不同大豆品种理化成分与全豆豆腐加工特性分析

李美丽,胡文艺,雷郅轩,兰秋雨,刘卫国,杨文钰,张 清

(1.四川农业大学食品学院,四川雅安 625014; 2.四川省作物带状复合种植工程技术研究中心,四川成都 611130)

大豆营养价值丰富,含有多种营养物质,包括蛋白质、脂肪、碳水化合物等产能营养素及钙、磷、铁等矿物质元素[1]。大豆中还富含膳食纤维,可起到降低血浆胆固醇、调节肠道功能[2-3]。随着人们健康饮食意识的不断增强,大豆消费不仅在东方国家成为饮食主流,在一些西方国家也逐渐受到关注,豆类制品也越来越受到消费者的喜爱[4]。

大豆常被加工为豆腐、腐竹、豆干、豆豉等豆类制品。豆腐消费广泛,价格低廉,营养丰富。在传统豆腐的加工过程中,长时间浸泡的大豆,经磨浆、煮熟、过滤制得熟豆浆,后加入凝固剂使其凝固。最后,通常采用物理压力使传统豆腐脱水成型[5-7]。全豆豆腐的制作工艺较传统工艺省去了过滤豆渣环节,提高了原料的利用率、减低成本、减少环保压力,并保留了原料大豆绝大部分营养价值。由于豆渣的存在,全豆豆腐的营养价值显著高于传统豆腐[8-9]。豆腐是由蛋白质颗粒在凝固剂的作用下聚集形成豆腐凝胶,大豆中蛋白含量、脂肪、钙、磷、水溶性蛋白含量、蛋白质组分均会影响豆腐凝固过程,从而影响豆腐的品质[10-15]。大豆原料蛋白质、蛋白质亚基组分、脂质、植酸与钙等含量与传统豆腐品质特性的关系已早有研究[16-17]。大豆原料理化成分与全豆豆腐品质特性的相关性鲜有报道。

本研究选择以19种大豆(主要来自东北地区和西南地区)为原料,采用干法制浆法制备豆浆,以填充法分装,葡萄糖内脂(GDL)为凝固剂制备全豆豆腐,研究各品种大豆的蛋白质、脂肪、钙、磷、植酸、水溶性蛋白质含量、蛋白质组分等理化指标与全豆豆腐品质指标的关系,旨在为大豆原料的选育及改善全豆豆腐品质提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

垦农30、垦农23、黑农71、富黑2号、合农59、东豆1号、东豆17号、东豆9号、吉育89 由黑龙江育种单位提供;黑豆、苏豆12、南豆12(套作)、南夏豆25、南豆12(净作)、贡秋豆8号 由四川农业大学农学院提供;南豆25 由南充农科院提供;五星4号、冀豆12 由河南农科院提供;所有大豆样本(19种) 均收获于2017年;五水硫酸铜、硫酸钾、浓硫酸、浓盐酸、硼酸、氢氧化钠、无水亚硫酸钠、三氯化铁、磺基水杨酸、氧化镧等 分析纯,成都市科龙化工试剂厂;葡萄糖内脂(GDL) 食品级,安徽省兴宙医药食品有限公司;复配豆制品消泡剂(食品级) 江苏卓云豆宝食品有限公司;植酸钠、磷酸氢二钾、碳酸钙等 纯度均大于99.99%,国药集团化学试剂有限公司;蛋白电泳试剂盒 博士德生物工程有限公司。

XL-10B密封性摇摆式粉碎机 广州市旭朗机械设备有限公司;KDN-1雷磁自动凯氏定氮仪 上海仪电科学仪器股份有限公司;SZF-06A索氏提取仪 上海新嘉电子有限公司;Z-2000原子吸收分光光度计 日立高新技术(上海)国际贸易有限公司北京分公司;UV-6100紫外可见分光光度计 上海元析仪器有限公司;Mini-PROTEAN® Tetra电泳槽、Bio-Rad Powerpac Basic基础电泳仪 美国Bio-Rad伯乐公司;Texture Analyser型质构仪 英国Stable Micro System有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 大豆原料前处理 将大豆原料除杂、清洗、烘干后,称取100 g大豆于摇摆式粉碎机中粉碎,粉碎时间80 s,制得的未过筛的大豆干粉密封于塑料袋中备用。

1.2.2 大豆理化指标的测定 粗蛋白含量测定参照GB 5009.5-2016;粗脂肪含量测定参照GB 5009.6-2016;钙含量测定参照GB 5009.92-2016;磷含量测定参照GB 5009.87-2016;植酸含量测定采用三氯化铁比色法[18];水溶性蛋白质含量考马斯亮蓝G-250法[19]。

1.2.3 全豆豆腐制备 全豆豆腐的制作参照刘昱彤[20]的方法并稍作改进,称取60 g大豆干粉,以1∶6粉水比进行干法制浆,向豆浆中加入0.3%(w/w)消泡剂,煮浆至90 ℃,并在90 ℃水浴锅中保温10 min,冷却至室温,向豆浆中加入0.5%(w/w)GDL,边搅拌边添加使其混合均匀,50 ℃水浴锅中保温1 h,85 ℃中保温20 min,冷水中冷却30 min,放入4 ℃冰箱过夜备用。

1.2.4 全豆豆腐得率的测定 参考Cai等[21]的方法,将豆腐冷却至室温后称重,计算每100 g大豆干粉所得鲜全豆豆腐的质量(g)。

1.2.5 全豆豆腐保水性测定 参考Puppo等[22]测定豆腐保水性(WHC)的方法并稍作修改,称取5 g全豆豆腐于填充足量的脱脂棉花的50 mL离心管中,平衡后,以1000 r/min速率离心10 min,离心后豆腐重量m1,将称重后的豆腐稍加粉碎,置于烘至恒重的培养皿中于105 ℃烘箱烘干6 h,记录烘干全豆豆腐质量m0。

1.2.6 全豆豆腐含水量的测定 采用国标方法GB 5009.3-2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》测定全豆豆腐水分含量[23],称量全豆豆腐5 g(m0),置于已恒重的称量皿(m1)中,于105 ℃烘箱中烘至恒重,记录质量m2。

表1 19个大豆品种籽粒中的理化成分含量Table 1 Physicochemical component of 19 soybean varieties

1.2.7 全豆豆腐质构特性及凝胶强度的测定 全豆豆腐从4 ℃冰箱取出后,待豆腐温度变为室温时,进行测定。全豆豆腐的质构特性和凝胶强度均采用质构仪进行测量,质构特性分析参考TPA模式,参数条件为:探头型号P/0.5,测前速率5.00 mm/s、测中速率1.00 mm/s、测后速率5.00 mm/s,间隔时间5 s,压缩形变率30%,测试距离为10 mm;凝胶强度参考Return to start 模式,除了无“间隔时间”与“压缩形变率”,其余参数条件与质构分析一致。

1.3 数据分析

所有试验均进行3个重复平行试验,采用Excel进行平均值、变幅、标准差及变异系数等常规统计指标分析,利用SPSS 20.0数据处理系统进行相关性分析及聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同品种大豆基本理化指标分析

19种大豆粗蛋白质、粗脂肪、钙、磷、植酸及水溶性蛋白的含量测定结果见表1。由表1可以看出,19种大豆粗蛋白含量变幅范围为35.15～49.77 g/100 g,平均值为41.55 g/100 g(蛋白质含量折算系数为6.25),标准差为4.82,变异系数为11.60%。大豆粗脂肪含量变幅范围为14.42～20.57 g/100 g,平均值为17.40 g/100 g,标准差为1.60,变异系数为9.20%。钙含量变幅范围为228.17～417.16 mg/100 g,平均值为309.70 mg/100 g,标准差为54.67,变异系数为17.65%。磷含量变幅范围为293.77～701.41 mg/100 g,平均值为545.31 mg/100 g,标准差为91.72,变异系数为16.82%。植酸含量变幅范围14.38～25.60 mg/g,平均值为21.98 mg/g,标准差为2.68,变异系数为12.19%。水溶性蛋白含量范围62.53～102.80 mg/mL,平均值83.84 mg/mL,标准差为10.10,变异系数为12.05%。19种大豆各理化成分含量的变异系数均较大,其中大豆钙含量的变异系数达到17.65%,而变异系数相对较低的是脂肪含量为9.20%。19种大豆间各理化成分含量均表现出一定程度的变异,其中不同大豆品种中钙含量的变异程度较其他成分更大,这与大豆的遗传特性与生长环境有关。

2.2 全豆豆腐得率、保水性和含水量分析

19种全豆豆腐的得率、保水性和含水量测量结果如表2所示。从表2可以看出,不同品种大豆所制得的全豆豆腐的得率变幅范围为417.38～609.81 g/100 g,标准差为42.68,变异系数为7.44%。经加热后的全豆豆浆在冷却过程中,部分较大脂肪颗粒易集中于豆浆表面,与变性后的蛋白质颗粒结合聚集形成一层膜[24]。全豆豆浆表面膜的厚度和质量可能与豆浆粘度、豆浆中蛋白质颗粒及水溶性蛋白含量相关。该膜在后续全豆豆浆凝固的过程中,对蛋白质凝胶网络的形成带来不利影响。本研究将全豆豆浆表面膜挑去,而表面膜的厚度及质量便可直接影响到豆腐的得率,因此由不同品种大豆制得的全豆豆得率存在一定程度的差异性。全豆豆腐的保水性和含水量的变异系数分别为1.57%和0.53%,说明大豆品种对全豆豆腐的保水性和含水量的影响程度不大。

表2 不同品种全豆豆腐得率、保水性和含水量的比较Table 2 Yield,water holding capacity and water content of different varieties of whole soybean curds

注:不同小写字母代表不同大豆品种相同指标差异显著,P<0.05;表3同。

表3 不同品种全豆豆腐质构特性的比较Table 3 Texture characteristics of different varieties of whole soybean curds

2.3 全豆豆腐凝胶强度、质构特性分析

各品种全豆豆腐凝胶强度及质构特性如表3所示,全豆豆腐凝胶强度变幅范围为120.32～194.28 g,变异系数为13.49%,不同品种豆腐凝胶强度差异性较大。全豆豆腐的质构特性中,弹性、黏聚性和回复性的变异系数较小,分别为2.08%、4.44%和6.49%。而硬度、粘附性、胶着性、咀嚼性等质构特性变异系数范围为14.93%～23.37%,表现出较大的变异性。可见,不同的大豆品种生产的全豆豆腐,在凝胶特性和质构特性上均有较大差异。

表4 大豆基本理化成分与全豆豆腐得率、保水性和含水量之间相关性Table 4 Correlation between basic physicochemical components of soybean and the yield, water retention and water content of whole soybean curds

注:*表示相关性显著(P<0.05)；**表示相关性极显著(P<0.01)；表5同。

表5 大豆基本理化成分与全豆豆腐凝胶强度与质构特性之间相关性Table 5 Correlation between the basic physicochemical components of soybean and the strength and texture properties of whole soybean curds

2.4 大豆理化指标与全豆豆腐得率、保水性和含水量的相关性分析

不同品种大豆基本理化成分与全豆豆腐得率、保水性和含水量的相关分析见表4,大豆蛋白质组分与全豆豆腐得率、保水性和含水量相关性分析结果见表4。

由表4大豆基本理化成分与全豆豆腐得率、保水性和含量相关分析可以看出,全豆豆腐的得率与大豆中蛋白质和水溶性蛋白质含量呈不显著正相关,相关系数分别为0.283、0.408。全豆豆腐的保水性与大豆中蛋白质含量呈极显著正相关,相关系数为0.692,与大豆的脂肪含量都呈显著负相关关系,相关系数为-0.540(P<0.05)。

全豆豆腐得率与大豆原料蛋白质、水溶蛋白质含量呈不显著正相关,但全豆豆腐的得率并不完全取决于大豆中蛋白质含量,可能还与蛋白质组成、水溶性蛋白的聚集程度有关,因此它们的关系并不显著[25]。同时,全豆豆腐得率还可能与豆浆表面膜的厚度、全豆豆浆中豆渣的吸水溶胀程度有关。全豆豆腐的保水性与蛋白质含量呈显著的正相关关系,说明蛋白质含量越高,蛋白质颗粒形成的凝胶网络更加紧密,对水分的保留效果就越好,保水性能就越好,而与脂肪含量成显著负相关,这与相关研究结论一致[26-27]。

2.5 大豆理化指标与全豆豆腐凝胶强度与质构特性的相关性分析

不同品种大豆基本理化指标与全豆豆腐凝胶强度与质构特性的相关分析结果见表5,大豆蛋白质组分与全豆豆腐凝胶强度与质构特性的相关性分析结果见表5。

由表5可以看出,全豆豆腐的凝胶强度、硬度均与大豆中蛋白质含量成显著正相关(P<0.05),相关系数分别为0.558和0.477;且均与与脂肪含量呈显著负相关关系,相关系数分别为-0.756(P<0.01)和-0.639(P<0.05)。全豆豆腐硬度与大豆中植酸含量不存在显著的相关关系,相关系数为0.144。全豆豆腐的胶着性与咀嚼性与蛋白质含量呈显著正相关(P<0.05),相关系数分别为0.490、0.505,与大豆中脂肪含量成极显著负相关关系(P<0.01),相关系数分别为-0.692、-0.708。

豆腐的凝胶强度与硬度与大豆中蛋白质含量的正相关关系,与脂肪含量的负相关关系已早有研究[28-30],本研究中全豆豆腐表现出相同的关系趋势。全豆豆腐硬度与大豆籽粒植酸含量不存在显著的相关关系，与文献[12,31]的报道相一致,文献[17,32]报道豆腐硬度与大豆中植酸含量成显著负相关关系,这可能与实验样品数量和品种的差异性有关。

2.6 大豆理化成分与豆腐加工特性分析

选择受大豆理化成分影响较大的全豆豆腐品质指标包括得率、保水性、含水量、凝胶强度及部分质构特性为作为变量,采用聚类分析对19种全豆豆腐进行分类,分类方法为聚类分析的K均值聚类法,将豆腐分为4类,聚类中心如表6所示。

由表6可以看出,第二类豆腐得率最高,而第一类豆腐得率最低,第四类豆腐得率居中,第三类豆腐得率与第二类豆腐得率十分接近。从保水性来看,四类豆腐保水性相差不大,第二类保水性最高,而第一类豆腐保水性最低。四类豆腐的含水量差距不大,其中第四类豆腐含水量高。从豆腐凝胶强度与质构特性来看,第二类豆腐的凝胶强度较高,随之是第一类和第四类,最低为第三类豆腐,而豆腐硬度的类别顺序与凝胶强度基本一致。四类豆腐的胶着性与咀嚼性表现为一致的类别顺序,胶着性与咀嚼性最高的是第二类豆腐,第一类与第三类豆腐居中,最低的是第四类豆腐。

表6 最终聚类中心Table 6 Final cluster centers

因为豆渣的存在,全豆豆腐的凝胶强度与硬度普遍偏小,本研究中第二类豆腐得率、保水性、凝胶强度及质构特性均较好。有研究指出,得率较高的豆腐,其品质较好[21],因此可以得到,第二类豆腐品质最好,第三类与第四类居中,第一类最差。

19种全豆豆腐被分为了4类,其中第二类豆腐包括东豆17、苏豆12、南豆12(套)、南夏豆25、冀豆12、南豆25、五星4号,其得率、保水性能、凝胶强度及质构特性均较好。第三类豆腐主要包括垦农30、垦农23、黑农71、合农59、东豆1号、垦农26、南豆12(净)和吉育89,其得率较高,但凝胶强度较低,品质居中。第四类豆腐包括富黑2号、东豆9号和贡秋豆8号,其得率、保水性及质构特性处于中等水平,较第三类豆腐差。黑豆属于第一类,其得率、保水性、凝胶特性及质构特性均较差。

3 结论

对19个品种大豆进行理化成分和含量分析,发现其蛋白质、脂肪、钙、磷、植酸和水溶性蛋白含量的变异系数分别为11.60%、9.21%、17.65%、16.82%、12.19%、12.05%,说明各品种大豆理化指标均存在一定的差异。从豆腐品质的角度,各品种加工的全豆豆腐的得率、保水性、含水量的变幅范围是417.38～609.81、75.54～80.01、83.56～85.66 g/100 g,通过方差分析,全豆豆腐得率表现出一定的差异性,而各品种豆腐的保水性与含水量差异不大。全豆豆腐的硬度、粘附性、胶着性、咀嚼性等质构特性的品种差异性较大,而与豆腐品质紧密相关的凝胶强度与硬度等指标也表现出极大的品种差异性。

大豆原料的特性与全豆豆腐加工特性存在复杂的联系。本研究发现豆腐的得率与大豆中蛋白质和水溶性蛋白质含量呈不显著正相关(r=0.283、r=0.408),与钙含量呈显著负相关(r=-0.487)。而保水性与大豆蛋白质含量呈极显著正相关(r=0.692),与脂肪含量显著负相关(r=-0.540)。全豆豆腐凝胶强度与硬度均与大豆蛋白质含量成正相关关系(r=0.558、r=0.477),与脂肪含量成极显著或显著负相关关系(r=0.756、r=0.639),而胶着性与咀嚼性等质构指标也受到蛋白质与脂肪含量的影响。上述结果表明,大豆品种理化成分与含量对豆腐加工特性影响极显著。

通过聚类分析,将全豆豆腐分为四类,其中由东豆17、苏豆12、南豆12(套)、南夏豆25、冀豆12、南豆25和五星4号大豆品种生产的全豆豆腐得率、保水性能、及质构特性均较好,该类大豆品种具有较好的豆腐加工特性。

本研究通过对大豆原料理化指标及全豆豆腐的品质指标进行分析,明确了其间存在的差异性。再通过大豆理化成分与全豆豆腐品质指标的相关性分析,进一步确定大豆成分在全豆豆腐加工中的作用,为全豆豆腐加工提供一定理论参考。