冷凍豆腐復合添加劑配比及品質評價

, ,,, ,*, ,,,

(1.東北農業大學食品學院,黑龍江哈爾濱 150030;2.山東禹王生態食業有限公司,山東禹城 253000)

豆腐是一種聞名中外的美食,營養豐富且全面,素有“植物肉”之美稱,人體對豆腐消化率可以達到92%～95%。但新鮮豆腐普遍存在含水量高,不易貯存又易破碎等問題,若制成冷凍豆腐,易于脫水和儲運,還具有特殊的口感[1]。通常冷凍豆腐是豆腐經速凍(-18 ℃)后的產品,營養價值豐富,含蛋白質63.4%,脂肪26.4%,碳水化合物7.2%,水分0.4%,其余2.6%。此外,冷凍豆腐含有卵磷脂,可在人體內能形成膽堿,有預防動脈硬化的功效。同時,冷凍豆腐還含有豐富的維生素E,每100 g冷凍豆腐含維生素E 251 mg,具有促進人體血液循環,使人保持青春活力,促進雌性激素分泌的功效[2]。且冷凍豆腐較之于新鮮豆腐具有更高的營養價值,是基于冷凍豆腐的水分含量低,而并非營養物質增加[3]。

目前國內冷凍豆腐加工過程中存在著耐煮性差、口感粗糙、復水性差等問題。李里特等[4]研究發現豆腐得率和保水性與大豆粗蛋白含量呈正相關,與水溶性大豆分離蛋白呈顯著正相關;豆腐的硬度、黏性、脆度與大豆蛋白含量成負相關,與大豆球蛋白含量呈正相關;寧發子等[5]研究發現,蛋白基食品中加入卡拉膠引入了強親水物質,保護了蛋白分子間二硫鍵,維持蛋白凝膠的空間結構。楊曉泉等[6]研究發現,大豆11S蛋白與卡拉膠與蛋白發生絡合作用,能控制油脂聚附與凝固,加強油脂的分散性,控制油脂與蛋白質的相互作用,從而提高蛋白在受熱時的穩定性,有可能改善豆制品的熱穩定性。上述研究僅表明豆腐制作過程中分別加入蛋白、淀粉和多糖三種添加劑可在一定程度上改善豆腐品質,但這三種添加劑及復配添加對冷凍豆腐品質的影響仍需進一步研究。

本試驗研究以鹵水為凝固劑添加不同食品級添加劑制作冷凍豆腐,對冷凍復水豆腐進行感官評定、質構測定及掃描電鏡微檢測,研究各種單一或復合添加劑對冷凍豆腐品質的影響,以期得到適合高品質冷凍豆腐生產的添加劑,為冷凍豆腐的大規模化工業生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

市售東北大豆 山東禹王生態食業有限公司;大豆分離蛋白(離散型)SPI 北京惠康源生物科技有限公司;卡拉膠 河南恩博生物科技有限公司;變性淀粉 鄭州大江生物科技有限公司;氯化鎂、消泡劑、碳酸氫鈉 北京索萊寶生物科技有限公司。

HT-N(S)型電子天平 蘇州盛世衡器有限公司;WK2102型電磁爐 廣東美的生活電器制造有限公司;CTK150R型離心機 長沙高新技術產業開發區湘儀離心機儀器有限公司;TA-XT2i型質構分析儀 英國Stable Micro System公司;J-AD16N型冷凍干燥機 杭州佳潔機電設備有限公司;SU8010型場發射掃描電子顯微鏡 英國Quorum公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 冷凍豆腐加工工藝 大豆→挑選→浸泡(12～15 h)→熱燙→磨漿(豆∶水=1∶7)→過濾→加消泡劑(0.01%)→煮漿(煮沸5 min)→點腦(先加添加劑再加凝固劑)→蹲腦(10～15 min)→成型(豆腐模型中壓制30 min)→冷凍(-18 ℃、48 h)→成品

稱量100 g(精確至0.01 g)黃豆,浸泡10 h(0.5%的NaHCO3溶液),熱燙5 min(沸水),弱堿水磨漿(豆水比1∶7,pH6.5～7.0,溫度90 ℃),100目紗布過濾除去漿渣,加入0.01%消泡劑后得生豆漿,95 ℃溫度煮沸濃縮5 min,80～85 ℃時加入添加劑和凝固劑,保溫靜置15 min形成豆花,待豆花豆腐模型中壓制30 min成型后,冷卻至室溫,豆腐切成5.0 cm×5.0 cm×2.0 cm正方體-18 ℃條件下冷凍48 h。

1.2.2 單因素實驗

1.2.2.1 大豆分離蛋白添加量的確定 保持豆漿溫度80～85 ℃,羥丙基變性淀粉0.03%(w/v)(以400 mL煮沸豆漿計),卡拉膠0.03%(w/v)(以400 mL煮沸豆漿計),在其他條件不變的情況下,選取大豆分離蛋白添加量為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%(w/v)(以400 mL煮沸豆漿計),通過保水性(%)、復水性(%)分析確定大豆分離蛋白添加量單因素的最優條件。

1.2.2.2 羥丙基變性淀粉添加量的單因素確定實驗 保持豆漿溫度80～85 ℃,大豆分離蛋白0.5%(w/v)(以400 mL煮沸豆漿計),卡拉膠0.03%(w/v)(以400 mL煮沸豆漿計),在其他條件不變的情況下,選取羥丙基變性添加量為0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%(w/v)(以400 mL煮沸豆漿計),通過保水性(%)、復水性(%)分析確定大豆分離蛋白添加量單因素的最優條件。

1.2.2.3 卡拉膠添加量的單因素確定實驗 保持豆漿溫度80～85 ℃,大豆分離蛋白0.5%(w/v)(以400 mL煮沸豆漿計),羥丙基變性淀粉0.03%(w/v)(以400 mL煮沸豆漿計),在其他條件不變的情況下,選取卡拉膠添加量為0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%(w/v)(以400 mL煮沸豆漿計),通過保水性(%)、復水性(%)分析確定大豆分離蛋白添加量單因素的最優條件。

1.2.3 復合凝固劑的配比試驗設計 以產量(g/400 mL)、保水性(%)、復水性(%)、感官評價、質構、微觀結構等為考察指標,選出三類添加劑的最佳范圍并進行交互試驗,通過分析,確定復配添加劑的最佳配比,各添加劑配比見表1。

表1 生產豆腐的添加劑配比Table 1 Additives ratio of tofu

1.2.4 指標的測定

1.2.4.1 冷凍豆腐產量的測定 豆腐的產量表示為400 mL熟豆漿獲得的豆腐質量來表示[9]。豆腐水分含量越高,冷凍豆腐產量越高,其凝膠強度越低。

1.2.4.2 豆腐保水性(WHC)測定 稱取每個豆腐樣品3 g(精確到0.0001 g)測保水性。樣品切成3.0 cm×3.0 cm×2.0 cm稱重(Wt),置于底部充填足量脫脂棉的50 mL離心管中,在4 ℃、9000 r/min離心20 min,去掉豆腐表面的脫脂棉,丟棄上清液,用干燥的濾紙小心地除去豆腐表面殘留的液體[7]。稱重(Wr),并根據下式 計算保水能力[8],每個試驗重復3次。

1.2.4.3 冷凍豆腐復水性測定 將約15 g冷凍豆腐,切成4 cm×4 cm×3 cm的豆腐塊記為M2并準確稱重(精確至0.01 g),然后將冷凍豆腐樣品置于沸水中煮制10 min,取出靜置瀝水5 min后稱取重量記作M1并準確稱重(精確至0.01 g),復水性按下式計算,每個試驗處理重復3次[9]。

1.2.4.4 冷凍豆腐耐煮性測定 冷凍豆腐樣品切成2.0 cm×3.0 cm×2.0 cm 的豆腐塊并進行編號,沸水中煮制 0.5 h,考察樣品的完整性及撈起性,記錄樣品邊緣出現破損、破碎的時間和程度[10]。

表2 冷凍復水豆腐的感官評定Table 2 The sensory evaluation of frozen rehydration tofu

1.2.5 冷凍復水豆腐的感官評定 邀請10位接受過感官評定培訓的同學組成評定小組,首先明確本試驗的目的和意義以及感官評定的指標和注意事項。對冷凍復水過后的豆腐進行感官評定,評定分數采用10分制,每次評定由每個評定成員單獨進行,相互不接觸交流,樣品評定之間用清水漱口[11]。

1.2.6 冷凍豆腐質構測定 凝膠TPA的測定過程是模仿人口腔咀嚼食物的運動過程[12]。將制作完成的豆腐在4 ℃條件下保存約12 h,使用小刀將上述豆腐切成1.0 cm×1.0 cm×1.0 cm的立方體,利用TA-XT2i質構分析儀對其進行分析。使用P/36R探針將樣品壓縮兩次至50%變形觸發力5 g,預測速度5.0 mm/s,測試速度1.0 mm/s,測試后速度10.0 mm/s[13]。煮制后的冷凍豆腐同樣于4 ℃下保存12 h后測定。在測試期間,測量每個豆腐樣品的質地參數,包括硬度、彈性、粘結性和膠粘性等,在每種情況下至少進行3次測試[14]。

1.2.7 豆腐微觀結構的測定 利用場發射掃描電子顯微鏡觀察冷凍豆腐的微觀結構,將冷凍豆腐樣品切成約0.8 cm×0.6 cm×0.1 cm薄片,然后進行固定(pH6.8戊二醛溶液,4 ℃冰箱中固定1.5 h以上),沖洗(pH6.8磷酸緩沖溶液,沖洗2～3次,每次10 min),脫水(濃度依次為50%、70%、90%乙醇各一次洗脫10～15 min、100%的乙醇洗脫2～3次,每次10～15 min),置換(100%乙醇∶叔丁醇=1∶1和純叔丁醇各一次,每次15 min),干燥(-20 ℃冰箱冷凍30 min,冷凍干燥4 h),粘樣,涂覆金濺射(厚度為10～15 nm),樣品處理完成后,在5 kV條件下觀察試驗結果[15]。

1.3 數據處理

每組實驗重復三次,所有試驗數據取三次平均,作圖采用Origin 9.0軟件,數據處理使用 SPSS 20.0軟件進行方差分析及差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 大豆分離蛋白添加量的單因素實驗 如圖1所示,當SPI添加量從0.1%(w/v)增加到0.9%(w/v)時,冷凍豆腐樣品的保水性和復水性隨SPI添加量的增加呈現出顯著增加(p<0.05)的趨勢,結果表明冷凍豆腐的保水性與豆漿中粗蛋白和水溶性蛋白含量呈顯著正相關,高濃度蛋白之間形成復雜的三維網絡結構,提高豆腐凝膠性;SPI添加量對冷凍豆腐的復水性有協同作用,在添加量為0.5%(w/v)時,冷凍豆腐的復水性最好為23.42%,這是由于水溶性蛋白在凝膠變性的過程中形成的網絡結構能更好的結合水分的緣故[4]。繼續增加SPI添加量,冷凍豆腐樣品的保水性和復水性呈現下降趨勢,推測上述試驗結果可能是由于加入過量SPI后,冷凍條件下水分結晶造成SPI變性,進而通過氫鍵、疏水作用和二硫鍵形成大小不同的聚集體[16]。綜合考慮,選擇最佳SPI添加量為0.5%。

圖1 大豆分離蛋白添加量對冷凍豆腐保水性和復水性的影響Fig.1 Water retention and rehydration of tofu with different addition of SPI

2.1.2 變性淀粉添加量的單因素實驗 圖2所示為變性淀粉添加量對冷凍豆腐保水性和復水性的影響,當變性淀粉添加量從0.01%增加到0.05%時,冷凍豆腐樣品的保水性和復水性隨SPI添加量的增加均呈現出先增加后下降的趨勢,在變性淀粉添加量為0.03%時,冷凍豆腐樣品的保水性和復水性獲得最大值分別為18.43%和22.75%。結果表明適量添加變性淀粉引入了親水基,增強無定形區的吸水能力,可有效地防止凝膠離水,增加蛋白凝膠的保水能力和膨脹度,進而增加冷凍豆腐的凝膠強度[4]。該結果與龐中偉等[17]人的表述相一致。

圖2 變性淀粉添加量對冷凍豆腐保水性和復水性的影響Fig.2 Water retention and rehydration of frozen tofu with different addition of modified starch

2.1.3 卡拉膠添加量的單因素實驗 如圖3所示,當卡拉膠添加量從0.01%增加到0.05%時,卡拉膠添加量對冷凍豆腐的保水性和復水性有協同作用。隨著卡拉膠添加量增加,冷凍豆腐的保水性和復水性呈現出顯著增加(p<0.05)的趨勢,繼續增加SPI添加量,冷凍豆腐樣品的保水性變化不顯著(p>0.05)。當卡拉膠添加量為0.03%時,冷凍豆腐的保水性和復水性取得最大值分別為26.82%和27.02%。這可能是由于添加可溶性多糖卡拉膠引入了強親水物質,同時卡拉膠保護二硫鍵,防止其斷裂,抑制蛋白發生解聚[18],在加熱過程中引起分子內閉環作用,形成雙螺旋結構,從而產生保水作用[4]。

圖3 卡拉膠添加量對冷凍豆腐保水性和復水性的影響Fig.3 Water retention and rehydration of frozen tofu with different addition of carrageenan

2.2 冷凍豆腐的產量、保水性、復水性及耐煮性測定

表3顯示了以鹵水為凝固劑并添加復配添加劑制備的冷凍豆腐的品質特性,以冷凍豆腐的產量(以400 mL熟豆漿計)、保水性、復水性和耐煮性為指標。如表所示,與試驗組2號相比,由于添加了SPI-變性淀粉和SPI-卡拉膠復配添加劑,試驗組3、4號的冷凍復水豆腐產量、保水性、復水性和耐煮性均表現為顯著增加(p>0.05),該現象可能是因為SPI與變性淀粉之間的填充作用,首先SPI的加入使豆漿中水溶性蛋白含量增加,高濃度蛋白之間形成復雜的三維網絡結構,同時,變性淀粉和卡拉膠引入了強親水性物質并填充在蛋白三維網絡中,保護蛋白二硫鍵,穩定凝膠的立體結構,提高豆腐的凝膠強度和保水能力。

表3 冷凍豆腐的產量、保水性、復水性及耐煮性Table 3 The yield,water retention,rehydration and boiling resistance of frozen tofu

與試驗組6號相比,試驗組7號添加變性淀粉-卡拉膠復配添加劑,冷凍豆腐的產量、保水性、復水性和耐煮性均顯著(p<0.05)增加。分析結果是由于卡拉膠可有效抑制凍融過程對蛋白網絡結構的破壞,卡拉膠也可減緩水分的遷移,降低冰晶的生長速度,減弱由于冰晶生長造成的面筋蛋白網絡結構的破壞,從而保護蛋白的超微結構,同時變性淀粉起到穩定蛋白三維結構的作用[19];與試驗組8號相比,試驗組4號添加了SPI-卡拉膠復配添加劑,冷凍豆腐的產量、保水性、復水性和耐煮性均顯著(p<0.05)增加。這是由于在高濃度蛋白之間形成復雜的三維網絡結構的基礎上,卡拉膠可保護二硫鍵防止斷裂,抑制蛋白發生解聚,同時,卡拉膠親水膠體在高溫下鎖住更多水分,保持整個凝膠結構,與蛋白形成交聯提高結構穩定性。

與其他試驗組相比,同時添加SPI-變性淀粉-卡拉膠的試驗組的冷凍豆腐產量、保水性、復水性和耐煮性均顯著(p<0.05)增加。這是由于豆漿中水溶性蛋白含量增加,高濃度蛋白之間形成復雜的三維網絡結構,變性淀粉在引入親水基的同時強化凝膠空間網絡結構[20],增強了凝膠對水分的包容束縛能力増強,同時卡拉膠親水膠體在高溫下鎖住更多水分,保持整個凝膠結構,與蛋白形成交聯提高結構穩定性[21-22]。綜合各因素分析5號冷凍豆腐樣品品質最佳。

2.3 冷凍復水豆腐的感官評定

根據冷凍復水豆腐感官評分求取平均數,繪制圖4。如圖4所示,與其他試驗組相比,試驗組5號的綜合分值最高,感官評定人員對其認可度最高,冷凍復水豆腐樣品的嫩度、多汁性、細膩度和總分顯著增加(p<0.05),但對冷凍復水豆腐樣品的風味和色澤影響不顯著(p>0.05)。這是由于添加SPI-變性淀粉-卡拉膠復配添加劑后,豆漿中水溶性蛋白含量增加,高濃度蛋白之間形成復雜的三維網絡結構,卡拉膠具有保護蛋白質分子間二硫鍵的作用,維持空間網絡結構,同時,變性淀粉填充在蛋白質空間網絡中,增強凝膠對水分的包容束縛能力増強[23]。

圖4 冷凍復水豆腐感官評分Fig.4 The scores of sensory evaluation of frozen tofu

2.4 冷凍復水豆腐質構測定

豆腐的TPA測定是確定豆腐品質和消費者可接受性的非常有用的方法。如表4所示,復配添加劑條件下冷凍復水豆腐的質構指標變化。結果顯示,與其他試驗組相比,試驗組5號的冷凍復水豆腐硬度減小,加入SPI-變性淀粉-卡拉膠復配添加劑后,冷凍豆腐樣品較為松軟,表面細膩光滑均勻,適口性增加;試驗組5號的彈性、粘結性及咀嚼度增大,加入SPI-變性淀粉-卡拉膠復配添加劑后,在豆漿中高濃度蛋白形成三維空間網絡結構的基礎上,變性淀粉填充其中增加蛋白凝膠的保水能力,并通過卡拉膠穩定保護蛋白分子間二硫鍵被破壞,卡拉膠與蛋白產生絡合作用,控制油脂聚附與凝固,加強油脂的分散性,控制油脂與蛋白質的相互作用,從而提高蛋白在受熱時的穩定性,使冷凍復水豆腐樣品具有較好的適口性。但復配添加劑對冷凍復水豆腐的恢復力和膠粘性變化的影響不顯著(p>0.05)。綜合質構和感官評定分析,添加SPI-變性淀粉-卡拉膠復配添加劑的試驗組5號后,冷凍復水豆腐的硬度、彈性、粘結性及適口性較為理想。

表4 復配添加劑冷凍復水豆腐質構指標Table 4 Texture index of compound additives frozen rehydration tofu

2.5 冷凍豆腐的微觀結構

圖5分別顯示了在配料中添加復配添加劑制作的冷凍豆腐復水后掃描電子顯微鏡圖像,未加入添加劑的豆腐凝膠表面結構疏松、孔徑較大,結構呈現層層疊加的網絡結構部分,豆腐凝膠性較弱,口感粗糙與感官評定和質構的結果相一致;與圖5a相比圖5b、5f、5h的凝膠結構較為緊密,空隙直徑小但分布不均勻,部分略有團簇狀現象,網絡呈片層狀分布,豆腐的凝膠強度略有增加,加入大豆分離蛋白后蛋白濃度提高形成復雜的三維網絡結構,淀粉顆粒填充在蛋白凝膠三維網絡結構中,結構更加致密;對比圖5b、5f、5h而言,圖5c、5d、5g凝膠表面結構呈較為致密的海綿狀,孔洞較小且分布較為均勻。卡拉膠和大豆蛋白組分的連續網絡形成了雙連續的凝膠體系,對凝膠強度起到了一定的增強作用,羥丙基變性淀粉和蛋白產生交聯結構作用力增強,卡拉膠和蛋白之間形成大量氫鍵使結構更加穩定[24];觀察上述SEM圖示,圖5e豆腐凝膠組織的致密程度最高,空隙直徑最小且分布均勻,推測:可能是由于大豆分離蛋白、羥丙基變性淀粉和卡拉膠三種添加劑之間產生交互作用,使豆腐凝膠結構更加緊密、均勻[24-25]。

圖5 復配添加劑冷凍復水豆腐掃描電子顯微鏡圖像Fig.5 Compounded additive frozen reconstituted tofu scanning electron microscope image注:a:對照,b:0.5% wt/wt SPI,c:0.5% wt/wt SPI+0.03% wt/wt變性淀粉,d:0.5% wt/wt SPI+0.03% wt/wt卡拉膠,e:.5% wt/wt SPI+0.03% wt/wt變性淀粉+0.03% wt/wt卡拉膠,f:.03% wt/wt變性淀粉,g:0.03% wt/wt變性淀粉+0.03% wt/wt卡拉膠,h:0.03% wt/wt卡拉膠。

3 結論

本文基于冷凍豆腐的保水性和復水性指標,通過單因素試驗確定大豆分離蛋白、變性淀粉及卡拉膠添加量,同時,闡述了復配添加劑對冷凍豆腐品質、感官評分、質構及微結構的影響。結果顯示,當復合添加劑配比為0.5%大豆分離蛋白+0.03%變性淀粉+0.03%卡拉膠時,冷凍豆腐具有較好的保水性和復水性,感官評分高,硬度減小,彈性、粘結性及咀嚼度增大,結構較為均勻、緊密。在冷凍豆腐加工過程中,改善冷凍豆腐品質,有利于產品的規模化工業生產。