方便豆腐粉的研制.doc

方便豆腐粉的研制发布者：高士敏发布时间：2007-4-3 17:26:00说 明：本项目由淮南市科技开发中心和无锡轻工大学（江南大学）联合开发，并于2002年8月11日通过了以盖均镒院士为首的专家委员会的技术鉴定。内容摘要摘要：随着大豆作为健康食品在世界范围内受到越来越多的关注，传统的东方豆制品也面临着前所未有的机遇和挑战。本论文以方便（即冲即凝）豆腐粉为研究对象，探讨了大豆蛋白质的提取工艺。根据正交实验结果，确定提取工艺参数为：以PH7.0的水15浸泡大豆15小时，70时用PH7.0的水按豆:水=1:10的比例磨浆。经过如上提取工艺，大豆蛋白质提取率可达77.86%。关键词：方便豆腐粉，大豆蛋白质，喷雾干燥，豆腐，即冲即凝。正文近年来，全球范围内掀起了大豆研究的热潮。随着各国对大豆的研究不断深入，大豆的保健功能正在被越来越多的发掘和认可，大豆制品不再被视为单纯的营养性食品，而是作为一种健康食品受到越来越多的重视。当今社会生活节奏加快，迫切需要一种像快餐面那样用开水对主料豆粉及辅料一冲即成豆浆、豆腐脑和豆腐的方便、风味、营养的即食制品。这种产品对游客，石油、地质、林区、边防等野外作业和餐饮条件受到限制的人群具有吸引力，也会受到没有食用大豆制品传统而对大豆独特营养保健功能有广泛认同西方顾客的欢迎1。一种速溶速凝方便豆腐粉的生产工艺，属于生物技术在食品工业中的应用。本项研究以脱皮大豆为原料，经过浸泡、打浆、配料和热处理、酶解、均质、喷雾干燥、添加凝固剂混合、包装而制得方便豆腐粉。本项研究采用对大豆打浆后，添加还原剂、乳化剂进行热处理，酶解，对豆粉添加凝固剂混合均匀等工艺，制备得到一种速溶速凝的方便豆腐粉。食用时，20g 豆腐花粉加 300ml 开水，搅拌后加入葡萄糖酸-内酯静置约5-8 分钟即凝结成为热的内酯豆腐，使消费者在家中、办公室及旅途中随时可以享用。本项目开拓了一个适合大众消费的新型豆制品一一速溶速凝方便豆腐粉，并能实现其产业化，拓宽了大豆的应用领域。方便豆腐粉的核心技术是有凝胶功能的速溶无糖豆粉的生产工艺，而后者无法像奶粉一样速溶，并成为食品工业中最难解决的问题之一，尽管目前市场上有多种无糖豆粉产品在销售，但其蛋白质含量很低或没有凝胶性,关于速溶速凝方便豆腐粉的研究尚未见报道。国内有一些豆奶粉类工艺研究的报道2-14，但在理论和实践上都没有考虑大豆蛋白质的独特性质。国外关于豆粉研究方面很少，仅查到布勒干法工艺豆粉的应用研究两篇，湿法全脂豆粉干燥工艺参数研究15和豆粉贮存过程中颜色变化各一篇，这可能与西方没有食用大豆的习惯和没有意识到速溶豆粉的潜在市场价值有关。全国大中型速溶豆粉，豆乳粉及豆浆晶厂家为60余家，仅徐州维维、广东黑牛、山东龙丰、内蒙古大公、黑龙江冬梅及晨星岛6个集团就有400多条生产线，年产量达38万吨。主要可分为下列三种：第一类为各种调制豆粉，占市场总量70%以上，主要以湿法超微粉碎豆粉为基料，配以各种水溶性糖类（含量50%）、奶粉等经灭菌后喷雾干燥制作，其产销量呈逐年下降趋势。第二类无糖豆粉，其特点为不含或仅含少量的糊精（15%）；根据用途可分为原料型的活性大豆粉，其特征是脲酶阳性，用做豆制品加工的原料，用脱皮大豆干法或湿法粉碎后经干燥工艺制作，目前龙丰、晨星岛等厂家生产，总产量不足万吨/年。另一类为非活性无糖豆粉，大豆脱皮灭酶后，干法超微粉碎、调制、湿法超微粉碎再喷雾干燥制作，也有采用脱皮灭酶后膨化再超微粉碎的工艺，这类豆粉润湿、分散性良好，但PDI很低（通常30%），丧失了大豆蛋白凝胶，乳化等功能特性；由于其性质类似于粉碎后的烤豆，因此其消化吸收率值得怀疑，这类产品主要为忌糖者食用。第三类为豆腐花粉、豆腐粉等，直接食用的豆腐花粉以广西梧州为代表，产品的主要缺点为用高糖来增加溶解性，凝胶强度比同浓度新鲜豆浆制品低得多；另一类为煮沸后加凝固剂制成豆腐，产品的风味、质构与同浓度新鲜豆浆产品类似，但方便性不如前者，以淮南益益豆腐粉为代表。97年开始在欧美市场上有日本House Foods公司生产的tofu mix豆腐粉销售，类似淮南益益豆腐粉；2001年出现用美国和澳洲豆粉制作豆制品的报道。这类豆粉性质与龙丰等生产的超微粉碎活性豆粉相同，平均粒径在20-50m。总之，强凝胶无糖速溶豆粉的生产由于理论上有待解决的问题多，实践上工艺路线长，影响因素多，需要高投入；所以到目前为止，尚无法生产用沸水冲溶还原后基本性能（凝胶、风味、营养、蛋白质分子量聚集形态分布）与新鲜豆浆类似的豆粉，使这一具有巨大市场潜力的产品研究成为当今食品工业的难题。本项目研究制取的方便豆腐粉用沸水冲溶后基本性能（凝胶、风味、营养、蛋白质分子量聚集形态分布）可达到新鲜豆浆的80%。1 实验部分1.1主要材料及设备大豆：安徽淮南产褐脐菜豆GDL：常州市瀚兴化工有限公司SPI：郑州油脂化学厂贝因美无糖豆粉：无锡市中百超市购买黑五类无糖豆粉：无锡市中百超市购买梧州豆腐花粉：无锡市中百超市购买杨协成豆奶：无锡市中百超市购买乳化剂乳可丹：Danisco公司单甘脂：Danisco公司酶制剂Flavourzyme：NOVO公司木瓜蛋白酶：广州酶制剂厂转谷氨酰胺酶：日本味之素公司质构仪 llord UKGS-MS联用仪 1023型 Finiagan公司激光粒度分析仪 Autosizer4700 英国马尔文仪器公司磨浆机 FDM-Z100 江苏丹徒机械厂均质机 30ug/k APR原子吸收光谱仪 Perpin-Elmor3030 USA离心式干燥器 QZ-5型， 锡山市林洲干燥机厂压力式干燥器 QZ-25型， 锡山市林洲干燥机厂沸腾制粒机 FL-5型 常州佳发干燥设备厂1.2方便豆腐粉（强凝胶无糖速溶豆粉）的制备1.2.1大豆蛋白质提取工艺实验采用L9（34）正交实验法安排实验；以凯氏定氮法测定大豆原料中蛋白质含量，以Folin-酚法测定浆料中蛋白质含量。蛋白质提取率（%）=浆料中蛋白质含量100/大豆原料中蛋白质含量表1-1大豆蛋白质提取条件优化实验因素水平表水 平 因 素 浸泡PH值 磨浆温度（） 大豆/磨浆用水 磨浆PH值符 号 A B C D1 7.0 60 1:6 7.02 7.5 70 1:8 7.53 8.0 80 1:10 8.0实验结果见表1-2。表1-2正交实验结果序号 浸泡PH值 磨浆温度（） 大豆/磨浆用水 磨浆PH值 蛋白提取率（%）1 1(7.0) 1（60） 1（1:6） 1(7.0) 69.602 1 2（70） 2（1:8） 2(7.5) 75.663 1 3（80） 3（1:10） 3(8.0) 74.694 2(7.5) 1 2 3 61.985 2 2 3 1 72.806 2 3 1 2 63.567 3(8.0) 1 3 2 71.798 3 2 1 3 60.629 3 3 2 1 70.11对结果进行直观分析,结果如表1-3所示。表1-3实验结果直观分析表K值 浸泡PH值 磨浆温度（） 大豆/磨浆用水 磨浆PH值K1 219.95 203.37 193.78 212.51K2 198.34 209.08 207.75 211.01K3 202.52 208.36 219.28 197.29k1 73.32 67.79 64.59 70.84k2 66.11 69.69 69.25 70.34k3 67.51 69.45 73.09 65.76优水平 A1 B2 C3 D1R 7.21 1.90 8.50 5.08主次顺序 C A D B由上表可以看出各因素的主次顺序依次为CADB，即豆水比例，浸泡PH值，磨浆PH值，磨浆温度。选取最佳组合A1B2C3D1：浸泡用水PH7.0，磨浆温度70，磨浆豆水比例 110，磨浆用水PH值 7.0。按此最佳条件磨浆，采用凯氏定氮法测得提取率达76.56%，此时浆料中固形物含量为5.36%。1.2.2 豆浆脂肪氧化酶的钝化脂肪氧化酶主要氧化大豆中的脂肪酸，而且以不饱和脂肪酸为主；不饱和脂肪酸是人体必需脂肪酸的丰富营养源。因此，必需对脂肪氧化酶进行灭活钝化处理。处理方法有：热处理法，酸碱处理法，还原络合法，生物工程法，风味掩盖剂法等。本实验在大豆蛋白质提取工艺确定的基础上，采用热处理法，安排L9（34）正交实验，下面4种工艺均可达到对脂肪氧化酶进行钝化处理的效果。工艺5：10%豆浆，PH 7.0，950C 3min, 工艺6：10%豆浆，1000C 3min,0.2%乳化剂，均质工艺7：10%豆浆，1000C， 3min， 工艺9：PH 7.5，10%豆浆,920C ，3min,调PH 9.51.2.3 真空浓缩工艺控制喷雾干燥前将物料进行真空浓缩是必要的，因为豆浆的浓度对产品颗粒的物理性状有显著的影响。本实验采用双效降膜式真空浓缩方法，浓缩后的豆乳浓度可达到15-18%，经喷雾干燥成豆乳粉，其粒子较粗大，具有良好的分散性、冲调性。1.2.4 调配及喷雾干燥浓缩后的豆乳加入乳化剂等进行调配，均质处理（均质压力20-40MPa）后，用离心式喷雾干燥机（QZ-5）喷雾干燥。喷雾条件为：进风温度180-185，出风温度65-70。制取本项目研究的方便豆腐粉。1.2.5方便豆腐粉（强凝胶无糖速溶豆粉）生产工艺生产工艺如下：大豆 清选 浸泡 热烫 制浆 分离 豆浆 加热灭酶豆渣 调配 过滤 均质改性 喷雾干燥 表面改性 制粒。该工艺流程与湿法工艺基本一致，所不同的主要二点：1）通过乳化、均质等方法对豆浆中的蛋白质、脂肪粒子进行改性，其改性效果通过粒度分布和颗粒的表面疏水性表征（结果未显示），并建立特征的粒度分布和疏水性指标作为改性效果的依据。2）喷雾干燥后豆粉的表面改性。干法生产的豆粉尽管能小至350目以下，但由于粒子没有毛细孔存在，尽管易于分散，但是不溶解物，在水中很快下沉，这样的豆粉不具有凝胶形成性能（PDI1200C）的粉类似于干法豆粉，易于分散而难溶解；干燥低出风温度（温度100 80 81休止角（o） / 42 35 46 45分散性（100目、90） / 98 98 95 97湿润性(90、s) / 2 2 5 45min PDI(90) / 21 84 92 945%浓度凝胶强度（g/cm3） 4.5 / 0.5 3.4 /工艺5为物理改性干燥制粒豆粉；工艺6为酶解后物理改性干燥制粒豆粉。豆粉是通过下述过程来生产的:灭酶脱腥豆浆物理化学改性干燥制粒。物理化学改性可简述如下：灭酶脱腥后的豆浆，蛋白质以较大的热变性聚集体的形式存在，通过酶解、均质和乳化作用形成体积较小的具有疏水内核和表面亲水性的蛋白质粒子以及蛋白质粒子、脂肪和乳化剂的复合体，使其干燥后具有良好的热水还原性和功能性质。如表2-1酶解改性后豆粉分散性良好，但丧失了凝胶性；干法豆粉分散性良好，但因90 、PDI很低同样丧失了凝胶性。2.2.2豆粉溶解特性豆粉的速溶性、凝胶性主要由蛋白质的分子量、分子形态和分子聚集体的表面性质所决定，激光散射技术的静态和动态的有机结合可用来研究蛋白质胶体粒子在溶液中涉及到质量和流体力学体积变化的过程，如聚集、分散、缔合、凝胶形成情况17。通过对不同状态下豆浆中粒度分布差异可对豆浆物理改性效果和蛋白质分子相互作用的方式作出评价。实验结果如表2-2；由体积直径和数均直径的比较反映出粒子形状的不规则性，由SPI随温度从25到55平均粒径由263.0nm变为22.4nm可知这种蛋白质聚集体间主要以氢键的形式结合，而多重峰的存在，说明SPI溶液中，蛋白质聚集体并不均一，可能存在其他形式的作用力；通过豆浆加热过程中加热强度（温度、时间）和加热条件（PH、离子强度等）对粒度变化的影响可知，加热强度和PH的升高都将促使天然状态存在的蛋白质解聚，而PH值的升高有产生不均化的趋势，通过与改性油粒度的比较，推测为蛋白质乳化性下降引起油分离。由正常豆浆、贝因美豆粉、样品豆粉粒度比较可知，样品豆粉比贝因美豆粉的分散粒径要低一个数量级，但比豆浆仍然有一个数量级的差别，样品豆粉双峰的出现，说明干燥制粒过程中出现了蛋白质的不均化聚集或出现了脂肪不稳定。表2-2不同溶液中粒子的分布特性方法项目 PH 6.8生豆浆 改性油 SPI250C SPI550C 贝因美 样品 工艺5 工艺6 工艺7 杨协成 11工艺9体积平均（nm） 2237415.42391.8 16.210.6364.2 263.018.9282.3 898.022.410.141.9 201.7 3490.7471.484.1458.3 21.44.311.111.717.416.349.4数量平均（nm） 405.7 2292.4 10.4 16.2 9.4 3300.7 81.4 488.3 21.2 2.8 6.9 8.2 16.1峰形双峰 三峰 四峰 四峰 单峰 双峰 双峰 单峰 单峰 单峰 双峰改性油：2%色拉油，0.2%乳化剂均化处理工艺5：PH 7.0，950C 3min,10%豆浆工艺6：10%豆浆，1000C 3min,0.2%乳化剂，均质工艺7：1000C， 3min，10%豆浆工艺9：PH 7.5，10%豆浆,920C ，3min,调PH 9.5 对样品工艺中间改性效果的比较（工艺6、7、9），可知改性后的豆浆粒子粒径明显减小，这是样品粉具有不同于直接干燥豆浆的根本原因，这种粒子在干燥制粒过程中稳定性决定着强凝胶速溶无糖豆粉的成败。2.3豆粉及豆腐风味特点豆类风味是豆制品最重要的品质之一，但由于形成机制复杂，定量测试方法繁琐，国内研究一般用感官评价方法15.18且认为脂肪氧化酶作用的次级产物是产生豆腥味的主要原因15.18.19.20，本研究用Akio Kobayash21确定的风味成分对不同工艺的豆腥味成分比较研究并不支持这一观点。如将正已醛含量作为豆腥味强度测定的依据19显然有不妥之处，135烘烤1.5小时的大豆制成的豆浆有浓浓的豆香味，烘烤强度足以使脂肪氧化酶灭活，但正已醛的含量高达85.40，因此只能理解为通过其他途径产生了正已醛。豆腐粉豆腐的风味强度比豆浆豆腐高，可能是豆腐粉豆腐的凝胶结构疏稀引起的。豆粉的风味特点与豆浆类似。2.4豆粉的卫生指标和成分2.4.1铅、砷、致病菌、总菌数、大肠菌群的结果表2-3 速溶无糖豆粉卫生指标菌落总数（个/g） 10大肠菌群（个/100g） 30金黄色葡萄球菌 未检出沙门氏菌 未检出志贺氏菌 未检出溶血性链球菌 未检出As 未检出Pb 未检出2.4.2 脲酶检测表2-4 豆粉豆浆脲酶活性样品测定项目 豆粉 820C1小时 900C 15min 950C5min 950C10min 1000C3min 1000C10minU活性释放氮（mg/g 成品min） 0.038 0.047 0.035 0.185 0.038 0.074 0.033脲酶相对残余活力（%） 2.5 3.3 2.4 12.3 2.5 4.9 2.2由表2-5可见，豆粉的脲酶活性与950C 10min加热的豆浆脲酶活性相同。脲酶的本质是大豆-球蛋白，而-球蛋白的变性温度约800C，因此800C以上加热条件下，加热时间很重要。2.4.5 豆粉的成份表2-5 各种豆粉的成分样品成分 广西梧州豆腐花粉贝因美无糖速溶豆粉健王无糖豆奶粉南方无糖纯豆粉自制豆粉1自制豆粉2（高温水提取、油制粒）蛋白质（%）脂肪（%）H2O（%）148.03.5 36154.3 268.04.1 32165.2 51123.7 48173.6由表2-5可知，本研究的无糖豆粉蛋白质含量最高。市售豆粉采用干法工艺生产，因此含有较高的纤维，蛋白质含量较低。3 结论和建议通过对豆浆中蛋白质、脂肪的改性和豆粉粒子表面蛋白质的惰性化处理技术，解决了无糖速溶豆粉生产中分散性、溶解性和凝胶性难于兼顾的矛盾，制得还原豆浆在风味、成分（蛋白质含量约50%），凝胶强度（达到同浓度新鲜豆浆80%），卫生与新鲜豆浆类似而又方便使用的无糖豆粉（分散性约95%，湿润性5秒）使无糖速溶豆粉生产技术达到了一个新的水平。尽管无糖豆粉研究工作取得了重要的突破，但仍有许多工作有待完善。1.营养学评价：粉碎大豆用130烘烤60min，UA达到0.2mg/g.min时，Alys下降20%22，这一结果说明，SMM的干法工艺豆粉的营养价值较低，而本工艺的豆粉物理改性对营养价值的影响有进一步研究的必要。2.改性方法的研究：尽管从理化成分，凝胶性能，风味特点和卫生等方面比较，还原豆浆与新鲜豆浆的指标相差不大，但从粒度分布看，仍有数量级的差别，因此改性工艺有待从理论和实践方面继续深入。从实践上看，豆浆的改性应在乳化剂、超微粉碎和微滤方法上进一步探索，豆粉表面蛋白质惰性化技术应在微波、过热水蒸气、惰性气体保护和电场蛋白质定向等干燥技术方面进一步尝试。在工艺理论方面，重点研究豆粉从100-150m的粒子逐渐分解成20nm左右的亚粒子每一步力的主要类型和能量大小，在分子水平上弄清蛋白质与蛋白质及蛋白质与脂肪相互聚集的方式，找到具有良好溶解和分散特性的豆粉微粒子的毛细孔特性。可以预见，随着无糖速溶豆粉技术的成熟，将来人们将像当今用面粉生产各种面制品一样，以不同功能的速溶无糖豆粉生产各种豆制品和方便食品，我们期待这一天早日到来。参考文献1. 朱秀清，夏剑秋，刘宇峰；我国大豆蛋白制品中存在的问题及对策，食品工业科技，2001.22（2）：83-852.裴风珠；速溶豆粉的研制，食品工业科技，1993，6：173.郑玉芝，侯自力。郑世玲；速溶全子叶豆奶粉生产工艺，食品工业科技，1997，3：634.王殿友，谢春胜，吕骏；影响豆乳粉速溶性的因素及其解决途径，中国乳品工业，1997，25（3）：31325.袁永俊，陈宝琳；改善豆奶粉冲调性能的技术研究，食品科学，1998，19（11）：24-266.张贵山，王常敏；豆粉生产工艺探讨，中国乳品工业，199