不同大豆品種理化成分與全豆豆腐加工特性分析

李美麗,胡文藝,雷郅軒,蘭秋雨,劉衛國,楊文鈺,張 清

(1.四川農業大學食品學院,四川雅安 625014; 2.四川省作物帶狀復合種植工程技術研究中心,四川成都 611130)

大豆營養價值豐富,含有多種營養物質,包括蛋白質、脂肪、碳水化合物等產能營養素及鈣、磷、鐵等礦物質元素[1]。大豆中還富含膳食纖維,可起到降低血漿膽固醇、調節腸道功能[2-3]。隨著人們健康飲食意識的不斷增強,大豆消費不僅在東方國家成為飲食主流,在一些西方國家也逐漸受到關注,豆類制品也越來越受到消費者的喜愛[4]。

大豆常被加工為豆腐、腐竹、豆干、豆豉等豆類制品。豆腐消費廣泛,價格低廉,營養豐富。在傳統豆腐的加工過程中,長時間浸泡的大豆,經磨漿、煮熟、過濾制得熟豆漿,后加入凝固劑使其凝固。最后,通常采用物理壓力使傳統豆腐脫水成型[5-7]。全豆豆腐的制作工藝較傳統工藝省去了過濾豆渣環節,提高了原料的利用率、減低成本、減少環保壓力,并保留了原料大豆絕大部分營養價值。由于豆渣的存在,全豆豆腐的營養價值顯著高于傳統豆腐[8-9]。豆腐是由蛋白質顆粒在凝固劑的作用下聚集形成豆腐凝膠,大豆中蛋白含量、脂肪、鈣、磷、水溶性蛋白含量、蛋白質組分均會影響豆腐凝固過程,從而影響豆腐的品質[10-15]。大豆原料蛋白質、蛋白質亞基組分、脂質、植酸與鈣等含量與傳統豆腐品質特性的關系已早有研究[16-17]。大豆原料理化成分與全豆豆腐品質特性的相關性鮮有報道。

本研究選擇以19種大豆(主要來自東北地區和西南地區)為原料,采用干法制漿法制備豆漿,以填充法分裝,葡萄糖內脂(GDL)為凝固劑制備全豆豆腐,研究各品種大豆的蛋白質、脂肪、鈣、磷、植酸、水溶性蛋白質含量、蛋白質組分等理化指標與全豆豆腐品質指標的關系,旨在為大豆原料的選育及改善全豆豆腐品質提供一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

墾農30、墾農23、黑農71、富黑2號、合農59、東豆1號、東豆17號、東豆9號、吉育89 由黑龍江育種單位提供;黑豆、蘇豆12、南豆12(套作)、南夏豆25、南豆12(凈作)、貢秋豆8號 由四川農業大學農學院提供;南豆25 由南充農科院提供;五星4號、冀豆12 由河南農科院提供;所有大豆樣本(19種) 均收獲于2017年;五水硫酸銅、硫酸鉀、濃硫酸、濃鹽酸、硼酸、氫氧化鈉、無水亞硫酸鈉、三氯化鐵、磺基水楊酸、氧化鑭等 分析純,成都市科龍化工試劑廠;葡萄糖內脂(GDL) 食品級,安徽省興宙醫藥食品有限公司;復配豆制品消泡劑(食品級) 江蘇卓云豆寶食品有限公司;植酸鈉、磷酸氫二鉀、碳酸鈣等 純度均大于99.99%,國藥集團化學試劑有限公司;蛋白電泳試劑盒 博士德生物工程有限公司。

XL-10B密封性搖擺式粉碎機 廣州市旭朗機械設備有限公司;KDN-1雷磁自動凱氏定氮儀 上海儀電科學儀器股份有限公司;SZF-06A索氏提取儀 上海新嘉電子有限公司;Z-2000原子吸收分光光度計 日立高新技術(上海)國際貿易有限公司北京分公司;UV-6100紫外可見分光光度計 上海元析儀器有限公司;Mini-PROTEAN? Tetra電泳槽、Bio-Rad Powerpac Basic基礎電泳儀 美國Bio-Rad伯樂公司;Texture Analyser型質構儀 英國Stable Micro System有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 大豆原料前處理 將大豆原料除雜、清洗、烘干后,稱取100 g大豆于搖擺式粉碎機中粉碎,粉碎時間80 s,制得的未過篩的大豆干粉密封于塑料袋中備用。

1.2.2 大豆理化指標的測定 粗蛋白含量測定參照GB 5009.5-2016;粗脂肪含量測定參照GB 5009.6-2016;鈣含量測定參照GB 5009.92-2016;磷含量測定參照GB 5009.87-2016;植酸含量測定采用三氯化鐵比色法[18];水溶性蛋白質含量考馬斯亮藍G-250法[19]。

1.2.3 全豆豆腐制備 全豆豆腐的制作參照劉昱彤[20]的方法并稍作改進,稱取60 g大豆干粉,以1∶6粉水比進行干法制漿,向豆漿中加入0.3%(w/w)消泡劑,煮漿至90 ℃,并在90 ℃水浴鍋中保溫10 min,冷卻至室溫,向豆漿中加入0.5%(w/w)GDL,邊攪拌邊添加使其混合均勻,50 ℃水浴鍋中保溫1 h,85 ℃中保溫20 min,冷水中冷卻30 min,放入4 ℃冰箱過夜備用。

1.2.4 全豆豆腐得率的測定 參考Cai等[21]的方法,將豆腐冷卻至室溫后稱重,計算每100 g大豆干粉所得鮮全豆豆腐的質量(g)。

1.2.5 全豆豆腐保水性測定 參考Puppo等[22]測定豆腐保水性(WHC)的方法并稍作修改,稱取5 g全豆豆腐于填充足量的脫脂棉花的50 mL離心管中,平衡后,以1000 r/min速率離心10 min,離心后豆腐重量m1,將稱重后的豆腐稍加粉碎,置于烘至恒重的培養皿中于105 ℃烘箱烘干6 h,記錄烘干全豆豆腐質量m0。

1.2.6 全豆豆腐含水量的測定 采用國標方法GB 5009.3-2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》測定全豆豆腐水分含量[23],稱量全豆豆腐5 g(m0),置于已恒重的稱量皿(m1)中,于105 ℃烘箱中烘至恒重,記錄質量m2。

表1 19個大豆品種籽粒中的理化成分含量Table 1 Physicochemical component of 19 soybean varieties

1.2.7 全豆豆腐質構特性及凝膠強度的測定 全豆豆腐從4 ℃冰箱取出后,待豆腐溫度變為室溫時,進行測定。全豆豆腐的質構特性和凝膠強度均采用質構儀進行測量,質構特性分析參考TPA模式,參數條件為:探頭型號P/0.5,測前速率5.00 mm/s、測中速率1.00 mm/s、測后速率5.00 mm/s,間隔時間5 s,壓縮形變率30%,測試距離為10 mm;凝膠強度參考Return to start 模式,除了無“間隔時間”與“壓縮形變率”,其余參數條件與質構分析一致。

1.3 數據分析

所有試驗均進行3個重復平行試驗,采用Excel進行平均值、變幅、標準差及變異系數等常規統計指標分析,利用SPSS 20.0數據處理系統進行相關性分析及聚類分析。

2 結果與分析

2.1 不同品種大豆基本理化指標分析

19種大豆粗蛋白質、粗脂肪、鈣、磷、植酸及水溶性蛋白的含量測定結果見表1。由表1可以看出,19種大豆粗蛋白含量變幅范圍為35.15～49.77 g/100 g,平均值為41.55 g/100 g(蛋白質含量折算系數為6.25),標準差為4.82,變異系數為11.60%。大豆粗脂肪含量變幅范圍為14.42～20.57 g/100 g,平均值為17.40 g/100 g,標準差為1.60,變異系數為9.20%。鈣含量變幅范圍為228.17～417.16 mg/100 g,平均值為309.70 mg/100 g,標準差為54.67,變異系數為17.65%。磷含量變幅范圍為293.77～701.41 mg/100 g,平均值為545.31 mg/100 g,標準差為91.72,變異系數為16.82%。植酸含量變幅范圍14.38～25.60 mg/g,平均值為21.98 mg/g,標準差為2.68,變異系數為12.19%。水溶性蛋白含量范圍62.53～102.80 mg/mL,平均值83.84 mg/mL,標準差為10.10,變異系數為12.05%。19種大豆各理化成分含量的變異系數均較大,其中大豆鈣含量的變異系數達到17.65%,而變異系數相對較低的是脂肪含量為9.20%。19種大豆間各理化成分含量均表現出一定程度的變異,其中不同大豆品種中鈣含量的變異程度較其他成分更大,這與大豆的遺傳特性與生長環境有關。

2.2 全豆豆腐得率、保水性和含水量分析

19種全豆豆腐的得率、保水性和含水量測量結果如表2所示。從表2可以看出,不同品種大豆所制得的全豆豆腐的得率變幅范圍為417.38～609.81 g/100 g,標準差為42.68,變異系數為7.44%。經加熱后的全豆豆漿在冷卻過程中,部分較大脂肪顆粒易集中于豆漿表面,與變性后的蛋白質顆粒結合聚集形成一層膜[24]。全豆豆漿表面膜的厚度和質量可能與豆漿粘度、豆漿中蛋白質顆粒及水溶性蛋白含量相關。該膜在后續全豆豆漿凝固的過程中,對蛋白質凝膠網絡的形成帶來不利影響。本研究將全豆豆漿表面膜挑去,而表面膜的厚度及質量便可直接影響到豆腐的得率,因此由不同品種大豆制得的全豆豆得率存在一定程度的差異性。全豆豆腐的保水性和含水量的變異系數分別為1.57%和0.53%,說明大豆品種對全豆豆腐的保水性和含水量的影響程度不大。

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

注:不同小寫字母代表不同大豆品種相同指標差異顯著,P<0.05;表3同。

表3 不同品種全豆豆腐質構特性的比較Table 3 Texture characteristics of different varieties of whole soybean curds

2.3 全豆豆腐凝膠強度、質構特性分析

各品種全豆豆腐凝膠強度及質構特性如表3所示,全豆豆腐凝膠強度變幅范圍為120.32～194.28 g,變異系數為13.49%,不同品種豆腐凝膠強度差異性較大。全豆豆腐的質構特性中,彈性、黏聚性和回復性的變異系數較小,分別為2.08%、4.44%和6.49%。而硬度、粘附性、膠著性、咀嚼性等質構特性變異系數范圍為14.93%～23.37%,表現出較大的變異性?？梢?不同的大豆品種生產的全豆豆腐,在凝膠特性和質構特性上均有較大差異。

表4 大豆基本理化成分與全豆豆腐得率、保水性和含水量之間相關性Table 4 Correlation between basic physicochemical components of soybean and the yield, water retention and water content of whole soybean curds

注:*表示相關性顯著(P<0.05)；**表示相關性極顯著(P<0.01)；表5同。

表5 大豆基本理化成分與全豆豆腐凝膠強度與質構特性之間相關性Table 5 Correlation between the basic physicochemical components of soybean and the strength and texture properties of whole soybean curds

2.4 大豆理化指標與全豆豆腐得率、保水性和含水量的相關性分析

不同品種大豆基本理化成分與全豆豆腐得率、保水性和含水量的相關分析見表4,大豆蛋白質組分與全豆豆腐得率、保水性和含水量相關性分析結果見表4。

由表4大豆基本理化成分與全豆豆腐得率、保水性和含量相關分析可以看出,全豆豆腐的得率與大豆中蛋白質和水溶性蛋白質含量呈不顯著正相關,相關系數分別為0.283、0.408。全豆豆腐的保水性與大豆中蛋白質含量呈極顯著正相關,相關系數為0.692,與大豆的脂肪含量都呈顯著負相關關系,相關系數為-0.540(P<0.05)。

全豆豆腐得率與大豆原料蛋白質、水溶蛋白質含量呈不顯著正相關,但全豆豆腐的得率并不完全取決于大豆中蛋白質含量,可能還與蛋白質組成、水溶性蛋白的聚集程度有關,因此它們的關系并不顯著[25]。同時,全豆豆腐得率還可能與豆漿表面膜的厚度、全豆豆漿中豆渣的吸水溶脹程度有關。全豆豆腐的保水性與蛋白質含量呈顯著的正相關關系,說明蛋白質含量越高,蛋白質顆粒形成的凝膠網絡更加緊密,對水分的保留效果就越好,保水性能就越好,而與脂肪含量成顯著負相關,這與相關研究結論一致[26-27]。

2.5 大豆理化指標與全豆豆腐凝膠強度與質構特性的相關性分析

不同品種大豆基本理化指標與全豆豆腐凝膠強度與質構特性的相關分析結果見表5,大豆蛋白質組分與全豆豆腐凝膠強度與質構特性的相關性分析結果見表5。

由表5可以看出,全豆豆腐的凝膠強度、硬度均與大豆中蛋白質含量成顯著正相關(P<0.05),相關系數分別為0.558和0.477;且均與與脂肪含量呈顯著負相關關系,相關系數分別為-0.756(P<0.01)和-0.639(P<0.05)。全豆豆腐硬度與大豆中植酸含量不存在顯著的相關關系,相關系數為0.144。全豆豆腐的膠著性與咀嚼性與蛋白質含量呈顯著正相關(P<0.05),相關系數分別為0.490、0.505,與大豆中脂肪含量成極顯著負相關關系(P<0.01),相關系數分別為-0.692、-0.708。

豆腐的凝膠強度與硬度與大豆中蛋白質含量的正相關關系,與脂肪含量的負相關關系已早有研究[28-30],本研究中全豆豆腐表現出相同的關系趨勢。全豆豆腐硬度與大豆籽粒植酸含量不存在顯著的相關關系，與文獻[12,31]的報道相一致,文獻[17,32]報道豆腐硬度與大豆中植酸含量成顯著負相關關系,這可能與實驗樣品數量和品種的差異性有關。

2.6 大豆理化成分與豆腐加工特性分析

選擇受大豆理化成分影響較大的全豆豆腐品質指標包括得率、保水性、含水量、凝膠強度及部分質構特性為作為變量,采用聚類分析對19種全豆豆腐進行分類,分類方法為聚類分析的K均值聚類法,將豆腐分為4類,聚類中心如表6所示。

由表6可以看出,第二類豆腐得率最高,而第一類豆腐得率最低,第四類豆腐得率居中,第三類豆腐得率與第二類豆腐得率十分接近。從保水性來看,四類豆腐保水性相差不大,第二類保水性最高,而第一類豆腐保水性最低。四類豆腐的含水量差距不大,其中第四類豆腐含水量高。從豆腐凝膠強度與質構特性來看,第二類豆腐的凝膠強度較高,隨之是第一類和第四類,最低為第三類豆腐,而豆腐硬度的類別順序與凝膠強度基本一致。四類豆腐的膠著性與咀嚼性表現為一致的類別順序,膠著性與咀嚼性最高的是第二類豆腐,第一類與第三類豆腐居中,最低的是第四類豆腐。

表6 最終聚類中心Table 6 Final cluster centers

因為豆渣的存在,全豆豆腐的凝膠強度與硬度普遍偏小,本研究中第二類豆腐得率、保水性、凝膠強度及質構特性均較好。有研究指出,得率較高的豆腐,其品質較好[21],因此可以得到,第二類豆腐品質最好,第三類與第四類居中,第一類最差。

19種全豆豆腐被分為了4類,其中第二類豆腐包括東豆17、蘇豆12、南豆12(套)、南夏豆25、冀豆12、南豆25、五星4號,其得率、保水性能、凝膠強度及質構特性均較好。第三類豆腐主要包括墾農30、墾農23、黑農71、合農59、東豆1號、墾農26、南豆12(凈)和吉育89,其得率較高,但凝膠強度較低,品質居中。第四類豆腐包括富黑2號、東豆9號和貢秋豆8號,其得率、保水性及質構特性處于中等水平,較第三類豆腐差。黑豆屬于第一類,其得率、保水性、凝膠特性及質構特性均較差。

3 結論

對19個品種大豆進行理化成分和含量分析,發現其蛋白質、脂肪、鈣、磷、植酸和水溶性蛋白含量的變異系數分別為11.60%、9.21%、17.65%、16.82%、12.19%、12.05%,說明各品種大豆理化指標均存在一定的差異。從豆腐品質的角度,各品種加工的全豆豆腐的得率、保水性、含水量的變幅范圍是417.38～609.81、75.54～80.01、83.56～85.66 g/100 g,通過方差分析,全豆豆腐得率表現出一定的差異性,而各品種豆腐的保水性與含水量差異不大。全豆豆腐的硬度、粘附性、膠著性、咀嚼性等質構特性的品種差異性較大,而與豆腐品質緊密相關的凝膠強度與硬度等指標也表現出極大的品種差異性。

大豆原料的特性與全豆豆腐加工特性存在復雜的聯系。本研究發現豆腐的得率與大豆中蛋白質和水溶性蛋白質含量呈不顯著正相關(r=0.283、r=0.408),與鈣含量呈顯著負相關(r=-0.487)。而保水性與大豆蛋白質含量呈極顯著正相關(r=0.692),與脂肪含量顯著負相關(r=-0.540)。全豆豆腐凝膠強度與硬度均與大豆蛋白質含量成正相關關系(r=0.558、r=0.477),與脂肪含量成極顯著或顯著負相關關系(r=0.756、r=0.639),而膠著性與咀嚼性等質構指標也受到蛋白質與脂肪含量的影響。上述結果表明,大豆品種理化成分與含量對豆腐加工特性影響極顯著。

通過聚類分析,將全豆豆腐分為四類,其中由東豆17、蘇豆12、南豆12(套)、南夏豆25、冀豆12、南豆25和五星4號大豆品種生產的全豆豆腐得率、保水性能、及質構特性均較好,該類大豆品種具有較好的豆腐加工特性。

本研究通過對大豆原料理化指標及全豆豆腐的品質指標進行分析,明確了其間存在的差異性。再通過大豆理化成分與全豆豆腐品質指標的相關性分析,進一步確定大豆成分在全豆豆腐加工中的作用,為全豆豆腐加工提供一定理論參考。