豆腐凝乳形成机理及影响因素研究进展

刘昱彤，钱和

（江南大学食品学院，江苏 无锡 214122）

我国是大豆的故乡，也是大豆制品的发源地，在我国一提到豆制品，可以说人人皆知，家喻户晓。大豆含有丰富的蛋白质，且所含氨基酸较全，尤其富含赖氨酸，正好弥补了谷类赖氨酸含量不足的缺陷，此外，早在1999年10月26日美国食品药物管理局（FDA）就宣布了黄豆能减少得冠心病风险的正式健康声明：“每天食用25 g黄豆蛋白，可以减少得冠心病的风险”。大豆油脂中的不饱和脂肪酸含量很高，达80%以上，而饱和脂肪酸的含量则较低[1]。大豆异黄酮是一种重要的生理活性成分，它具有重要的保健功能，特别在预防骨质疏松症、乳腺癌、前列腺癌和更年期综合症有一定的保健和医疗作用[2-4]。

豆腐是大豆经过浸泡、磨浆、煮浆、点浆、蹲脑以及压榨成型等工序制成的以大豆蛋白为主要成分的凝乳块。豆腐富含高质量蛋白质和VB，此外其最大的特征是：大豆中不饱和脂肪酸的性质佷不稳定，很容易发生酸败，但是大豆经过传统的加工制成豆腐等豆制品后，在蒸炒和贮藏豆腐时，脂肪的渗出性和氧化性以及酸化性质在豆腐凝乳中表现的尤其稳定[5]。大豆经过一系列加工做成豆腐时大豆异黄酮、燃料木黄酮和异黄酮苷一直与大豆蛋白相结合，伴随着大豆蛋白转移至豆腐中[4]。另外，当做豆腐使用的凝固剂为钙盐时，豆腐还是一种良好的补钙食物。

豆腐制作虽然简单，但是其凝固机理至今还不是特别清楚。本文就豆腐凝固机理和影响豆腐凝乳形成因素的最新国内外研究进展进行了综述。

1 豆腐凝乳形成机理研究进展

当向熟豆浆中添加钙盐、镁盐等凝固剂时，大豆蛋白会发生聚集进而形成有序的凝胶网状结构。人们一直认为豆腐凝乳形成的机理和大豆蛋白质凝胶的形成一样，认为豆腐也是凝胶的一种。在早期Kohyama等[6]使用大豆分离蛋白为原料对豆腐凝胶机理进行了探讨，认为豆腐凝乳的形成分为两步：（1）加热使蛋白质变性；（2）添加葡萄糖酸内酯（GDL）或者钙盐凝固剂后，通过GDL释放的质子或者钙盐凝固剂的钙离子促使变性的大豆蛋白发生疏水胶凝。豆浆的性质状态和牛奶佷相似，牛奶经过加工形成的奶酪也属于凝乳，然而果冻却属于凝胶而非凝乳。凝乳和凝胶不同，凝乳是大分子之间相互紧扣后排除液体剩下的部分。凝胶是高分子在一定条件下互相连接，形成的空间网状结构并锁住水分的一种特殊的分散体系。凝乳和凝胶最大的区别是，在通常情况下凝乳排除水分不会发生脱水缩合作用，而凝胶常常会发生脱水现象。90年代以前，人们一直将豆腐当做凝胶来研究，自从Ono等通过高速离心法将豆浆中蛋白质分成浮物蛋白、可溶蛋白和颗粒蛋白3个部分后，豆腐凝乳形成机理的研究取得了突飞猛进的发展[7]。Ono等在做钙和pH对豆浆中可溶性蛋白质影响的研究中，发现在使用低浓度钙离子时，蛋白质颗粒比可溶性蛋白质更容易凝聚[8]，即加入凝固剂的时候，首先应该是豆浆中的蛋白质颗粒凝聚。蛋白质溶液和豆浆不同的地方是豆浆还有油滴球。Guo等对向豆浆中加入CaCl2后，其中油滴球的行为进行了跟踪，发现在颗粒蛋白质凝聚的同时，油滴球也在不断参与凝聚。此外，在可溶性蛋白质的情况下，虽然凝固剂浓度达到一定量，蛋白质和油滴球也不会发生聚集，但是由可溶性蛋白质形成的新的蛋白质颗粒还是会发生聚集[9]。由此可见，豆腐的形成应该是当向豆浆中添加凝固剂后，首先是蛋白质颗粒和油滴球开始结合，然后再和可溶性蛋白质相结合。在这些研究的基础上，Ono提出了新的豆腐形成模型。豆浆中的油滴球是带有油质蛋白的油体状粒子，比较稳定不会发生聚集。当添加凝固剂后，会发生离子中和作用，使得油滴球周围的蛋白质颗粒凝结成块，然后这种成网状的凝乳块被水包裹而结合，进而形成豆腐[5]。当添加的凝固剂分布均匀时，可溶性蛋白质会形成新的蛋白质颗粒和网状体相结合，生成完整的豆腐凝乳[10]。由此可见，豆腐中的油滴球是被油质蛋白、颗粒蛋白以及可溶性蛋白三层蛋白质所包裹，因而表现出不容易酸化且稳定的状态[5]。

2 豆腐凝乳形成影响因素

2.1 蛋白质浓度

蛋白质是豆浆的主要成分，蛋白质浓度越高的豆浆制成的豆腐硬度就越大[11-12]。我国做豆腐，豆浆蛋白质浓度一般在8%～9%，若豆浆蛋白质浓度低，点脑后形成的豆腐花太小，保不住水，出品率低。豆浆蛋白质含量越高，在加热过程中形成的蛋白质颗粒越多，当加入凝固剂时参与形成凝乳块的脂肪也会相应增加，也就是说蛋白质颗粒以油滴球为核心叠加形成的凝乳块越多[10]。Cheng等制作了不同浓度的豆浆，发现随着豆浆浓度的增加，其黏度也会增加，豆浆浓度越高制成的豆腐破裂应力就越大，即豆腐越硬[13]。

2.2 脂质浓度

有研究显示，向豆浆中添加油脂会使得制成的豆腐硬度增大[14-15]。脂肪的含量对豆腐的得率和质构都会产生影响。油脂含量在一定范围内会提高豆腐的得率，提高豆腐保水性。周冬丽等向大豆分离蛋白液中添加大豆油时，发现当油滴量和蛋白质量达到一定比例时，制成的豆腐会变硬，在这个比例之上或之下生成的豆腐硬度都会降低[14]。Ono等发现将豆浆的极性脂肪脱除后，其中的蛋白质颗粒含量会减少，这样还导致凝乳块包裹的中性脂肪含量也减少了[16]，从而导致制成的豆腐凝乳硬度降低[10]。油滴量过多，包围它的蛋白质的量就会不足，制作出的豆腐的蛋白质包裹会很薄很弱。油滴量过少的话，形成的凝乳块就少，因为由蛋白质组成的部分过多，硬度也会变弱。这说明脂质和蛋白质的平衡对合适豆腐网状的形成起到很重要的作用。

2.3 蛋白质11S/7S的比值

豆浆蛋白质的含量越高，制作出的豆腐就会越硬，但是有研究发现不同品种的大豆制成的豆浆，就算蛋白质浓度一样，生产工艺也一样，制作出的豆腐品质却不一样[12-13]。大豆蛋白的主要成分为11S组分（主要为大豆球蛋白）和7S组分（主要为β-半球蛋白）。当用7S蛋白比例高的和11S蛋白比例高的溶液，使用GDL作为凝固剂制作凝胶，11S比例高的溶液制作出的凝胶比较硬[17]，这表明由于11S蛋白游离巯基含量较多，在凝胶中形成的二硫键起到了很大的作用[18]。Toda等认为11S/7S比率不同会在凝乳块形成的初期影响其形成的数量和包裹在凝乳块中的中性脂肪的数量[19]。

Guo等[10]分别制备了不同11S/7S比例和不同蛋白质颗粒含量的豆浆，对豆浆中蛋白质颗粒的含量和组成与制成豆腐品质相关性进行了研究。进一步证实了11S组分越多的豆浆中蛋白质颗粒数量也越多，制成的豆腐硬度也越大，因为蛋白质颗粒的增多加强了蛋白质颗粒之间的交联。试验还发现豆腐硬度不仅与蛋白质颗粒数量有关，而且还与颗粒组成有关，11S球蛋白含量多的蛋白颗粒比7S球蛋白含量多的颗粒形成的豆腐要硬。

Onodera等[20]对具有不同11S/7S球蛋白比例的豆腐在不同凝固剂浓度下的质构特性进行了测定，发现11S比例高的豆腐的最优点比7S含量多的豆腐低大约0.15%到0.2%，7S含量多的豆腐最优点凝固剂浓度要比11S比例高的豆腐高大约0.3%到0.4%。Ono等使用SEM电镜扫描的结果是，在达到最优点之前，豆腐的微观结构是由许多大细胞状凝乳块和薄的网壁构成，在最优点之后，豆腐网状结构显示为由许多大细胞状凝乳块、许多网眼和不平整的网壁构成[21]。也就是说具有不同11S/7S比例的豆浆，要制成具有同样品质的豆腐需要调整凝固剂用量。

Skurray使用了15种大豆，对豆腐硬度和11S/7S比的相关性进行了研究，试验发现这种相关性很小，反而凝固剂浓度的作用要大得多。添加了11S和7S的豆浆，确实是11S多的能够制作出较硬的豆腐，但是使用11S/7S比例不同的13种大豆来做试验，结果显示和11S/7S比例相比，豆腐调制手法对豆腐硬度的作用更大[22]。因为不仅11S/7S比有差异，其它的成分也有变化，所以大豆品种之间的比较很难得出明确的结论。

2.4 蛋白质亚基变化

大豆的两种主要储藏蛋白大豆11S球蛋白和7S大豆β-半球蛋白是由多个亚基分子组成的。β-大豆半球蛋白含有α、α′和β三种亚基[23]。大豆11S球蛋白含有5种亚基，这5种亚基根据构造的类似性又分为Ⅰ族（A1aB2；A1bB1b；A2B1a）、Ⅱa 族（A5A4B3）和Ⅱb族（A3B4）[24-25]。这些不同的亚基单体又具有各自不同的物理化学性质，如由7S的亚基制作出凝胶的硬度是α＞α′＞β[26]。

Tezuka对各种亚基进行了分离纯化，在和β-伴大豆球蛋白的混合物中加入氯化镁后加热制作出凝胶，并测定了硬度。其硬度是Ⅰ＞Ⅱb＞Ⅱa[27]。这个结果和豆腐凝乳不同。用带有不同亚基的大豆制作出的豆浆及豆腐与其比较，豆浆中粒子蛋白质的数量是Ⅱa＞Ⅱb＞Ⅰ，豆腐的硬度也是这个顺序[28]。但是各种分离纯化后的蛋白质凝胶硬度却是是Ⅰ＞Ⅱb＞Ⅱa，和豆腐的结果有区别。这可能就是豆腐和凝胶的差异，因为豆腐是由油滴球、粒子蛋白质、可溶性蛋白质等相互作用生成的胶体，不能说仅仅是蛋白质凝胶的延伸。

2.5 凝固剂浓度

豆腐的硬度不仅和蛋白质含量及11S/7S比例有关，还和凝固剂的浓度有很大关系。Onodera等认为对于不同品种间的11S/7S比例的差异可以通过调节凝固剂的浓度来减小豆腐品质的差异[20]。另一方面，有研究报道随着11S/7S比例的增大，蛋白质颗粒的数量也会增多，豆腐凝乳中包裹的脂肪也会越多。然而，当增加凝固剂浓度时，同样的现象也会发生[29]。Guo和Ono指出蛋白质颗粒含量越多和11S/7S比例高的豆浆，凝集所需要的凝固剂浓度也会降低。此外，他们对蛋白质颗粒和可溶性蛋白质在低凝固剂浓度下凝集作比较时，发现蛋白质颗粒越多则凝集所需的凝固剂浓度越低[10]。

2.6 不同制浆方法

豆浆制浆方法大致分两种：热过滤法和冷过滤法。现在，日本制作豆腐主要采用热过滤方式，即大豆磨浆后先不过滤，待豆浆和豆渣一起进行煮制后再进行过滤。我国主要采用冷过滤法制豆浆，即生豆浆先过滤再煮浆。热过滤法制得的豆浆可以凝固成较硬的豆腐，由于豆浆是和豆渣一起加热的，因此豆渣浸出物与生成豆腐硬度应该是有关系的。Toda等对这两种不同的制浆方式进行了对比，发现热过滤豆浆中的钙、7S碱性蛋白、多糖和蛋白质颗粒含量均比冷过滤多，并认为豆浆中钙离子和蛋白质颗粒的增加是热过滤制成豆腐较硬的原因[30]。卢义伯等对豆浆热过滤、冷过滤和热滤冷滤相结合的制浆方法进行了对比，发现冷过滤使得蛋白质流失严重，没有使大豆蛋白最大限度的利用，热过滤制浆法使得大豆蛋白在加热过程中形成了部分凝乳块，这部分凝乳块不随着水分的流失而流失[31]。

2.7 植酸含量

植酸存在于许多谷物中。大豆含有1%～3%的植酸，随着品种和生长环境的不同，其植酸含量也不同[32]。植酸含有6个磷酸盐基团，这些磷酸基团能和镁离子和钙离子结合。已有研究报道，植酸可以通过与大豆蛋白连接来影响其物理化学性质[33]。Katoh等报道了将植酸从大豆蛋白上去除后，大豆蛋白的表面疏水性和乳化特性会增加[34]。由此可见，植酸是由一方面改变豆浆蛋白质的性质，一方面降低豆浆中凝固剂的浓度来影响豆腐的品质。

Toda等使用了植酸含量差异显著但蛋白质含量差异小的3个品种的大豆，对大豆中植酸含量对豆腐品质相关性进行了研究。他们认为植酸会抑制蛋白质聚集凝固，从而不同植酸含量的豆浆使用相同浓度的凝固剂会导致豆腐品质不一[35]。Ishiguro报道了在豆腐形成凝乳的早期阶段植酸是与颗粒蛋白相结合的形式存在，然后随着颗粒蛋白一起进入豆腐凝乳中。因此，豆浆中植酸含量越多，那么要制成相同硬度的豆腐所需的凝固剂浓度就越大。他们认为在优化豆腐最佳凝固剂浓度时，应当将植酸含量考虑进去[36]。事实上影响豆腐品质的因素有很多，是豆浆中多种成分相互作用的结果，单一的成分说明不了不同品种差异导致的豆腐品质不同，一般可以通过调节盐类凝固剂用量来消除植酸对豆腐品质的影响[37]。

3 展望

豆腐是公元前164年中国学者王安发明的，至今已有2000多年的历史了。关于豆腐凝乳机理方面的研究国内报道的比较少，机理的研究对改进产品品质起至关重要的作用。对盐类凝固剂作用机理刘志胜等[38]认为盐类凝固剂的加入对豆浆产生了两方面作用，一方面是使得豆浆体系的pH降低，另一方面是盐的正离子中和了蛋白质的部分负电荷，凝固剂添加的越多，阳离子中和的蛋白质负电荷就越多，导致蛋白质之间静电斥力就越小，因此制作出的豆腐会越硬，内部组织更致密，失水率越高。然而同样是钙作为阳离子的氯化钙和硫酸钙，当将这两种凝固剂分别添加至豆浆中时，豆腐凝乳凝固的速率和品质却不同。可见盐类凝固剂的阴离子比阳离子的影响更为重要，但阴离子具体是如何影响的还需今后进一步研究。我们平时喝的豆浆和做豆腐的豆浆是不一样的，然而许多研究报道都是对食用豆浆的研究，对做豆腐豆浆的研究却很少。做豆腐的每一个工序都影响着豆浆整个体系，例如煮浆温度、升温速率、降温速率以及搅拌方式等[39]，进而影响豆腐的品质。我国现在制作豆腐多为小作坊式的加工生产，许多小作坊制作豆腐都是按经验进行，生产出的产品不能标准化，卫生条件也难达标。对于制作豆腐中的各个机理的阐明，对我国高品质豆腐产生以及自动化具有重要作用。

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