生产管理知识_黑豆腐竹生产工艺的研究论文

福建农林大学 硕士学位论文 黑豆腐竹生产工艺的研究 姓名：熊春生 申请学位级别：硕士 专业：农产品加工与贮藏工程 指导教师：陈丽娇 20080401 福建农林大学硕士学位论文黑豆腐竹生产工艺的研究 摘要 本项目针对现代市场和人们生活的需要，从综合利用黑豆的角度出发，根据 腐竹生产的基本机理，应用大量试验，系统的分析和研究生产过程中影响黑豆腐 竹品质的关键工艺因素。主要工作和结论如下： ( 1 ) 依据浸泡原理，选择浸泡用水、浸泡时间和浸泡温度为因素，试验研究 浸泡条件对豆浆品质的影响，结果发现：浸泡温度越高，黑豆籽粒充分浸泡需要 的时间越短，豆浆中固形物含量越快达到最大值；豆浆中的固形物达到最大量以 前，随浸泡时间的增加而增多，之后随时间的延长呈现减少趋势，而且浸泡温度 越高，固形物达到最大量后随时间的延续而减少的速度越快；用稀碱溶液浸泡黑 豆要比自来水浸泡时可溶性物质和固形物的溶出率高；黑豆浸泡过度时，稀碱溶 液造成的物质损失要大于自来水浸泡的情况。 ( 2 ) 试验研究传统加热和变温煮浆法对豆浆粘度及黑豆腐竹厚度的影响，分 析可知：变温煮浆法煮浆得到的豆浆粘度明显高于传统煮浆方法煮熟的豆浆的粘 度：而且，在7 5 “ ( 2 和8 5 “ C 进行两次煮浆处理时，豆浆最终粘度值出现突跃；从 黑豆腐竹厚度方面来说，传统方法煮制的豆浆生成的腐竹厚度小于变温煮浆法处 理生成的腐竹；变温煮浆法处理的豆浆，粘度在4 0 m P a S 范围内时，所得腐 竹随着豆浆粘度的上升而增厚，粘度超出此范围后，腐竹厚度随粘度的增加呈减 小趋势；变温煮浆法处理的豆浆的成皮效率高于传统加热法处理的豆浆。但要控 制变温煮浆法的处理条件，以限制豆浆的粘度，使生产效率达到最优状态。 ( 3 ) x 1 黑豆腐竹成型工艺中影响腐竹质量的因素进行了试验研究，选择了豆 浆浓度、加入腐竹成型锅的豆浆深度、豆浆的p H 值，它们分别为：熟豆浆浓度 在2 眦5 0 8 6 时腐竹成型的速度快，成品细腻；腐竹成型锅中加入豆浆深度为 1 5 2 5 e r a 时，揭起的腐竹数量多，品质优良；豆浆p H 值要限制在8 0 到9 0 之间。p H 值在低于6 5 的酸性范围内，接近黑豆蛋白质的等电区，蛋白质会逐 渐出现沉淀，不利于腐竹的生成，而高于9 0 时，也会影响质量。 ( 4 ) 对添加剂对黑豆腐竹的质量影响进行了研究。向豆浆中加入单甘酯和丙 三醇有助于提高产品品质，其中，加入0 4 0 6 的单甘酯，可以促进腐皮的成 型：而加入0 8 - 一I 2 的丙三醇，可提高黑豆腐竹抗拉伸性能，防止黑豆腐竹的 福建农林大学硕士学位论文黑豆腐竹生产工艺的研究 折损。 本项目的研究成果将为黑豆腐竹实现工业化、大规模生产提供有参考价值的 试验数据和结论，为进一步改良黑豆腐竹生产工艺、提高黑豆腐竹质量以及综合 利用黑豆奠定基础。 关键词：黑豆；腐竹；变温煮浆法；添加剂 福建农林大学硕士学位论文 A b s t r a c t 黑豆| 睹竹生产工艺的研究 T h i ss u b j e c tw a sd o n et om e e tt h en e e do fm o d e mm a r k e ta n dp e o p l e Sd a i l y l i f e A c c o r d i n gt ot h eb a s i cm e c h a n i s mo fb l a c kb e a nf i l mp r o d u c t i o n ，p l e n t yo ft e s t s w e r ea p p l i e dt os y s t e m a t i c a l l ys t u d ya n da n a l y z ec r i t i c a lf a c t o r s ，w h i c ha r ea t t a c h e dt o t h eq u a l i t yo f p r o d u c t si nt h ep r o c e s s i n g M a j o rw o r k sa n dc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) S u d i e dt h ei n f l u e n c eo fs o a k i n gc o n d i t i o nu p o ns o y m i l ko nt h eb a s i so f s o a k i n gp r i n c i p l e T h es e l e c t e df a c t o r sw e r es o a k i n gt i m e ，s o a k i n gw a t e ra n ds o a k i n g t e m p e r a t u r e R e s u l t sw e r ed i s c o v e r e da st h eh e i g h t e no f t h es o a k i n gt e m p e r a t u r ec o u l d s h o r t e nt h e t i m e t h a tb l a c k b e a ng r a i nW a ss o a k e df u l l y , a n dq u i c k e nt h es h a p i n g c o n t e n to fs o y m i l kt ot h em a x i m u m B e f o r er e a c h i n gt h eb i g g e s tq u a t i t y , s h a p i n g c o n t e n ti n c r e a s e d 埘也t h ep r o l o n g i n go fs o a k i n gt i m e ，b u td e c r e a s e sa f t e rt h a t m a x i m u l np o i I l t F u r t h e r m e r e , t h eh i g h e rt h et e m p e r a t u r e ，t h ef a s t e rt h ed e c r e a s i n g s p e e d 。A f t e rd i p p i n gt h eb l a c kb e a ni nd i l u t ea l k a l i n es o l u t i o n , t h ea u t h o rg a i n e dm o r e d i s s o l v e ds o l u b i l i t ym a t e r i a la n ds h a p i n gs u b s t a n c et h a nt h a to fb l a c k b e a ns o a k e di n t a pw a t e r I fb l a c k b e a nw a ss o a k e de x c e s s i v e l y , t h em a t e r i a ll o s sc a u s e db ya l k a l i n e s o l u t i o nw o u l db em u c hm o r et h a nt h a to fb e i n gs o a k e di nt a pw a t e r ( 2 ) T h eC o m p a r eo fh o wt r a d i t i o n a lh e a t i n gm e t h o d ( o n e - s t a g eh e a t i n g ) a n d t w o - s t a g eh e a t i n ge f f e c to ns o y m i l kv i s c o s i t ya n db l a c k b e a nf i l mt h i c k n e s sW a s s t u d i e df o rt h ef i r s tt i m e C o n c l u s i o n sC a nb ek n o w na st h es o y m i l kv i s c o s i t y h a n d l e d w i t ht w o s t a g eh e a t i n gm e t h o dw a sb i g g e rt h a nt h a to fr a ws o y m i l ka n dt r a d i t i o n a l h e a t i n go n e V t r h c nb o i l e da t7 5 “ Ca n d8 5 “ Cw i t ht w o - s t a g eh e a t 吨，l a s tv i s c o s i t yo f s o y m i l ka p p e a r e dt ol e a ps u d d e n l y T h ef i l mt h i c k n e s sm a d eo ft w o s t a g eh e a t i n g s o y m i l kw a st h i c k e rt h a nt h a tp r o d u c e d 、i mo n e s t a g eh e a t i n gr a w m a t e r i a l I ft h e s o y m i l kv i s c o s i t yW a sn om o r el a r g e rt h a n4 0 m P a S ，t h ef i i mt h i c k n e s si n c r e a s e d 山n gt h er i s i n go fv i s c o s i t y , w h e nt h ev i s c o s i t yw e n tb e y o n dt h i ss c o p e ，t h er e s u l t w o u l db et h ec o n t r a r y , t h a ti s ，d e c r e a s e d T w o s t a g eh e a t i n gl a wh a n d l e ds o y m i l ki s m o r ee f f i c i e n c yt h a nt h et r a d i t i o n a lb a n d i e do n e Ap o i n ts h o u l db en o t i c e d ，t h a ti sm u s t 福建农林大学硕士学位论文 黑豆腐竹生产工艺的研究 c o n t r o lt w o - s t a g eh e a t i n gc o n d i t i o n st or e s t r i c ts o y m i l kv i s c o s i t y , w h i c hc a nm a k e p r o d u c t i o ne f f i c i e n c yr e a c ho p t i m u ms t a t e ( 3 ) T e s t sw e r ec a r d e do u tt os t u d ym a i nf a c t o r so fb l a c k b e a nf i l mf o r m i n g p r o c e d u r e A c c o r d i n gt ot h er e s u l t s ，s o y m i l kc o n c e n t r a t i o na n dd e p t hw e r cd e t e r m i n e d a sc o o k e ds o y r l l i l kc o n c e n t r a t i o ni s2 0 2 5 0 B6 ，w h i c hc a nm a k ef i l mf o r m q u i c l d y S o y m i l kd e p t ha d d e dt ot h ep o tW a sb e t w e e n1 5 c ma n d2 5 c m U n d e rt h i s c o n d i t i o n , b l a c k b e a nf i l mu n c o v e r e dm u c h T h ep Hw o u l db er e s t r i c t e df r o m8 0t o 9 o p H I nt h ea c i ds c o p ew h i c hi sl o w e rt h a n6 5 , n e a rt h ee l e c t r i c a ld i s t r i c to f b l a c k b e a np r o t e i n , w i l ll e a dp r o t e i nd e p o s i t i o n I fi ti sh i g h e rt h a n9 0 ，i ta l s oa f f e c t s p r o d u c tq u a l i t y ( 4 ) T e s t sw e r ec a r d e do u tt os t u d yt h ee f f e c to fa d d i t i v ed o s a g eo nt h eq u a l i t yo f b l a c k b e a ny u b a A c c o r d i n gt ot h er e s u l t s ，a d d i t i v ed o s a g ew e r ed e t e r m i n e da sO 4 O 6 G l y c e r i nm o n o s t c a r a t ca n d0 8 1 3 G l y c e r o la r ea d d e dt os o y m i n ( ，w h i c h C a ni m p r o v ef i l mf o r m i n ga n d p r e v e n tf i l mf o l d i n gr e s p e c t i v e l y T h er e s e a r c hr e s u l to ft h i s p a p e rw i l l e s t a b l i s hf o u n d a t i o nf o ri m p r o v i n g b l a c k b e a nf i l mp r o d u c t i o nt e c h n o l o g yf u r t h e r , a n da l s oC a no f f e rr e f e r e n c ed a t aa n d c o n c l u s i o n sf o rr e a lp r o d u c t i o n K e y w o r d s ：b l a c kb e a n ；) t u b a ；t w o - s t a g eh e a t i n g ；a d d i t i v e s I V 独创性声明 本人声明，所呈交的学位( 毕业) 论文，是本人在指导教师的指导下独立 完成的研究成果，并且是自己撰写的。尽我所知，除了文中作了标注和致谢中 已作了答谢的地方外，论文中不包含其他人发表或撰写过的研究成果。与我一 同对本研究做出贡献的同志，都在论文中作了明确的说明并表示了谢意，如被 查有侵犯他人知识产权的行为，由本人承担应有的责任。 学位( 毕业) 论文作者亲笔签名：啦奄也日期；勿曲和广 论文使用授权的说明 本人完全了解福建农林大学有关保留、使用学位( 毕业) 论文的规定，即学 校有权送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 保密，在年后解密可适用本授权书。 口 不保密，本论文属于不保密。影 学位( 毕业) 论文作者亲笔签名：杉i 险奄门L 日期：妨务箩 撇牒仍所 吼沙扩玎 福建农林大学硕士学位论文黑豆寓竹生产工艺的研究 1 腐竹生产现状 1 1 腐竹概述 第一章绪论 腐竹，又名豆腐衣、豆竹、豆笋等【3 1 ，是大豆蛋白脂类薄膜，是我国人民喜 爱的豆制品，也是老少皆宣的大众健康食品。有关腐竹的制备和食用方法，古书 早有记载，距今已有两千年的历史了。宋代著名学者朱熹专作豆腐诗云【1 l ： “种豆豆苗稀，力竭心已苦。早知淮南术，安坐获泉布。诗中描述了农夫种豆 辛苦，早知道掌握了制作技术，能获利聚财。李时珍也在本草纲目中说，大 豆用水浸泡、撵碎、滤去渣、煎成，其面上凝结者揭取晾干，名日豆腐皮f 2 1 。这 种制作方法和现在的制作工艺有着惊人的相似，只是后期处理有所不同而已【卯。 因此，古人很早就知道腐竹的制作方法和食用价值。 腐竹中蛋白含量高达4 2 以上，油脂含量2 0 左右，营养结构与豆奶相似。 每一百克腐竹含蛋白量比牛肉高1 5 倍：比肌肉高出1 2 倍；比鸡蛋高出2 5 倍； 比鱼类高出近2 倍，腐竹含蛋白和钙的量接近于牛奶，而铁的含量是牛奶的1 0 倍以上。还有糖、磷以及硫胺素、核黄素、尼克酸等多种人体必需的营养成分， 是其它食物所不能媲美的，故有“素中之荤的誉称。腐竹不仅可以单独食用， 而且可与其他肉类和蔬菜制成多种美昧佳肴【1 研。 1 2 腐竹形成机理 阎隆飞1 8 1 认为，生豆浆中的天然蛋白质溶胶，呈卷曲的紧密结构。蛋白肽链 中的疏水性氨基酸残基的侧链多位于球蛋白结构的内部，在四级结构n ) 表面多是 亲水性集团，亲水集团含有大量的氧原子和氮原子，由于它们有未共用电子对， 能吸引水分子中的氢原子并形成氢键，正是这种氢键的作用下，大量的水分子将 蛋白质包围起来，形成一层水化膜【l o 】。所以自然状态的大豆蛋白，无分子间二硫 键，疏水相互作用非常弱，不利于形成网络结构。徐燕莉【1 0 J 发现蛋白质表面的亲 福建农林大学硕士学位论文 黑豆腐竹生产工艺的研究 水集团还能电离，并能吸附水化离子，形成稳定的静电吸附层，构成蛋白质表面 的双电层。分散于水中的大豆蛋白质胶粒正是由于水化膜和双电层的保护作用， 防治它们之间相互聚集，保持了相对的稳定性。 渡边笃- - 1 1 指出：生豆浆加热后，体系内能升高，蛋白质分子热运动加剧， 分子内某些基团的振动频率及幅度加大，很多维持蛋白质分子结构的次级键断 裂，蛋白质空间结构开始改变，多肽链由卷曲到伸展。原来包含在内部的疏水基 团就暴露出来，有利于分子间通过疏水相互作用形成交联，原先在外部的亲水基 团相应减少。同时，K a u k oS 认为变性时暴露出的C O 和- N H 成为极性束，有利 于分子间氢键的形成【1 2 l ；此外加热还会引起S H 和S S 的交换反应，形成分子间 二硫键。展开后的多肽表面的静电荷变稀，胶粒间的吸引力增大，相互靠近，并 通过分子间疏水基、巯基形成分子间的疏水键和二硫键结合，形成中间有空隙的 网络结构【1 3 1 。石彦国【1 4 1 指出，随着聚集的进行，蛋白质胶粒表面的静电荷密度及 亲水性基团再度增加，使胶粒间的吸引力相对减少，再加上胶粒问热运动的阻力 增大( 由于胶粒体积在增大) 、速度减弱，而豆浆中的蛋白质浓度较低，胶粒间聚 结受到限制，形成一种新的相对稳定的体系一前凝胶，即熟豆浆。熟豆浆煮沸后， 疏水性相对提高。因此，浆中蛋白质胶粒有向表面运动的倾向。斯蒂格费尔伯 格【1 5 】和胡金生【1 6 】认为蛋白质在水空气界面是定向排列的单分子层。当煮熟的豆 浆保持在较高的温度下，一方面表面水分不断蒸发，表面蛋白质浓度不断增高； 当超过某一特定浓度时( 界面吸附达饱和) 可通过烃链的疏水效应缔合成团。另一 方面A G e n n a d i o s 1 7 i 认为蛋白质胶粒获得较高内能，运动加剧，这样使得胶粒间 的接触碰撞机会增加，通过二硫键和疏水键交联，聚合度加大，以致形成薄膜。 因此从腐竹的形成机理可以看出，腐竹的形成与蛋白质的含量有很大关系，黑豆 比黄豆有更高的蛋白质含量，适合生产腐竹。 在众多传统大豆制品中，腐竹是典型的一类，传统腐竹是以黄豆为原料，它 的主要成分是蛋白质，营养价值高，易保存。黑豆的营养价值和药用价值在中国 深入人心，而从腐竹形成机理、黑豆组成成分和黑豆加工现状来看，黑豆很适合 用来生产腐竹。因此本项目研究以黑豆为原料生产腐竹有重要意义。从综合利用 黑豆的角度来说，豆浆揭出腐皮以后，还可以提取剩余的糖类等物质。可见，生 产出品质优良的黑豆腐竹，不仅可以解决其它豆制品存在的保质期短问题，扩大 2 福建农林大学硕士学位论文黑豆腐竹生产工艺的研究 市场范围，满足人们对豆制食品的需求，而且可以达到综合利用黑豆的目的。 2 黑豆概述 2 1 黑豆的营养特点和资源优势 黑豆和黄豆均属大豆，因为黑豆在营养数量和质量上都有优势，所以自古以 来黑豆倍受青睐。黑豆具有补肾强身、解毒益肝、抗衰老之功效。唐代食疗本 草记：黑豆“每食后吞3 0 粒，令人长生。”延年秘录说：“服食黑豆令人长 肌肤，益颜色，填精髓，加力气，虚能补食。”注明中医科学家李时珍在养老 书中提示：“每晨吞黑豆2 7 粒到老不衰。大豆五色，各治五脏，维黑豆属水 性寒，为肾之谷，人肾功多。力明代张介宾景岳全书记道：黑豆具有补肾填 精、强筋壮骨、养颜美容和抗衰防老之功【2 0 J 。民间也有“延年益寿吃黑豆”之说。 现代绿色营养学揭示，充分利用油料蛋白粮食化理论的综合利用营养科学观认识 黑豆，更利于发现黑豆的营养特点及黑豆蛋白质的营养价值优势，进而取科学利 用对策【。 表1 1 黑豆与黄豆、鸡蛋营养成分比较0 0 0 9 含量) T a b 1 1T h ec o m p a r i s o no fb l a c k b e a n ，s o y b e a r la n de g g sn u t r i t i o n a lc o m p o n e n t 名称铁( m g )锌( m 曲硒( m g )B 1 ( m 曲B 2 ( m 曲B 3 ( m 曲 E ( m g ) 表1 1 【2 0 】数据充分显示，黑豆具有很大的营养价值优势。在同等数量条件下， 黑豆的优质豆类蛋白质比黄豆高2 4 5 ，等于鸡蛋的3 3 8 倍；主要富含不饱和脂 3 福建农林大学硕士学位论文黑豆腐竹生产工艺的研究 肪酸，能减少人体动脉壁上胆固醇沉积之脂肪含量，与鸡蛋的脂肪含量相当；碳 水化合物含量为1 8 9 9 ，等于黄豆含量的7 5 ；总热量比黄豆低6 8 ；食物纤维 比黄豆高4 1 6 ，作为减肥食物可与黄豆媲美；钙含量等于鸡蛋的4 5 倍；磷含 量等于鸡蛋的2 1 倍；铁的含量接近黄豆含量，等于鸡蛋的3 8 倍：锌的含量接 近黄豆水平，等于鸡蛋的4 2 倍。表1 显示了黑色食品的特色优势，即黑豆硒含 量比黄豆高6 0 9 ，比鸡蛋高3 9 1 t 埔】。中国科学院白乃彬的1 9 8 9 年成果也揭 示，在同等条件下，黑豆中硒的含量比黄豆高1 5 4 。硒是人体极重要的抗氧化 剂，其参与强性抗癌氨基酸谷胱甘肽及其谷胱甘肽过氧化物的组成【2 l 】，同时协同 维生素E 抗氧化抗衰、解毒、防癌抗癌、预防心脏病等。而且黑豆中利于提高 生育能力、能使大脑抗衰保持活性智力、使人延年益寿的维生素E 的含量接近 黄豆水平，等于鸡蛋的1 4 4 倍。所以广西医药大学龙胜京的成果显示，黑色食 品乙肝补肾，活血养颜，治虚弱，抗氧化，延缓衰老。并指出，在黑色食品中， 黑豆抗活性氧效能很强。 中国黑豆具有资源优势，品种类型多，数量大。黑豆在各种黑色作物中( 如 黑麦、黑玉米、黑谷子、黑芝麻等) ，分布最广，总产量也最大。我国黑豆资源 接近3 0 0 0 份，占整个大豆资源的1 3 2 t 墉J ，有许多名贵品种具有抗旱、耐贫瘠、 抗病性强、适应性广等特点。近年来先后育出高产、抗病、抗逆性强的新品种， 如鲁黑豆l 号、鲁黑豆2 号、晋豆3 号，晋豆7 号、豫豆4 号、春泰1 号、青仁 2 号等。其中山东鲁黑豆2 号每公顷产量在37 5 0 k g 以上。中国农业科学院农 牧产品开发推介的“大豆之王一黑珍珠一，一般每公顷产量在4 5 0 0 k g 左右，最 高达6 0 0 0 k g 。河北张家口的黑豆含黄酮及类黄酮化合物高于普通黄豆5 7 倍。据 调查，黑豆出口售价一般每吨在55 0 0 - - , 60 0 0 元左右，而在同期国内黄豆的价格 每吨最高也只不过32 8 0 元。由于黑豆固氮和成熟期落叶养地等因素，因此可使 下茬增产2 5 9 至3 0 9 。 在油料蛋白粮食化理论的综合利用科学观指导下，评估蛋白质质量既要看清 与该蛋白质物质有内外联系的相关因子功能特性，也应该充分揭示该蛋白质中必 需氮基酸的组织结构内在性。据此，我们来看一下黑豆蛋白质中必需氨基酸结构 与鸡蛋和黄豆蛋白质中必需氨基酸结构的比较情况，见表l - 2 。 4 福建农林大学硕士学位论文黑豆腐竹生产工艺的研究 表1 2 黑豆与黄豆、鸡蛋蛋白质中的必需氨基酸比较( n l g 1 0 0 曲【1 8 1 T a b 1 - 2T h eo m p a r i s o nb e t w e e n b l a c k b e a n , s o y b e a na n de g g Se s s e m i a l 触n m oa c i d ( m g l O O g ) 表1 2 数据显示，黑豆蛋白质中的必需氮基酸组成结构水平总体优于黄豆， 具体的每一种必需氨基酸含量均高于鸡蛋。特别与黄豆相比，黑豆赖氨酸高出 1 5 5 ，苏氨酸高出1 5 3 ，蛋氨酸高出2 9 ，能满足人类强体养智力渴求，并 相应提高蛋白质资源科学利用率。 2 2 黑豆籽粒的组织结构 黑豆颗粒是由受精的胚珠发育而成，它主要包括种皮、子叶和胚三部分。种 皮位于籽粒的表层，对种子起保护作用，其从外向内由四层形状不同的细胞组织 构成。从图1 I t 2 4 】我们可以看到：种皮的最外层为栅栏细胞组织，它是一层栅栏 状排列整齐的长条形细胞，细胞长4 0 “ - 6 0I ti n ，外壁很厚为外皮层。栅栏细胞内 含有决定种皮颜色的色素。栅栏状细胞比较坚硬，互相之间排列紧密，但一般情 况下水还是很容易透过的。但是如果它们排列过分紧密，水就无法透过了，黑豆 就成为“石豆“ 或“死豆“ ，这种豆子几乎不能够加工；靠近栅栏状细胞的是圆 柱状细胞组织，由两头较宽而中间较窄的细胞组成，约长3 0 , - , 5 0 1 tm 细胞间有 空隙。在黑豆浸泡时，这些细胞膨胀极大；再往里是一层海绵组织，由6 “ - 8 层 薄细胞壁的细胞组成，间隙比较大，浸泡吸水剧烈膨胀；最里层是由类似长方形 的细胞组成的糊粉层，壁很厚，含有蛋白质、脂肪和糖。对于没有完全成熟的黑 豆籽粒，其种皮的最里层糊粉层之下一是一层压缩胚乳细胞，是胚乳退化养料 转移到子叶部分后形成的胚乳残余物，它们紧紧贴附在种皮上。种皮仅占整个黑 豆籽粒重量的8 ，其透水性 2 3 1 的优劣直接影响泡豆时间和泡豆质量，所以种皮 的状态对于浸泡工艺来说也是很重要的。 黑豆的胚包括胚根、胚芽、胚轴，约占整个黑豆籽粒重量的2 。它是具有 S 福建农林大学硕士学位论文黑豆腐竹生产工艺的研究 活性的幼小植物体，外界条件适宜时就会萌发。种皮和胚以外的部分就是子叶， 它的表面由小型的正方形细胞组成表皮，表皮下面有2 3 层长方形的栅栏状细 胞，再下层就是柔软的子叶细胞主体了。见图1 2 。白色带状物质是细胞壁；白 色细小颗粒称为圆球体( S p b e r s o m e ) ，直径约为0 2 “ - - 0 5um ，里面蓄积有中性脂 肪：分散在细胞内部的黑色团块是蛋白体，直径大约在2 “ - 2 0 I Jm 之间，它们贮 藏了大量的蛋白质。 2 5 西】 图1 - 1 黑豆结构剖面图 F i g 1 - 1B l a c k b c a n Ss 仃u c t u r cp r o f i l e 1 栅栏状细胞；2 圆柱状细胞组织；3 海绵 组织：4 糊粉层；5 压缩胚乳细胞；6 子叶表皮；7 子叶栅栏状细胞 图1 2 黑豆超显微结构图 F i g 1 2B l a c kb e a n sm e t a s t r u c t u r eg r a p h C W - 细胞壁；P B 蛋白体；S 油体 6 福建农林大学硕士学位论文黑豆痿竹生产工艺的研究 从上述的黑豆籽粒结构可以知道：黑豆各组成部分的细胞组织形态的不同， 造成其组成物质有了很大差异。由表1 - 3 t 2 5 1 我们可以很清楚地看到各部分营养成 分含量的差异。其中，黑豆种皮几乎都是由纤维素、半纤维素、果胶质等物质组 成的，只有糊粉层含有一定量的蛋白质和脂肪。而胚和子叶中含有的物质主要是 蛋白质、脂肪和糖。在加工传统豆制品的过程中，人们主要利用胚和子叶部分， 而将种皮部分去除掉。现代豆制品加工中，黑豆种皮可以作为膳食纤维加以利用。 表l 一3 黑豆籽粒组成部分的主要成分表( 干计) T a b 1 3B l a c kb e a n sm a i nc o m p o n e n t 2 3 黑豆加工现状 我国虽有多种多样、丰富多彩的黑豆资源，但并没有很好地开发利用。中国 加入W T O 后，大豆生产面临着机遇和挑战1 2 7 1 。国外大豆具有优质低价优势，越 来越多的大豆进人中国市场，竞争非常激烈。我国黑豆在市场竞争中占有一定优 势，急需开发利用。黑豆具有特殊营养和经济价值，是重要的新兴工业原料。黑 豆富含异黄酮和黄铜混合物、大量的食物纤维和不饱和脂肪酸、丰富的蛋白质、 多种矿物质和微量元素，特别是黑色种皮含有多种色素和皂苷以及独特的活性物 质，在黑色食品开发中，具有很大的潜力。目前在河北、山东、山西等省先后生 产有黑豆挂面、黑豆糊、黑豆饮料、黑豆豆奶以及各种保健食品添加剂。黑豆食 品可延缓衰老，改善营养性贫血，增强免疫力，提高性功能以及抗应激功能。民 间有大量食疗经验，如黑豆桂圆大枣，黑豆猪蹄汤、首乌盐黑豆、天冬饼等食品， 有利湿消肿、防治感冒、固齿等功效。目前还没有用黑豆生产腐竹的报道。 7 福建农林大学硕士学位论文黑豆腐竹生产工艺的研究 3 本项目研究的理论基础 3 1 浸泡的作用 中国传统的豆制品虽然形式各异，生产工艺也各有不同，但从产品的本质上 来说，基本都属于豆类蛋白质凝胶或蛋白质变性的产物，可以说豆制品的生产过 程就是制取不同性质的蛋白质胶体的过程。 从黑豆籽粒的组织结构可知，黑豆蛋白质主要存在于黑豆子叶的蛋白体之 中，它是一种胶体，能够吸收水分而膨胀增大，也会失去水分而收缩。蛋白体表 层还有一层纤维素、半纤维素及果胶质组成的皮膜组织。成熟的黑豆种子中，种 皮和蛋白体膜都比较坚硬，很难使蛋白质和纤维素分开。此时直接磨制豆浆提取 蛋白质是比较不容易的事情，所以要对干豆进行浸泡。可以说，浸泡是整粒黑豆 吸水进行水合的过程，其主要目的之一就是使黑豆能够膨胀，外壳和豆瓣变软， 结构疏松，为磨制豆浆创造便利条件；第二就是使黑豆组织中的蛋白质很容易的 溶于水，便于抽提。 浸泡时，水分透过种皮的栅栏状细胞组织，圆柱状细胞和海绵状细胞组织吸 水膨胀，种皮逐渐软化。同时，蛋白体膜也吸水溶胀，膜的质地由硬变脆最后变 软。浸泡适度的黑豆蛋白体膜呈脆性状态，在研磨时蛋白体可得到充分破碎，使 蛋白质能最大程度地溶离出来。浸泡不足，蛋白体膜较硬，浸泡过度，蛋白体膜 过软，两种状态都不利于蛋白体的机械破碎，蛋白质溶出不彻底，产品得率低。 而且用浸泡过度的黑豆制成的豆制品组织松散，没有筋性，保水性差。所以黑豆 浸泡程度对豆浆的制取来说是关键因素。同时，对于不同品种、不同产地、贮存 不同时间的黑豆，在同一环境下所需要浸泡的程度也不相同。因为当年收获的新 黑豆吸水能力强，蛋白质凝胶复水也容易，浸泡时间相应的应该短一些，但是新 黑豆种皮比较嫩，浸泡的程度对蛋白体膜的脆性影响不很大，所以浸泡稍微过度 点关系也不大【2 5 埘i 。贮存时间比较长的陈黑豆，细胞壁老化，吸水能力差，经浸 泡后蛋白体膜的脆性也比较差，实践证明，陈豆的浸泡时间在同样温度下都要比 新豆缩短1 小时左右，这样黑豆蛋白体膜的脆性相对要好些。 8 福建农林大学硕士学位论文 3 2 浸泡程度的影响因素 黑豆腐竹生产工艺的研究 黑豆浸泡程度的关键影响因素是浸泡的时间和温度鲫。这两个因素相互影 响，相互制约；通常温度越高，黑豆吸水膨胀性越好，充分浸泡需要的时间越短。 表1 4 列出温度和黑豆膨胀性的关系跚，可以看到不同温度下黑豆的膨胀情况。 但浸泡温度不能过高，温度过高，黑豆呼吸作用会加强。我们知道，黑豆的呼吸 作用发生在籽粒的活细胞中，它是在呼吸酶的作用下氧化营养成分的过程。在此 过程中，首先消耗的是黑豆籽粒中的糖分，尤其是葡萄糖。随着呼吸作用的进行， 其它糖类、脂肪以及蛋白质等也被水解酶水解，进而参加呼吸作用被消耗掉。见 反应式( 1 ) 和( 2 ) 1 ： C 6 H 1 2 0 6 + 6 0 2 黔6 C 0 2 + 6 H 2 0 + 6 7 4 c a l ( 1 ) C d - 1 1 2 0 广雩2 C 2 H 5 0 H + 2 C 0 2 + 2 8 c a l ( 2 ) 尢氧J 温度越高，呼吸作用越快，黑豆自身营养成分消耗的越多。同时，在一定范 围内，温度越高越容易引起微生物的繁殖，严重的甚至会导致腐败发生。 表1 4 温度与黑豆膨胀性的关系 T a b 1 _ 4T h er e l a t i o nb e t w e e nt e m p e r a t u r ea n db l a c kb e a n Se x p a n s i b i l i t y 除了时间和温度，浸泡水质也是一个重要因素，它在很大程度上影响浸泡的 质量。浸泡黑豆的水首先要符合饮用标准。水中金属离子和酸根离子对黑豆膨润 起抑制作用，妨碍蛋白质的析出，所以浸泡时使用纯水和软水比较好，这两种水 浸泡黑豆可以缩短浸泡时间，对最后成品豆制品的质量也有相当的影响。 水的p H 3 1 1 值和盐类对浸泡效果的影响也应该被重视。一般情况下，偏酸性 的水会影响黑豆蛋白质胶体的吸水程度，使黑豆膨胀程度不佳，进而影响磨制的 效果，使得豆浆的出品率不高。特别是在热天浸泡黑豆，如果浸泡时间过长，含 9 福建农林大学硕士学位论文黑豆腐竹生产工艺的研究 有的微生物会相应的增殖，引起浸泡黑豆用水变酸。所以要尽可能的避免水质变 酸。水中的无机盐类也会妨碍黑豆的充分膨胀，例如钙、镁、钠、钾的盐类对于 黑豆的膨胀有着不同程度的影响 2 6 1 。 浸泡时的用水量也有一定要求。通常，浸泡好的黑豆增重到原重量的2 0 一- 2 2 倍，所以黑豆浸泡时的用水量最好为黑豆的2 0 “ - - 2 3 倍。浸泡用水最好不要 一次加足，第一次加水以水浸过原料豆表层1 5 c m 左右为宜，浸泡3 4 小时后水 位下降到表面以下6 一- 7 c m ，再加水到表面以上6 - - - 7 e r a ，这样等黑豆浸泡好时， 水位又可以下降到原料表面以下。不仅可以将黑豆浸泡充分，而且不会浪费水源。 浸泡好的黑豆有如下特征：表面光滑，手感有劲。豆瓣内表面略有塌坑，手指掐 之易断，断面已浸透无硬心【2 5 】。 3 3 煮浆机理 煮浆就是通过热处理，使豆浆中的蛋白质发生变性的过程。其主要目的之一 是为下一步的生产黑豆制品提供变性的熟豆浆；其二，豆浆中含有胰蛋白酶抑制 素和血球凝集素等抗营养因子和脂肪氧化酶、尿素酶、磷脂酶D 【2 4 1 ，通过煮浆也 可以钝化这些物质，从而提高黑豆蛋白的营养价值，改善豆制品的风味：还可以 杀灭细菌，延长产品的保质期。 3 3 1 生豆浆的稳定性 豆浆是黑豆蛋白质溶胶，它是一种含有乳浊液、胶体、真溶液三种分散体系 的复杂分散体系。天然黑豆蛋白质分子的特定结构决定了生豆浆具有相对的稳定 性。 黑豆蛋白质是存在于黑豆籽粒中多种蛋白质的总称。根据生理功能，黑豆蛋 白可以分成贮藏蛋白和生理活性蛋白，贮藏蛋白与黑豆的加工性能密切相关，生 理活性蛋白对黑豆制品的品质有很大的影响作用。按照蛋白质在离心机中的沉降 速度，可以分成2 S 、7 S 、1 1 S 和1 5 S t 3 0 1 四种组分。黑豆蛋白组成成分列在表1 5 1 2 1 】 中。虽然黑豆蛋白质的组成极其复杂，但它们都是四级结构瞰1 蛋白。在四级结 构中，具有三级结构的肽链单元被称为亚基或亚单位。黑豆蛋白质的这种结构， 1 0 福建农林大学硕士学位论文 黑豆腐竹生产工艺的研究 尤其是高级的二、三、四级结构，使它表现出特定的生理活性和加工性能。其中 三级结构和豆浆的稳定性紧密相关。 表1 - 5 黑豆蛋白组成成分表 T a b 1 - 5T h ec o m p o n e n to fb l a c kb e a n 在三级结构中，黑豆蛋白质亲水性基团( 极性基团) 如：氨基、羧基、羟基等， 一部分转向分子内部，相互作用形成氢键和盐键，其余的转向分子表面；而疏水 性基团( 非极性基团) 则转向分子内部，形成疏水键。转向分子表面的亲水性基团， 含大量具有未共用的电子对的氧原子和氮原子，吸引水分子中的氢原子形成氢 键。蛋白质分子在整个蛋白质溶胶体系中聚集成蛋白质胶粒。在亲水性基团形成 的氢键的作用下，大量的水分子把蛋白质胶粒包围起来，形成水化膜。许多试验 已经证明，水化膜中的分子排列比较定向，当蛋白质胶粒彼此接近时，水化膜就 被挤压变形，定向排列的引力会最大可能的去恢复水分子原有排列，这样水化膜 就表现出一定的弹性，变成了蛋白质分子相互靠近的机械阻力。而且，水化膜中 的水比豆浆体系中的水“粘度“ 高，这一点也使水化膜在蛋白质分子相互接近时 起到机械障碍作用1 3 孔。总之，蛋白质分子在水化作用下吸附水分子，形成了水化 膜，使蛋白质颗粒相互独立而分散的悬浮在水溶液中。另外，黑豆蛋白质分子表 面的亲水性基团电离，形成负离子，能以静电的形式吸附正的水化离子H 3 0 + ， 靠近分子表面的部分吸附的H 3 0 + 较多，为紧密的吸附层，较远的部分只能吸附 少量的H 3 0 + ，剩余没有被吸附的正水化离子H 3 0 + 扩散到水中，形成松散的扩散 层。吸附层和扩散层构成蛋白质分子的双电层，使蛋白质胶粒之间形成静电斥力。 福建农林大学硕士学位论文黑豆腐竹生产工艺的研究 移* t 14 “ j 二 ( 殴j 城， 芎 j 啦避黟 图1 4 离子氛示意图 F i g 1 - 4T h es c h e m a t i cd i a g r a mo fi o n i ca t m o s p h e r e 现在来分析两个胶粒互相接近时，体系相互作用的能量( 吸引力十排斥力) 变 化情况( 见图1 5 ) 。图中E R 表示两个胶粒靠近时排斥能( r e p u l s i v ee n e r g y ) 增加的 1 2 福建农林大学硕士学位论文黑豆腐竹生产工艺的研究 情况，E A 表示吸引能( a t t r a c t i v ee n e r g y ) 增加的情况。E R 和E A 之间的关系是相反 的，如果以相互排斥为正，相互吸引为负，则曲线研代表总位f l 皂( t o t a lp o t e n t i a l e n e r g y ，等于E R 和E A 之和) 与胶粒间距离的关系。从图可知，两个胶粒离子氛没 有重叠时，吸引力占优势，r 曲线在横坐标轴以下，总位能是负的；随着胶粒间 距离的缩短，离子氛重叠，排斥力开始起作用，总位能逐渐上升成正值，胶粒靠 近到一定程度时，总位能最大，曲线中出现一个能量峰值E o 。位能的上升，意 味着两个胶粒不能进一步靠近了，它们可能在碰撞后又会分离开。越过能量峰值 E o 后，位能迅速下降，说明当胶粒间距离很近时，吸引能E A 会随胶粒间距离的 变小而激增，使吸引力占优势，总位能下降成负值，胶粒将发生聚集。也就是说， 胶粒要聚集在一起，必须能够越过位能峰E o ，否则溶胶体系就会在一定时间内 保持“稳定性”。生豆浆体系能保持相对稳定性的原因也正在于此：豆浆中的胶 粒不足以超越能峰，因此就保持了一种相对稳定状态。 ! 水二一 | | f f ，乏，一一一k 胶粒问距离 图1 5 胶粒间作用能和距离关系 F i g l 一5T h e r e l a t i o nb e t w e e ne f f e c te n e r g ya n dd i s t e n c ea m o n gm i c e U e s 3 3 2 黑豆浆的热变性 煮浆实质是使黑豆蛋白质热变性的过程。黑豆蛋白质的变性主要由于蛋白质 所在的微环境发生变化，蛋白质原来具有的特殊构象发生变化，导致其物理特性、 化学特性、功能特性以及生物学特性发生变化的现象。与原来的蛋白质比较，变 性蛋白往往会出现溶解度降低、发生凝结、- S H 等反应基团暴露、对酶水解的敏 感性提高、失去生理活性等特征 2 4 3 5 , 3 6 1 。变性过程中蛋白质分子多肽链特有的规 则排列变成了较为混乱的排列，但是蛋白质并没有发生分解，仅仅涉及二、三、 四级结构的空间构象的变化。 1 3 兽位艟 福建农林大学硕士学位论文 黑豆腐竹生产工艺的研究 热变性是黑豆制品加工中最常见的一种变性。在生豆浆加热以后，蛋白质分 子热运动加剧，分子内某些基团振动频率和幅度加大，维系蛋白质分子高次结构 的氢键等次级键断裂，原来不规则的弯曲、折叠、螺旋状多肽逐渐伸展，形成松 散线状的肽键结构【2 4 1 。多肽展开后，其表面静电荷密度变小、蛋白质胶粒间的吸 引力增大，胶粒开始互相靠近，通过分子间的疏水基和巯基形成分子间的疏水键 和二硫键。从而使得胶粒发生一定程度的聚结，随着聚结程度的加大，蛋白质胶 粒表面的静电荷密度及亲水基团再次增加，胶粒间的吸引力相对减少，与此同时， 伴随胶粒体积的增加，蛋白质胶粒热运动的阻力增大，运动