高蛋白高膳食纤维豆腐生产工艺
2020-06-03马春芳王彩华刘军李顺秀
马春芳，王彩华，刘军*，李顺秀
山东禹王生态食业有限公司（禹城 251200）
大豆及其制品是高营养的植物性食品，不仅蛋白质含量高，而且氨基酸组成合理[1]。大豆蛋白的胶凝、溶解、泡沫、乳化、黏度等性质在食品中发挥十分重要的作用，尤其是在质地方面，能对食品或食品成分制备、加工或贮存过程中的物理性质起主要作用[2-4]。
大豆蛋白粉（SM）是低温食用豆粕经过超微粉碎生产而成的，干基蛋白质含量在55%以上，大豆膳食纤维含量约为15%。大豆分离蛋白（SPI）是以低温食用豆粕为原料，经过碱溶、酸沉、杀菌、喷雾干燥得到的，是一种干基蛋白质含量高达90%以上的功能性食品的添加剂[5]。
低温食用豆粕和大豆分离蛋白属于大豆优质蛋白，除营养丰富之外，还具有多种功能特性，如凝胶性、乳化性、起泡性、持水性、持油性和黏弹性等，被广泛应用于肉制品、乳制品、面制品、素食等食品加工中，用来改善食品的品质，提高产品品质。
试验以大豆分离蛋白、大豆蛋白粉为主要原料，制备的高蛋白高膳食纤维豆腐既保留了大豆低聚糖、大豆异黄酮等功能性成分，又含有高含量的膳食纤维和蛋白含量，口感爽滑、弹性好、嫩度好，适合煎、炒、炸、炖、烧烤、火锅等多种吃法。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
大豆蛋白粉、大豆分离蛋白、一级大豆油（山东禹王生态食业有限公司）；谷氨酰胺转氨酶（TG-B，江苏一鸣）；蔗糖、盐（市售，食品级）。
极速冷冻柜（意大利IRINOX）；MAR 126制冰机（意大利斯科茨曼）；YXD1烟熏炉（石家庄晓进机械）；K20 Ras斩拌机（德国塞德曼）；TA-XT.Plus物性测定仪（英国Stable Micro Systems）；ZE-6000色值仪（日本日立）；全自动凯氏定氮仪（海能K1100）；YHG-9123A恒温鼓风干燥箱（上海姚氏仪器设备厂）；ME 204/02分析天平（梅特勒托利多）；ML 4002精密天平（梅特勒）；JDS-BA恒速双功能水浴恒温振荡器（金坛市精达仪器制造有限公司）。
1.2 试验方法
1.2.1 高蛋白高膳食纤维豆腐制作工艺
1) SPI水合：大豆分离蛋白与冰、水斩拌4 min，使大豆蛋白分子链充分吸水。
2) SPI乳化：充分吸水的大豆蛋白分子与大豆油斩拌3 min，使大豆分离蛋白、水、大豆油进行完全乳化。
3) 加辅料：加入大豆蛋白粉、TG酶、盐，充分斩拌2 min。
4) 成型：将斩拌好的浆料转移至料盘中，并用保鲜膜包好。
5) 反应：在冷藏条件下反应18 h。
6) 蒸煮：于90 ℃蒸汽中蒸煮40 min，保证芯温达到72 ℃后保持5 min。
7) 冷却：将蒸煮好的高蛋白豆腐冷却至室温。
8) 冷冻：置于急速冷冻柜中冷冻至-18 ℃。
1.2.2 理化指标检测
1.2.2.1 大豆分离蛋白及大豆蛋白粉指标检测
大豆分离蛋白及大豆蛋白粉中蛋白质、水分检测分别参考GB/T 5009.5—2016《食品中蛋白质的测定》、GB/T 5009.3—2003《食品中水分的测定》。
1.2.2.2 高蛋白高膳食纤维豆腐指标检测
将高蛋白高膳食纤维豆腐用小型中药粉碎机粉碎至颗粒小于2 mm，检测水分含量、蛋白质含量及总膳食纤维含量检测，分别参照国标GB/T 5009.5—2016《食品中蛋白质的测定》、GB/T 5009.3—2003《食品中水分的测定》、GB/T 5009.88—2014《食品中膳食纤维的测定》。
1.2.3 凝胶强度检测方法
1) 将高蛋白高膳食纤维豆腐修整成3 cm×3 cm×3 cm。
2) 采用质构分析仪进行检测。参数设置：校准高度50 mm，检测前速度2.0 mm/s，检测速度1.0 mm/s，检测后速度10.0 mm/s，下压距离20.00 mm，探头P/0.5R，触力5.0 g。
3) 在质构曲线中：峰值即为凝胶强度值（g）。
1.2.4 嫩度评价
品评小组由10位专业评审人员组成，并保持每次评审人员不变，对样品进行密码编号，评价样品随机排列。评分采用8分制对高蛋白高膳食纤维豆腐的嫩度进行打分，分值保留一位小数，最终分数取10个数据的平均值，具体评分标准见表1。
表1 感官评定标准
1.2.5 高蛋白高膳食纤维豆腐单因素试验设计
①蛋白混合体为大豆分离蛋白与大豆蛋白粉的总称；②SPI比例为大豆分离蛋白占蛋白混合体的质量比例；③大豆油比例为大豆油与蛋白混合体的质量比；④总料水质量比为蛋白混合体与水的质量比例；⑤高蛋白高膳食纤维豆腐下文简称豆腐。
1.2.5.1 SPI比例对豆腐凝胶强度、嫩度的影响
当总料水质量比为4∶1，TG添加量为0.3%，大豆油比例为0.5∶1，SPI比例分别为30%，40%，50%，60%和70%时，考察SPI比例对豆腐的凝胶强度、嫩度的影响。
1.2.5.2 总料水质量比对豆腐凝胶强度、嫩度的影响
当SPI比例为50%，TG添加量为0.3%，大豆油比例为0.5∶1，总料水质量比分别为3.0∶1，3.5∶1，4.0∶1，4.5∶1和5.0∶1时，考察总料水质量比对豆腐凝胶强度、嫩度的影响。
1.2.5.3 TG添加量对豆腐凝胶强度、嫩度的影响
当SPI比例为50%，总料水质量比为4∶1，大豆油比例为0.5∶1，TG添加量分别为0.10%，0.15%，0.20%，0.25%和0.30%时，考察TG添加量对豆腐凝胶强度、嫩度的影响。
1.2.5.4 大豆油比例对豆腐凝胶强度、嫩度的影响
当SPI比例为50%，总料水质量比为4∶1，TG添加量分别为2.5%，大豆油比例分别为0.5∶1，0.8∶1，1.1∶1，1.4∶1和1.7∶1时，考察大豆油比例对豆腐凝胶强度、嫩度的影响。
1.2.6 正交试验设计
根据单因素试验的结果，选取SPI比例、总料水质量比、TG添加量、大豆油比例为因素，进行L9(34)正交试验（表2），以豆腐凝胶强度、嫩度为指标进行考察。
表2 正交试验L9(34)因素水平表
2 结果与分析
2.1 原料检测结果
2.1.1 大豆分离蛋白
干基粗蛋白含量为90.3%，水分含量为6.51%。
2.1.2 大豆蛋白粉
干基粗蛋白含量为55.4%，水分含量为9.43%。
2.2 单因素试验结果
2.2.1 SPI比例对豆腐凝胶强度、嫩度的影响
由图1可知，在试验范围内，随着SPI比例的增加，豆腐的凝胶强度呈逐渐增加的趋势，豆腐嫩度呈先上升后下降的趋势。当SPI比例＜50%时，随着SPI比例的增加大豆分离蛋白的分子链开始伸展开来，原来包埋在卷曲的分子链内部的功能基团，如二硫基、疏水基团暴露出来，相邻的分子通过二硫键、氢键、疏水作用、静电引力以及范德华力交联形成具有网络状三维空间结构，可以使较多的水分包埋在蛋白质凝胶网络结构中，同时又可以与水分、膳食形成一个稳定均匀的体系[6-7]，可以使豆腐的凝胶强度和嫩度迅速增加，具有良好的口感[8]。当SPI比例＞50%时，膳食纤维的比例降低，形成的蛋白凝胶结构更加趋于稳定，蛋白之间的交联程度增加，豆腐的凝胶强度值增加，口感变硬，嫩度下降。综合考虑选择SPI添加比例为50%。
图1 SPI比例对豆腐凝胶强度、嫩度的影响
2.2.2 总料水质量比对豆腐凝胶强度、嫩度的影响
从图2可以看出，在试验范围内，当加水量逐渐增加时，豆腐的凝胶强度值逐渐下降，豆腐嫩度呈先上升后下降的趋势。随着总料水质量比＜4.0∶1时，大豆分离蛋白分子逐渐展开，与水、TG、大豆油、大豆蛋白粉形成稳定的凝胶，豆腐的凝胶强度逐渐增加，豆腐中随着水分的增加，豆腐的嫩度也逐渐增加；当总料水质量比＞4.0∶1时，蛋白浓度降低，因为蛋白的浓度是大豆分离蛋白形成凝胶和使凝胶保持稳定的决定性因素之一[9]，所以随着大豆分离蛋白浓度的降低，多肽链密度降低，使网络空隙增大，水分子的进入和凝胶的溶胀造成水合、乳化效果差，豆腐凝胶强度低，口感发面，嫩度差。
图2 总料水质量比对豆腐凝胶强度、嫩度的影响
2.2.3 TG添加量对豆腐凝胶强度、嫩度的影响
从图3可以看出，随着TG添加量的增加，豆腐的凝胶强度逐渐增加，豆腐的嫩度也逐渐增加，因为TG能在蛋白质分子之间催化形成一种ε-（Y-谷氨酰）赖氨酰共价键，在一般的非酶催化条件下很难断裂，能使蛋白质分子更紧密地结合在一起，故可提高凝胶强度[10-11]。随着TG量的增加，大豆分离蛋白分子链之间交联程度增加，凝胶性提高，表现在豆腐凝胶强度增加，这与于国萍等[12]的研究一致。但当TG添加量＞0.25%时，大豆蛋白分子充分结合，豆腐嫩度下降，因此综合考虑豆腐口感，选择TG添加量0.25%。
图3 TG添加量对豆腐凝胶强度、嫩度的影响
2.2.4 大豆油比例对豆腐凝胶强度、嫩度的影响
从图4可以看出，在试验范围内，豆腐凝胶强度、豆腐嫩度先升高后缓慢下降。当大豆油比例增加时，大豆蛋白分子中因同时含有亲水基团和亲油基团，具有乳化剂特有的两亲结构，能够降低油水两相的界面张力，易于乳状液的形成[13]。乳状液形成后，蛋白质聚集在油滴的表面形成保护层，可以有效防止油滴的聚集和乳化状态的破坏，维持乳状液的稳定性[14]。其次大豆蛋白粉中的膳食纤维也极易与大豆油结合形成稳定的结构。但当大豆油比例＞1.1∶1时，大豆油过量，乳化效果差，凝胶强度下降，豆腐嫩度下降。因此，选择大豆油比例1.1∶1。
图4 大豆油比例对豆腐凝胶强度、嫩度的影响
2.3 正交试验
2.3.1 正交试验结果与分析
豆腐凝胶强度正交试验结果见表3。通过表4极差R值的比较，影响豆腐凝胶强度的主次因素顺序皆为：SPI比例＞TG添加量＞总料水质量比＞大豆油比例。表6中F检验结果表明，SPI比例和TG添加量对凝胶强度有显著性影响，总料水质量比和大豆油比例对凝胶强度没有显著性影响，最优组合为A2C3B2D1。
通过表5中极差R值的比较，影响高蛋白豆腐嫩度的主次因素顺序皆为：SPI比例＞总料水质量比＞大豆油比例＞TG添加量。表7中F检验结果表明，SPI比例和总料水质量比对嫩度有显著性影响，大豆油比例和TG添加量对嫩度没有显著性影响，最优组合为A2B2D1C3。
通过对比，影响豆腐凝胶强度和嫩度的最优组合相同，即SPI比例为50%、总料水质量比为4.0∶1、TG添加量为0.30%、大豆油比例为0.8∶1。
表3 豆腐凝胶强度正交试验设计及分析
表4 豆腐嫩度正交试验设计及分析
表5 凝胶强度正交试验方差分析
表6 嫩度正交试验方差分析
2.3.2 最优条件的确定和验证
对最优组合进行验证，验证结果表明，优选出来的组合其凝胶强度和嫩度均为最佳值。见表7。
表7 正交试验最优组合验证结果
2.4 高蛋白豆腐指标检测
干基蛋白质含量为12.4%，膳食纤维含量为1.4%。
3 结论
通过单因素试验和正交试验设计对高蛋白豆腐的配方进行优化，得到各因素的最佳条件：SPI比例50%、总料水质量比4.0∶1、TG添加量0.30%、大豆油比例0.8∶1。经验证，高蛋白豆腐的凝胶强度和嫩度均达到最佳值，制备的高蛋白高膳食纤维豆腐不仅口感爽滑、弹嫩，而且干基蛋白质含量为12.4%，膳食纤维含量为1.4%。
