料的變異因素的分析所得到的顯著的主要效果與相互作用。所有上述的變異因素對尿素分解鋛活性與胰蛋白鋛抑制素都有直接的影響。氮溶解指數只受到套殼壓力和烘焙時間的影響。而漢特顏色值卻受到黃豆品種以外所有變異因素的影響。附表中並列出尿素分解鋛活性胰蛋白鋛抑制素顯著的彼此間兩方面的相互作用。而三方面的相互作用，發現於氮溶解指數與漢特顏色值。與尿素分解鋛活性和氮溶解指數值所產生的黃豆品種反應，導致顯著的變異。

原來生黃豆的胰蛋白鋛抑制素值，愛舍的是每克含42毫克，約克的每克含30毫克。由此可看出來的，就是最初的胰蛋白鋛抑制素的差異或比例影響到實驗的結果，這一點也許可以由烘焙結束時殘留胰蛋白鋛抑制素的反應中反映出來。

未經處理新鮮黃豆片與在烘焙前去酯黃豆片的可比較性資料顯示，在黃豆製備與溶劑抽油期間，氮溶解度指數(88→61)和胰蛋白鋛抑制素(42→23)都有下降。在製片前，由於在黃豆肉去殼中採用一些活性黃豆，作為調理原料的關係，有十分可能的，這就是產生某些變性的根源。

一般人都相信，有需要提供足夠的熱處理，使黃豆中的尿素分解鋛不活化。混合飼料製造商通常認為，以卡斯基納伯方法(Caskey Knapp method)測定的尿素分解鋛的活性，若增加量少過0.1的酸鹼度，是適合用於牽涉到尿素的飼料配方的。新鮮黃豆的原有尿素分解鋛活性，愛舍種的2.1，約克種的是2.0。

受到六烷含量，套殼蒸汽壓與時間(愛舍種黃豆)影響的預測尿素分解鋛活性的反應等值線。固定反應的等值實線，是用於26％低含量六烷的(16.3％平均當量)，等值虛線是用於39％高含量的六烷(21.5％水分，平均當量)。觀察到和預測到的尿素分解鋛活性間的複合相互關係「R」，是等於0.93。根據這些曲線，時間、溫度和水分似乎全部都對尿素分解鋛活性減少至低水平產生直接的影響。任何人都可通過所示各種獨立性變異因素的任何結合，使到尿素分解鋛的減少適當化。

有關天然蛋白鋛抑制素在人與動物的生理與病理反應上所扮演的角色，已經受到檢討(15、16)。愛舍種黃豆的胰蛋白鋛抑制素的資料，列於附表一。

經過觀察所得的胰蛋白鋛抑制素的資料，經過分析。這與尿素分解鋛活性的曲線有些相似，並反映出相同的時間、溫度和水分的獨立性。觀察到和預測的胰蛋白鋛抑制素的複合相互關係為0.89。

使胰蛋白鋛抑制素不活化最有效的條件，是在脫溶劑暨烘焙機中高度的套殼蒸汽壓與時間下。再說，在較高的六烷含量料(虛線)，額外的水分會在不活化的速度上產生顯著的改進。這個每克含2至4毫克這個範圍的低水平殘留含量的胰蛋白鋛抑制素，會在高水平的溫度、時間與水分的情況下達到。在一般上，由於商業性烘焙規格都規定，尿素分解鋛活性必須降低到0.1酸鹼度的單位改變或更低，在固定的0.1尿素分解鋛活性必須降低到0.1酸鹼度的單位改變或更低，在固定的0.1尿素分解鋛活性的等值線，是直接盡在胰蛋白鋛抑制素的曲線上，以表明在可比較性的處理條件。到底胰蛋白鋛抑制素可達到什麼水平。曲線一所示，是在26％的六烷含量下的0.1尿素分解鋛活性等值線。曲線二所示的，是在39％六烷含量下的情況。當在兩者之一的最初六烷濃度下獲得的0.10尿素分解鋛活性水平時，胰蛋白鋛抑制素你乎就會降低到每克的2至5毫克範圍內。

烘焙黃豆門的氮溶解度指數，是一種與烘焙的程度和營養的品質有關的重要指標。在一般上，氮溶解度指數的15至20的數值，是和黃豆烘焙到0.05至0.15的低尿素分解鋛活性相配的。至於氮溶解度指數在10度以下時，一般上是表示過度的烘焙(Hayward，17)。受套殼蒸汽壓與烘焙時影響的氮溶解度指數(愛舍種黃豆)，其複合相互的關係「R」是等於0.93。當烘焙的條件適合形成低尿素分解鋛與胰蛋白鋛抑制素的數值時，一個由15至20的氮溶解度指數值範圍就可得到，這是用26％六烷和用39％六烷經過三十五分鐘烘焙後所獲得的結果。

在烘焙期間，以「△E」顏色值來表示的黃豆片變深色的程度，就如尿素分解鋛、胰蛋白鋛抑制素和氮溶解度指數一樣，是和脫溶劑暨烘焙加工條件有相互的關係。受六烷含量、套殼蒸汽壓和烘焙時間影響的愛舍黃豆在10至16度範圍的「△E」數值變異，「R」的值是等於0.88。烘焙的時間似乎對黃豆片的轉深色具有最顯著的影響。而高含量的六烷，會產生一種略為深色的產品。當黃豆片的顏色數值和殘留性胰蛋白鋛抑制素值一齊作成線圖時，可以得到一種相當好的線型相互關係。這一點可能說明，胰蛋白鋛抑制素和黃豆片顏色值同樣的會對烘焙時產生同等的反應。

可供應用離氨酸分析的範圍(6.0至6.2)，如附表一所示，說明新鮮黃豆的原有數值(6.1)相對少或不會受到破壞。同時，由於在這項實驗中所用的加工條件的關係，很少會有變異。

殘留性酵素、蛋白鋛抑制素、蛋白質溶解度和黃豆片顏色等，是反映在烘焙期間和烘焙後黃豆品質的指數。本論文已將這項實驗性的工廠研究試驗結果提出來，其中的獨立性變異因素如水分、溫度和時間都被發現到，是烘焙加工程序的重要因素。這種資料在通過較好加工控制，以訂立黃豆粉品質新規格方面，將會有很大的用處。此外，這亦使到我們有辦法，在模擬的工業條件下，製造實驗性加工廠的黃豆粉量，供作營養研究的用途。

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獨立性的變異因素		反應資料
		尿素分解鋛酸鹼度的改變	胰蛋白鋛抑制素(毫克／克)	氮溶解度指數(％)	漢特顏色值 (△E)
六烷含量 (烘焙)套殼蒸汽壓 (每平方英寸磅數) 烘焙時間 (分鐘) 黃豆品種	26％ 38％ 20psig 40psig 20min 35min 50min Essex York	0.81^a 0.32 0.82^a 0.32 0.97^a 0.36 0.37 0.73^a 0.40 BD	4.52^a 3.36 4.35^a 3.53 5.42^a 3.38 3.02 4.75^a 3.12 相互作用 BD	平均影響值
				24.5 24.5 27.5^a 21.4 35.1^a 21.4 16.9 25.1 23.8 ACD	11.9^a 13.5 12.2^a 13.2 10.4^a 12.8 14.8 12.8 12.6 BCD