郭星星,趙秋艷,2*,趙瑞芳,張平安,2,宋蓮軍,2,黃現(xiàn)青,2,張夢楠,喬明武,2

1(河南農業(yè)大學 食品科學技術學院,河南 鄭州,450002)2(鄭州市大豆深加工重點實驗室,河南 鄭州,450002)

腐竹是我國傳統(tǒng)豆制品的典型代表,在豆制品中營養(yǎng)價值最高,享有“素中之葷”之美譽。腐竹的生產距今已有一千多年的歷史,但由于傳統(tǒng)豆制品的加工技術力量薄弱,對其開展的基礎性研究較少,腐竹的生產技術幾乎未曾改變,其質量仍然存在品質不均一,出品率低,褐變嚴重等突出問題[1],這嚴重影響了腐竹的生產與消費。目前,食品添加劑的使用已成為提高腐竹性能的主要手段之一,在生產中最常用的改良劑為亞硫酸鹽類,其護色效果較好,但存在SO2殘留超標等安全問題[2]。因此要嚴格控制SO2的使用量及殘留量以保障消費者的健康。

近年來,L-半胱氨酸作為安全的添加劑,逐漸在生產上應用。L-半胱氨酸是組成蛋白質的重要氨基酸之一,具有重要的生理藥理功能。能與酶促反應的醌類物質生成穩(wěn)定的無色物質,因此也可起到一定的護色作用[3]。馮程程等[4]研究發(fā)現(xiàn)L-半胱氨酸可以顯著延緩鮮切紫甘薯的褐變,并使其保有良好的品質和營養(yǎng)價值,延長貨架期。吳欣婷[5]研究發(fā)現(xiàn)添加L-半胱氨酸能夠顯著降低鮮濕面的褐變,但對其品質改良方面未有探討。郭鴻陽等[6]研究發(fā)現(xiàn)半胱氨酸浸泡可提高油炸薯片的白度和感官評分,抑制油炸薯片的脂質氧化和酸敗。因此,L-半胱氨酸是理想的食品護色劑和品質改良劑。此外,其結構中既有羧基、氨基,又有巰基(—SH),所具有的還原性會影響蛋白巰基、二硫鍵的含量,從而可能影響腐竹膜形成過程中蛋白質的聚集行為以及蛋白的網狀結構,即對腐竹的成膜速率及產率造成影響。因此研究其在腐竹品質改良中的應用具有一定意義。

本實驗旨在向腐竹制作的過程中加入不同添加量的L-半胱氨酸,測定添加L-半胱氨酸前后腐竹各營養(yǎng)成分含量,同時結合腐竹的色澤、成膜速率、機械特性,研究L-半胱氨酸添加量對腐竹成膜特性及品質的影響,以期為腐竹的品質改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

東北大豆,市售。L-半胱氨酸,北京索萊寶科技有限公司。H2SO4、HCl(優(yōu)級純),西隴科學股份有限公司;硼酸、K2SO4、乙醇(分析純),天津市富宇精細化工有限公司;NaOH,國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 主要儀器與設備

DMZ-100A磨漿機,滄州市昌達民用機械廠;DHG-9070A立式鼓風干燥箱,上海捷呈實驗儀器有限公司;FA224電子分析天平,上海舜宇恒平科學儀器有限公司;HyP-314消化爐,上海纖檢儀器有限公司;WB-2000IXA全自動測色色差計,柯尼卡美能達中國投資有限公司;TA-XTplus質構儀,英國SNS公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 腐竹工藝流程及操作要點

腐竹工藝流程如圖1所示。

圖1 腐竹工藝流程Fig.1 Technological process of yuba

稱取200 g大豆清洗干凈,以料液比1∶6在室溫下浸泡12 h,瀝干后進行稱重,然后以料液比1∶8磨漿,所得漿液煮沸后保持2 min。以煮沸后的豆?jié){為基準,依次添加0.00%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%的L-半胱氨酸,并置于90 ℃恒溫水浴進行揭竹。按照揭竹次數(shù)將腐竹命名為Y1、Y2、Y3…。

1.3.2 腐竹色澤的測定

將腐竹樣品于65 ℃烘箱中干燥2 h,烘干后使用研缽將腐竹研碎。將烘干的腐竹樣品放入比色槽中,采用WB-2000IXA全自動測色色差計對腐竹色澤進行測定。根據(jù)李加雙等[7]的測量方法,結果用CIEL*a*b*顏色系統(tǒng)來表示。其中L*稱為明度指數(shù),L*值越大則樣品越亮,反之越暗。

1.3.3 腐竹成膜速率的測定

計算如公式(1)所示。

(1)

式中:m,干燥至恒重的腐竹的質量,g;T,成膜所需時間,min。

1.3.4 腐竹產率的測定

將烘干后的腐竹稱重,注:由于后續(xù)實驗需要,此處將腐竹烘干至恒重來進行產率的計算,如公式(2)所示:

(2)

式中:m1,烘干后腐竹干重,g;m2,所用大豆干重,g。

1.3.5 營養(yǎng)指標的測定

蛋白質含量根據(jù)GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》采用凱氏定氮法進行測定;總脂肪含量采用堿水解法進行測定;總糖含量采用3,5二硝基水楊酸法進行測定。

1.3.6 腐竹機械特性的測定

將已制好的腐竹于飽和BaCl2溶液中平衡24 h,參考李永吉[8]的方法測定腐竹抗拉強度(tensile strength,TS)及斷裂延伸率(ΔE)。每組腐竹樣品測定至少5個樣,去除最大值及最小值。計算如公式(3)所示:

(3)

式中:F,試樣,kg;S,試樣的截面積,cm2。

斷裂延伸率按公式(4)計算:

(4)

式中:L,膜樣品在斷裂時所達到的長度,mm;L0,初始長度,mm。

1.3.7 腐竹蒸煮損失率的測定

取干燥腐竹制成2 cm×2 cm的大小,稱重記為m1。將其置于85 ℃的水浴中煮沸15 min,然后瀝干5 min,將腐竹在105 ℃的烘箱中干燥直至恒重,記錄質量m2。蒸煮損失率計算如公式(5)所示:

(5)

式中:m1,蒸煮前樣品質量,g;m2,蒸煮后樣品質量,g。

1.3.8 腐竹的感官評定方法

選定感官評定人員10名,取烘干后的腐竹,將腐竹切成5 cm×5 cm的形狀,并對其進行隨機編號,感官評定人員對其進行評定,見表1。

表1 腐竹的感官品質評價標準Table 1 Sensory indexes of yuba

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft 2021 Excel、Origin 2021和SPSS 23.0對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 L-半胱氨酸對腐竹色澤的影響

由表2可知,不同L-半胱氨酸添加量的L*值存在顯著性差異(P<0.05)。添加L-半胱氨酸后,腐竹的L*值均有所增加。且添加量為0.25%時對應的L*值最大。揭竹過程中氨基酸和還原糖在高溫條件下發(fā)生美拉德反應,生成黑色的類黑精色素[9]。導致腐竹樣品的顏色較深,L-半胱氨酸能與酶促反應的醌類物質生成穩(wěn)定的無色物質,可抑制美拉德反應的發(fā)生[10],故加入L-半胱氨酸后腐竹的L*值整體升高。結合感官與生產實際,當L*值67左右時均可達到改善色澤的效果。因此,添加量為0.15%～0.25%時腐竹色澤改善效果最為理想。當L-半胱氨酸添加量為0.3%時,L*值明顯下降,此時的色澤較其他添加量的改善效果差,因此在生產時添加量不宜超過0.25%。

表2 L-半胱氨酸對揭竹過程腐竹色差(L*值)的影響Table 2 Effect of L-cysteine on the color difference (L* value) of yuba

2.2 L-半胱氨酸對腐竹成膜速率的影響

由表3可知,L-半胱氨酸添加量(0.10%、0.15%、0.20%、0.30%)時,平均成膜速率均未提高,絕大多數(shù)膜的成膜速率與未添加相比,也不具有顯著性差異(P<0.05)。這可能與實驗條件下生產量較小有關。L-半胱氨酸添加量0.05%時,揭竹過程中第5～7張膜的成膜速率較快,且腐竹質量在感官上優(yōu)于未添加。添加量0.25%時,成膜速率在揭竹前期呈現(xiàn)增加趨勢,但在揭竹至第4張膜時腐竹質量略有下降,同時,揭竹后期的成膜速率較未添加時變化不明顯。分析原因為隨揭竹次數(shù)的增加,豆?jié){固形物含量下降,豆?jié){中的營養(yǎng)物質含量減少,蛋白質分子之間的交聯(lián)疏松,導致腐竹成膜速率及腐竹品質下降[11]。因此,一定量的L-半胱氨酸添加對于腐竹成膜速率有促進作用,隨揭竹次數(shù)的增加,L-半胱氨酸在漿液中殘留量積累,使L-半胱氨酸濃度升高,高濃度的L-半胱氨酸可能不利于腐竹的成膜。故半胱氨酸添加量為0.05%時,揭竹后期的成膜速率快;添加量為0.25%時,前期成膜速率較快,而揭竹后期成膜速率較慢且腐竹質量較差。

表3 不同添加量的L-半胱氨酸對腐竹成膜速率的影響 單位:g/min

2.3 L-半胱氨酸對腐竹總產率的影響

由表4可知,不同L-半胱氨酸添加量對腐竹總產率的影響存在顯著性差異(P<0.05)。添加量0.05%時,腐竹總產率高于未添加,此添加量對揭竹后期腐竹成膜速率及產率有促進作用。L-半胱氨酸添加量0.10%～0.20%時腐竹的成膜速率及總產率較未添加時低。但隨著L-半胱氨酸添加量的增加,0.25%L-半胱氨酸添加量在揭竹前期可增加腐竹的成膜速率及產率,揭竹后期,由于水分的蒸發(fā),L-半胱氨酸在漿液中的濃度增加較多,導致腐竹質量變差、難以成膜而降低了產率。因此,生產上在揭竹過程添加0.25%的L-半胱氨酸并在揭竹后期對其進行補漿,降低揭竹后期漿液中L-半胱氨酸的含量,可改善揭竹后期的成膜速率,從而提高總產率。

表4 不同添加量的L-半胱氨酸對腐竹(干基)總產率的影響Table 4 Effect of different amount of L-cysteine on the total yield of yuba (dry basis)

2.4 L-半胱氨酸對腐竹蛋白質含量的影響

由表5可知,L-半胱氨酸添加量對腐竹蛋白質的影響有顯著性差異(P<0.05)。隨揭竹次數(shù)的增加,腐竹中蛋白質含量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。據(jù)張秀金[12]研究,在揭竹前期,由于水分不斷蒸發(fā),豆?jié){中固形物、蛋白濃度增加,使得形成的腐竹蛋白質含量增加;由于蛋白質在腐竹成膜過程中的消耗速率較脂肪與碳水化合物大,揭竹后期豆?jié){固形物中的蛋白含量減少,使得腐竹中蛋白質含量下降。

表5 不同添加量的L-半胱氨酸對腐竹蛋白質含量的影響 單位:g/100 g

在腐竹制作過程中添加L-半胱氨酸,其蛋白質含量增加,且添加量為0.25%時蛋白質含量最高;添加量高于0.25%時,腐竹中的蛋白質含量降低,當添加量為0.30%時,揭竹中后期腐竹成膜困難。腐竹是變性蛋白質巰基暴露后分子之間相互碰撞發(fā)生聚合作用形成的蛋白膜,在膜的形成過程中,蛋白巰基之間的交聯(lián)反應對膜特性具有重要影響。L-半胱氨酸具有還原性,能夠還原蛋白分子中的S—S鍵,使其空間結構發(fā)生變化[13],有利于其在汽液界面聚集成膜,并形成新的分子間二硫鍵,因此,腐竹中的蛋白含量增加。但當L-半胱氨酸增加到一定量后,L-半胱氨酸可能與肽鏈發(fā)生二硫鍵交聯(lián),影響到蛋白分子間的二硫鍵交聯(lián)反應以及蛋白分子之間疏水等作用力,不利于蛋白含量的進一步增加。

2.5 L-半胱氨酸對腐竹總脂肪含量的影響

由表6可知,L-半胱氨酸添加量對腐竹總脂肪含量的影響有顯著性差異(P<0.05)。隨揭竹次數(shù)增加,腐竹的脂肪含量逐漸減少。腐竹是蛋白質分子變性并與脂肪聚合而形成,脂肪填充于膜的空隙中,揭竹過程中隨著蛋白質含量的下降,其空間網絡結構變得疏松多孔,包裹脂肪的能力下降,因此造成腐竹組成中脂肪含量的下降[14-15]。L-半胱氨酸添加量0.05%～0.20%時脂肪含量增加,尤其是0.15%時脂肪含量最高,當添加量高于0.25%時,脂肪含量下降。這可能是由于一定量L-半胱氨酸的添加,使蛋白質分子在成膜的過程中二硫鍵被還原,蛋白質分子之間的交聯(lián)度增加,且有利于蛋白質與脂肪之間的絡合成膜,但當L-半胱氨酸添加量較高時,導致蛋白分子中的S—S鍵較多的被還原,使蛋白質的空間結構發(fā)生變化,從而影響到了蛋白質分子之間以及蛋白質與脂肪之間的作用力,使蛋白質與脂肪之間的作用力下降,進而使成膜時膜中脂肪的含量下降。

表6 不同添加量的L-半胱氨酸對腐竹總脂肪含量的影響 單位:g/100 g

2.6 L-半胱氨酸對腐竹碳水化合物含量的影響

由表7可知,L-半胱氨酸添加量對腐竹碳水化合物含量的影響有顯著性差異(P<0.05)。揭竹過程中,碳水化合物含量逐漸增加。在腐竹成膜的過程中,體系中的蛋白質與多糖可發(fā)生相互作用,蛋白質分子與多糖分子相互吸引,即分子之間通過靜電作用,在共價鍵和氫鍵的鍵合作用下形成凝聚物,得以形成腐竹[16]。但隨著揭竹次數(shù)增加,漿液表面水分蒸發(fā),使其濃度逐漸增加,多糖在腐竹膜形成過程中的消耗小于蛋白質,故揭竹后期漿液中多糖含量積累,而使成膜過程中腐竹碳水化合物含量增加。

表7 不同添加量的L-半胱氨酸對腐竹碳水化合物含量的影響 單位:g/100 g

表8 L-半胱氨酸對腐竹感官品質的影響Table 8 Effect of L-cysteine on sensory quality of yuba

L-半胱氨酸的添加可降低腐竹中的碳水化合物含量。蛋白、脂肪、碳水化合物是腐竹的主要化學組成,碳水化合物含量的變化可能與蛋白質、脂肪含量的變化有關。由表5可知,L-半胱氨酸的加入可使蛋白分子間的巰基暴露,使其蛋白質含量增加;由表6可知,當L-半胱氨酸的添加量為0.5%～0.20%時,腐竹的脂肪含量增加,腐竹形成過程中蛋白質與碳水化合物按照一定比例嵌合[17],故這可能是腐竹中碳水化合物含量下降的原因。

2.7 L-半胱氨酸對腐竹機械特性的影響

由圖2和圖3可知,腐竹的抗拉伸強度和斷裂延伸率先增大后減小。高溫使得蛋白質分子變性,變性蛋白質的巰基暴露后分子之間相互碰撞發(fā)生聚合作用,是形成腐竹蛋白膜的重要因素[18]。蛋白質和脂肪的比例與腐竹斷裂延伸率有關,二者使得腐竹膜有較好的延伸性,賦予腐竹較好的韌性,故揭至第3張腐竹時,腐竹膜的斷裂延伸率得以增加。揭竹后期整體抗拉伸強度下降,當固形物濃度增加到一定程度時,影響膜的機械性能主要因素轉變?yōu)槟さ男纬伤俾?濃度越高膜的形成速率越快,機械性能降低[1]。

圖2 L-半胱氨酸對腐竹抗拉伸強度的影響Fig.2 Effect of L-cysteine on tensile strength of yuba

圖3 L-半胱氨酸對腐竹斷裂延伸率的影響Fig.3 Effect of L-cysteine on elongation at break of yuba

L-半胱氨酸的加入使?jié){液中的巰基暴露,蛋白質含量增加,各高分子鏈之間的相互作用力增強,交聯(lián)結合程度上升,使得腐竹的抗拉伸強度升高[19]。由圖4和圖5可知,L-半胱氨酸添加量為0.25%時,巰基濃度較高且在揭竹前期蛋白膜的成膜速率恰到好處,可以促進體系中的粒子充分、緊密結合,機械性能和色澤得到改善。但揭竹后期由于漿液固形物含量積累使其機械性能降低。同時添加量超過0.25%時,也會使其漿液固形物含量增加。MA等[20]研究指出固形物濃度過高時不利于大豆蛋白次級鍵的斷裂,分子間的二硫鍵、疏水鍵等無法轉移到外部與其他粒子相互作用,最后導致機械性能下降。

圖4 L-半胱氨酸添加量對腐竹抗拉伸強度平均值的影響Fig.4 Effect of L-cysteine addition on the average tensile strength of yuba

圖5 L-半胱氨酸添加量對腐竹斷裂延伸率平均值的影響Fig.5 Effect of L-cysteine addition on the average elongation at break of yuba

2.8 L-半胱氨酸對腐竹蒸煮損失率的影響

由圖6、圖7可知,不同L-半胱氨酸添加量對腐竹蒸煮損失率的影響有明顯影響。揭竹前期,L-半胱氨酸的添加對腐竹蒸煮損失率的影響不大,隨揭竹次數(shù)的增加,腐竹的蒸煮損失率逐漸上升,且L-半胱氨酸添加量0.3%時,揭竹至第5～7張膜的蒸煮損失率與其他添加量相比,存在較為顯著的差異。分析其原因為揭竹至5～7張膜時,豆?jié){固形物中蛋白質含量急速降低且腐竹自身的蛋白質含量尤其是11S的含量降低,11S對于腐竹蛋白質中二硫鍵的交聯(lián)作用有重要影響[21],故當?shù)鞍踪|含量降低時,大量水分子會溶于蛋白質使得腐竹較易斷裂,會導致其蒸煮損失率增加;同時,當L-半胱氨酸添加量達到0.3%時,蒸煮損失率最高,未添加L-半胱氨酸的腐竹蒸煮損失率最低,可能因為L-半胱氨酸的添加會破壞蛋白質分子之間的交聯(lián)作用,使蛋白質分子解聚,形成腐竹的結構不緊密,吸水后使腐竹蒸煮損失率增加。

圖6 L-半胱氨酸添加量對腐竹蒸煮損失率的影響Fig.6 Effect of L-cysteine addition on thecooking loss rate of yuba

圖7 L-半胱氨酸添加量對腐竹蒸煮損失率平均值的影響Fig.7 Effect of L-cysteine addition on the average cooking loss rate of yuba

2.9 L-半胱氨酸對腐竹感官品質的影響

方差分析結果表明,不同L-半胱氨酸添加量對腐竹感官品質的影響有顯著性差異(P<0.05)。在色澤方面,添加L-半胱氨酸后腐竹色澤評分均有所提高,但L-半胱氨酸添加量0.3%的腐竹色澤評分明顯下降;當L-半胱氨酸添加量高于0.25%時,對腐竹質地有不利的影響;隨L-半胱氨酸添加量的增加,腐竹的氣味和形態(tài)得分逐漸下降,半胱氨酸添加量超過0.25%時,揭竹后期的腐竹難以形成完整的腐竹,故添加量越高揭竹后期形成的腐竹形態(tài)越差,導致感官評分下降。

從總分的評價結果來看,添加量0.05%和0.25%L-半胱氨酸添加量的腐竹總分得分較高,0.3%L-半胱氨酸的添加量的腐竹感官評分較未添加的低。添加量0.05%時的整個成膜過程中,其總體的形態(tài)較好,同時也有一定的色澤改善效果。添加量0.25%時揭竹前期的色澤、質地最佳。

3 結論

實驗結果表明,L-半胱氨酸的加入對腐竹品質改良有很好應用價值。本實驗以L-半胱氨酸作為品質改良劑,在揭竹前向漿液中加入不同濃度的L-半胱氨酸,研究L-半胱氨酸添加量對腐竹品質的影響,同時確定了L-半胱氨酸于腐竹品質的最佳添加量,并得到如下結論:當L-半胱氨酸添加量為0.05%時,腐竹在整個成膜期間,其成膜速率及產率最高、蒸煮損失率小、且對腐竹的色澤、形態(tài)方面有一定的改善效果;添加量0.25%其對于腐竹的各營養(yǎng)成分的含量有促進作用,同時在揭竹前期,腐竹的色澤機械性能方面改善效果較好。揭竹后期可對0.25%添加量在第4張膜時進行補漿。因此,在腐竹生產加工過程中,L-半胱氨酸添加量0.05%時可節(jié)約成本,同時其成膜速率、產率可得以提升,色澤及感官品質也可達到理想的效果。生產上采用添加量0.25%并在揭竹后期進行補漿,可更好地改善成膜速率及產率、感官品質與色澤。