大豆蛋白組分與豆腐品質特性的研究

黃明偉,劉俊梅,2,王玉華,2,樸春紅,2,劉瑞雪,2,趙永程,2,于寒松,2,*,胡耀輝,2,*

(1.吉林農業(yè)大學食品科學與工程學院,吉林長春 130118;2.國家大豆產業(yè)技術研發(fā)中心加工研究室,吉林長春 130118)

大豆蛋白組分與豆腐品質特性的研究

黃明偉1,劉俊梅1,2,王玉華1,2,樸春紅1,2,劉瑞雪1,2,趙永程1,2,于寒松1,2,*,胡耀輝1,2,*

(1.吉林農業(yè)大學食品科學與工程學院,吉林長春 130118;2.國家大豆產業(yè)技術研發(fā)中心加工研究室,吉林長春 130118)

選用16種大豆品種作為本實驗的研究原料,測定了各個品種大豆中的蛋白質、水溶性蛋白及各組分亞基的含量,再將這16種大豆原料分別做成豆腐,測定豆腐的得率、保水性及質構特性,通過方差分析得知豆腐濕基和干基得率差異性都比較大,保水性差異不大,各項質構參數(shù)差異較大。將大豆蛋白各組分含量與豆腐品質特性進行相關性分析得知大豆中蛋白質、水溶性蛋白及各組分亞基含量與豆腐的得率、保水性及質構特性均呈顯著或極顯著相關關系。豆腐的品質特性與大豆中7S組分及其亞基含量之間有著顯著或極顯著負相關關系;與11S組分及其亞基含量之間有著顯著或極顯著正相關關系,與11S/7S之間有著極顯著正相關關系。將豆腐品質特性做聚類分析,由結果可得出:蒙9413、中黃13、中豆20、合豐55和合豐56這5種大豆品種作為原料所制的豆腐的得率、保水性以及質構特性較其他品種好。

大豆,蛋白組分,豆腐,品質,相關性

由于豆腐主要由蛋白變性膠凝所制得,因此大豆蛋白中的水溶性蛋白與豆腐的特性有著密切的相關性。大豆中水溶性蛋白的主要成分為7S和11S蛋白組分。7S組分中包含α′、α和β亞基;11S組分包含A3、AS和BS亞基。各類亞基有著不同的功能特性,對豆腐的品質產生的影響也不相同。陳海敏[1]等人研究充分表明了各個品種的大豆蛋白質組成(7S和11S含量)差別很大。周宇峰[2]等人對大豆蛋白亞基與豆腐質構特性之間的關系做了大量的研究。宋連軍[3]等人對大豆組分與豆腐品質特性之間的關系做了大量的研究。李輝尚[4]、劉順湖[5]、Bhardwaj[6]等人對大豆蛋白含量、7S組分含量、11S組分含量與豆腐產量之間的關系做了深入的研究;Poysa[7]、許顯濱[8]等人對大豆蛋白質的含量與豆腐品質之間的相關性做了深入的研究;胡坤[9]等人對大豆中7S以及11S組分及其亞基含量、7S/11S比值與豆腐凝膠性、硬度、保水性之間的各個關系做了大量的研究。

以上說明大豆蛋白的不同功能特性與豆腐制品的品質特性之間有著密切的相關性。本實驗主要研究大豆蛋白及其組分與豆腐的得率、保水性及質構特性之間的關系。選取16種大豆品種并測定出蛋白質和水溶性蛋白的含量,用SDS-PAGE梯度凝膠電泳實驗測定出蛋白組分各亞基的含量,再將這16種大豆原料做成豆腐,并測定豆腐的各項品質指標。將大豆蛋白組分與豆腐特性測定數(shù)據(jù)做相關性分析,指出它們之間的確切相關關系。然后通過聚類分析得到最適加工豆腐的品種,以期一方面為專用大豆加工品種的改良提供指導,另一方面也為生產加工者選擇合適的大豆品種來提升豆腐的品質特性提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 大豆品種 本實驗16個供試大豆品種均為2013年度國家大豆體系專家饋贈品種,具體品種見表1。

表1 不同大豆品種Table 1 Different soybean varieties

1.1.2 主要儀器與設備 Hanon K1100全自動凱氏定氮儀 Hanon公司;SOX500脂肪測定儀 山東Hanon公司;101A-2型電熱鼓風干燥箱 上海訊博設備公司;Infinite M200 Nano Quant酶標儀 瑞士Tecan公司。高速冷凍離心3K15 SIGMA公司;TA-XA PLUS物性測定儀 Stable micro systems公司;Mini-PRO TEAN Tetra電泳儀 Bio-Rad公司;FD-1D-50冷凍干燥機 北京博醫(yī)康儀器公司。

1.1.3 主要實驗試劑 牛血清白蛋白、Tris、丙烯酰胺、雙丙烯酰胺、十二烷基磺酸鈉、考馬斯亮藍R-250 北京鼎國生物技術有限責任公司;甲醇、冰醋酸 北京試劑化工廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 大豆理化指標測定方法 蛋白質含量測定參照GB/T14489.2-2008;水溶性蛋白含量測定參照NY/T1205-2006。

1.2.2 7S和11S含量的測定 本文中用于大豆分離蛋白(SPI)的提取以及蛋白液前處理的方法參照了劉香英[10]的研究方法進行處理,之后取做好的蛋白處理液,參照Bradford[11]的方法測定出大豆蛋白含量,并將蛋白樣品濃度調整至2μL/L。SDS-聚丙烯酰胺梯度凝膠電泳:取15μL的樣品上樣,將濃度分別為8%和20%的SDS-PAGE梯度凝膠的分離膠分別通過梯度進樣器制膠,縮膠濃度為4%。進樣開始時電泳儀電流設置為35mA,進樣結束后調至70mA,直至電泳結束。最后進行染色和脫色,再使用Bio-Rad公司的凝膠成像系統(tǒng)對電泳后的凝膠進行灰度掃描,結合Bandscan5.0(Glyko公司,美國)軟件分析蛋白電泳圖譜,從而測定出大豆蛋白7S和11S亞基成分的相對含量。

1.2.3 豆腐的制作工藝 豆腐制作參照盧義伯[12]等的方法并稍做改進,將16種大豆原料進行挑選處理,稱取100g符合要求的大豆,將其徹底清洗干凈,再放入蒸餾水中浸泡12h,保持環(huán)境溫度為20℃,將浸泡后的大豆瀝干,加入9倍大豆質量的水進行磨漿。用BJ13B-C81九陽豆?jié){機進行自動制漿,將制備的漿液過140目過濾網(wǎng)去渣,使豆?jié){充分濾出,得到生豆?jié){。將制得的生豆?jié){進行加熱,同時加入占干豆質量0.05%的消泡劑,加熱直至沸騰后保持5min。用攪拌器在150r/min下攪拌煮沸豆?jié){直至溫度下降至85℃,然后快速加入CaSO4·2H2O作為凝固劑,添加量為干豆質量的2%,迅速混勻?；旌贤瓿珊罅⒓捶旁诟魺岜叵渲斜?0min。然后進行破腦壓榨,用模具在50g/cm-2壓力下加壓50min后得到成品豆腐,4℃下存儲使用。

1.2.4 豆腐相關指標的測定

1.2.4.1 豆腐得率的測定 豆腐得率的測定參照宋連軍[13]等的研究方法。將新制成的豆腐制品在室溫下靜置5min后進行稱量,計算出每100g原料大豆制備出豆腐的重量,為濕豆腐的得率。濕豆腐得率(%)=豆腐質量/大豆原料質量×100。然后將濕豆腐在-50℃下進行凍干,得到豆腐干基重量,計算豆腐干基得率。

1.2.4.2 豆腐保水性的測定 豆腐的保水性方法參照Puppo[14]等的研究方法。將豆腐準確稱取出4g(精確到0.0001g),放入預先準備好的50mL離心管中,在1200r/min下離心8min后,取出樣品稱重并記錄(W1),之后在105℃下干燥至恒重(W2)。豆腐的保水性(%)=(W1-W2)/W1×100。

1.2.4.3 豆腐質構的測定 將豆腐保存在4℃下過夜,取出后放至室溫,用質構儀的TPA模式進行測定。具體操作:用直徑為2cm的取樣器在豆腐中部取樣,樣品高2cm;選擇直徑為2cm的探頭,測試前速度1mm/s,測試速度1mm/s,測試后速度10mm/s,下壓距離50%。測定參數(shù)為硬度、彈性、黏聚性、膠著性、咀嚼性和回復性。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理 每組實驗重復三次,取平均值。用SPSS19.0對大豆蛋白組分、豆腐得率、保水性及質構特性進行統(tǒng)計分析,使用方差和變異系數(shù)對各項指標進行差異性分析,變異系數(shù)(%)=(標準差/平均值)×100;相關性分析采用雙側T檢驗,用相關系數(shù)來表示顯著水平;使用系統(tǒng)聚類分析豆腐的品質指標。

2 結果與分析

2.1 大豆品種蛋白電泳圖譜

采用梯度SDS-PAGE蛋白凝膠電泳對16個大豆品種中的蛋白組分進行分析測定。從圖1中可以看出雖然品種間蛋白組分種類基本相同,但是各個亞基之間含量差異較大,蛋白亞基含量的不同將導致其不同的功能特性。

表2 不同大豆品種蛋白組分含量分析Table 2 Analysis of the contents of different varieties of soybean protein components

圖1 不同品種大豆蛋白組分電泳圖譜Fig.1 Electrophoresis of different soybean protein components注:M為蛋白標準品的分子質量,1～16代表大豆品種編號。

2.2 大豆品種蛋白組分的測定

研究表明對豆腐品質特性具有決定性影響的是大豆中的蛋白質,其中7S和11S蛋白組分含量占大豆總蛋白含量的85%以上[15],這些都與豆腐品質特性有很大的相關性。在本實驗中測定出的16種大豆品種蛋白組分含量,結果如表2所示。

從表2可以看出,供試的16種大豆品種的蛋白質含量在36.43%～45.08%之間,平均值為41.12%,方差分析得知不同大豆間的蛋白質含量相對穩(wěn)定,差異不大。水溶性蛋白含量變化范圍為25.34%～36.47%,平均值為31.36%,方差分析得知各品種之間差異也不大,這是由品種的遺傳性質決定的。方差分析得知蛋白組分7S的含量變化較大,其變異系數(shù)為15.12%;其中α′亞基的平均值為7.20%,變異系數(shù)為12.44%,α亞基的平均值為7.73%,變異系數(shù)為20.83%,β亞基的平均值為6.46%,變異系數(shù)高達30.79%,7S組分中的三種蛋白亞基含量變化均較大。11S蛋白亞基組分含量差異不大,變異系數(shù)為6.97%;其中A3亞基含量在7.37%～16.14%之間,變異系數(shù)為23.33%,差異較大,AS亞基含量變異系數(shù)為8.01%,BS亞基含量變異系數(shù)為8.57%,兩種亞基含量變化差異不大。以上說明大豆品種蛋白組分11S含量比7S含量穩(wěn)定,這與周宇峰[2]關于大豆品種間蛋白亞基含量差異性的研究結果一致。11S/7S比值變化區(qū)間為1.52～2.57,變異系數(shù)為15.38%,說明不同品種之間11S/7S差異顯著。

表3 不同大豆品種豆腐各項品質指標分析Table 3 Analysis of the character of different soybean varieties of tofu

表4 不同大豆品種蛋白組分與豆腐得率及保水性之間的相關性分析Table 4 Correlation analysis of soybean protein components and the characteristics of tofu

注:*p<0.05差異顯著,**p<0.01差異極顯著,表5同。

2.3 大豆蛋白組分和豆腐得率及保水性的相關性

評價豆腐品質的重要指標有豆腐的得率和保水性等。按照標準工藝將不同品種的大豆原料制作成豆腐,測定出豆腐得率和保水性,結果如表3所示。同時將大豆蛋白組分與豆腐得率、保水性進行相關性分析,結果如表4所示。

從表3中看出,濕豆腐得率平均值為245.21%,變異系數(shù)為25.10%,各品種間差異較大。干豆腐得率平均值為72.55%,變異系數(shù)為16.01%，各品種間差異性較大。保水性得率平均值為70.96%,變異系數(shù)為8.84%,各品種間差異性都不大。

從表4中可以看出,濕豆腐得率正相關于大豆蛋白質、水溶性蛋白含量。干豆腐得率與大豆蛋白質、水溶性蛋白含量為極顯著或顯著正相關關系。豆腐保水性與蛋白質含量呈顯著正相關關系,與水溶性蛋白含量呈極顯著正相關關系。以上相關性分析表明,大豆品種中蛋白質和水溶性蛋白的含量越高,制成豆腐的得率和保水性就越高。

相關性分析表明大豆蛋白組分中7S亞基的含量與豆腐濕基得率、干基得率均呈顯著式極顯著負相關關系;其中α′亞基含量與豆腐濕基和干基得率均呈極顯著負相關關系,α亞基和β亞基含量均與豆腐濕基和干基得率呈顯著負相關關系。蛋白組分11S亞基含量與豆腐濕基得率、干基得率均呈極顯著正相關關系;與豆腐保水性呈顯著正相關關系。11S組分中A3亞基和AS亞基含量與各項指標相關性不大,但BS亞基含量與豆腐濕基得率、干基得率和保水性均呈顯著或極顯著正相關關系。11S/7S與三項指標之間均呈極顯著正相關關系。以上分析與宋連軍[13]關于大豆蛋白組分與豆腐得率的研究相一致,即11S含量越高的大豆品種,制作豆腐的得率及保水性就越高,這是由于7S和11S亞基不同的功能特性決定的。研究表明7S亞基的乳化性較強,11S亞基的膠凝性較強[16],以上不同大豆的蛋白組分的差異是造成豆腐品質不一的主要原因。

2.4 大豆蛋白組分與豆腐質構特性的相關性

豆腐的質構特性決定了豆腐品質的優(yōu)劣,主要包括彈性、黏聚性、硬度、膠著性、回復性和咀嚼性。以上的相關指標直接決定了豆腐的可接受程度和營養(yǎng)價值的評價。豆腐質構測定結果如表3所示。同時將大豆蛋白組分與豆腐質構做相關性分析,結果如表5所示。

由表3中方差分析結果知,豆腐各項質構參數(shù)差異程度都較大,變異系數(shù)在17.28%以上。其中豆腐硬度的變異系數(shù)最大,為53.47%,其它依次為咀嚼性、黏聚性、回復性、膠著性、彈性。硬度的變化范圍為169.74～1986.76g,平均值為1038.39g,彈性的變化范圍為0.38～0.96,平均值為0.74,黏聚性的變化范圍為0.14～0.69g,平均值為0.37g,膠著性的變化范圍為254.84～1514.32,平均值為994.45,咀嚼性的變化范圍為0.11～0.48g,平均值為0.21g,回復性的變化范圍為0.03～0.09,平均值為0.06。由表2分析得知大豆品種的蛋白組分差異較大,因此豆腐質構方面的較大差異很大程度上由于蛋白組分的較大差異引起的。

表5 不同大豆品種蛋白組分與豆腐質構特性之間的相關性Table 5 Correlation analysis of the soybean protein components and the texture of tofu

將蛋白組分與豆腐質構參數(shù)進行相關性分析得知,豆腐質構特性與大豆蛋白質含量相關性不明顯,但水溶性蛋白含量與部分質構參數(shù)之間具有顯著或極顯著的相關性，其中水溶性蛋白含量與硬度和回復性呈極顯著負相關關系，與彈性和黏聚性均呈顯著負相關關系。

大豆蛋白組分中7S亞基含量除了與膠著性呈顯著正相關關系，與咀嚼性呈一般負相關關系之外，與其他質構特性之間呈顯著負相關或極顯著負相關關系，其中與豆腐彈性和黏聚性均呈極顯著負相關關系，與硬度和回復性呈顯著負相關關系。7S組分中的α′亞基含量與黏聚性呈極顯著負相關關系,β亞基含量與彈性呈極顯著負相關關系。以上說明7S亞基的存在很大程度上降低了豆腐的質構特性。大豆蛋白組分11S亞基含量除了與豆腐硬度呈顯著正相關外,與其余質構指標之間均呈一般正相關關系,其中A3亞基和AS亞基的含量均與豆腐質構特性沒有明顯相關性,但BS亞基含量卻與豆腐硬度和黏聚性呈顯著正相關關系。以上說明11S亞基有助于提升豆腐的質構特性。

11S/7S與豆腐硬度呈極顯著正相關關系,與彈性、黏聚性和咀嚼性呈顯著正相關關系。這說明11S/7S比值越高的大豆品種,所制成的豆腐質構特性就越好。

2.5 豆腐各項品質指標的聚類分析

將豆腐的得率、保水性以及質構各項指標參數(shù)作為自變量,對16種大豆品種進行聚類分析并分類,結果如圖2所示。

從圖2聚類圖中看出,根據(jù)以上主要的豆腐評價指標將實驗16種大豆品種分為3類,第一類為綏農35、黑農43、黑農48、黑農67、抗線蟲8號、吉育40、吉育71和吉農17,以上8種大豆所制豆腐的得率、保水性以及質構特性都相對較差;第二類為皖豆24、皖豆28和蒙1001,以上3種大豆品種所制豆腐的得率、保水性以及質構特性都相對較適中;第三類為蒙9413、中黃13、中豆20、合豐55和合豐56,以上5種大豆品種所制豆腐的得率、保水性以及質構特性較好。

圖2 豆腐品質特性的聚類分析Fig.2 Cluster analysis of the characteristics of quality of tofu(品種編號見表1)

3 結論

3.1 大豆蛋白組分11S及其所含亞基含量的穩(wěn)定性強于7S亞基及其所含的亞基含量的穩(wěn)定性,不同大豆品種的11S/7S比值之間差異性顯著,說明品種不同,各組分含量差別很大。

3.2 大豆中全蛋白的含量,尤其是水溶性蛋白組分中11S及其亞基含量與豆腐的干基和濕基得率、保水性呈顯著或極顯著正相關關系,與7S及其亞基含量呈顯著或極顯著負相關,11S組分及其亞基有助于豆腐品質的提升。即11S/7S比值越高,豆腐得率和保水性越好。

3.3 大豆水溶性蛋白組分中含有的7S及其亞基對豆腐的質構特性產生了不利影響,11S及其亞基有助于豆腐的質構特性的提升。11S/7S比值越高,豆腐質構特性越好。

3.4 聚類分析表明,蒙9413、中黃13、中豆20、合豐55和合豐56,這5種大豆所制豆腐濕基得率在246.84%以上,干基得率在71.45%以上,保水性在58.42%以上,硬度在1326.75以上,彈性在0.66以上,黏聚性在0.28以上,膠著性在768.63以上,咀嚼性在0.11以上,回復性在0.03以上,上述5種大豆品種所制豆腐的干基和濕基的得率、質構特性以及保水性均較好。

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Study on the relation between soybean protein componentsand the quality of Tofu

HUANG Ming-wei1,LIU Jun-mei1,2,WANG Yu-hua1,2,PIAO Chun-hong1,2,LIU Rui-xue1,2,ZHAO Yong-cheng1,2,YU Han-Song1,2,*,HU Yao-hui1,2,*

(1.Food Science and Engineering College,Jilin Agriculture University,Changchun 130118,China;2.Soybean Research and Development Center,CARS:Division of Soybean Processing,Changchun 130118,China)

In this paper,16 soybean varieties were chosen as raw materials,and were measured the contents of soybean protein,water-soluble protein,and all the components of protein. In addition,the physical properties of tofu were made from different soybean species,the yield and quality of tofu(water retention,texture),were measured. The analysis of variance showed that the yield of wet and dry basis of tofu had a significant difference,the water retention had no significant difference,the texture parameters had a significant difference. The statistical correlation analysis between the components of soybean protein and the quality of tofu showed that the yield of wet and dry basis,water retention and texture characteristics of tofu had a significant or significantly positive correlation with soybean protein and all the components of soluble protein,and had a significant or significantly negative correlation with the contents of 7S fraction and its subunits,and a significant or significantly positive correlation with the 11S fraction and its subunits contents. The cluster analysis of the quality of tofu showed that the species of M9413,Zhong huang13,Zhong dou20,He feng55,He feng56 were the suitable varieties to process tofu.

soybean;protein components;Tofu;quality;correlation

2014-10-27

黃明偉(1989-)，男，碩士研究生，研究方向：大豆及豆制品加工。

*通訊作者:于寒松(1979-)，男，博士，副教授，研究方向：傳統(tǒng)豆制品加工。 胡耀輝(1951-)，男，學士，教授，從事生物反應器與功能性食品領域的研究。

現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)技術體系建設專項資金資助(CARS-04)。

TS214.2

A

1002-0306(2015)13-0094-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.13.011