凝固温度对填充豆腐凝胶特性及分子间作用力的影响
填充豆腐是以葡萄酸-δ-内酯（GDL）为凝固剂的豆制品，以其质地细腻、口感软嫩、食用方便等特点深受我国消费者喜爱。自20世纪80年代以来，我国填充豆腐的生产一直沿用从日本引入的低温点脑、高温凝固的工艺。该工艺利用GDL在低温下缓慢释放H＋的特点，将加热的豆浆降温至15～20 ℃，与GDL快速混合，随后升温至85 ℃，升温过程溶液中H＋浓度逐渐升高，促使变性的大豆蛋白发生凝聚，形成凝胶。该工艺实现了填充豆腐自动化连续生产，提高了豆腐的生产效率，并延长了保质期。但是，低温点脑、高温凝固的生产工艺需要两次升温、两次降温，工艺复杂，设备投资高，增加了生产和维修成本，也造成能源浪费。同时，降温点脑过程增加了产品微生物污染的风险，并且还存在凝固剂过量、豆腐口味发酸的问题。因此，在保证产品品质前提下，简化生产工艺、减少能耗、降低生产成本，成为豆制品加工行业亟待解决的问题。
北京食品科学研究院的金 杨、刘丽莎、彭义交*等人研发的热浆高效混合灌装装备可实现高温豆浆与点脑剂的瞬时均匀混合，改变了传统填充豆腐点脑过程需两次升温两次降温的生产工艺，简化了生产设备，降低了生产能耗。本研究针对填充豆腐现有生产过程能源消耗大的行业共性问题，对热豆浆与GDL混合过程蛋白质形成凝胶机制进行研究，为创制热浆节能点脑技术及装备提供理论支持。
1、填充豆腐凝胶形成过程中的流变学特性分析结果
由图1可知，凝固温度对填充豆腐凝胶的G’和G”影响较大。当凝固温度小于60 ℃时，凝胶体系的G’和G”较小，形成的凝胶强度很差。而当凝固温度不低于60 ℃时，体系的G’和G”较大。凝固反应初期，温度越高曲线斜率越大，表现为凝胶反应速率越大；曲线达到稳定增长所需时间越短，表现为凝胶反应时间越短，凝胶反应结束时形成的凝胶强度越大。填充豆腐凝胶的形成受两方面因素影响：一方面，GDL溶于水后会分解成葡萄糖酸，并释放H＋，中和大豆蛋白表面电荷，从而使大豆蛋白发生聚集，形成凝胶。温度越高，GDL分解速率越快，体系中H＋浓度越高，凝胶反应越迅速，G’和G”增长速率越快；另一方面，加热会促使大豆蛋白质分子链展开，内部的疏水基团暴露于体系表面，疏水基团之间的相互作用，促使大豆蛋白分子结合在一起，形成凝胶。温度越高，大豆蛋白变性加剧，暴露出的疏水基团越多，形成凝胶越迅速，凝胶强度越高。另外，由于大豆蛋白中的主要组分7S和11S蛋白，其变性温度分别为70 ℃左右和90 ℃左右，当凝固温度过低时，即使有凝固剂的参与，也无法形成具有一定凝胶强度的蛋白质凝胶。由上述分析可见，高温凝固有利于形成具有一定凝胶强度的填充豆腐，温度越高，凝胶强度越大。
2、升温凝固与高温下恒温凝固对凝胶形成速率的影响
由图2可知，模拟生产过程中，凝固温度随时间从20℃逐渐升高至85 ℃为升温凝固过程。当温度低于70 ℃时，体系中G ’和G ”呈波动变化趋势，且趋势平缓；当温度不低于70 ℃时，体系中G’＞G”，且这两者均急速上升。在豆腐凝胶形成过程中，当体系为液态时，G”＞G’，体系表现为液体性质；随着加热与凝固剂的加入，G’和G”同时升高，当凝胶形成时，G’＞G”，体系表现为固体性质。因此，可以根据G’和G”随时间的变化曲线的交点，判断体系的凝胶时间。现有的填充豆腐生产工艺，为了使豆浆在凝固前与GDL充分混合，采用了低温混合、高温凝固的生产工艺，凝固过程较缓慢，当温度增至70 ℃时，G’＞G”用时250 s左右，开始形成凝胶。
图3表示85 ℃热豆浆直接混合GDL时体系G’和G”随时间变化曲线，此过程为恒温凝固。由于85 ℃下凝固反应迅速，为了清晰地反映体系凝固过程G’和G”的变化，图3只截取了反应前几秒体系G’和G”随时间变化曲线。由图3可知，85 ℃热浆直接混合GDL时，凝固反应极快，仅用时1.8 s左右。对比图2与图3可知，与传统的连续升温凝固过程相比，85 ℃下凝固反应极为迅速。因此，要实现85 ℃下均匀凝固，需要在极短的时间内完成凝固剂与豆浆的快速混合。而现有的生产设备无法实现高温下豆浆与GDL均匀快速混合，也就不能形成完整均匀的豆腐凝胶。基于改进现有工艺的难题，解决豆制品加工能耗高的瓶颈，本团队采用撞击流原理所研制的热浆连续式点脑装备实现了豆浆与GDL瞬间均匀混合，使内酯豆腐高温点脑、灌装、成型一系列过程同时完成。
3、凝固温度对填充豆腐凝胶强度的影响
图4对比了不同凝固温度下，填充豆腐弹性模量G’的最大值。凝固温度从60 ℃升高至70 ℃时，G’ max显著增加（P＜0.05），之后随着凝固温度升高，G’ max缓慢增加。温度越高，大豆蛋白变性越充分，暴露出的疏水基团越多，酸化后形成的网络越稳定，凝胶强度越大，凝胶的弹性模量越高。当凝固温度达到85 ℃时，G’ max为143.5 kPa。而模拟实际生产条件，得到的填充豆腐G’ max为129.7 kPa。虽然通过两种凝固方式都能形成较稳固的凝胶结构，但采用85 ℃高温快速凝固比采用连续升温凝固更有利于增加填充豆腐凝胶强度，提高填充豆腐品质。
4、凝固温度对填充豆腐质构特性的影响
表2表明，随着凝固温度升高，填充豆腐的硬度、弹性、内聚性、黏着性不同程度地增加。当凝固温度小于60 ℃时，凝胶弹性、硬度、黏着性都很低，凝胶成半凝固状态；当凝固温度大于70 ℃时，凝胶的硬度、内聚性和黏着性显著提高（P＜0.05）。不同凝固温度下凝胶的质构特性与对应的流变曲线变化规律一致。与模拟生产过程制得的填充豆腐相比，凝固温度为85 ℃时，豆腐硬度、弹性、内聚性和胶黏性均显著提高（P＜0.05）。由此可见，利用本实验室研制的热浆连续式点脑装备制作的填充豆腐品质优良。
5、凝固温度对感官评分的影响
根据流变特性分析可知，凝固温度≥60 ℃时，可以形成具有一定凝胶强度的豆腐凝胶。因此，本实验选择了凝固温度为60、70、80、85 ℃的填充豆腐并与模拟生产过程连续升温条件下的填充豆腐进行感官评价，结果如图5所示。不同凝固温度形成的填充豆腐，在风味、口感、外观方面有明显差异，色泽差异较小。85 ℃下凝固的填充豆腐在色泽、风味、口感、外观4 个指标中得分均最高，随着凝固温度降低，填充豆腐凝胶强度下降，产品的外观、口感、风味也变差。与模拟生产条件的填充豆腐相比，凝固温度为85 ℃时的填充豆腐豆香味更浓，且无酸味，豆腐弹性更强，豆腐更加完整，断面光滑。
6、凝固温度对填充豆腐分子间作用力的影响
由图6可知，随着凝固温度的升高，凝胶体系中的离子键和氢键相对含量均显著下降（P＜0.05）。当凝固温度从50 ℃升高至60 ℃时，体系中离子键相对含量和氢键相对含量分别下降56.9%和51.5%。离子键和氢键是维持蛋白质分子构象的重要作用力，它们主要存在于蛋白质分子的极性基团之间。豆浆经煮浆加热，维持蛋白质构象的氢键、离子键发生断裂，蛋白质分子链展开，内部疏水基团及活性基团暴露。低温点脑时，由于温度下降，变性的大豆蛋白会部分发生复性，疏水基团被重新掩藏，带电的极性基团重新结合，形成新的离子键、氢键以稳定蛋白质分子结构，因此低温点脑时，体系的离子键和氢键含量较高。高温点脑时，随着体系pH值快速下降，蛋白分子的表面电荷被中和，极性基团静电斥力下降，分子间的疏水基团相互结合，促进蛋白凝胶的形成。因此，高温点脑时体系的离子键和氢键含量下降。
7、填充豆腐分子间作用力与质构特性相关性分析
由表3可知，反映填充豆腐质构特性的指标与分子间作用力之间呈较强的相关性。其中，填充豆腐凝胶弹性和内聚性与离子键、氢键、疏水相互作用及二硫键的相对含量呈显著相关（P＜0.05）；硬度和黏着性与离子键、氢键、疏水相互作用及二硫键相对含量呈极显著相关（P＜0.01）。
结 论
以上表明，利用本团队研发的热浆连续式点脑装备，可以实现85 ℃豆浆与GDL瞬间混合，并同时完成灌装凝固过程。该工艺制得的填充豆腐弹性、硬度俱佳，明显优于市售同类产品。该结果为热浆自动点脑装备的开发及标准化加工提供了基础数据及理论支持。下一步将在本研究的基础上，从不同凝固过程形成凝胶的微观结构、胶凝过程的分子作用机制等方面进行深入探讨。
本文《凝固温度对填充豆腐凝胶特性及分子间作用力的影响》来源于《食品科学》2020年41卷23期49-55页，作者：金杨，刘丽莎，张小飞，张清，白洁，郭宏，彭义交。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20200602-027。
修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。