L-半胱氨酸對揭竹過程中腐竹品質(zhì)的影響

郭星星,趙秋艷,2*,趙瑞芳,張平安,2,宋蓮軍,2,黃現(xiàn)青,2,張夢楠,喬明武,2

1(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,河南 鄭州,450002)2(鄭州市大豆深加工重點實驗室,河南 鄭州,450002)

腐竹是我國傳統(tǒng)豆制品的典型代表,在豆制品中營養(yǎng)價值最高,享有“素中之葷”之美譽。腐竹的生產(chǎn)距今已有一千多年的歷史,但由于傳統(tǒng)豆制品的加工技術(shù)力量薄弱,對其開展的基礎(chǔ)性研究較少,腐竹的生產(chǎn)技術(shù)幾乎未曾改變,其質(zhì)量仍然存在品質(zhì)不均一,出品率低,褐變嚴重等突出問題[1],這嚴重影響了腐竹的生產(chǎn)與消費。目前,食品添加劑的使用已成為提高腐竹性能的主要手段之一,在生產(chǎn)中最常用的改良劑為亞硫酸鹽類,其護色效果較好,但存在SO2殘留超標等安全問題[2]。因此要嚴格控制SO2的使用量及殘留量以保障消費者的健康。

近年來,L-半胱氨酸作為安全的添加劑,逐漸在生產(chǎn)上應(yīng)用。L-半胱氨酸是組成蛋白質(zhì)的重要氨基酸之一,具有重要的生理藥理功能。能與酶促反應(yīng)的醌類物質(zhì)生成穩(wěn)定的無色物質(zhì),因此也可起到一定的護色作用[3]。馮程程等[4]研究發(fā)現(xiàn)L-半胱氨酸可以顯著延緩鮮切紫甘薯的褐變,并使其保有良好的品質(zhì)和營養(yǎng)價值,延長貨架期。吳欣婷[5]研究發(fā)現(xiàn)添加L-半胱氨酸能夠顯著降低鮮濕面的褐變,但對其品質(zhì)改良方面未有探討。郭鴻陽等[6]研究發(fā)現(xiàn)半胱氨酸浸泡可提高油炸薯片的白度和感官評分,抑制油炸薯片的脂質(zhì)氧化和酸敗。因此,L-半胱氨酸是理想的食品護色劑和品質(zhì)改良劑。此外,其結(jié)構(gòu)中既有羧基、氨基,又有巰基(—SH),所具有的還原性會影響蛋白巰基、二硫鍵的含量,從而可能影響腐竹膜形成過程中蛋白質(zhì)的聚集行為以及蛋白的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),即對腐竹的成膜速率及產(chǎn)率造成影響。因此研究其在腐竹品質(zhì)改良中的應(yīng)用具有一定意義。

本實驗旨在向腐竹制作的過程中加入不同添加量的L-半胱氨酸,測定添加L-半胱氨酸前后腐竹各營養(yǎng)成分含量,同時結(jié)合腐竹的色澤、成膜速率、機械特性,研究L-半胱氨酸添加量對腐竹成膜特性及品質(zhì)的影響,以期為腐竹的品質(zhì)改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

東北大豆,市售。L-半胱氨酸,北京索萊寶科技有限公司。H2SO4、HCl(優(yōu)級純),西隴科學(xué)股份有限公司;硼酸、K2SO4、乙醇(分析純),天津市富宇精細化工有限公司;NaOH,國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

DMZ-100A磨漿機,滄州市昌達民用機械廠;DHG-9070A立式鼓風(fēng)干燥箱,上海捷呈實驗儀器有限公司;FA224電子分析天平,上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司;HyP-314消化爐,上海纖檢儀器有限公司;WB-2000IXA全自動測色色差計,柯尼卡美能達中國投資有限公司;TA-XTplus質(zhì)構(gòu)儀,英國SNS公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 腐竹工藝流程及操作要點

腐竹工藝流程如圖1所示。

圖1 腐竹工藝流程Fig.1 Technological process of yuba

稱取200 g大豆清洗干凈,以料液比1∶6在室溫下浸泡12 h,瀝干后進行稱重,然后以料液比1∶8磨漿,所得漿液煮沸后保持2 min。以煮沸后的豆?jié){為基準,依次添加0.00%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%的L-半胱氨酸,并置于90 ℃恒溫水浴進行揭竹。按照揭竹次數(shù)將腐竹命名為Y1、Y2、Y3…。

1.3.2 腐竹色澤的測定

將腐竹樣品于65 ℃烘箱中干燥2 h,烘干后使用研缽將腐竹研碎。將烘干的腐竹樣品放入比色槽中,采用WB-2000IXA全自動測色色差計對腐竹色澤進行測定。根據(jù)李加雙等[7]的測量方法,結(jié)果用CIEL*a*b*顏色系統(tǒng)來表示。其中L*稱為明度指數(shù),L*值越大則樣品越亮,反之越暗。

1.3.3 腐竹成膜速率的測定

計算如公式(1)所示。

(1)

式中:m,干燥至恒重的腐竹的質(zhì)量,g;T,成膜所需時間,min。

1.3.4 腐竹產(chǎn)率的測定

將烘干后的腐竹稱重,注:由于后續(xù)實驗需要,此處將腐竹烘干至恒重來進行產(chǎn)率的計算,如公式(2)所示:

(2)

式中:m1,烘干后腐竹干重,g;m2,所用大豆干重,g。

1.3.5 營養(yǎng)指標的測定

蛋白質(zhì)含量根據(jù)GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質(zhì)的測定》采用凱氏定氮法進行測定;總脂肪含量采用堿水解法進行測定;總糖含量采用3,5二硝基水楊酸法進行測定。

1.3.6 腐竹機械特性的測定

將已制好的腐竹于飽和BaCl2溶液中平衡24 h,參考李永吉[8]的方法測定腐竹抗拉強度(tensile strength,TS)及斷裂延伸率(ΔE)。每組腐竹樣品測定至少5個樣,去除最大值及最小值。計算如公式(3)所示:

(3)

式中:F,試樣,kg;S,試樣的截面積,cm2。

斷裂延伸率按公式(4)計算:

(4)

式中:L,膜樣品在斷裂時所達到的長度,mm;L0,初始長度,mm。

1.3.7 腐竹蒸煮損失率的測定

取干燥腐竹制成2 cm×2 cm的大小,稱重記為m1。將其置于85 ℃的水浴中煮沸15 min,然后瀝干5 min,將腐竹在105 ℃的烘箱中干燥直至恒重,記錄質(zhì)量m2。蒸煮損失率計算如公式(5)所示:

(5)

式中:m1,蒸煮前樣品質(zhì)量,g;m2,蒸煮后樣品質(zhì)量,g。

1.3.8 腐竹的感官評定方法

選定感官評定人員10名,取烘干后的腐竹,將腐竹切成5 cm×5 cm的形狀,并對其進行隨機編號,感官評定人員對其進行評定,見表1。

表1 腐竹的感官品質(zhì)評價標準Table 1 Sensory indexes of yuba

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft 2021 Excel、Origin 2021和SPSS 23.0對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 L-半胱氨酸對腐竹色澤的影響

由表2可知,不同L-半胱氨酸添加量的L*值存在顯著性差異(P<0.05)。添加L-半胱氨酸后,腐竹的L*值均有所增加。且添加量為0.25%時對應(yīng)的L*值最大。揭竹過程中氨基酸和還原糖在高溫條件下發(fā)生美拉德反應(yīng),生成黑色的類黑精色素[9]。導(dǎo)致腐竹樣品的顏色較深,L-半胱氨酸能與酶促反應(yīng)的醌類物質(zhì)生成穩(wěn)定的無色物質(zhì),可抑制美拉德反應(yīng)的發(fā)生[10],故加入L-半胱氨酸后腐竹的L*值整體升高。結(jié)合感官與生產(chǎn)實際,當(dāng)L*值67左右時均可達到改善色澤的效果。因此,添加量為0.15%～0.25%時腐竹色澤改善效果最為理想。當(dāng)L-半胱氨酸添加量為0.3%時,L*值明顯下降,此時的色澤較其他添加量的改善效果差,因此在生產(chǎn)時添加量不宜超過0.25%。

表2 L-半胱氨酸對揭竹過程腐竹色差(L*值)的影響Table 2 Effect of L-cysteine on the color difference (L* value) of yuba

2.2 L-半胱氨酸對腐竹成膜速率的影響

由表3可知,L-半胱氨酸添加量(0.10%、0.15%、0.20%、0.30%)時,平均成膜速率均未提高,絕大多數(shù)膜的成膜速率與未添加相比,也不具有顯著性差異(P<0.05)。這可能與實驗條件下生產(chǎn)量較小有關(guān)。L-半胱氨酸添加量0.05%時,揭竹過程中第5～7張膜的成膜速率較快,且腐竹質(zhì)量在感官上優(yōu)于未添加。添加量0.25%時,成膜速率在揭竹前期呈現(xiàn)增加趨勢,但在揭竹至第4張膜時腐竹質(zhì)量略有下降,同時,揭竹后期的成膜速率較未添加時變化不明顯。分析原因為隨揭竹次數(shù)的增加,豆?jié){固形物含量下降,豆?jié){中的營養(yǎng)物質(zhì)含量減少,蛋白質(zhì)分子之間的交聯(lián)疏松,導(dǎo)致腐竹成膜速率及腐竹品質(zhì)下降[11]。因此,一定量的L-半胱氨酸添加對于腐竹成膜速率有促進作用,隨揭竹次數(shù)的增加,L-半胱氨酸在漿液中殘留量積累,使L-半胱氨酸濃度升高,高濃度的L-半胱氨酸可能不利于腐竹的成膜。故半胱氨酸添加量為0.05%時,揭竹后期的成膜速率快;添加量為0.25%時,前期成膜速率較快,而揭竹后期成膜速率較慢且腐竹質(zhì)量較差。

表3 不同添加量的L-半胱氨酸對腐竹成膜速率的影響 單位:g/min

2.3 L-半胱氨酸對腐竹總產(chǎn)率的影響

由表4可知,不同L-半胱氨酸添加量對腐竹總產(chǎn)率的影響存在顯著性差異(P<0.05)。添加量0.05%時,腐竹總產(chǎn)率高于未添加,此添加量對揭竹后期腐竹成膜速率及產(chǎn)率有促進作用。L-半胱氨酸添加量0.10%～0.20%時腐竹的成膜速率及總產(chǎn)率較未添加時低。但隨著L-半胱氨酸添加量的增加,0.25%L-半胱氨酸添加量在揭竹前期可增加腐竹的成膜速率及產(chǎn)率,揭竹后期,由于水分的蒸發(fā),L-半胱氨酸在漿液中的濃度增加較多,導(dǎo)致腐竹質(zhì)量變差、難以成膜而降低了產(chǎn)率。因此,生產(chǎn)上在揭竹過程添加0.25%的L-半胱氨酸并在揭竹后期對其進行補漿,降低揭竹后期漿液中L-半胱氨酸的含量,可改善揭竹后期的成膜速率,從而提高總產(chǎn)率。

表4 不同添加量的L-半胱氨酸對腐竹(干基)總產(chǎn)率的影響Table 4 Effect of different amount of L-cysteine on the total yield of yuba (dry basis)

2.4 L-半胱氨酸對腐竹蛋白質(zhì)含量的影響

由表5可知,L-半胱氨酸添加量對腐竹蛋白質(zhì)的影響有顯著性差異(P<0.05)。隨揭竹次數(shù)的增加,腐竹中蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。據(jù)張秀金[12]研究,在揭竹前期,由于水分不斷蒸發(fā),豆?jié){中固形物、蛋白濃度增加,使得形成的腐竹蛋白質(zhì)含量增加;由于蛋白質(zhì)在腐竹成膜過程中的消耗速率較脂肪與碳水化合物大,揭竹后期豆?jié){固形物中的蛋白含量減少,使得腐竹中蛋白質(zhì)含量下降。

表5 不同添加量的L-半胱氨酸對腐竹蛋白質(zhì)含量的影響 單位:g/100 g

在腐竹制作過程中添加L-半胱氨酸,其蛋白質(zhì)含量增加,且添加量為0.25%時蛋白質(zhì)含量最高;添加量高于0.25%時,腐竹中的蛋白質(zhì)含量降低,當(dāng)添加量為0.30%時,揭竹中后期腐竹成膜困難。腐竹是變性蛋白質(zhì)巰基暴露后分子之間相互碰撞發(fā)生聚合作用形成的蛋白膜,在膜的形成過程中,蛋白巰基之間的交聯(lián)反應(yīng)對膜特性具有重要影響。L-半胱氨酸具有還原性,能夠還原蛋白分子中的S—S鍵,使其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[13],有利于其在汽液界面聚集成膜,并形成新的分子間二硫鍵,因此,腐竹中的蛋白含量增加。但當(dāng)L-半胱氨酸增加到一定量后,L-半胱氨酸可能與肽鏈發(fā)生二硫鍵交聯(lián),影響到蛋白分子間的二硫鍵交聯(lián)反應(yīng)以及蛋白分子之間疏水等作用力,不利于蛋白含量的進一步增加。

2.5 L-半胱氨酸對腐竹總脂肪含量的影響

由表6可知,L-半胱氨酸添加量對腐竹總脂肪含量的影響有顯著性差異(P<0.05)。隨揭竹次數(shù)增加,腐竹的脂肪含量逐漸減少。腐竹是蛋白質(zhì)分子變性并與脂肪聚合而形成,脂肪填充于膜的空隙中,揭竹過程中隨著蛋白質(zhì)含量的下降,其空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得疏松多孔,包裹脂肪的能力下降,因此造成腐竹組成中脂肪含量的下降[14-15]。L-半胱氨酸添加量0.05%～0.20%時脂肪含量增加,尤其是0.15%時脂肪含量最高,當(dāng)添加量高于0.25%時,脂肪含量下降。這可能是由于一定量L-半胱氨酸的添加,使蛋白質(zhì)分子在成膜的過程中二硫鍵被還原,蛋白質(zhì)分子之間的交聯(lián)度增加,且有利于蛋白質(zhì)與脂肪之間的絡(luò)合成膜,但當(dāng)L-半胱氨酸添加量較高時,導(dǎo)致蛋白分子中的S—S鍵較多的被還原,使蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從而影響到了蛋白質(zhì)分子之間以及蛋白質(zhì)與脂肪之間的作用力,使蛋白質(zhì)與脂肪之間的作用力下降,進而使成膜時膜中脂肪的含量下降。

表6 不同添加量的L-半胱氨酸對腐竹總脂肪含量的影響 單位:g/100 g

2.6 L-半胱氨酸對腐竹碳水化合物含量的影響

由表7可知,L-半胱氨酸添加量對腐竹碳水化合物含量的影響有顯著性差異(P<0.05)。揭竹過程中,碳水化合物含量逐漸增加。在腐竹成膜的過程中,體系中的蛋白質(zhì)與多糖可發(fā)生相互作用,蛋白質(zhì)分子與多糖分子相互吸引,即分子之間通過靜電作用,在共價鍵和氫鍵的鍵合作用下形成凝聚物,得以形成腐竹[16]。但隨著揭竹次數(shù)增加,漿液表面水分蒸發(fā),使其濃度逐漸增加,多糖在腐竹膜形成過程中的消耗小于蛋白質(zhì),故揭竹后期漿液中多糖含量積累,而使成膜過程中腐竹碳水化合物含量增加。

表7 不同添加量的L-半胱氨酸對腐竹碳水化合物含量的影響 單位:g/100 g

表8 L-半胱氨酸對腐竹感官品質(zhì)的影響Table 8 Effect of L-cysteine on sensory quality of yuba

L-半胱氨酸的添加可降低腐竹中的碳水化合物含量。蛋白、脂肪、碳水化合物是腐竹的主要化學(xué)組成,碳水化合物含量的變化可能與蛋白質(zhì)、脂肪含量的變化有關(guān)。由表5可知,L-半胱氨酸的加入可使蛋白分子間的巰基暴露,使其蛋白質(zhì)含量增加;由表6可知,當(dāng)L-半胱氨酸的添加量為0.5%～0.20%時,腐竹的脂肪含量增加,腐竹形成過程中蛋白質(zhì)與碳水化合物按照一定比例嵌合[17],故這可能是腐竹中碳水化合物含量下降的原因。

2.7 L-半胱氨酸對腐竹機械特性的影響

由圖2和圖3可知,腐竹的抗拉伸強度和斷裂延伸率先增大后減小。高溫使得蛋白質(zhì)分子變性,變性蛋白質(zhì)的巰基暴露后分子之間相互碰撞發(fā)生聚合作用,是形成腐竹蛋白膜的重要因素[18]。蛋白質(zhì)和脂肪的比例與腐竹斷裂延伸率有關(guān),二者使得腐竹膜有較好的延伸性,賦予腐竹較好的韌性,故揭至第3張腐竹時,腐竹膜的斷裂延伸率得以增加。揭竹后期整體抗拉伸強度下降,當(dāng)固形物濃度增加到一定程度時,影響膜的機械性能主要因素轉(zhuǎn)變?yōu)槟さ男纬伤俾?濃度越高膜的形成速率越快,機械性能降低[1]。

圖2 L-半胱氨酸對腐竹抗拉伸強度的影響Fig.2 Effect of L-cysteine on tensile strength of yuba

圖3 L-半胱氨酸對腐竹斷裂延伸率的影響Fig.3 Effect of L-cysteine on elongation at break of yuba

L-半胱氨酸的加入使?jié){液中的巰基暴露,蛋白質(zhì)含量增加,各高分子鏈之間的相互作用力增強,交聯(lián)結(jié)合程度上升,使得腐竹的抗拉伸強度升高[19]。由圖4和圖5可知,L-半胱氨酸添加量為0.25%時,巰基濃度較高且在揭竹前期蛋白膜的成膜速率恰到好處,可以促進體系中的粒子充分、緊密結(jié)合,機械性能和色澤得到改善。但揭竹后期由于漿液固形物含量積累使其機械性能降低。同時添加量超過0.25%時,也會使其漿液固形物含量增加。MA等[20]研究指出固形物濃度過高時不利于大豆蛋白次級鍵的斷裂,分子間的二硫鍵、疏水鍵等無法轉(zhuǎn)移到外部與其他粒子相互作用,最后導(dǎo)致機械性能下降。

圖4 L-半胱氨酸添加量對腐竹抗拉伸強度平均值的影響Fig.4 Effect of L-cysteine addition on the average tensile strength of yuba

圖5 L-半胱氨酸添加量對腐竹斷裂延伸率平均值的影響Fig.5 Effect of L-cysteine addition on the average elongation at break of yuba

2.8 L-半胱氨酸對腐竹蒸煮損失率的影響

由圖6、圖7可知,不同L-半胱氨酸添加量對腐竹蒸煮損失率的影響有明顯影響。揭竹前期,L-半胱氨酸的添加對腐竹蒸煮損失率的影響不大,隨揭竹次數(shù)的增加,腐竹的蒸煮損失率逐漸上升,且L-半胱氨酸添加量0.3%時,揭竹至第5～7張膜的蒸煮損失率與其他添加量相比,存在較為顯著的差異。分析其原因為揭竹至5～7張膜時,豆?jié){固形物中蛋白質(zhì)含量急速降低且腐竹自身的蛋白質(zhì)含量尤其是11S的含量降低,11S對于腐竹蛋白質(zhì)中二硫鍵的交聯(lián)作用有重要影響[21],故當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)含量降低時,大量水分子會溶于蛋白質(zhì)使得腐竹較易斷裂,會導(dǎo)致其蒸煮損失率增加;同時,當(dāng)L-半胱氨酸添加量達到0.3%時,蒸煮損失率最高,未添加L-半胱氨酸的腐竹蒸煮損失率最低,可能因為L-半胱氨酸的添加會破壞蛋白質(zhì)分子之間的交聯(lián)作用,使蛋白質(zhì)分子解聚,形成腐竹的結(jié)構(gòu)不緊密,吸水后使腐竹蒸煮損失率增加。

圖6 L-半胱氨酸添加量對腐竹蒸煮損失率的影響Fig.6 Effect of L-cysteine addition on thecooking loss rate of yuba

圖7 L-半胱氨酸添加量對腐竹蒸煮損失率平均值的影響Fig.7 Effect of L-cysteine addition on the average cooking loss rate of yuba

2.9 L-半胱氨酸對腐竹感官品質(zhì)的影響

方差分析結(jié)果表明,不同L-半胱氨酸添加量對腐竹感官品質(zhì)的影響有顯著性差異(P<0.05)。在色澤方面,添加L-半胱氨酸后腐竹色澤評分均有所提高,但L-半胱氨酸添加量0.3%的腐竹色澤評分明顯下降;當(dāng)L-半胱氨酸添加量高于0.25%時,對腐竹質(zhì)地有不利的影響;隨L-半胱氨酸添加量的增加,腐竹的氣味和形態(tài)得分逐漸下降,半胱氨酸添加量超過0.25%時,揭竹后期的腐竹難以形成完整的腐竹,故添加量越高揭竹后期形成的腐竹形態(tài)越差,導(dǎo)致感官評分下降。

從總分的評價結(jié)果來看,添加量0.05%和0.25%L-半胱氨酸添加量的腐竹總分得分較高,0.3%L-半胱氨酸的添加量的腐竹感官評分較未添加的低。添加量0.05%時的整個成膜過程中,其總體的形態(tài)較好,同時也有一定的色澤改善效果。添加量0.25%時揭竹前期的色澤、質(zhì)地最佳。

3 結(jié)論

實驗結(jié)果表明,L-半胱氨酸的加入對腐竹品質(zhì)改良有很好應(yīng)用價值。本實驗以L-半胱氨酸作為品質(zhì)改良劑,在揭竹前向漿液中加入不同濃度的L-半胱氨酸,研究L-半胱氨酸添加量對腐竹品質(zhì)的影響,同時確定了L-半胱氨酸于腐竹品質(zhì)的最佳添加量,并得到如下結(jié)論:當(dāng)L-半胱氨酸添加量為0.05%時,腐竹在整個成膜期間,其成膜速率及產(chǎn)率最高、蒸煮損失率小、且對腐竹的色澤、形態(tài)方面有一定的改善效果;添加量0.25%其對于腐竹的各營養(yǎng)成分的含量有促進作用,同時在揭竹前期,腐竹的色澤機械性能方面改善效果較好。揭竹后期可對0.25%添加量在第4張膜時進行補漿。因此,在腐竹生產(chǎn)加工過程中,L-半胱氨酸添加量0.05%時可節(jié)約成本,同時其成膜速率、產(chǎn)率可得以提升,色澤及感官品質(zhì)也可達到理想的效果。生產(chǎn)上采用添加量0.25%并在揭竹后期進行補漿,可更好地改善成膜速率及產(chǎn)率、感官品質(zhì)與色澤。