豆腐凝乳形成機理及影響因素研究進展

劉昱彤，錢和

（江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122）

我國是大豆的故鄉(xiāng)，也是大豆制品的發(fā)源地，在我國一提到豆制品，可以說人人皆知，家喻戶曉。大豆含有豐富的蛋白質(zhì)，且所含氨基酸較全，尤其富含賴氨酸，正好彌補了谷類賴氨酸含量不足的缺陷，此外，早在1999年10月26日美國食品藥物管理局（FDA）就宣布了黃豆能減少得冠心病風(fēng)險的正式健康聲明：“每天食用25 g黃豆蛋白，可以減少得冠心病的風(fēng)險”。大豆油脂中的不飽和脂肪酸含量很高，達80%以上，而飽和脂肪酸的含量則較低[1]。大豆異黃酮是一種重要的生理活性成分，它具有重要的保健功能，特別在預(yù)防骨質(zhì)疏松癥、乳腺癌、前列腺癌和更年期綜合癥有一定的保健和醫(yī)療作用[2-4]。

豆腐是大豆經(jīng)過浸泡、磨漿、煮漿、點漿、蹲腦以及壓榨成型等工序制成的以大豆蛋白為主要成分的凝乳塊。豆腐富含高質(zhì)量蛋白質(zhì)和VB，此外其最大的特征是：大豆中不飽和脂肪酸的性質(zhì)佷不穩(wěn)定，很容易發(fā)生酸敗，但是大豆經(jīng)過傳統(tǒng)的加工制成豆腐等豆制品后，在蒸炒和貯藏豆腐時，脂肪的滲出性和氧化性以及酸化性質(zhì)在豆腐凝乳中表現(xiàn)的尤其穩(wěn)定[5]。大豆經(jīng)過一系列加工做成豆腐時大豆異黃酮、燃料木黃酮和異黃酮苷一直與大豆蛋白相結(jié)合，伴隨著大豆蛋白轉(zhuǎn)移至豆腐中[4]。另外，當(dāng)做豆腐使用的凝固劑為鈣鹽時，豆腐還是一種良好的補鈣食物。

豆腐制作雖然簡單，但是其凝固機理至今還不是特別清楚。本文就豆腐凝固機理和影響豆腐凝乳形成因素的最新國內(nèi)外研究進展進行了綜述。

1 豆腐凝乳形成機理研究進展

當(dāng)向熟豆?jié){中添加鈣鹽、鎂鹽等凝固劑時，大豆蛋白會發(fā)生聚集進而形成有序的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。人們一直認為豆腐凝乳形成的機理和大豆蛋白質(zhì)凝膠的形成一樣，認為豆腐也是凝膠的一種。在早期Kohyama等[6]使用大豆分離蛋白為原料對豆腐凝膠機理進行了探討，認為豆腐凝乳的形成分為兩步：（1）加熱使蛋白質(zhì)變性；（2）添加葡萄糖酸內(nèi)酯（GDL）或者鈣鹽凝固劑后，通過GDL釋放的質(zhì)子或者鈣鹽凝固劑的鈣離子促使變性的大豆蛋白發(fā)生疏水膠凝。豆?jié){的性質(zhì)狀態(tài)和牛奶佷相似，牛奶經(jīng)過加工形成的奶酪也屬于凝乳，然而果凍卻屬于凝膠而非凝乳。凝乳和凝膠不同，凝乳是大分子之間相互緊扣后排除液體剩下的部分。凝膠是高分子在一定條件下互相連接，形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)并鎖住水分的一種特殊的分散體系。凝乳和凝膠最大的區(qū)別是，在通常情況下凝乳排除水分不會發(fā)生脫水縮合作用，而凝膠常常會發(fā)生脫水現(xiàn)象。90年代以前，人們一直將豆腐當(dāng)做凝膠來研究，自從Ono等通過高速離心法將豆?jié){中蛋白質(zhì)分成浮物蛋白、可溶蛋白和顆粒蛋白3個部分后，豆腐凝乳形成機理的研究取得了突飛猛進的發(fā)展[7]。Ono等在做鈣和pH對豆?jié){中可溶性蛋白質(zhì)影響的研究中，發(fā)現(xiàn)在使用低濃度鈣離子時，蛋白質(zhì)顆粒比可溶性蛋白質(zhì)更容易凝聚[8]，即加入凝固劑的時候，首先應(yīng)該是豆?jié){中的蛋白質(zhì)顆粒凝聚。蛋白質(zhì)溶液和豆?jié){不同的地方是豆?jié){還有油滴球。Guo等對向豆?jié){中加入CaCl2后，其中油滴球的行為進行了跟蹤，發(fā)現(xiàn)在顆粒蛋白質(zhì)凝聚的同時，油滴球也在不斷參與凝聚。此外，在可溶性蛋白質(zhì)的情況下，雖然凝固劑濃度達到一定量，蛋白質(zhì)和油滴球也不會發(fā)生聚集，但是由可溶性蛋白質(zhì)形成的新的蛋白質(zhì)顆粒還是會發(fā)生聚集[9]。由此可見，豆腐的形成應(yīng)該是當(dāng)向豆?jié){中添加凝固劑后，首先是蛋白質(zhì)顆粒和油滴球開始結(jié)合，然后再和可溶性蛋白質(zhì)相結(jié)合。在這些研究的基礎(chǔ)上，Ono提出了新的豆腐形成模型。豆?jié){中的油滴球是帶有油質(zhì)蛋白的油體狀粒子，比較穩(wěn)定不會發(fā)生聚集。當(dāng)添加凝固劑后，會發(fā)生離子中和作用，使得油滴球周圍的蛋白質(zhì)顆粒凝結(jié)成塊，然后這種成網(wǎng)狀的凝乳塊被水包裹而結(jié)合，進而形成豆腐[5]。當(dāng)添加的凝固劑分布均勻時，可溶性蛋白質(zhì)會形成新的蛋白質(zhì)顆粒和網(wǎng)狀體相結(jié)合，生成完整的豆腐凝乳[10]。由此可見，豆腐中的油滴球是被油質(zhì)蛋白、顆粒蛋白以及可溶性蛋白三層蛋白質(zhì)所包裹，因而表現(xiàn)出不容易酸化且穩(wěn)定的狀態(tài)[5]。

2 豆腐凝乳形成影響因素

2.1 蛋白質(zhì)濃度

蛋白質(zhì)是豆?jié){的主要成分，蛋白質(zhì)濃度越高的豆?jié){制成的豆腐硬度就越大[11-12]。我國做豆腐，豆?jié){蛋白質(zhì)濃度一般在8%～9%，若豆?jié){蛋白質(zhì)濃度低，點腦后形成的豆腐花太小，保不住水，出品率低。豆?jié){蛋白質(zhì)含量越高，在加熱過程中形成的蛋白質(zhì)顆粒越多，當(dāng)加入凝固劑時參與形成凝乳塊的脂肪也會相應(yīng)增加，也就是說蛋白質(zhì)顆粒以油滴球為核心疊加形成的凝乳塊越多[10]。Cheng等制作了不同濃度的豆?jié){，發(fā)現(xiàn)隨著豆?jié){濃度的增加，其黏度也會增加，豆?jié){濃度越高制成的豆腐破裂應(yīng)力就越大，即豆腐越硬[13]。

2.2 脂質(zhì)濃度

有研究顯示，向豆?jié){中添加油脂會使得制成的豆腐硬度增大[14-15]。脂肪的含量對豆腐的得率和質(zhì)構(gòu)都會產(chǎn)生影響。油脂含量在一定范圍內(nèi)會提高豆腐的得率，提高豆腐保水性。周冬麗等向大豆分離蛋白液中添加大豆油時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)油滴量和蛋白質(zhì)量達到一定比例時，制成的豆腐會變硬，在這個比例之上或之下生成的豆腐硬度都會降低[14]。Ono等發(fā)現(xiàn)將豆?jié){的極性脂肪脫除后，其中的蛋白質(zhì)顆粒含量會減少，這樣還導(dǎo)致凝乳塊包裹的中性脂肪含量也減少了[16]，從而導(dǎo)致制成的豆腐凝乳硬度降低[10]。油滴量過多，包圍它的蛋白質(zhì)的量就會不足，制作出的豆腐的蛋白質(zhì)包裹會很薄很弱。油滴量過少的話，形成的凝乳塊就少，因為由蛋白質(zhì)組成的部分過多，硬度也會變?nèi)酢＿@說明脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的平衡對合適豆腐網(wǎng)狀的形成起到很重要的作用。

2.3 蛋白質(zhì)11S/7S的比值

豆?jié){蛋白質(zhì)的含量越高，制作出的豆腐就會越硬，但是有研究發(fā)現(xiàn)不同品種的大豆制成的豆?jié){，就算蛋白質(zhì)濃度一樣，生產(chǎn)工藝也一樣，制作出的豆腐品質(zhì)卻不一樣[12-13]。大豆蛋白的主要成分為11S組分（主要為大豆球蛋白）和7S組分（主要為β-半球蛋白）。當(dāng)用7S蛋白比例高的和11S蛋白比例高的溶液，使用GDL作為凝固劑制作凝膠，11S比例高的溶液制作出的凝膠比較硬[17]，這表明由于11S蛋白游離巰基含量較多，在凝膠中形成的二硫鍵起到了很大的作用[18]。Toda等認為11S/7S比率不同會在凝乳塊形成的初期影響其形成的數(shù)量和包裹在凝乳塊中的中性脂肪的數(shù)量[19]。

Guo等[10]分別制備了不同11S/7S比例和不同蛋白質(zhì)顆粒含量的豆?jié){，對豆?jié){中蛋白質(zhì)顆粒的含量和組成與制成豆腐品質(zhì)相關(guān)性進行了研究。進一步證實了11S組分越多的豆?jié){中蛋白質(zhì)顆粒數(shù)量也越多，制成的豆腐硬度也越大，因為蛋白質(zhì)顆粒的增多加強了蛋白質(zhì)顆粒之間的交聯(lián)。試驗還發(fā)現(xiàn)豆腐硬度不僅與蛋白質(zhì)顆粒數(shù)量有關(guān)，而且還與顆粒組成有關(guān)，11S球蛋白含量多的蛋白顆粒比7S球蛋白含量多的顆粒形成的豆腐要硬。

Onodera等[20]對具有不同11S/7S球蛋白比例的豆腐在不同凝固劑濃度下的質(zhì)構(gòu)特性進行了測定，發(fā)現(xiàn)11S比例高的豆腐的最優(yōu)點比7S含量多的豆腐低大約0.15%到0.2%，7S含量多的豆腐最優(yōu)點凝固劑濃度要比11S比例高的豆腐高大約0.3%到0.4%。Ono等使用SEM電鏡掃描的結(jié)果是，在達到最優(yōu)點之前，豆腐的微觀結(jié)構(gòu)是由許多大細胞狀凝乳塊和薄的網(wǎng)壁構(gòu)成，在最優(yōu)點之后，豆腐網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)顯示為由許多大細胞狀凝乳塊、許多網(wǎng)眼和不平整的網(wǎng)壁構(gòu)成[21]。也就是說具有不同11S/7S比例的豆?jié){，要制成具有同樣品質(zhì)的豆腐需要調(diào)整凝固劑用量。

Skurray使用了15種大豆，對豆腐硬度和11S/7S比的相關(guān)性進行了研究，試驗發(fā)現(xiàn)這種相關(guān)性很小，反而凝固劑濃度的作用要大得多。添加了11S和7S的豆?jié){，確實是11S多的能夠制作出較硬的豆腐，但是使用11S/7S比例不同的13種大豆來做試驗，結(jié)果顯示和11S/7S比例相比，豆腐調(diào)制手法對豆腐硬度的作用更大[22]。因為不僅11S/7S比有差異，其它的成分也有變化，所以大豆品種之間的比較很難得出明確的結(jié)論。

2.4 蛋白質(zhì)亞基變化

大豆的兩種主要儲藏蛋白大豆11S球蛋白和7S大豆β-半球蛋白是由多個亞基分子組成的。β-大豆半球蛋白含有α、α′和β三種亞基[23]。大豆11S球蛋白含有5種亞基，這5種亞基根據(jù)構(gòu)造的類似性又分為Ⅰ族（A1aB2；A1bB1b；A2B1a）、Ⅱa 族（A5A4B3）和Ⅱb族（A3B4）[24-25]。這些不同的亞基單體又具有各自不同的物理化學(xué)性質(zhì)，如由7S的亞基制作出凝膠的硬度是α＞α′＞β[26]。

Tezuka對各種亞基進行了分離純化，在和β-伴大豆球蛋白的混合物中加入氯化鎂后加熱制作出凝膠，并測定了硬度。其硬度是Ⅰ＞Ⅱb＞Ⅱa[27]。這個結(jié)果和豆腐凝乳不同。用帶有不同亞基的大豆制作出的豆?jié){及豆腐與其比較，豆?jié){中粒子蛋白質(zhì)的數(shù)量是Ⅱa＞Ⅱb＞Ⅰ，豆腐的硬度也是這個順序[28]。但是各種分離純化后的蛋白質(zhì)凝膠硬度卻是是Ⅰ＞Ⅱb＞Ⅱa，和豆腐的結(jié)果有區(qū)別。這可能就是豆腐和凝膠的差異，因為豆腐是由油滴球、粒子蛋白質(zhì)、可溶性蛋白質(zhì)等相互作用生成的膠體，不能說僅僅是蛋白質(zhì)凝膠的延伸。

2.5 凝固劑濃度

豆腐的硬度不僅和蛋白質(zhì)含量及11S/7S比例有關(guān)，還和凝固劑的濃度有很大關(guān)系。Onodera等認為對于不同品種間的11S/7S比例的差異可以通過調(diào)節(jié)凝固劑的濃度來減小豆腐品質(zhì)的差異[20]。另一方面，有研究報道隨著11S/7S比例的增大，蛋白質(zhì)顆粒的數(shù)量也會增多，豆腐凝乳中包裹的脂肪也會越多。然而，當(dāng)增加凝固劑濃度時，同樣的現(xiàn)象也會發(fā)生[29]。Guo和Ono指出蛋白質(zhì)顆粒含量越多和11S/7S比例高的豆?jié){，凝集所需要的凝固劑濃度也會降低。此外，他們對蛋白質(zhì)顆粒和可溶性蛋白質(zhì)在低凝固劑濃度下凝集作比較時，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)顆粒越多則凝集所需的凝固劑濃度越低[10]。

2.6 不同制漿方法

豆?jié){制漿方法大致分兩種：熱過濾法和冷過濾法?，F(xiàn)在，日本制作豆腐主要采用熱過濾方式，即大豆磨漿后先不過濾，待豆?jié){和豆渣一起進行煮制后再進行過濾。我國主要采用冷過濾法制豆?jié){，即生豆?jié){先過濾再煮漿。熱過濾法制得的豆?jié){可以凝固成較硬的豆腐，由于豆?jié){是和豆渣一起加熱的，因此豆渣浸出物與生成豆腐硬度應(yīng)該是有關(guān)系的。Toda等對這兩種不同的制漿方式進行了對比，發(fā)現(xiàn)熱過濾豆?jié){中的鈣、7S堿性蛋白、多糖和蛋白質(zhì)顆粒含量均比冷過濾多，并認為豆?jié){中鈣離子和蛋白質(zhì)顆粒的增加是熱過濾制成豆腐較硬的原因[30]。盧義伯等對豆?jié){熱過濾、冷過濾和熱濾冷濾相結(jié)合的制漿方法進行了對比，發(fā)現(xiàn)冷過濾使得蛋白質(zhì)流失嚴重，沒有使大豆蛋白最大限度的利用，熱過濾制漿法使得大豆蛋白在加熱過程中形成了部分凝乳塊，這部分凝乳塊不隨著水分的流失而流失[31]。

2.7 植酸含量

植酸存在于許多谷物中。大豆含有1%～3%的植酸，隨著品種和生長環(huán)境的不同，其植酸含量也不同[32]。植酸含有6個磷酸鹽基團，這些磷酸基團能和鎂離子和鈣離子結(jié)合。已有研究報道，植酸可以通過與大豆蛋白連接來影響其物理化學(xué)性質(zhì)[33]。Katoh等報道了將植酸從大豆蛋白上去除后，大豆蛋白的表面疏水性和乳化特性會增加[34]。由此可見，植酸是由一方面改變豆?jié){蛋白質(zhì)的性質(zhì)，一方面降低豆?jié){中凝固劑的濃度來影響豆腐的品質(zhì)。

Toda等使用了植酸含量差異顯著但蛋白質(zhì)含量差異小的3個品種的大豆，對大豆中植酸含量對豆腐品質(zhì)相關(guān)性進行了研究。他們認為植酸會抑制蛋白質(zhì)聚集凝固，從而不同植酸含量的豆?jié){使用相同濃度的凝固劑會導(dǎo)致豆腐品質(zhì)不一[35]。Ishiguro報道了在豆腐形成凝乳的早期階段植酸是與顆粒蛋白相結(jié)合的形式存在，然后隨著顆粒蛋白一起進入豆腐凝乳中。因此，豆?jié){中植酸含量越多，那么要制成相同硬度的豆腐所需的凝固劑濃度就越大。他們認為在優(yōu)化豆腐最佳凝固劑濃度時，應(yīng)當(dāng)將植酸含量考慮進去[36]。事實上影響豆腐品質(zhì)的因素有很多，是豆?jié){中多種成分相互作用的結(jié)果，單一的成分說明不了不同品種差異導(dǎo)致的豆腐品質(zhì)不同，一般可以通過調(diào)節(jié)鹽類凝固劑用量來消除植酸對豆腐品質(zhì)的影響[37]。

3 展望

豆腐是公元前164年中國學(xué)者王安發(fā)明的，至今已有2000多年的歷史了。關(guān)于豆腐凝乳機理方面的研究國內(nèi)報道的比較少，機理的研究對改進產(chǎn)品品質(zhì)起至關(guān)重要的作用。對鹽類凝固劑作用機理劉志勝等[38]認為鹽類凝固劑的加入對豆?jié){產(chǎn)生了兩方面作用，一方面是使得豆?jié){體系的pH降低，另一方面是鹽的正離子中和了蛋白質(zhì)的部分負電荷，凝固劑添加的越多，陽離子中和的蛋白質(zhì)負電荷就越多，導(dǎo)致蛋白質(zhì)之間靜電斥力就越小，因此制作出的豆腐會越硬，內(nèi)部組織更致密，失水率越高。然而同樣是鈣作為陽離子的氯化鈣和硫酸鈣，當(dāng)將這兩種凝固劑分別添加至豆?jié){中時，豆腐凝乳凝固的速率和品質(zhì)卻不同?？梢婝}類凝固劑的陰離子比陽離子的影響更為重要，但陰離子具體是如何影響的還需今后進一步研究。我們平時喝的豆?jié){和做豆腐的豆?jié){是不一樣的，然而許多研究報道都是對食用豆?jié){的研究，對做豆腐豆?jié){的研究卻很少。做豆腐的每一個工序都影響著豆?jié){整個體系，例如煮漿溫度、升溫速率、降溫速率以及攪拌方式等[39]，進而影響豆腐的品質(zhì)。我國現(xiàn)在制作豆腐多為小作坊式的加工生產(chǎn)，許多小作坊制作豆腐都是按經(jīng)驗進行，生產(chǎn)出的產(chǎn)品不能標(biāo)準化，衛(wèi)生條件也難達標(biāo)。對于制作豆腐中的各個機理的闡明，對我國高品質(zhì)豆腐產(chǎn)生以及自動化具有重要作用。

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