不同加工条件对全豆豆腐凝胶强度的影响

刘昱彤，钱 和

(江南大学食品学院，江苏无锡214122)

我国是大豆制品的发源地，豆腐作为我国的一种传统食品，已有两千多年的历史。目前大豆加工存在着一定程度的浪费，比如大豆加工分离蛋白产生30%～35%的豆渣，加工豆腐、豆浆产生50%的豆渣［1］。豆渣具有高纤维、高蛋白、低脂肪、低还原糖、高钾低钠、钙镁含量较高的营养特点［2］，营养价值较高，随着豆渣的排放不仅降低了豆腐营养造成资源浪费，还对环境造成了污染。因此生产豆腐中若不把豆渣去除而是完整保留在豆腐中，不仅可以提高豆腐出品率和营养价值，还可以实现企业清洁化生产。全豆豆腐是以整粒大豆为原料，加工中无任何废料产生的营养型豆腐，由于全豆豆腐中大豆多糖和纤维素的存在，阻碍了蛋白质有序结构的形成，从而弱化了豆腐凝胶强度［3］，使得全豆豆腐生产加工中常出现产品易碎的问题，因此提高豆腐凝胶强度是全豆豆腐加工技术的关键。本实验针对此问题，研究了不同加工条件对全豆豆腐凝胶强度的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

市售东北大豆;葡萄糖酸内酯(GDL)食品级;谷氨酰胺转氨酶 江苏锐阳生物科技有限公司，酶活100U/g;氯化钠 分析纯。

组织捣浆机 江苏金坛市华欧实验仪器有限公司;智能恒温磁力搅拌器 予华仪器有限公司;质构仪 美国SMS公司;高压均质机 美国APV公司;恒温水浴锅 江苏金坛市荣华仪器制造有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 全豆豆腐制作工艺流程 大豆→清洗→浸泡→热烫→磨浆→高压均质→全豆豆浆→煮浆→冷却→凝固剂→保温凝固→冷却成品

1.2.2 操作要点 大豆清洗浸泡8～10h后，对其进行热烫5～20min，然后按1∶8的比例进行磨浆，将磨好的豆浆经30MPa高压均质两次，得全豆豆浆，接着进行煮浆工序，将豆浆加热至指定温度并保温一定时间，冷却后添加混合凝固剂(内酯、酶和NaCl)，保温凝固，成品。

1.2.3 不同煮浆参数对全豆豆腐凝胶强度的影响 将400mL全豆豆浆置于水浴锅中边搅拌边加热至指定温度并保温，待不同加热条件下处理的豆浆冷却后，保持凝固条件一致制成全豆豆腐，以豆腐最大破裂应力即凝胶强度作为评价指标，重复三次求平均值，获得最佳煮浆参数。

1.2.4 不同凝固条件对全豆豆腐凝胶强度的影响及凝固工艺最优参数的确定 在单因素实验中，依次改变酶添加量、凝固温度、凝固时间和氯化钠添加量，以豆腐最大破裂应力作为评价指标进行研究和分析。为获得最佳工艺条件，本实验在单因素实验结果基础上，对酶添加量、凝固温度、凝固时间和氯化钠添加量四个因素再进行四因素三水平的正交实验，以豆腐凝胶强度作为指标，确定最佳工艺参数。实验设计中的水平和因素见表1。

表1 正交实验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

1.2.5 全豆豆腐凝胶强度测定方法［4］将装有全豆豆腐的小烧杯放在载物平台上，将探头对准样品中心位置，测定全豆豆腐的最大破裂应力。测定参数为:探头型号 P/0.5，测定速度 1mm/s，最大位移15mm。

1.2.6 全豆豆腐全质构(TPA)测定方法［5］将豆腐切成边长为2cm的正方体，然后将豆腐放在载物平台上，将探头对准样品中心位置。测定参数为:探头型号P/35，测试速率100mm/s，触发力5g，压缩形变率75%。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果与分析

2.1.1 不同煮浆参数对全豆豆腐凝胶强度的影响 针对本豆浆体系探讨了最佳的煮浆参数。将豆浆分别加热至90和95℃并保温不同时间，对经过不同热处理的豆浆所制得的豆腐凝胶强度进行了对比。不同煮浆参数对全豆豆腐凝胶强度影响结果见图1。从图1中可以看出，将豆浆加热至不同温度，随着保温时间的延长，全豆豆腐凝胶强度都是呈现先增加后降低的趋势，当全豆豆浆加热至90℃并保温10min时，制成的全豆豆腐凝胶破裂应力最大。

图1 不同加热条件对豆腐凝胶强度的影响Fig.1 Influence of different heating conditions on tofu gel strength

分析本实验结果之所以呈现这样的变化趋势，和蛋白质热变性程度有着密切的关系。蛋白质发生一定程度的热变性是制作豆腐的必要条件，热变性程度直接影响着后续豆腐凝固过程中蛋白质之间相互作用的主要微观作用力——疏水相互作用和二硫键，从而最终影响豆腐凝胶强度［6-7］。李里特等［8］对传统豆浆不同加热条件下，豆浆中蛋白质表面疏水性和巯基含量进行了研究，得出豆浆蛋白表面疏水性的增加和巯基含量的增多可以增加豆腐凝胶强度。因此加热过程中，蛋白质表面疏水性和巯基含量变化是影响本实验结果的关键因素。

2.1.2 酶添加量对全豆豆腐凝胶强度的影响 豆腐凝固过程中控制体系温度50℃、凝固时间1h、氯化钠添加量0.05%，设置不同的酶添加量。谷氨酰胺转氨酶由于可以催化大豆蛋白的谷氨酰胺残基上的γ-谷氨酰基和赖氨酸残基上的ε-氨基相连接，使其形成 ε-(γ-谷氨酰基)赖氨酸共价键［9-10］，常用来改善食品的质构［11］。酶添加量对豆腐凝胶强度的影响结果见图2。从图2可以看出，随着TG酶添加量的增加，豆腐破裂应力显著增加，但当TG酶添加量为1U/mL豆浆的时候豆腐破裂应力变化已不明显了，在添加量为1.2U/mL豆浆的时候出现最大值，继续添加豆腐凝胶强度略有降低。这和徐幸莲等［12］研究转谷氨酰胺转氨酶对蛋白质凝胶性能的影响中，得到的结果一致，推测是由于维系蛋白质凝胶网络的稳定所需的共价键数目具有一定饱和性，过度的酶解交联反而不利于凝胶的空间网络。

图2 酶添加量对豆腐凝胶强度的影响Fig.2 Influence of enzyme concentration on tofu gel strength

2.1.3 凝固时间对全豆豆腐凝胶强度的影响 豆腐凝固过程中控制体系温度50℃、酶添加量1U/mL豆浆、氯化钠添加量0.05%，设置不同的凝固时间。研究凝固时间对豆腐凝胶强度的影响，结果如图3所示。从图3可知，在初始阶段随着凝固时间的延长豆腐破裂应力显著增加，但是当保温时间超过1.5h后作用已不明显。分析原因可能1.5h后，体系中谷氨酰胺转氨酶丧失了大部分酶活，因此再延长酶解时间只能使豆腐凝胶强度小幅增加。

2.1.4 凝固温度对全豆豆腐凝胶强度的影响 豆腐凝固过程中控制体系凝固时间1h、酶添加量1U/mL豆浆、氯化钠添加量0.05%，设置不同的凝固温度。凝固温度对豆腐凝胶强度的影响结果见图4。如图4所示，40℃的时候由于酶解速度缓慢导致最终豆腐破裂应力偏低，从60℃开始，体系中的谷氨酰胺转氨酶可能在保温的后期阶段开始丧失部分酶活，因此破裂应力呈现下降的趋势。

图3 凝固时间对豆腐凝胶强度的影响Fig.3 Influence of gelation time on tofu gel strength

图4 凝固温度对豆腐凝胶强度的影响Fig.4 Influence of gelation temperature on tofu gel strength

2.1.5 氯化钠添加量对全豆豆腐凝胶强度的影响 豆腐凝固过程中控制体系温度50℃、凝固时间1h、酶添加量1U/mL豆浆，设置不同的氯化钠添加量。氯化钠添加量对豆腐凝胶强度的影响结果见图5。由图5可知，体系离子强度增加可以增加豆腐的凝胶强度，当NaCl添加量为0.1%的时候达到最大。添加NaCl主要是增加体系离子强度，低浓度中性盐条件下，无机盐离子会在蛋白质表面上吸附，从而增加蛋白质的亲水性，改善与水膜的结合，增加蛋白质分子与溶剂分子相互作用力，影响体系中氢键、疏水键和静电相互作用，使分子间的网络得到加强，从而提高凝胶强度。但随着离子强度的进一步增加，由于盐离子与蛋白质争夺水分，破坏蛋白质表面的水膜，使蛋白质沉淀，凝胶强度降低［13］。

图5 氯化钠添加量对豆腐凝胶强度的影响Fig.5 Influence of sodium chloride concentration on tofu gel strength

2.2 正交实验

2.2.1 正交实验结果 在单因素基础上，对酶添加量、凝固温度、凝固时间、NaCl添加量四个因素，每个因素选三个水平，实验方案及结果见表2。

从表2的极差分析可知，酶添加量A的极差为16.980，温度 B的极差为34.874，时间 C的极差为32.434，NaCl添加量D的极差为6.136，所以四种因素对豆腐凝胶强度影响主次关系为:B＞C＞A＞D。

表2 正交实验方案及结果分析Table 2 Results of orthogonal experiment

2.2.2 方差分析 对正交实验测试指标进行方差分析，结果见表3。

表3 方差分析Table 3 Variance analysis

由表3可以看出，对于凝胶强度这一指标而言，因为 FA＞F0.01(2，8)，FB＞F0.01(2，8)，FC＞F0.01(2，8)，所以因素A、B和C都具有高度显著性。因此，酶添加量、温度和时间都是主要的影响因素，这个分析结果和极差分析结果一致。本实验中各个因素的主次关系依次是:温度＞时间＞酶添加量＞NaCl添加量，其中NaCl添加量不是重点考虑因素。通过极差分析和方差分析，确定最佳的因素水平组合A2B2C3D3。即酶添加量1.2U/mL豆浆、NaCl添加量0.125%、温度50℃和凝固时间2h。经过三次重复验证实验表明，此工艺条件确实为最佳，豆腐平均破裂应力为219.964g。

2.3 全豆豆腐全质构测定

使用质构仪对最优凝固条件下制得的全豆豆腐进行了全质构测定，可得到豆腐的硬度、弹性、脆度、粘结性和黏性等一系列质构参数，并将其与市售老豆腐和内酯豆腐进行了对比。

图6是全豆豆腐与市售老豆腐及内酯豆腐全质构测定比较图，从图中可以看出按照此工艺制得的全豆豆腐质构特性介于老豆腐与内酯豆腐之间，一方面，全豆豆腐整个受力图形与市售内酯豆腐几乎一样，由于凝固工艺中没有破脑的工序，内部键能比老豆腐大，因此整体脆度值比硬度值要大，但全豆豆腐比市售内酯豆腐更具有弹性，且不易松散。另一方面，又和老豆腐一样，受力曲线光滑，不像内酯豆腐的受力曲线中有许多细小的峰，说明食感比较偏向老豆腐，经感官评定验证，结果一致。三种豆腐的具体各参数值比较见表3。

图6 全豆豆腐与老豆腐及内酯豆腐全质构测试图Fig.6 Instron force-time curve of three types of tofu

表3 三种豆腐全质构测定结果Table 3 Instron textural profiles of the three types of tofu

3 结论

通过比较不同煮浆工艺对全豆豆腐凝胶强度的影响，得出豆浆加热至90℃并保温10min为最优煮浆参数，由单因素实验和正交实验得出最佳凝固条件为:酶添加量 1.2U/mL豆浆，氯化钠添加量0.125%，在温度为50℃条件下，凝固2h。经过本工艺制作出的全豆豆腐成型好，不易松散，弹性适中，豆香味十足。在全豆豆腐加工中由于没有过滤豆渣的工序，豆渣中的营养元素完整的保留在了豆腐中，提高了豆腐营养价值。

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