豆腐凝乳形成機理及影響因素研究進展

劉昱彤，錢和

（江南大學食品學院，江蘇 無錫 214122）

我國是大豆的故鄉，也是大豆制品的發源地，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，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，特別在預防骨質疏松癥、乳腺癌、前列腺癌和更年期綜合癥有一定的保健和醫療作用[2-4]。

豆腐是大豆經過浸泡、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。豆腐富含高質量蛋白質和VB，此外其最大的特征是：大豆中不飽和脂肪酸的性質佷不穩定，很容易發生酸敗，但是大豆經過傳統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在豆腐凝乳中表現的尤其穩定[5]。大豆經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合，伴隨著大豆蛋白轉移至豆腐中[4]。另外，當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外研究進展進行了綜述。

1 豆腐凝乳形成機理研究進展

當向熟豆漿中添加鈣鹽、鎂鹽等凝固劑時，大豆蛋白會發生聚集進而形成有序的凝膠網狀結構。人們一直認為豆腐凝乳形成的機理和大豆蛋白質凝膠的形成一樣，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）加熱使蛋白質變性；（2）添加葡萄糖酸內酯（GDL）或者鈣鹽凝固劑后，通過GDL釋放的質子或者鈣鹽凝固劑的鈣離子促使變性的大豆蛋白發生疏水膠凝。豆漿的性質狀態和牛奶佷相似，牛奶經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，形成的空間網狀結構并鎖住水分的一種特殊的分散體系。凝乳和凝膠最大的區別是，在通常情況下凝乳排除水分不會發生脫水縮合作用，而凝膠常常會發生脫水現象。90年代以前，人們一直將豆腐當做凝膠來研究，自從Ono等通過高速離心法將豆漿中蛋白質分成浮物蛋白、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展[7]。Ono等在做鈣和pH對豆漿中可溶性蛋白質影響的研究中，發現在使用低濃度鈣離子時，蛋白質顆粒比可溶性蛋白質更容易凝聚[8]，即加入凝固劑的時候，首先應該是豆漿中的蛋白質顆粒凝聚。蛋白質溶液和豆漿不同的地方是豆漿還有油滴球。Guo等對向豆漿中加入CaCl2后，其中油滴球的行為進行了跟蹤，發現在顆粒蛋白質凝聚的同時，油滴球也在不斷參與凝聚。此外，在可溶性蛋白質的情況下，雖然凝固劑濃度達到一定量，蛋白質和油滴球也不會發生聚集，但是由可溶性蛋白質形成的新的蛋白質顆粒還是會發生聚集[9]。由此可見，豆腐的形成應該是當向豆漿中添加凝固劑后，首先是蛋白質顆粒和油滴球開始結合，然后再和可溶性蛋白質相結合。在這些研究的基礎上，Ono提出了新的豆腐形成模型。豆漿中的油滴球是帶有油質蛋白的油體狀粒子，比較穩定不會發生聚集。當添加凝固劑后，會發生離子中和作用，使得油滴球周圍的蛋白質顆粒凝結成塊，然后這種成網狀的凝乳塊被水包裹而結合，進而形成豆腐[5]。當添加的凝固劑分布均勻時，可溶性蛋白質會形成新的蛋白質顆粒和網狀體相結合，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蛋白、顆粒蛋白以及可溶性蛋白三層蛋白質所包裹，因而表現出不容易酸化且穩定的狀態[5]。

2 豆腐凝乳形成影響因素

2.1 蛋白質濃度

蛋白質是豆漿的主要成分，蛋白質濃度越高的豆漿制成的豆腐硬度就越大[11-12]。我國做豆腐，豆漿蛋白質濃度一般在8%～9%，若豆漿蛋白質濃度低，點腦后形成的豆腐花太小，保不住水，出品率低。豆漿蛋白質含量越高，在加熱過程中形成的蛋白質顆粒越多，當加入凝固劑時參與形成凝乳塊的脂肪也會相應增加，也就是說蛋白質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漿，發現隨著豆漿濃度的增加，其黏度也會增加，豆漿濃度越高制成的豆腐破裂應力就越大，即豆腐越硬[13]。

2.2 脂質濃度

有研究顯示，向豆漿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構都會產生影響。油脂含量在一定范圍內會提高豆腐的得率，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，發現當油滴量和蛋白質量達到一定比例時，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等發現將豆漿的極性脂肪脫除后，其中的蛋白質顆粒含量會減少，這樣還導致凝乳塊包裹的中性脂肪含量也減少了[16]，從而導致制成的豆腐凝乳硬度降低[10]。油滴量過多，包圍它的蛋白質的量就會不足，制作出的豆腐的蛋白質包裹會很薄很弱。油滴量過少的話，形成的凝乳塊就少，因為由蛋白質組成的部分過多，硬度也會變弱。這說明脂質和蛋白質的平衡對合適豆腐網狀的形成起到很重要的作用。

2.3 蛋白質11S/7S的比值

豆漿蛋白質的含量越高，制作出的豆腐就會越硬，但是有研究發現不同品種的大豆制成的豆漿，就算蛋白質濃度一樣，生產工藝也一樣，制作出的豆腐品質卻不一樣[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量和包裹在凝乳塊中的中性脂肪的數量[19]。

Guo等[10]分別制備了不同11S/7S比例和不同蛋白質顆粒含量的豆漿，對豆漿中蛋白質顆粒的含量和組成與制成豆腐品質相關性進行了研究。進一步證實了11S組分越多的豆漿中蛋白質顆粒數量也越多，制成的豆腐硬度也越大，因為蛋白質顆粒的增多加強了蛋白質顆粒之間的交聯。試驗還發現豆腐硬度不僅與蛋白質顆粒數量有關，而且還與顆粒組成有關，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構特性進行了測定，發現11S比例高的豆腐的最優點比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電鏡掃描的結果是，在達到最優點之前，豆腐的微觀結構是由許多大細胞狀凝乳塊和薄的網壁構成，在最優點之后，豆腐網狀結構顯示為由許多大細胞狀凝乳塊、許多網眼和不平整的網壁構成[21]。也就是說具有不同11S/7S比例的豆漿，要制成具有同樣品質的豆腐需要調整凝固劑用量。

Skurray使用了15種大豆，對豆腐硬度和11S/7S比的相關性進行了研究，試驗發現這種相關性很小，反而凝固劑濃度的作用要大得多。添加了11S和7S的豆漿，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，結果顯示和11S/7S比例相比，豆腐調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論。

2.4 蛋白質亞基變化

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種亞基根據構造的類似性又分為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性質，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]。這個結果和豆腐凝乳不同。用帶有不同亞基的大豆制作出的豆漿及豆腐與其比較，豆漿中粒子蛋白質的數量是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凝膠硬度卻是是Ⅰ＞Ⅱb＞Ⅱa，和豆腐的結果有區別。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、可溶性蛋白質等相互作用生成的膠體，不能說僅僅是蛋白質凝膠的延伸。

2.5 凝固劑濃度

豆腐的硬度不僅和蛋白質含量及11S/7S比例有關，還和凝固劑的濃度有很大關系。Onodera等認為對于不同品種間的11S/7S比例的差異可以通過調節凝固劑的濃度來減小豆腐品質的差異[20]。另一方面，有研究報道隨著11S/7S比例的增大，蛋白質顆粒的數量也會增多，豆腐凝乳中包裹的脂肪也會越多。然而，當增加凝固劑濃度時，同樣的現象也會發生[29]。Guo和Ono指出蛋白質顆粒含量越多和11S/7S比例高的豆漿，凝集所需要的凝固劑濃度也會降低。此外，他們對蛋白質顆粒和可溶性蛋白質在低凝固劑濃度下凝集作比較時，發現蛋白質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

豆漿制漿方法大致分兩種：熱過濾法和冷過濾法?，F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，待豆漿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漿，即生豆漿先過濾再煮漿。熱過濾法制得的豆漿可以凝固成較硬的豆腐，由于豆漿是和豆渣一起加熱的，因此豆渣浸出物與生成豆腐硬度應該是有關系的。Toda等對這兩種不同的制漿方式進行了對比，發現熱過濾豆漿中的鈣、7S堿性蛋白、多糖和蛋白質顆粒含量均比冷過濾多，并認為豆漿中鈣離子和蛋白質顆粒的增加是熱過濾制成豆腐較硬的原因[30]。盧義伯等對豆漿熱過濾、冷過濾和熱濾冷濾相結合的制漿方法進行了對比，發現冷過濾使得蛋白質流失嚴重，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性質[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漿蛋白質的性質，一方面降低豆漿中凝固劑的濃度來影響豆腐的品質。

Toda等使用了植酸含量差異顯著但蛋白質含量差異小的3個品種的大豆，對大豆中植酸含量對豆腐品質相關性進行了研究。他們認為植酸會抑制蛋白質聚集凝固，從而不同植酸含量的豆漿使用相同濃度的凝固劑會導致豆腐品質不一[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，豆漿中植酸含量越多，那么要制成相同硬度的豆腐所需的凝固劑濃度就越大。他們認為在優化豆腐最佳凝固劑濃度時，應當將植酸含量考慮進去[36]。事實上影響豆腐品質的因素有很多，是豆漿中多種成分相互作用的結果，單一的成分說明不了不同品種差異導致的豆腐品質不同，一般可以通過調節鹽類凝固劑用量來消除植酸對豆腐品質的影響[37]。

3 展望

豆腐是公元前164年中國學者王安發明的，至今已有2000多年的歷史了。關于豆腐凝乳機理方面的研究國內報道的比較少，機理的研究對改進產品品質起至關重要的作用。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漿產生了兩方面作用，一方面是使得豆漿體系的pH降低，另一方面是鹽的正離子中和了蛋白質的部分負電荷，凝固劑添加的越多，陽離子中和的蛋白質負電荷就越多，導致蛋白質之間靜電斥力就越小，因此制作出的豆腐會越硬，內部組織更致密，失水率越高。然而同樣是鈣作為陽離子的氯化鈣和硫酸鈣，當將這兩種凝固劑分別添加至豆漿中時，豆腐凝乳凝固的速率和品質卻不同?？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。我們平時喝的豆漿和做豆腐的豆漿是不一樣的，然而許多研究報道都是對食用豆漿的研究，對做豆腐豆漿的研究卻很少。做豆腐的每一個工序都影響著豆漿整個體系，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。我國現在制作豆腐多為小作坊式的加工生產，許多小作坊制作豆腐都是按經驗進行，生產出的產品不能標準化，衛生條件也難達標。對于制作豆腐中的各個機理的闡明，對我國高品質豆腐產生以及自動化具有重要作用。

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