低耗水管道化制漿技術對豆漿品質及穩定性的影響

張 清，張小飛，彭義交，白 潔，李玉美，金 楊，郭 宏，田 旭，劉麗莎*

（北京食品科學研究院，北京 100162）

大豆營養豐富，富含蛋白質（35%～40%）、碳水化合物（25%～30%）、脂肪（15%～20%）、維生素和氨基酸等營養物質[1]，含有卵磷脂、異黃酮、皂苷、低聚糖等生物活性物質[2]，具有抗氧化、降血壓、降血脂、降低膽固醇、抗癌等功能[3-7]。大豆經浸泡、磨漿、煮漿后制得的豆漿營養物質吸收率達90%，較大豆大幅提高[2]，且胰蛋白酶抑制劑、凝集素、植酸、脲酶等抗營養因子也在加工過程被去除[8]，具有極高的營養價值，是深受我國消費者喜愛的植物蛋白飲品，也是豆腐、豆干、腐竹、腐乳等傳統豆制品的加工原料。

豆漿的品質與其品種、制漿條件、加工工藝等因素密切相關，直接影響豆漿類產品的商業化價值及豆腐、豆干類產品的加工穩定性，目前豆制品生產企業均采用傳統制漿技術（大豆清洗后加水浸泡10～12 h，采用砂輪磨磨漿），其產品品質及加工穩定性有待提升。科研人員針對豆漿品質提升開展了大量工作：甘晶等[9]發現漿渣共熟化技術較傳統制漿技術可提高大豆營養成分的溶出；李琳等[10]研究結果表明干法制漿的品質優于傳統技術；李家勛等[11]發現制漿工藝對豆漿中營養成分的含量與比例有顯著影響；張娟等[12]報道膠體磨加工成的全豆豆漿與傳統豆漿相比感官品質較好，且無豆渣產生。目前的研究主要集中在傳統浸泡技術的工藝改進上，傳統浸泡技術由于耗時長、耗水量大、微生物污染嚴重，豆漿穩定性較差，在一定程度上限制了傳統豆制品企業的自動化發展及產品品質穩定性的提升。

低耗水制漿技術[13]是本團隊前期研發的新型制漿技術，原料前處理后浸泡2.5 h即完成浸泡工序，制備的豆漿乳化性與傳統工藝浸泡12 h相當，具有節水、省時、減少污染等優勢，關于此技術對豆漿品質及穩定性的影響鮮見報道。膠體磨具有優越的超微粉碎、混合、分散乳化、均質等作用，可進行連續式管道化操作，在植物蛋白飲料、大豆副產物綜合利用等方面已有廣泛利用，但在傳統豆制品企業應用較少。該技術在傳統豆制品加工中可實現豆漿的管道化封閉式加工，結合低耗水浸泡技術耗時短的優勢，原料可快速完成浸泡、制漿環節，控制微生物增殖及蛋白質降解等不良現象，提高豆漿的加工穩定性。本研究從豆漿基本組分、粒徑、離心沉淀率、穩定性、色差和感官評價等方面，與傳統工藝相比較，考察管道化低耗水浸泡技術結合膠體磨對豆漿品質及穩定性的影響，為豆制品實現管道化生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆 北京京客隆超市西紅門店。

硫酸銅、硫酸鉀、硫酸、硼酸、氫氧化鈉（均為分析純） 國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

CR-410色彩色差儀 日本柯尼卡美能達公司；B-324全自動凱氏測氮儀 瑞士步琪實驗儀器公司；LA-950激光粒度分析儀 日本HORIBA公司；WSD-W型衛生即時豆腐機 北京市洛克機械有限責任公司；TRL-180膠體磨 浙江興盛機械有限公司；Exponent Lite Express質構儀 英國Stable Micro Systems公司；TLAB AGS型Turbiscan穩定性分析儀 法國Formulaction公司。

1.3 方法

1.3.1 豆漿制備

傳統浸泡工藝砂輪磨制漿（傳統+砂輪磨）：將整粒大豆于室溫（25 ℃）下用清水（料液比1∶7）浸泡12 h，用砂輪磨磨漿，漿渣分離得到豆漿備用。

新型低耗水浸泡工藝砂輪磨制漿（新工藝+砂輪磨）：采用本團隊開發的新型低耗水浸泡工藝[13]，將前處理后的大豆用清水（料液比1∶7）浸泡3 h，用砂輪磨磨漿，漿渣分離得到豆漿備用。

新型低耗水浸泡工藝膠體磨制漿（新工藝+膠體磨）：采用膠體磨磨漿，其他操作同“新工藝+砂輪磨”。

干豆制漿（干豆）：將前處理后的大豆不經浸泡，直接加水調配成料液比1∶7，加入膠體磨磨漿，漿渣分離得到豆漿備用。

1.3.2 理化指標測定

蛋白質含量按GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》[14]凱氏定氮法進行測定；脂肪含量按照GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》[15]酸水解法測定；總糖含量按照GB/T 18672—2014《枸杞》[16]測定。

1.3.3 粒徑分布的測定

樣品用激光粒度分析儀進行分析，平行測定3 次，可得到其粒徑分布狀態圖譜。具體參數設置如下：顆粒折射率1.590；顆粒吸收率0.001；分散劑為去離子水；分散劑折射率1.330[17]。

1.3.4 離心沉淀率的測定

將樣品搖勻，在離心管（質量為m1）中加入樣品（質量為m0），4 000 r/min離心15 min，棄去上層液體，瀝干10 min后稱質量（m2）[17]，按下式計算沉淀率。

1.3.5 穩定性指數測定

利用Turbiscan穩定性分析儀掃描樣品背散射光強度，每0.5 h掃描1 次，共掃描7 h，每個樣品重復3 次。利用儀器配套軟件計算樣品體系的穩定性指數（turbiscan stability index，TSI）[18]。

1.3.6 色差分析

取豆漿樣品80 mL于100 mL燒杯，用色彩色差儀測定其亮度值（L*）、綠紅值（a*）和藍黃值（b*）。

1.3.7 感官評定

在實驗室挑選10 名經培訓過的、具有一定感官分析能力且有一定感官分析經驗的評價員，按表1分別從色澤（25 分）、氣味（25 分）、組織狀態（25 分）、口感（25 分）4 項指標對煮沸后的豆漿進行評價[19]。

表1 豆漿感官評價標準Table 1 Criteria for sensory evaluation of soybean milk

1.4 數據統計及分析

數據采用Excel 2016和SPSS 17.0軟件進行統計分析，均重復3 次，采用Duncan’s法進行差異顯著性分析，P＜0.05表示差異顯著，畫圖采用Excel 2016軟件。

2 結果與分析

2.1 磨漿方式對豆漿基本組分含量的影響

圖1 磨漿方式對豆漿蛋白質含量的影響Fig. 1 Effect of grinding method on protein content of soybean milk

由圖1可知，經新型低耗水浸泡工藝處理的豆漿蛋白含量較其他處理組高。這是由于傳統浸泡工藝耗時長（10～12 h），且浸泡水不進入制漿環節，會損失部分蛋白質等水溶性營養物質；此外，浸泡時間過長容易造成微生物的滋生。新型低耗水浸泡工藝中原料經脫皮破碎后顆粒變小，浸泡后水分快速進入子葉內部，親水性物質迅速完成水合作用，蛋白體變得松軟，膜脆性增加，磨漿時更易進入水相被提取，在磨漿過程中機械力作用下有利于蛋白體膜破碎及蛋白質溶出。新型低耗水浸泡工藝結合膠體磨制備的豆漿蛋白質含量（3.89 g/100 g）高于砂輪磨（3.76 g/100 g），這是由于蛋白質主要存在于大豆細胞的蛋白質儲藏液泡中（直徑3～8 μm），膠體磨在高剪切力、摩擦力、高頻振動、高速漩渦等物理作用下，使蛋白質儲藏液泡破裂，達到物料超細微粉碎及乳化效果[20]，有利于蛋白質的提取。經過破碎去皮后的豆粒，只需經3 h浸泡后制漿，其豆漿的乳化性與傳統整粒大豆浸泡10～12 h制得的豆漿相當[12]。

圖2 磨漿方式對豆漿脂肪含量的影響Fig. 2 Effect of grinding method on fat content of soybean milk

大豆中的脂質主要以甘油三酯形式存在于油體中，在豆漿制作過程中不易被破壞。由圖2可知，新型低耗水浸泡工藝膠體磨制得豆漿的脂肪含量（1.32 g/100 g）高于其他組，與蛋白質提取效果一致。油體結合蛋白被認為是一種“T”型結構，疏水性頭部透過磷脂插入甘油三酯內部，親水性N-末端和C-末端通過平展在磷脂與水的界面上暴露于水中[21]，膠體磨相對砂輪磨研磨得更精細，與水接觸面積更大，促進蛋白親水端與水接觸，使油體從大豆細胞遷移至水相。干豆組豆漿脂肪含量（1.09 g/100 g）最低，這是由于未浸泡大豆顆粒硬度較大，不易磨碎；另外，由于蛋白質未完成水合作用，親水性較差，油體從大豆顆粒內部向外部擴散阻力大，難以釋放到豆漿中[11]。

圖3 磨漿方式對豆漿總糖含量的影響Fig. 3 Effect of grinding method on total sugar content of soybean milk

由圖3可知，新型低耗水浸泡工藝結合膠體磨與傳統工藝對豆漿總糖提取的差異較小（P＞0.05）。這是由于大豆浸泡后子葉細胞吸水膨脹、結構疏松，糖類等水溶性物質在磨漿過程中容易進入豆漿。

2.2 磨漿方式對豆漿粒徑分布的影響

豆漿粒徑與大豆浸泡時間、溫度、破碎度等因素有關。顆粒粒徑及分布決定了溶液的狀態及穩定性，與牛乳相比，豆漿由于脂肪含量高、蛋白質分子質量較大、含有較多膳食纖維及其他不溶性成分且顆粒粒徑較大，其粒徑分布不均勻，有沙質顆粒感且易沉淀[22]。豆漿粒徑分布與磨漿及漿渣分離選用的篩網孔徑相關，據報道，250 目過濾豆漿粒徑分布范圍為0.04～120 μm[17]。體系穩定性與粒子半徑的平方成正比，粒徑越大越易沉降分離，體系越趨于不穩定[23]。

圖5 磨漿方式對豆漿粒徑分布的影響Fig. 5 Effect of grinding method on particle size distribution of soybean milk

由圖4、5可知，干豆膠體磨研磨的豆漿粒徑最大，分布范圍（0.226～300 μm）較寬，主要集中在44～300 μm，平均粒徑（67.578 μm）明顯高于其他組。這是由于大豆未經浸泡處理，豆粒硬度較大，研磨時不易將顆粒磨碎；同時，蛋白質的水化程度低，溶解性差，乳化效果不均勻。豆漿粒徑與其穩定性密切相關，粒徑增大不利于體系穩定性的維持[24]。

經砂輪磨處理的兩種豆漿粒徑分布呈現明顯的3 個峰（0.1～0.5、1～50、50～400 μm），粒徑分布類似，平均粒徑較干豆組明顯降低。由于豆粒在浸泡過程中吸水軟化，制漿時被研磨得更細，其中經新型低耗水浸泡工藝的豆漿平均粒徑（22.705 μm）較傳統工藝（46.752 μm）低。新型低耗水浸泡工藝中豆粒吸水速率快，組織更疏松，有利于磨漿及營養物質溶出，與蛋白質溶出結果一致。傳統工藝浸泡的大豆在研磨時，豆皮的高膨化性及滯水性使研磨難度較大，從而使得豆漿粒徑較大[25-26]。

經新型低耗水浸泡技術結合膠體磨處理的豆漿粒徑分布在0.1～50 μm之間，粒徑峰值高，峰寬較窄，大小更加均一，平均粒徑為2.55 μm，明顯小于經砂輪磨制得的豆漿。膠體磨通過電機帶動轉齒與定齒高速旋轉，被加工物料通過本身重量或外部加壓產生螺旋沖擊力，透過定、轉齒間隙受到強大的剪切力、摩擦力、高頻振動、高速漩渦等作用，使豆漿被精細粉碎、均質、分散和乳化[24]，粒徑明顯變小，有助于提高多糖和蛋白質溶出率，使豆漿的黏度增加，從而提高豆漿的穩定性。

2.3 磨漿方式對豆漿離心沉淀率的影響

豆漿放置過久后容易分層沉淀，影響豆漿品質和加工穩定性。根據斯托克斯法則，在一定黏度和密度下，粒子直徑越大，沉降速率越大[27]。離心沉淀率可反映體系的穩定性，離心沉淀率越低體系越穩定。

圖6 磨漿方式對豆漿離心沉淀率的影響Fig. 6 Effect of grinding method on centrifugal precipitation rate of soybean milk

由圖6可知，傳統浸泡工藝砂輪磨制得的豆漿離心沉淀率（7.33%）最高，由于整粒大豆表面覆蓋著堅硬的種皮，在浸泡初始階段，子葉只能通過種孔緩慢吸水膨脹軟化，吸水面積小，吸水速率低，需長時間（10～12 h）浸泡才能使大豆細胞充分吸水膨脹。研磨過程中由于種皮纖維韌性強、柔性大且薄，研磨難度較大，且容易在豆漿中殘留豆皮微顆粒，其主要成分為纖維素和半纖維素等[28]，難溶于水，使離心沉淀率升高。

經過破碎處理的原料離心沉淀率均低于傳統浸泡工藝，其中經新型低耗水浸泡工藝膠體磨磨制的樣品離心沉淀率（1.81%）最低。由于去除了種皮，大豆吸水面積增大，結構疏松，吸水速率明顯提高，同時也縮短了大豆蛋白充分水合的時間[13]。脫離了大豆種皮在研磨過程中的阻礙，膠體磨更容易將大豆子葉徹底磨碎，豆漿的粒徑小，不易發生沉降；此外，大豆種皮的去除使纖維等不溶性物質含量降低，故經膠體磨制得的豆漿離心沉淀率最低。

2.4 磨漿方式對豆漿TSI的影響

TSI通過比較每次掃描與前一次掃描背散射光強度的變化，綜合反映樣品在整個放置過程中濃度和顆粒粒徑的變化。研究表明，斜率越大，TSI變化幅度越大，TSI越大體系越不穩定[18]。

圖7 磨漿方式對豆漿TSI的影響Fig. 7 Effect of grinding method on TSI

由圖7可知，在磨漿2 h內，干豆組樣品溶液TSI最高，溶液最不穩定。由于樣品未經過浸泡，豆漿中的蛋白質、脂肪仍在不斷進行水合作用，整個體系處于較不穩定的狀態；隨著2 h后水合作用的完成，樣品逐漸進入穩定狀態。經傳統技術浸泡的豆漿體系TSI遠高于其他組，這是由于子葉吸水速度緩慢，到浸泡結束時子葉從外到內處于吸水飽和到未完全吸水狀態，磨漿后溶液狀態不均一，導致TSI較高，體系穩定性較差。膠體磨處理使物料中蛋白質和脂肪球等顆粒微粒化，豆漿粒徑小，

TSI遠小于其他樣品，說明膠體磨在磨漿過程中能夠促進豆漿體系的乳化作用，使蛋白質和脂肪維持相對穩定。TSI的變化趨勢與粒徑及離心沉淀率的結果一致，通過新型低耗水浸泡技術結合膠體磨制漿技術有利于維持制漿后豆漿的穩定性，保持豆漿類產品貨架期品質，提高豆腐、豆干、腐竹等其他豆制品在加工過程的穩定性及可靠性。

2.5 磨漿方式對豆漿色澤的影響

表2 不同磨漿方式對豆漿色澤的影響Table 2 Effect of soybean pretreatment method on the color of soybean milk

豆漿色澤是消費者對豆漿最重要的直觀感受，直接影響消費者的接受程度。如表2所示，采用新工藝的豆漿樣品亮度值顯著高于傳統浸泡工藝樣品，色澤明顯白亮，尤其是經膠體磨制得的豆漿亮度值、綠紅值和藍黃值最高，這與其乳化狀態有關。此外，由于傳統浸泡方式耗時長（10～12 h），在浸泡過程中容易發生酶催化、腐敗、蛋白降解、脂肪氧化、色素生成等不良現象，導致子葉顏色改變，從而使豆漿顏色發黃、發紅及偏暗。通過新型浸泡技術制得的豆漿，由于大豆蛋白及脂肪在短時間內完成吸水水合作用，不會影響其本身的結構特性，并在磨漿過程中進行充分乳化，使豆漿顏色亮白。

2.6 磨漿方式對豆漿感官品質的影響

表3 磨漿方式對豆漿感官品質的影響Table 3 Effect of grinding method on sensory quality of soybean milk

由表3可知，新型低耗水浸泡工藝膠體磨制得的豆漿感官得分（96.20）最高，新型低耗水浸泡工藝砂輪磨和干豆膠體磨制得的豆漿感官評分次之，傳統工藝最低。新型浸泡工藝制得的豆漿相對于傳統浸泡工藝，在口感、氣味、色澤等方面得分顯著較高，這是由于豆皮的去除和粒徑的減小使豆漿顏色較白，放置較長時間不易發生沉降。另外，由于豆腥味主要來源于大豆中脂肪氧化酶的存在及作用，脂肪氧化酶主要分布在大豆的表皮及靠近表皮的子葉中[29]，浸泡時間越短酶活性越低，因此，新型低耗水制漿技術有助于降低豆腥味。砂輪磨制得的豆漿口感粗糙、有沙質感，與粒徑分布結果一致。新型低耗水浸泡工藝結合膠體磨制得的豆漿口感細膩爽滑、無沙質感，賦予了豆漿良好的感官狀態。

3 結 論

本研究以低耗水制漿技術結合膠體磨模擬管道化制漿，研究其對豆漿品質及穩定性的影響。結果表明：低耗水管道化制漿技術有利于提高蛋白質的提取率，所制得豆漿顏色亮白，口感爽滑，感官狀態較佳；膠體磨的擠壓和剪切作用使豆漿粒徑減小，離心沉淀率及TSI較低，不易發生絮凝及脂肪上浮，有利于提高豆漿的品質及加工穩定性。低耗水管道化制漿技術可有效解決傳統制漿技術用水量大、浸泡周期長、微生物污染、蛋白質降解嚴重及廢水排放量大等技術瓶頸，在提質增效的同時實現綠色清潔生產模式，為傳統豆制品管道化、標準化加工提供依據。