第十章大豆制品的加工技术

第十章大豆制品的加工技术本章重点和学习目标大豆的化学成分与功能性；传统豆制品生产原理及工艺；豆乳生产的工艺原理及产品质量要求；大豆低聚糖和大豆中生物活性成分的提取及应用。第一节大豆的结构与成分一、大豆子粒的形态结构及组成大豆为一年生草本植物，各地气候和栽培条件不同，品种也不同。大豆子粒由种皮、子叶和胚3部分构成，各个组成部分由于细胞组织形态不同，其构成物质也有很大差异。1种皮种皮位于种子的表面，对种子起保护作用。种皮从外向内有4层形状不同的细胞组织构成，最内层是糊粉层。大豆种皮除糊粉层含有一定量的蛋白质和脂肪外，其余部分几乎都是由纤维素、半纤维素、果胶质等构成。种皮约占整个大豆子粒质量的8%。2胚胚由胚芽、胚轴、胚根3部分构成，约占整个大豆子粒质量的2％。胚是具有活性的幼小植物体，当外观条件适宜时便萌发而开始新的生长。3子叶子叶又称豆瓣，约占整个大豆子粒质量的90％。子叶的表面由小型的正方形细胞组成表皮，其下面由2或3层稍呈长形的珊状细胞。珊状细胞的下面为柔软细胞，是大豆子叶的主体。显微结构测试表明：白色袋装的细胞为细胞壁(cu)；细胞内白色的细小颗粒为圆球体(spberosome)，内部蓄积有中性脂肪；散在细胞内的黑色团块为蛋白体(PB)，其中储存有丰富的蛋白质。．4大豆子粒的化学组成大豆子粒及各部分的化学组成参见表10—1。表10-1大豆各部分的化学组成成分整粒种皮胚子叶水分%11.013.512.011.4粗蛋白%30-458.8440.7642.81粗脂肪%16-241.0211.4122.83碳水化合物%20-3985.8843.4129.37灰分%4.5-5.04.264.424.99二、大豆的主要化学成分1碳水化合物大豆中碳水化合物的含量约占总质量的25％，其组成比较复杂，主要成分为蔗糖、棉子糖、水苏糖、毛芯花糖等低聚糖和阿拉伯半乳糖等多糖类。成熟的大豆中淀粉含量为O．4％～0．9％。另外，在成熟的大豆中不含葡萄糖等还原糖。大豆中的碳水化合物可以分为可溶性与不溶性2大类。在全部碳水化合物中，除蔗糖外均难以被人体消化，其中有些碳水化合物在人体肠道内还会被菌类利用并产生气体，使人食后有胀气感。因此，大豆用于食品时，要采取措施除去这些不消化的碳水化合物。1）大豆中的可溶性碳水化合物大豆中的可溶性碳水化合物主要是其中的低聚糖，包括水苏糖、棉子糖(蜜三糖)和蔗糖等，大豆中的低聚糖含量因品种不同而异。一般水苏糖含量约占总质量的4％，棉子糖约1%，蔗糖约5％。低聚糖在酸性条件下对热稳定，其甜度约为蔗糖的70％。人体内的消化酶不能分解水苏糖、棉子糖，因此不能产生热量。但人体肠道内的双歧杆菌属中的几乎所有菌种都能利用水苏糖和棉子糖，而肠道内的有害细菌则几乎不能利用。水苏糖和棉子糖是人体肠道内有益菌——双歧杆菌的增殖因子，对人体生理功能提高有很好的作用，因此将其应用于食品中对人体具有良好的保健功能。2）大豆中的不溶性碳水化合物大豆中的不溶性碳水化合物组成相当复杂。种皮中多为果胶质，子叶中多为纤维素。这些碳水化合物的一个共性就是不能被人体消化吸收，因此称为“食物纤维”。食物纤维进入消化道中，在胃中吸水膨胀，增加胃的蠕动，产生饱满感，延缓胃中内容物进入小肠的速度。而进入肠道内的食物纤维有延缓食物消化吸收的功能，因此它可以降低对糖、中性脂肪和胆固醇的吸收，对人体产生保健功能。大豆中食物纤维用于食品既廉价又丰富，而豆渣是开发利用大豆中食物纤维的良好资源。2蛋白质根据蛋白质溶解性的不同，大豆蛋白质可以分为清蛋白和球蛋白两类。一般清蛋白占蛋白质总量的5％左右，球蛋白占90％左右。球蛋白可用等电点(pH值为4～5时)法沉淀析出，再用超速离心分析法分为2s、7s、lls和15s4种沉降系数不同的球蛋白组分，其中7s和lls球蛋白之和占总蛋白含量的70％以上，它与大豆的加工性关系密切。大豆球蛋白分子的长轴与短轴长度比小于10：1。蛋白质分子中的疏水基所占体积较大，亲水性也差，而彼此之间的亲和力很大，从而形成卷曲一螺旋结构。疏水基一般转向螺旋的内部，当球蛋白变性时，次级键打开，肽链舒展，由水溶状态转为不溶状态的纤维蛋白结构。3脂肪大豆中脂肪含量约为18％，大豆油在室温下呈黄色液体，为半干性油，在人体内的消化吸收率达97．5％，为优质食用植物油。其中不饱和脂肪酸含量达60％以上。大豆油中含有1．1％～3．2％磷脂，主要为卵磷脂和脑磷脂。卵磷脂具有很好的乳化性，脑磷脂具有加速血液凝固的作用。大豆油脂中的不皂化物主要是醇类、类胡萝卜素、植物色素及生育酚类物质，总含量为0．5％～1．6％。4大豆中的酶及抗营养因子大豆中含有许多种酶，引起食品加工领域关注的主要有脂肪氧化酶、脲酶、磷脂酶D；抗营养因子有胰蛋白酶抑制素和血球凝集素。1）脂肪氧化酶脂肪氧化酶可以催化氧分子氧化含顺，顺一1，4一戊二烯的不饱和脂肪酸及其脂肪酸酯，生成氢过氧化物。大豆中脂肪氧化酶的活性很高，当大豆子粒破碎后，只要有少量的水分存在它就可以与大豆中的亚油酸、亚麻酸等底物发生降解反应，其途径为：脂肪氧化酶醛，醇，酮，呋喃亚油酸或亚麻酸————————氢过氧化物———————a-酮类环氧化物，羟基脂肪酸其降解产物有近百种，其中许多与豆腥味有关。正己醛是具有代表性的挥发性化合物。脂肪氧化酶的活力与pH值有关。pH值为7～8时，脂肪氧化酶的活性最高，但是在此pH值附近，其常见的底物亚油酸是不溶解的。脂肪氧化酶的作用对食品质量的影响有两方面。比如在焙烤食品生产中，在面粉中加入l％(按面粉质量计)含脂肪氧化酶活力的大豆粉，能够改善面粉的色泽和质量。这主要是其降解产物氢过氧化物对胡萝卜素有漂白作用，能够使面筋蛋白质的巯基(--SH)氧化成二硫键(一S--S--)，起到了强化面筋蛋白质的作用，这是有利的一方面。但是有时由于脂肪氧化酶的作用，产生一些不良风味，导致食品质量的下降。因此，有时需要钝化脂肪氧化酶的活性或者使脂肪氧化酶失去活性，其方法有加热、调节pH值及使用化学抑制剂等。2）脲素酶脲素酶属于酰胺酶类，是分解酰胺和尿素产生COz和NH3的酶，也是大豆中抗营养因子之一，在大豆中的含量较高。由于脲素酶容易受热而失去活性，而且容易准确测定，经常作为确认大豆制品湿加热处理程度的指标。3）淀粉分解酶和蛋白分解酶具有活性的α一淀粉分解酶和β一淀粉分解酶可以从脱脂豆粕中提取。大豆α一淀粉酶对于支链的碳水化合物的分解作用超过从其他原料中提取的α-淀粉酶。大豆β一淀粉酶活性比其他豆类中的高，对磷酸化酶有钝化作用，其在pH值5·5，60℃加热30min将会有50％的活性损失掉；而在70℃下加热30min将会全部失活。有资料报道，从脱脂豆粕粉的乳清中可以提取6种蛋白酶。4）胰蛋白酶抑制素大豆中的胰蛋白酶抑制素有7～10种，但是至今只有两种被提纯和比较详细的研究。有报道，称胰蛋白酶抑制素能够使老鼠和小鸡的胰脏肿大；也有报道，称大豆中微量的胰蛋白酶抑制素对治疗急性胰腺炎、糖尿病及调节胰岛素失调有一定的效果。胰蛋白酶抑制素的热稳定性较高，在80℃时处理活性失去较少，100℃处理20min其活性丧失达90%以上，120℃处理3min也可以达到这样的效果。5）血球凝集素通过试验发现大豆中至少有4种血球凝集素。脱脂后的大豆粉中约含3%的血球凝集素。研究发现血球凝集素能够引起红血球凝聚，同时很容易被胃蛋白酶钝化。大豆血球凝集素受热很快失去活性，甚至活性完全消失。因此，加热过的大豆食品，血球凝集素不会对人体造成不良影响。5大豆中的微量成分l）无机盐大豆中的无机盐有十余种，通常是含有钙、磷、铁、钾等的无机盐，它们的总含量一般为4·0％～4·5％。钙的含量在不同品种的大豆中差异较大，范围为163～470mg／100g大豆。大豆的含钙量与蒸煮后大豆的硬度有关，含钙量越高，蒸煮后大豆的硬度越大。在大豆的无机盐中除钾以外，磷的含量最高。但是磷在大豆中有4种不同的存在形式。其中植酸钙镁中含磷量占75％，磷脂中含量占12％；无机磷占4·5％，残留磷占6％。植酸钙镁是由植酸与钙镁离子络合而成的盐，它严重影响人体对钙镁的吸收。但是大豆经过发芽后，植酸被分解为无机酸和肌醇，被络合的金属游离出来，使钙、镁的利用率提高。2）维生素大豆中的维生素含量较少，品种不多。其中以水溶性维生素为主，脂溶性维生素很少，并且大豆中的维生素在大豆制品加工中热处理破坏很多，制品中含量就更少了。3）皂苷皂苷又名皂甙或皂素，是类固醇或三萜系化合物的低聚配糖体的总称。在大豆中约占于基的2％，脱脂大豆中的含量约为0．6％。皂苷多呈中性，少数为酸性，容易溶解于水和90％以下的乙醇溶液中，难以溶解于酯和纯乙醇中。它对热稳定，但是在酸性条件下遇热容易分解。皂苷具有溶血性和毒性，所以通常把它看做抗营养成分。但是有研究表明，大豆皂苷不仅对人体无生理上的阻碍作用，而且有降低过氧化脂类生成的作用，因此对高血压和肥胖病有一定的疗效，也有抗炎症、抗溃疡和抗过敏的功效。所以要正确评价它。6大豆中的昧成分大豆具有特殊的气味，被称为豆腥味或臭味。除去这些豆腥味是开发利用大豆新产品的一大难题。大豆的豆腥味成分十分复杂，研究表明，大豆中至少有30余种挥发性物质与大豆的豆腥味有关，其主要成分有：(1)脂肪族羰基化合物如己醛、丙醇和正己酸酐，正己酸酐具有特殊的生臭味。(2)芳香族羰基化合物如苯甲醛、儿茶醛等。(3)挥发性脂肪酸如醋酸、丙酸、正戊酸、正己酸、正辛酸等。(4)挥发性胺如氨、甲胺、二甲胺、呱啶等。(5)挥发性脂肪醇如甲醇、乙醇、2一戊醇、异戊醇、正己醇、正庚醇等。其中异戊醇、正己醇有明显的青臭味。(6)酚酸如丁香酸、香辛酸、龙胆酸、阿魏酸、富马酸等，它们具有类似的青臭味。另外，2一正戊基呋喃也是产生豆腥味的重要物质。7大豆中的有机酸、异黄酮大豆中含有多种有机酸，其中柠檬酸含量最高，还有醋酸、延胡索酸等，利用大豆中的有机酸可以生产大豆清凉饮料。大豆中含有少量的异黄酮，它具有一定的抗氧化能力，其生理活性和提取方法是目前研究的热点。三、大豆蛋白质的性质1溶解性大豆蛋白质的溶解性，首先随着pH值的变化会发生很大变化，根据大豆蛋白质的pH值所绘的溶解度曲线见图11～1。pH值为4～5时，溶解度最小，这与大豆蛋白质的等电点一致。在等电点处，蛋白质所带电荷被中和，由电荷引起的各残基之间的静电排斥力消失，蛋白质分子便紧密地排列在一起，降低了与水分子的结合能。大豆蛋白质属于球蛋白，精制的大豆球蛋白几乎不溶于水，加入盐类以后会促使其溶解。盐溶液种类不同，溶解度也不同。大豆蛋白放在O．5mol／L的盐溶液中，其溶解效果为：阴离子：FC202CISO4BrI阳离子：CaMgLiNaK在这个顺序中，越往左，溶解度越小，越容易盐析；相反，越往右，蛋白质越易与水结合，显示出较强的盐溶性，有时也会发生变性。众所周知，制作豆腐时向豆乳中加入一些Ca2+、Mg2+，会使得蛋白质溶解度降低而产生凝聚，就是这个道理。与β一伴大豆球蛋白相比，大豆球蛋白在低Ca2+浓度下，更容易产生凝聚。另外，也可以用2者在盐析中的反应差异将大豆球蛋白和B一伴大豆球蛋白分开。2解离与聚合大豆球蛋白在离子强度和pH值发生变化时，容易发生解离或聚合现象。在离子强度为0．5、pH值7．6的缓冲液中，大豆蛋白不会发生解离与聚合现象。为此，在实验中常将这种缓冲液称为标准缓冲液，并广泛应用于大豆球蛋白的溶解。四、大豆蛋白质的变性由于物理条件、化学条件的改变使大豆蛋白质分子的内部结构、物理性质、化学性质和功能性质随之改变的现象称为大豆蛋白质的变性。引起大豆蛋白质变性的有物理因素和化学因素。物理因素有过度加热、剧烈震荡、过分干燥、超声波处理等；化学因素有极端pH值、与水混溶的有机溶剂或重金属、尿素、巯基乙醇、亚硫酸钠、十二烷基磺酸钠等物质的作用。在变性因素的作用下，维持蛋白质分子空间构象(--、三、四级结构)的次级键被破坏，双硫键变为巯基，使二硫键充分舒展，形成新的构型。这些变化在偏离等电点的酸碱条件下发生时，变性分子仍带有相同的正(负)电荷，由于同性