豆汁的加工工藝研究

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(1. 食品添加劑與配料北京高校工程研究中心北京工商大學,北京 100048;2. 北京市食品風味化學重點實驗室北京工商大學,北京 100048)

豆汁是老北京小吃中很有特色且具有代表性的一款,是以綠豆為原料,經浸泡、磨漿、沉淀、粉漿分離和熬制等一系列工藝得到的一種以酸味為主、摻雜著些許臭味的糊狀流體食品。豆汁實際上是制作綠豆淀粉或粉絲的下腳料,一直深受廣大老北京居民的喜愛。這種熱衷不僅是因為豆汁那股具有吸引力的酸臭味,同時也因為老北京居民和傳統中醫所賦予它的營養保健價值。

綠豆,是一種豆科蝶花亞科豇豆屬植物,其營養成分比較豐富,是經濟價值和營養價值較高的一種豆類[1]。綠豆的高營養價值使得豆汁中含有豐富的維生素C、蛋白質、粗纖維和糖分,豆汁被認為和綠豆一樣,具有降燥解毒、促進脾胃功能、刺激食欲、消暑降溫的功效[2-3]。豆汁制作工藝,只作為一種手藝在民間通過師傅代代相傳,工藝和配方因人而異,致使工藝參數模糊[4]。盡管有人認為豆汁制作屬于自然發酵,但機理不明、風味物質不確定使豆汁產品的質量控制難度增大,不同批次及不同作坊的產品通常存在較大差異,壞批次經常出現[5]。本文對豆汁加工工藝中的發酵時間、加水比例、加菌量等工序開展研究,以期為今后豆汁的工業化生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

綠豆 市售,北京永輝超市增光路店;豆汁 市售,北京阜成路護國寺小吃店;MRS瓊脂培養基(1L) 大豆蛋白胨10.0g、牛肉膏10.0g、酵母粉5.0g、葡萄糖20.0g、吐溫80 1.0g、磷酸二氫鉀2.0g、乙酸鈉5.0g、檸檬酸鈉5.0g、硫酸鎂0.2g、硫酸鎂0.054g、那他霉素15mg/L、蒸餾水1000mL,加入1.5%瓊脂粉,1mol/L乙酸調pH為6.5,121℃滅菌15min。

電熱恒溫培養箱 上海一恒科學儀器有限公司;WYT型手持糖度計 成都豪創光電儀器有限公司;U-3900紫外分光光度儀 HITACHI;PL203電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;高壓滅菌鍋 上海東亞壓力容器制造公司;九陽豆漿機。

1.2 實驗方法

1.2.1 生產工藝 圖1是豆汁的制作工藝流程。

圖1 豆汁的制作工藝流程 Fig.1 Processing technology of Douzhir

稱取一定質量的綠豆,按照1∶10(m/V)加水泡豆12h,按照1∶15(m/V)加水,豆漿機磨豆后,過濾濾去豆渣,按照加菌量8.82×106CFU/mL加入生豆汁(購于北京阜成門護國寺小吃店),密封25℃下發酵14、19、24、29、34h。

1.2.2 測定方法 酸度測定:按照GB/T 12456-2008法測定。可溶性固性物含量測定:按照GB 12143.1-88法測定。可溶性蛋白質含量測定:采用考馬斯亮藍法測定。菌濃度測定:平板計數法[6],菌濃度計算公式為:菌濃度(CFU/mL)=稀釋倍數×每毫升稀釋菌液所含菌數

1.2.3 實驗設計

1.2.3.1 單因素實驗設計 豆水比的單因素實驗,按照1∶5(m/v)加水泡豆12h后，分別按照豆水比m綠豆:V水為1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25磨豆,加菌量8.820×106CFU/mL,25℃下密封發酵19h。

發酵溫度的單因素實驗,按照1∶5(m/v)加水泡豆12h后，以豆水比m綠豆∶V水為1∶15磨豆,加菌量8.820×106CFU/mL,分別在15、20、25、30、35℃下密封發酵19h。

發酵時間的單因素實驗,按照1∶5(m/v)加水泡豆12h后，以豆水比m綠豆∶V水為1∶15磨豆,加菌量8.820×106CFU/mL,25℃下密封分別發酵14、19、24、29、34h。

加菌量的單因素實驗,按照1∶5(m/v)加水泡豆12h后，以豆水比m綠豆∶V水為1∶15磨豆,加菌量分別為8.820×105、8.820×106、1.676×107、2.470×107、3.263×107CFU/mL,25℃下密封發酵19h。

1.2.3.2 正交實驗設計 為了確定最佳的工藝條件,以加水比例、加菌量、發酵時間為實驗因素,以可溶性固形物、酸度、菌濃度、可溶性蛋白質含量為指標,進行L9(34)正交設計實驗。實驗方案見表1。

表1 豆汁加工工藝因素水平表Table 1 Experimental factors for processing technology of Douzhir

1.3 統計分析

2 結果與討論

2.1 蛋白質測定標準曲線

蛋白濃度與吸光值的標準曲線見圖2。

圖2 可溶性蛋白測定的標準曲線 Fig.2 Standard curve of soluble protein content

2.2 豆汁生產的單因素實驗結果

2.2.1 豆水比對豆汁品質的影響 豆水比對豆汁品質的影響結果見圖3。由圖可見,可溶性固形物含量隨水比例的增大而減小,在1∶10到1∶15范圍內,曲線基本水平;在1∶15到1∶25范圍內,可溶性固形物含量隨水比例的增大而減小,減小幅度較1∶5到1∶10范圍內的變化較小;酸度值隨水比例的增大而不斷減小,當豆水比在1∶5到1∶10范圍內時,減小程度較1∶10到1∶25的減小幅度大;菌濃度差異不顯著,其變化趨勢為先減小再增加再減小,最高點為豆水比1∶15處;可溶性蛋白質含量隨水比例的增大而不斷減小,在1∶15到1∶20之間,其含量下降幅度較大。

結合豆汁產品的感官評價結果可見,豆水比在1∶10到1∶15范圍內時可溶性固形物含量較為適合,此時豆汁的口感不會過于濃稠或者稀薄,且可溶性固形物含量較為可觀。接菌量一定,豆漿中各組分的總量不變,綠豆濃度越小,酸度越低。豆水比為1∶5時菌濃度雖大,但是其口感較為濃稠,酸味很重;豆水比1∶15時菌濃度最大,說明此加水比例最有利于菌種的生長。若蛋白質不消耗,則隨著加水比例的增加,可溶性蛋白質含量的減少量與水的添加量呈正相關關系,但本研究觀察到,在1∶15處可溶性蛋白質的含量出現折點且之后含量驟降,說明在豆汁發酵過程中,出現了蛋白質消耗。

綜合考慮口感、風味、生產成本等因素,豆水比例為1∶15最為適合。

圖3 豆水比對豆汁品質影響結果 Fig.3 Effects of water propoton on the quality of Douzhir

2.2.2 發酵溫度對豆汁各項指標的影響 溫度對豆汁品質的影響結果見圖4。由圖可見,可溶性固形物含量隨發酵溫度增大而增加,15～25℃范圍內,上升趨勢較為明顯,而在25～35℃時,上升趨勢減緩,逐漸趨于水平;酸度隨發酵溫度的增大而增大,30～35℃范圍內,增大趨勢變緩,逐漸接近水平;菌濃度在15～25℃之間,隨溫度的增大而增大,15～20℃增長趨勢緩慢,20～25℃增長迅速,25～35℃范圍內隨溫度的增大而減小;溫度在15～25℃范圍內,可溶性蛋白質含量隨溫度的增加而增加,25～30℃范圍內,可溶性蛋白質含量隨溫度的增加而減小,30～35℃范圍內,可溶性蛋白質含量隨溫度的增加而急劇增加。

唐勁松的研究表明[7],乳酸菌發酵綠豆乳的培養溫度通常在30～43℃之間。對于大多數菌種來說,發酵溫度在低限時接近乳酸菌的最適生長溫度,有利于乳酸菌的生長繁殖。在對綠豆酸奶的研究中發現[8],發酵溫度在高限時可使發酵綠豆乳在短時間內達到適宜酸度,牛乳凝結成塊,縮短發酵時間;且產酸能力隨溫度升高增強,但溫度過高導致產酸速率受到抑制。李文婷的研究表明[9],15～30℃范圍內,細菌產酸量隨溫度增加而增加,但30～35℃時酸度增加量不大,說明此階段細菌處于衰老期,且30℃已達到相關酶類產酸的最適溫度,因此30℃為最適溫度[10-11]。

圖4 溫度對豆汁品質影響結果 Fig.4 Effects of temperature on the quality of Douzhir

本研究觀察到,在15～25℃范圍內,細菌代謝將碳水化合物轉化為糖類物質,由于溫度較低,菌濃度較低,25℃時達到最大值;之后隨著溫度的升高,可溶性固性物含量雖增加,但增加速度變慢,說明細菌的代謝逐步變緩。此外,25℃發酵的豆汁酸味明顯,口感細膩,濃度適中,分層較好,而30℃發酵的豆汁顏色較25℃的發黃,酸味較重,酸臭味不明顯,不夠細膩,分層粗糙。綜合考慮成本及產品的色澤、口味等因素,最佳發酵溫度應為25℃。

2.2.3 發酵時間對豆汁各項指標的影響 發酵時間對豆汁品質的影響結果見圖5。由圖可見,可溶性固形物含量在14～19h內隨發酵時間的增加而增大,并在19h左右達到最大,19h后,其含量逐漸降低;在14～24h階段,酸度值隨發酵時間的增加而增大,24h達到最高點,而在24～34h階段,酸度值隨發酵時間的增加而減小,此區間內斜率的絕對值小于14～24h階段;菌濃度在14～19h內隨發酵時間的增加而增大,并在19h處達到最大值,而在19～24h內,菌濃度隨發酵時間的增加而減小;在24～34h內菌濃度隨發酵時間的增加而基本保持不變;可溶性蛋白質含量隨發酵時間的增加而不斷減小,在14～19h階段,可溶性蛋白質含量下降較快,在19～34h階段內可溶性蛋白質含量下降速率減慢,曲線較為平緩。

圖5 發酵時間對豆汁品質影響結果 Fig.5 Effects of fermentation time on the quality of Douzhir

王鳳翼研究黃豆乳時發現[12],豆固形物濃度較稀時,漿渣易分離,有利于提高大豆固形物的利用率,同時也可防止發酵豆乳組織狀態粗糙、質地過硬。崔樹勇的研究表明[13],發酵時間20h產酸量最高,但發酵時間太長不利于工廠生產。有研究表明[14-15],在14～24h階段,乳酸菌等菌類分解糖類物質產生乳酸,而在24～34h階段,細菌的生長處于衰老期,此時乳酸菌等菌類分解自身代謝產物如乳酸等,酸類物質被逐漸消耗。若過分的縮短發酵時間會影響酸奶風味物質的形成,制品滋味氣味較差[16-17]。

本研究發現,發酵14～19h,處于乳酸菌等菌類的對數生長期,此時細菌大量繁殖,19h達到穩定期,之后由于營養物質的消耗,細菌之間競爭性抑制,使得細菌數目大大減少。乳酸菌產生的蛋白質分解酶可以使蛋白質降解從而有利于消化和吸收。發酵14～19h,可溶性蛋白質呈穩定減少趨勢,說明一直被菌體發酵利用,成為氨基酸、多肽等利于人體消化吸收的小分子物質,而在19h之后,可溶性蛋白質含量趨于穩定,說明幾乎已不被菌體分解[18-19]。綜合產品感官風味等因素,確定豆汁最佳發酵時間為19h。

2.2.4 加菌量對豆汁各項指標的影響 加菌量對豆汁品質的影響結果見圖6。由圖可見,可溶性固形物含量差異不顯著，酸度在8.820×105～2.470×107CFU/mL范圍內,隨菌濃度增大而增大,但增加幅度逐漸變緩。菌濃度差異性不顯著。可溶性蛋白質含量隨加菌量的增大而減小,加菌量在8.820×105～8.820×106CFU/mL范圍區間時,減小趨勢較為平緩,基本呈現水平;加菌量在8.820×106～3.263×107CFU/mL范圍區間時,減小趨勢變大。

圖6 加菌量對豆汁品質影響結果 Fig.6 Effects of bacteria concentration on the quality of Douzhir

表2 正交實驗結果Table 2 Orthogonal test results

據之前文獻報道,豆汁生產中,加菌量過低,產酸易受抑制且不穩定,乳酸菌得不到足夠的生長;加菌量太大,產酸過快,酸度上升過高,給豆汁的風味和組織狀態帶來缺陷。接種量過大酸奶的發酵速度太快,在同樣的發酵時間內產生酸的量較大,導致產品的酸味過重影響制品口感,制品組織狀態較差[20-22]。

本研究發現,在8.820×105～1.676×107CFU/mL范圍內,菌體分解代謝逐漸旺盛,1.676×107CFU/mL時可溶性固形物含量達到最高點,之后體系內碳水化合物被消耗,其含量逐漸減小。8.820×105～1.676×107CFU/mL范圍內,細菌代謝旺盛,產酸增加,但產酸速率逐漸減緩,菌種代謝逐漸接近穩定期;1.676×107～2.470×107CFU/mL范圍內,酸度雖仍增加,但增加速度變慢,細菌代謝逐漸走向衰老期;2.470×107～3.263×107CFU/mL范圍內,細菌代謝已處于衰亡期,不利于產酸,產酸量降低[23]。8.820×106CFU/mL處菌濃度最高,說明此點最有利于菌體生長。加菌量在8.820×105～8.820×106CFU/mL范圍內,可溶性蛋白質消耗不大;1.676×107CFU/mL處急劇消耗,斜率最大,說明此點最有利于分解代謝可溶性蛋白質;2.470×107～3.263×107CFU/mL范圍內,斜率變小,可溶性蛋白質代謝速率減慢,綜合上述單因素實驗結果,最優加菌比例應為1.676×107CFU/mL。

2.3 豆汁工藝優化實驗

2.3.1 工藝條件的確定 表2為豆汁加工工藝的正交實驗結果表。在豆汁產品中,酸度的極值變化不易界定,因此選擇可溶性固形物、菌濃度、可溶性蛋白質含量3個指標作為實驗指標進行考察。

由極差分析可見,三因素對可溶性固形物含量的影響程度為:豆水比>發酵時間>加菌量;三因素對菌濃度的影響程度為:發酵時間>加菌量>豆水比,發酵時間的影響十分顯著;三因素對可溶性蛋白質含量的影響程度為:加菌量>豆水比>發酵時間,加菌量對于豆汁中可溶性蛋白質的含量影響較大。

根據表3的方差分析結果可見,各因素對可溶性固性物含量的影響穩定性:加菌量>發酵時間>豆水比;對菌濃度的影響穩定性:豆水比>加菌量>發酵時間;對可溶性蛋白質含量的影響穩定性:發酵時間>豆水比>加菌量。

表3 正交實驗的方差分析結果Table 3 Variance analysis results

根據正交實驗分析結果,綜合考慮生產成本、生產時間、產品的品質等因素,確定最優組合為A1B3C3,即豆水比1∶10,加菌量1.676×107CFU/mL,發酵時間24h,發酵溫度25℃。在此工藝條件下進行驗證實驗,獲得了可溶性固形物含量為1.002%,酸度為10.92g/kg,菌濃度7.38×107CFU/mL,可溶性蛋白質含量為40.104g/L的豆汁產品。

3 結論

豆汁的最佳生產工藝為:加入綠豆質量5倍體積的水泡豆12h,按照豆水比1∶10加水磨豆,過濾,按照加菌量1.676×107CFU/mL加入購買的生豆汁,25℃下發酵24h。所得豆汁顏色呈灰綠色,具有豆汁特有濃郁酸臭味,口感酸味適中,酸中帶甜,放在碗中濃稠度適當,不散瀉。

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