郭曉菲,郭琪琪,林曉姿,梁璋成,何志剛,*

(1.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究所,福建福州 350003; 2.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,福建福州 350003; 3.福建省農(nóng)產(chǎn)品(食品)加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建福州 350003)

大豆約含有40%蛋白質(zhì)、20%脂肪和30%碳水化合物,以及不飽和脂肪酸、膳食纖維、異黃酮等多種生物活性成分[1-2],其蛋白含量是谷類(lèi)食物的5倍,氨基酸組成與世界衛(wèi)生組織聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織所制定的必需氨基酸要求數(shù)值極其接近[3],消化率高達(dá)97%以上。因此,大豆已成為人類(lèi)重要的植物蛋白來(lái)源。豆?jié){作為我國(guó)傳統(tǒng)飲品,是一種老少皆宜的營(yíng)養(yǎng)飲品。大豆豆皮含有較多的纖維、膠質(zhì)等雜質(zhì),若帶皮加工會(huì)影響大豆加工產(chǎn)品的口感和風(fēng)味,生產(chǎn)上常用熱風(fēng)干燥進(jìn)行脫皮,在達(dá)到脫皮效果的同時(shí)還可賦予產(chǎn)品炒豆香味,從而提高產(chǎn)品品質(zhì),也有利于大豆蛋白的提取[4]。

影響豆?jié){風(fēng)味與品質(zhì)的重要因子是制備過(guò)程產(chǎn)生的豆腥味,豆腥味與脂肪氧化酶活性、油酸、亞油酸、亞麻酸含量呈顯著正相關(guān)[5],大豆所含的多價(jià)不飽和脂肪酸在脂肪氧化酶(Lox)作用下,被氧化生成短鏈的醇、酮和醛類(lèi)等具有典型腥味的揮發(fā)性物質(zhì)[6-7]。在當(dāng)前的相關(guān)研究中,豆?jié){生產(chǎn)多采用干豆熱水浸泡及用熱水進(jìn)行磨漿等加熱鈍化或失活脂肪氧化酶,以達(dá)到降低豆腥昧的目的[8]。但過(guò)熱處理會(huì)致蛋白質(zhì)發(fā)生熱變性,反而影響蛋白質(zhì)溶出,并導(dǎo)致產(chǎn)品褐變,而溫度低則達(dá)不到鈍化或失活脂肪氧化酶的效果,從而影響豆奶的風(fēng)味營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[9-11]。

大豆浸泡復(fù)水及磨漿是消除豆?jié){豆腥味和提高蛋白提取得率的重要工序,而影響消除豆?jié){豆腥味和提高蛋白提取得率的主要因素有復(fù)水吸水率、浸泡及磨漿時(shí)水溶液的溫度、pH、浸泡時(shí)間。復(fù)水吸水率不足則蛋白提取率低,而浸泡溫度及時(shí)間又直接影響著吸水率及脂肪氧化酶活性的鈍化效果,而不同溫度下浸泡達(dá)到目標(biāo)吸水率所需要的時(shí)間不同[12-14]。為了實(shí)現(xiàn)鈍化脂肪氧化酶活性且保持較高蛋白質(zhì)得率的目的,本文參照生產(chǎn)工藝,以脫皮大豆為原材料,通過(guò)建立等溫吸水模型以指導(dǎo)大豆熱浸泡參數(shù)的選擇,優(yōu)化大豆浸泡的水溶液的溫度、pH、浸泡時(shí)間工藝參數(shù),為高品質(zhì)大豆加工產(chǎn)品的研制提供理論參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

脫皮大豆 由三明市揚(yáng)晨食品有限公司提供;亞油酸、吐溫20、高效凱氏定氮催化劑片、硫酸銅、濃硫酸、硼酸、甲基紅指示劑、溴甲酚綠指示劑、亞甲基藍(lán)指示劑、氫氧化鈉、95%乙醇 國(guó)產(chǎn)AR級(jí)。

Himac CR22N高速冷凍離心機(jī) 日本日立有限公司;PHS-3C數(shù)字式酸度計(jì) 上海埃依琪實(shí)業(yè)有限公司;K9840海能自動(dòng)凱氏定氮儀 山東海能科學(xué)儀器有限公司;K9840石墨消解儀 山東海能科學(xué)儀器有限公司;UV1750分光光度計(jì) 日本島津公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 豆?jié){工藝流程 大豆→熱風(fēng)干燥→機(jī)磨脫皮→熱水浸泡復(fù)水→磨漿→過(guò)濾→調(diào)配→罐裝→殺菌→冷卻

1.2.2 脫皮大豆等溫吸水試驗(yàn) 取50 g的脫皮大豆用pH8.5凈水,在一定溫度(75、80、85、90、95 ℃)的恒溫水浴槽內(nèi)浸泡一定時(shí)間(10、20、30、40、50、55、60、70、75、80、85、90、95、100、105、110 min),取出瀝干,稱重,每個(gè)樣品重復(fù)三次,取平均值為樣品的統(tǒng)計(jì)值,根據(jù)下式計(jì)算大豆吸水率,繪制不同溫度條件下等溫吸水模型。各處理平行3次,取平均值統(tǒng)計(jì)。

式中:y表示吸水率,%;m0表示浸泡前大豆重量,g;m1表示浸泡后大豆重量,g。

對(duì)于繪得的吸水模型設(shè)定k值進(jìn)行進(jìn)一步的擬合求解,從而確定吸水率與浸泡溫度的關(guān)系。再對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,比較實(shí)驗(yàn)值與理論值,確定模型擬合度。

1.2.3 不同吸水率大豆的蛋白得率實(shí)驗(yàn) 將脫皮大豆,在pH8.5、80 ℃的恒溫水浴槽內(nèi)浸泡吸水一定時(shí)間,取樣測(cè)定吸水率;將不同吸水率的大豆磨漿,測(cè)定大豆及豆?jié){中蛋白質(zhì)含量,計(jì)算蛋白質(zhì)得率。各處理平行3次,取平均值統(tǒng)計(jì)。

1.2.4 大豆吸水工藝優(yōu)化

1.2.4.1 單因素實(shí)驗(yàn) 分別進(jìn)行浸泡溫度為50、60、70、80、90 ℃,水溶液pH為6、7、8、9、10、11,浸泡時(shí)間0、10、20、30、40、50、60、70 min的單因素實(shí)驗(yàn)。固定處理參數(shù)為浸泡溫度80 ℃,pH8.5,浸泡時(shí)間60 min。每處理取500 g脫皮后的大豆,處理后瀝干黃豆表面的水分,按料液比1∶10的比例打漿,分析大豆蛋白得率、脂肪氧化酶活性。

1.2.4.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 以脫皮大豆為原料,根據(jù)前期所做的單因素實(shí)驗(yàn),確定以浸泡液溫度[15]、pH[16]及浸泡時(shí)間為因子,以磨漿后的蛋白得率及脂肪氧化酶鈍化指數(shù)為指標(biāo),設(shè)計(jì)三因素三水平的正交試驗(yàn)L9(34),見(jiàn)表1。每處理取20 g脫皮大豆,大豆與浸泡液比(w/w)1∶10,磨漿時(shí)先取50%浸泡液磨漿,120目絹布過(guò)濾,再將剩余浸泡液與豆渣混合再次磨漿,合并濾液檢測(cè)各指標(biāo)。各處理平行3次。

表1 試驗(yàn)因素與水平Table 1 Test factors and levels

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 蛋白質(zhì)得率測(cè)定 大豆及豆?jié){中的蛋白質(zhì)含量按GB 5009.5-2016《食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》[17]的凱氏定氮法進(jìn)行測(cè)定,蛋白質(zhì)的換算系數(shù)為6.25。

蛋白質(zhì)得率(%)=豆?jié){蛋白質(zhì)含量×豆?jié){體積/(大豆蛋白質(zhì)含量×大豆質(zhì)量)[18]

1.3.2 脂肪氧化酶測(cè)定 根據(jù)石勝堯等[19]的方法稍加修改,將經(jīng)過(guò)前處理的豆?jié){濾液于-4 ℃、9000 r/min離心20 min,重復(fù)兩次取中間層濾液,稀釋適當(dāng)倍數(shù)測(cè)定。取250 μL亞油酸和250 μL吐溫-20混合于燒杯中,再加入pH9的0.2 mol/L硼酸鹽緩沖液,于渦旋混合器上均勻混合。將混合液用上述硼酸鹽緩沖液定容至200 mL,并于-18 ℃條件保藏。取2.0 mL亞油酸底物和0.9 mL 0.2 mol/L硼酸緩沖液于光程l cm的石英比色皿中,加入0.1 mL的稀釋適當(dāng)倍數(shù)的豆?jié){上清液后蓋上蓋子,上下翻轉(zhuǎn)混勻,迅速放入比色槽,在234 nm處測(cè)定吸光度隨時(shí)間的變化曲線。測(cè)定時(shí)間為2 min,掃描時(shí)間間隔為10 s,取曲線直線部分的斜率。將每分鐘增加0.01個(gè)吸光值定義為一個(gè)酶活單位。

脂肪氧化酶酶活(U/mL)=A×60×k×3/0.01/0.1

式中:60表示反應(yīng)時(shí)間為60 s;0.01為一個(gè)常數(shù),即每分鐘增加0.01吸光度所需的活性作為大豆脂肪氧化酶的一個(gè)活性單位;0.1表示3 mL反應(yīng)體系中粗酶液的添加量;k表示OD值隨時(shí)間變化的直線斜率;A表示粗酶液稀釋倍數(shù);3表示反應(yīng)體系的體積。

脂肪氧化酶鈍化指數(shù)=1/脂肪氧化酶酶活×100000

1.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DPS 6.01軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,正交試驗(yàn)采取三次平行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 脫皮大豆等溫吸水模型

不同浸泡溫度下的吸水模型見(jiàn)圖1,吸水模型符合M=Me-e-(at2+bt+c),其中Me為吸水平衡吸水率,Me=115.693±0.5;a、b、c為與溫度有關(guān)的常數(shù),不同溫度下a、b、c擬合結(jié)果見(jiàn)表2,設(shè)定k=-(at2+bt+c),進(jìn)一步擬合求解,得出a=-3×10-7T2+6×10-5T-0.0012(R2=0.9852),b=5×10-5T2-0.0059T+0.1458(R2=0.9802),c=-3×10-4T2+0.0352T-5.2991(R2=0.9821),k值函數(shù)因溫度而變化,大豆吸水速率與浸泡溫度呈正相關(guān)。選取浸泡溫度70 ℃,對(duì)吸水模型進(jìn)行驗(yàn)證,模型預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值的最大誤差為7.59%,平均誤差為1.96%,模型擬合度好。因此,該等溫吸水模型M=115.693-e-(at2+bt+c),可用于預(yù)測(cè)一定溫度下浸泡過(guò)程中為達(dá)到目標(biāo)吸水率所需要的時(shí)間,為接下來(lái)測(cè)定吸水率與大豆蛋白得率的關(guān)系提供了一定的理論基礎(chǔ)。

圖1 不同浸泡溫度下大豆的吸水模型曲線Fig.1 Water absorption model curve of soybean under different soaking temperatures

表2 模型擬合結(jié)果Table 2 Model fitting result

圖2 試驗(yàn)值和理論值比較Fig.2 Comparison of experimental and theoretical values

2.2 吸水率與蛋白質(zhì)得率的關(guān)系

大豆吸水率與蛋白質(zhì)得率呈正相關(guān),在吸水率在70%以內(nèi),蛋白質(zhì)得率隨著吸水率增加而呈直線上升趨勢(shì),隨后增加趨緩;當(dāng)吸水率達(dá)90%以上時(shí),蛋白質(zhì)得率沒(méi)有明顯變化,見(jiàn)圖3,這是由于大豆中的蛋白質(zhì)大部分存在于子葉中,其中約80%～90%溶于水[20]。因此,脫皮大豆磨漿前的復(fù)水吸水率,將直接影響到大豆蛋白的得率,正如本實(shí)驗(yàn)結(jié)果所示,磨漿大豆的復(fù)水吸水率達(dá)到90%以上,就可實(shí)現(xiàn)大豆蛋白的充分提取利用。根據(jù)等溫吸水模型測(cè)算,當(dāng)浸泡溫度大于70 ℃時(shí),浸泡時(shí)間長(zhǎng)于40 min,大豆吸水率即可達(dá)90%以上。

圖3 不同吸水率與蛋白質(zhì)得率的關(guān)系曲線Fig.3 Relationship between different water absorption rate and protein yield

2.3 吸水工藝單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

浸泡溫度、pH及浸泡時(shí)間對(duì)脫皮大豆制備豆?jié){的蛋白利用率及脂肪氧化酶活性的影響見(jiàn)圖4～圖6。隨著浸泡溫度的升高,豆?jié){的蛋白得率呈緩慢下降趨勢(shì),脂肪氧化酶活性則快速下降,當(dāng)溫度高于80 ℃時(shí),脂肪氧化酶活性已降到較低水平,且變化不明顯。因此,浸泡溫度選擇為70～80 ℃。在pH6～11范圍內(nèi),豆?jié){的蛋白得率隨浸泡液pH的增加而呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì),pH為9時(shí)的蛋白得率最高為93.0%;在pH<8時(shí),脂肪氧化酶活性呈直線下降趨勢(shì),當(dāng)pH>8時(shí),脂肪氧化酶活性的變化不明顯。因此,pH選擇為8.5～9.5。當(dāng)浸泡時(shí)間超過(guò)20 min時(shí)的蛋白得率變化不明顯,在浸泡時(shí)間超過(guò)60 min時(shí),脂肪氧化酶活性也趨于穩(wěn)定。因此浸泡時(shí)間選擇為40～60 min。接下來(lái)根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行正交試驗(yàn)。

圖4 浸泡溫度對(duì)豆?jié){蛋白得率和脂肪氧化酶的影響Fig.4 Effect of soaking temperature on protein yield and lipoxygenase in soymilk

圖5 浸泡液pH對(duì)豆?jié){蛋白得率和脂肪氧化酶的影響Fig.5 Effect of soaking solution pH on protein yield and lipoxygenase in soy milk

圖6 浸泡時(shí)間對(duì)豆?jié){蛋白得率和脂肪氧化酶的影響Fig.6 Effect of soaking time on protein yield and lipoxygenase in soy milk

2.4 吸水工藝正交試驗(yàn)結(jié)果

大豆中的蛋白質(zhì)分為球蛋白和清蛋白,堿性環(huán)境可促進(jìn)蛋白質(zhì)溶解,pH6～8時(shí),蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定[21-22]。脂肪氧化酶氧化大豆中不飽和脂肪酸而產(chǎn)生豆腥味物質(zhì),通過(guò)適當(dāng)?shù)臒釥C處理不但可以鈍化脂肪氧合酶,抑制腥味物質(zhì)的產(chǎn)生,而且可避免蛋白質(zhì)之間二硫交聯(lián)形成而使其溶解度下降,從而提高蛋白的提取利用率[23]。但熱燙溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(zhǎng),蛋白質(zhì)會(huì)發(fā)生熱變性,分子鏈內(nèi)和鏈間-SH接觸機(jī)會(huì)增大,容易生成二硫鍵致使蛋白質(zhì)的溶出率,從而降低蛋白的提取得率[24]。根據(jù)脫皮大豆的等溫吸水模型及大豆的復(fù)水吸水率達(dá)到90%以上時(shí),磨漿大豆蛋白提取得率趨于最大值,

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行正交試驗(yàn)及方差實(shí)驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表3～表5。在試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi),大豆浸泡液溫度及浸泡時(shí)間對(duì)大豆蛋白得率的影響達(dá)極顯著水平(P<0.01),而pH的影響達(dá)顯著水平(P<0.05),影響大小順序?yàn)镃(浸泡時(shí)間)>A(浸泡溫度)>B(pH)。以脂肪氧化酶鈍化指數(shù)為指標(biāo)分析,浸泡溫度與pH的水平間差異達(dá)極顯著水平(P<0.01),而浸泡時(shí)間達(dá)顯著水平(P<0.05),大小順序?yàn)锳(浸泡溫度)>B(pH)>C(浸泡時(shí)間)。綜上所述,從蛋白質(zhì)提取得率看,其最佳處理組合為A3B3C3,從脂肪氧化酶活性的鈍化效果看,其最佳處理組合為A3B2C3。兩者在B(pH)因素上有所差異,但從表4的極差分析看,B2與B3水平在蛋白質(zhì)得率上差異較小,而由表5的極差分析可知,兩個(gè)水平在脂肪氧化酶的鈍化水平上有較大差異,而脂肪氧合酶氧化大豆中不飽和脂肪酸致使其產(chǎn)生豆腥味物質(zhì),對(duì)豆?jié){的品質(zhì)影響較大,故綜合考慮選用B2處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為,大豆磨漿浸泡復(fù)水工藝最佳處理組合為A3B2C3,即浸泡液的溫度80 ℃、pH9.0、浸泡時(shí)間60 min。而后對(duì)該處理組合進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果為蛋白質(zhì)得率90.76%,脂肪氧化酶鈍化指數(shù)為92.78,與正交試驗(yàn)結(jié)果一致。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Orthogonal test results

表4 蛋白質(zhì)得率方差分析Table 4 Analysis of variance of protein yield

表5 脂肪氧化酶鈍化指數(shù)方差分析Table 5 Analysis of variance of lipoxygenase passivation index

3 結(jié)論

脫皮大豆的等溫吸水模型符合M=115.693-e-(at2+bt+c),a=-3×10-7T2+6×10-5T-0.0012(R2=0.9852),b=5×10-5T2-0.0059T+0.1458(R2=0.9802),c=-3×10-4T2+0.0352T-5.2991(R2=0.9821),a、b、c為與溫度有關(guān)的常數(shù),大豆吸水速率與浸泡溫度呈正相關(guān)。大豆的復(fù)水吸水率達(dá)到90%以上時(shí),大豆蛋白提取利用趨于最大值。大豆在生產(chǎn)加工的過(guò)程中,蛋白的提取得率及抑制脂肪氧化酶酶促氧化產(chǎn)生腥味效果,受到復(fù)水浸泡液pH、溫度、浸泡時(shí)間與磨漿溫度的直接影響。影響蛋白質(zhì)得率影響的主次順序?yàn)榻輹r(shí)間>浸泡溫度>pH,對(duì)脂肪氧化酶鈍化指數(shù)的影響的主次順序?yàn)榻轀囟?pH>浸泡時(shí)間,綜合考慮脂肪氧化酶鈍化及蛋白提取得率,選優(yōu)處理組合為大豆復(fù)水浸泡液的溫度80 ℃,pH為9,浸泡時(shí)間為60 min,該組合下其蛋白質(zhì)提取得率可達(dá)90.76%,脂肪氧化酶鈍化指數(shù)為92.78,此結(jié)果為高品質(zhì)大豆加工產(chǎn)品的工廠化生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。