不同礦物元素對(duì)干豆腐硬度的影響

付 佳，孫冰玉，劉琳琳，劉 穎，石彥國(guó)

（哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江省普通高等學(xué)校食品科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱150076）

隨著我國(guó)食品工業(yè)化進(jìn)程的不斷發(fā)展，對(duì)傳統(tǒng)食品的基礎(chǔ)性研究也越來(lái)越受到廣泛的重視。干豆腐作為我國(guó)傳統(tǒng)豆制品中重要的組成部分，對(duì)提高其品質(zhì)的的研究也勢(shì)在必行，而影響其品質(zhì)的因素很多，如原料大豆的品種、凝固劑的種類、加工條件、水質(zhì)等。對(duì)于大豆品種及凝固劑種類的研究已經(jīng)比較深入，但關(guān)于水質(zhì)對(duì)干豆腐品質(zhì)影響的報(bào)道卻較少。干豆腐是一類大豆蛋白在凝固劑作用下相互結(jié)合形成的具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠產(chǎn)品，其本質(zhì)是高度水化的蛋白質(zhì)凝膠，因此大豆蛋白的凝膠特性對(duì)干豆腐品質(zhì)有著非常重要的影響。近年來(lái)有關(guān)離子對(duì)大豆蛋白質(zhì)溶解度影響的研究報(bào)道并不多。有學(xué)者指出，由于地域差異，干豆腐的品質(zhì)相差甚遠(yuǎn)，除生產(chǎn)工藝的影響外，最重要的是水的影響[1]。而加工用水中的離子對(duì)大豆蛋白質(zhì)的加工特性能產(chǎn)生極大影響，離子濃度對(duì)蛋白質(zhì)的溶解和凝膠特性的影響不容忽視[2]。在離子對(duì)大豆蛋白質(zhì)的影響的深入研究方面，有人提出金屬離子會(huì)被蛋白質(zhì)表面吸附，中和蛋白質(zhì)的凈電荷，產(chǎn)生鹽溶效應(yīng)，蛋白質(zhì)分子間的相互排斥力大于吸引力，形成凝膠過(guò)程中蛋白質(zhì)分子間形成有序的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，隨著鹽離子濃度的增加，蛋白質(zhì)分子間的吸引力大于斥力，產(chǎn)生鹽析效應(yīng)，形成凝膠過(guò)程中蛋白質(zhì)分子間相互聚集成團(tuán)，形成無(wú)序聚集狀態(tài)[3]。但不同離子會(huì)對(duì)大豆蛋白質(zhì)產(chǎn)生不同的影響，這方面的研究并不深入。硬度是豆制品主要的質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在生產(chǎn)過(guò)程中大多數(shù)的豆腐生產(chǎn)者都會(huì)精確地控制豆腐的硬度[4]。所以本研究以添加各種不同礦物元素的去離子水作為干豆腐的加工用水，通過(guò)測(cè)定干豆腐的硬度指標(biāo)，探討礦物元素對(duì)干豆腐硬度的影響，以期為干豆腐品質(zhì)的改善提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆 市售東北大豆；固體鹵水 自配濃度14°Bé，市售；水 去離子水；無(wú)水氯化鈣、三氯化鐵 西隴化工股份有限公司；無(wú)水氯化鎂 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；氯化鋅、氯化錳 天津博迪化工股份有限公司；氯化銅 天津市永大化學(xué)試劑有限公司；所有試劑 均為分析純。

TA－XT2i物性分析儀 英國(guó)Stable Micro Systems Ltd公司；FDM-Z80自分離大豆磨漿機(jī) 鎮(zhèn)江新區(qū)大港晶晶食品機(jī)械廠；JJ-1精密增力電動(dòng)攪拌器 上海浦東物理光學(xué)儀器廠；YQr3B液壓千斤頂 上海市南江縣六灶機(jī)械廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 干豆腐的制作工藝流程[5]原料大豆→篩選→清洗→浸泡→沖洗→磨漿→漿渣分離→煮漿與冷卻→點(diǎn)腦→蹲腦→破腦→澆制→壓榨→脫布→成品。

1.2.2 干豆腐硬度的測(cè)定[6]利用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定干豆腐的硬度。將干豆腐樣品切成6cm×6cm的正方形，然后采用物性分析儀所配備的P50圓柱形探頭進(jìn)行干豆腐TPA測(cè)定。測(cè)定參數(shù)設(shè)置如下：測(cè)前速度1.0mm/s，測(cè)中速度0.5mm/s，返回速度0.5mm/s，距離50.0%，接觸時(shí)間5.00s，觸發(fā)力Auto-5g。

1.2.3 礦物元素的添加對(duì)干豆腐硬度的影響 將CaCl2、MgCl2、ZnCl2、CuCl2、FeCl3、MnCl2以不同濃度梯度分別加入到去離子水中，以此作為干豆腐制作的全程用水，以去離子水制作的干豆腐作為參照，分析不同礦物元素對(duì)干豆腐硬度的影響。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理 采用SPSS 17.0和Excel 2003進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 常量元素的添加對(duì)干豆腐硬度的影響

由圖1可知，隨著Ca2+添加量的增加，干豆腐硬度呈逐步增大趨勢(shì)。這與Wang等[7]的研究相一致，他們認(rèn)為，豆腐中的鈣與豆腐的硬度呈顯著相關(guān)關(guān)系。隨著Mg2+添加量的增加，干豆腐硬度也呈增大趨勢(shì)，但當(dāng)添加量大于130mg/L時(shí)，又有緩慢減小的趨勢(shì)，這可能是高離子濃度對(duì)蛋白質(zhì)的鹽析效應(yīng)所致。

由于蛋白質(zhì)具有雙電層結(jié)構(gòu)，加入離子鹽后，在水中解離出來(lái)的陽(yáng)離子能屏蔽掉蛋白質(zhì)表面的電荷，使蛋白質(zhì)分子連結(jié)而沉淀下來(lái)[8]。鈣、鎂離子是影響水硬度的主要常量元素并且也是豆腐凝固劑中起主要作用的元素。有研究表明，制作豆腐時(shí)，Ca2+或Mg2+等金屬離子使大豆蛋白質(zhì)溶解度下降而凝集[9]。Ca2+和Mg2+能破壞蛋白質(zhì)膠粒的水化膜和雙電層，并通過(guò)形成-Ca-或-Mg-橋?qū)⒌鞍踪|(zhì)分子相互連接，使蛋白質(zhì)膠粒聚結(jié)而形成凝膠體[10]。

圖1 鈣、鎂離子的添加對(duì)干豆腐硬度的影響曲線Fig.1 Influence curve of adding calcium and magnesium ions on hardness of dry bean curd

2.2 微量元素的添加對(duì)干豆腐硬度的影響

鋅、銅、鐵、錳是人體必需的微量元素，同屬于過(guò)渡金屬元素，對(duì)人體的各項(xiàng)生物活動(dòng)都有重要的影響，當(dāng)攝入量超過(guò)其完成生物學(xué)功能所需量時(shí)（3mg/L），微量元素就會(huì)產(chǎn)生毒性作用[11]。所以將微量元素的添加量均控制在3mg/L內(nèi)。

2.2.1 鋅、銅離子水對(duì)干豆腐硬度的影響 由圖2可知，Zn2+在低添加量范圍內(nèi)（＜0.05mg/L）隨著添加量的增加干豆腐的硬度呈明顯增大趨勢(shì)，增加到0.1mg/L時(shí)硬度又急劇減小，之后隨著添加量的增加硬度呈增大趨勢(shì)。Cu2+在低添加量范圍內(nèi)（＜0.025mg/L）隨著添加量的增加干豆腐的硬度呈明顯增大趨勢(shì)，之后添加量再增加則硬度的增大趨勢(shì)不明顯。本研究發(fā)現(xiàn)，在低離子濃度下，Zn2+和Cu2+對(duì)干豆腐硬度均有先增大后減小的趨勢(shì)，分析其原因，可能是Zn2+和Cu2+離子半徑（Zn2+：74pm，Cu2+：72pm）較為接近，從而導(dǎo)致它們與蛋白質(zhì)的配位作用較為一致，以至于對(duì)干豆腐硬度的影響趨勢(shì)會(huì)較為接近。而在高離子濃度下，添加Cu2+比添加Zn2+的干豆腐硬度大，可能是由于Cu的電負(fù)性（1.90）大于Zn的電負(fù)性（1.65），與蛋白質(zhì)表面電荷相互吸引的能力更強(qiáng)，從而影響蛋白質(zhì)凝膠強(qiáng)度，繼而對(duì)干豆腐的質(zhì)構(gòu)產(chǎn)生了影響。

圖2 鋅、銅離子的添加對(duì)干豆腐硬度的影響曲線Fig.2 Influence curve of adding zinc and copper ions on hardness of dry bean curd

2.2.2 鐵、錳離子水對(duì)干豆腐硬度的影響 由圖3可知，隨著Fe3+添加量的增加，干豆腐硬度呈明顯增大趨勢(shì)，添加量達(dá)到2mg/L時(shí)硬度最大，之后隨著添加量的增加又有減小趨勢(shì)。由圖4可知，隨著Mn2+添加量的增加，干豆腐硬度呈先增大后減小趨勢(shì)，在添加量達(dá)1.5mg/L時(shí)硬度最大?？傮w上而言，添加Fe3+比添加Mn2+的干豆腐硬度大，分析其原因，可能是Fe3+具有較高的正電荷，與蛋白質(zhì)的靜電作用較強(qiáng)，并且Fe3+的離子半徑（Fe3+：64pm）較小，通常離子半徑越小配位作用越強(qiáng)，與蛋白質(zhì)形成的絡(luò)合物越穩(wěn)定[12]，所以與大豆蛋白質(zhì)結(jié)合后的凝膠強(qiáng)度較強(qiáng)。Fe的電負(fù)性（1.83）大于Mn的電負(fù)性（1.55），與蛋白質(zhì)表面電荷相互吸引的能力更強(qiáng)，從而影響蛋白質(zhì)凝膠強(qiáng)度，繼而制作的干豆腐硬度更大，這與Zn、Cu在高濃度時(shí)對(duì)干豆腐硬度影響的規(guī)律極為相似。

圖3 鐵離子的添加對(duì)干豆腐硬度的影響曲線Fig.3 Influence curve of adding iron ions on hardness of dry bean curd

圖4 錳離子的添加對(duì)干豆腐硬度的影響曲線Fig.4 Influence curve of adding manganese ions on hardness of dry bean curd

2.3 不同礦物元素與干豆腐硬度的相關(guān)性分析

表1 不同礦物元素與干豆腐硬度的相關(guān)性Table 1 The relevance of hardness of dry bean curd to different mineral elements

由表1可知，礦物元素Ca、Mg、Fe與干豆腐的硬度呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，Zn與干豆腐的硬度呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，而Cu、Mn雖然也與干豆腐硬度呈正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性不顯著。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，礦物元素Ca、Mg、Zn、Fe、Cu、Mn對(duì)干豆腐的硬度均有不同程度的影響。Ca2+、Mg2+、Zn2+和Fe3+的添加均對(duì)干豆腐的硬度有顯著影響，并且隨著添加量的增加，干豆腐的硬度均有不同程度的增加。而Cu2+、Mn2+的添加對(duì)干豆腐的硬度影響并不顯著。電負(fù)性可能是導(dǎo)致不同離子對(duì)干豆腐硬度影響程度不同的原因。

不同礦物元素與大豆蛋白質(zhì)特定位點(diǎn)的結(jié)合或是與植酸和大豆蛋白質(zhì)三者的結(jié)合，亦或是由于靜電屏蔽作用引起大豆蛋白質(zhì)之間的相互聚集，這些均會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)的凝膠特性產(chǎn)生影響，進(jìn)而對(duì)干豆腐的品質(zhì)產(chǎn)生影響，所以不同礦物元素對(duì)大豆蛋白質(zhì)的作用機(jī)理還有待于進(jìn)一步深入的研究。

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