郭順堂徐婧婷
(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083)
大豆食品原料與加工技術(shù)問題研究進(jìn)展
郭順堂*徐婧婷
(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083)
大豆是重要的食品原料,也是世界貿(mào)易中重要的戰(zhàn)略物資。大豆的豐富營養(yǎng)價(jià)值和作為可開發(fā)利用的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)資源得到了世界各國的廣泛重視。2009年8月,在北京舉行的第八屆世界大豆研究大會對大豆種質(zhì)資源、遺傳育種、基因組學(xué)、大豆病害及防治、大豆?fàn)I養(yǎng)與健康、現(xiàn)代加工技術(shù)及產(chǎn)品應(yīng)用等領(lǐng)域的科學(xué)問題進(jìn)行了廣泛的交流,與會大豆科學(xué)家報(bào)道了最新研究進(jìn)展。根據(jù)與會者的報(bào)告內(nèi)容,本文對大豆食品原料學(xué)和現(xiàn)代加工技術(shù)中的一些研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié),力求為我國的大豆研究和產(chǎn)業(yè)研究發(fā)展提供參考依據(jù)。
大豆從采收后到加工,因市場消費(fèi)地點(diǎn)的不同要進(jìn)行一定時(shí)間的貯藏和運(yùn)輸。當(dāng)大豆暴露在不同的溫度和濕度條件下時(shí),隨著時(shí)間的延長,大豆成分的一些性質(zhì),如蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)、溶解性等會發(fā)生變化,從而影響大豆的加工品質(zhì)。
Carl J.Bern教授(Iowa State University)對大豆品種、收獲方式和環(huán)境濕度對大豆品質(zhì)的影響進(jìn)行了研究。指出,從高濕度人工收獲,低濕度機(jī)械收獲,低濕度人工收獲,到高濕度機(jī)械收獲,大豆的受損程度依次增加。盡管貯藏期間不同品種間自由氨基酸(FFA)的生成速度不同,但CO2生成速度卻相同。將大豆于27℃條件下貯藏時(shí),水分含量為14%的大豆氮溶解指數(shù)(NSI)比9%的下降快。Kow-Ching (Sam)Chang教授 (North Dakota State University)與其科研團(tuán)隊(duì)長期研究貯藏大豆的品質(zhì)問題。他們總結(jié)到,高濕和高溫環(huán)境可使大豆在感官上色澤變深,大豆貯藏蛋白被糖基化,二硫鍵增加而表面疏水性減少,二級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。由于疏水性相互作用和二硫鍵作用,蛋白溶解性降低,大豆蛋白形成不溶性聚合體。在惡劣的條件下貯藏的大豆,其制備豆腐的產(chǎn)量和品質(zhì)明顯下降。此外,高溫高濕貯藏還會使大豆的可滴定酸度增加,植酸和蛋白質(zhì)溶解度降低。共軛丙二酰異黃酮轉(zhuǎn)化為糖苷和苷元。
貯藏條件也會影響大豆種子的活力。為使種用大豆在生產(chǎn)期時(shí)能達(dá)到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求,大豆不但要避開高溫高濕貯藏環(huán)境,還要對種子進(jìn)行適當(dāng)?shù)陌绿幚?,提高種子質(zhì)量。N.K.Biradar-Patil(University of Agricultural sciences,Dharwad)報(bào)道,大豆經(jīng)聚合物涂層(5 mL/kg)和殺菌(福美雙(2 g/kg))處理后有較高的發(fā)芽率、活力指數(shù)、電導(dǎo)率和較低的種子感染率;而聚合物(5 mL/kg)+萎銹靈200(2g/kg)處理的大豆效果次之。儲存12個(gè)月后,聚合物+福美雙處理后的大豆發(fā)芽率和活力指數(shù)分別為75.7%和1928。即使貯藏時(shí)間超過12月,使用聚合物+福美雙,聚合物+萎銹靈200和萎銹靈200處理的大豆種子仍可使其發(fā)芽率維持在種子認(rèn)證的最低標(biāo)準(zhǔn)(70%)以上。
對大豆中有益于健康或加工特性的成分進(jìn)行分析和篩選,是改善大豆原料品質(zhì)的基本途徑。大豆油脂加工時(shí)產(chǎn)生的反式脂肪酸始終困繞著大豆油脂加工企業(yè)。Steven Schnely團(tuán)隊(duì)通過生物技術(shù),培育出了改變脂肪酸結(jié)構(gòu)的大豆品種。這種大豆榨出的油再加工時(shí)不含反式脂肪酸。該小組還做了大量努力來開發(fā)該品種,推廣五年來,建立了新產(chǎn)品生產(chǎn)體系,并向市場推廣新品種。
Chigen Tsukamoto(Iwate University,Japan)一直研究大豆種子中皂甙和異黃酮種類及其遺傳規(guī)律。對皂甙的研究發(fā)現(xiàn),使大豆皂甙A的前體分子21位碳羥基化的P450單氧酶(CYP酶)缺失會引起大豆皂甙A缺失。大豆皂甙DDMP能夠裂解為大豆皂甙B的糖苷和有香甜味的麥芽酚。缺失脂氧合酶(LOXs)的大豆品種比普通大豆可產(chǎn)生更多的麥芽酚。這說明加工過程中產(chǎn)生的麥芽酚是由DDMP大豆皂甙受熱裂解產(chǎn)生,而不是LOXs的氧化分解產(chǎn)物??刂艱DMP大豆皂甙和麥芽酚的含量比控制異黃酮的含量要相對容易,因此可通過減少大豆皂甙A和LOXs來育成DDMP大豆皂甙和麥芽酚含量高的大豆品種,用于加工健康且美味的大豆食品。巴西農(nóng)牧業(yè)研究所(Embrapa)通過傳統(tǒng)的遺傳育種技術(shù)改變生物活性成分,培育出了具有高附加值的特殊大豆品種。Embrapa成功培育了的品種有BRS 213,BRS 257,BRS 216 ,BRS 267和 BRSMG 790A 型大豆品種。其中品種BRS 213和BRS 257是低脂肪氧化酶活性的大豆,可用于低或無豆腥味大豆產(chǎn)品的開發(fā)。品種BRS 216具有較高的蛋白質(zhì)含量和較低的百粒重(10 g/100粒),適合于生產(chǎn)“納豆”。BRS 258為高產(chǎn)量的常規(guī)品種,黃臍,加工產(chǎn)品的風(fēng)味溫和。BRS 267和BRSMG 790A種子顆粒大(25g/100粒),而且因其還原糖、谷氨酸和丙氨酸等氨基酸含量高而具有良好的風(fēng)味,這些品種則適合加工豆腐、豆奶。
Makita Hajika對缺失脂肪氧化酶大豆進(jìn)行了加工特性評價(jià)。采用普通大豆和LOXs缺失大豆為原料加工豆醬(味噌)、納豆等這些原料在破碎之前需熱處理的大豆制品時(shí),產(chǎn)品之間差異不大。但在對大豆制品進(jìn)行濕法破碎時(shí)不需加熱處理,如加工豆?jié){和豆腐時(shí),缺乏脂肪氧化酶的大豆制品其感官評價(jià)存在優(yōu)勢。在日本,LOXs缺失品種目前主要應(yīng)用于油炸豆腐加工和有傳統(tǒng)特色的地方性大豆制品。
大豆中含有的生理活性成分經(jīng)過分離和富集開發(fā)可大大提高產(chǎn)品的附加值。如大豆磷脂中含有卵磷脂、磷脂酰膽堿、磷脂酰胺等。葡萄糖神經(jīng)酰胺(GlcCer)和神經(jīng)酰胺(Cer)是大豆中的主要鞘脂成分,T.Wang(Iowa State University)通過對種子成熟期間和加工過程中GlcCer和Cer的含量分析研究了大豆中的鞘脂(SL)和磷脂(PL)的含量變化。隨著種子的逐漸成熟,SL和PL的含量呈下降趨勢。從開花后28 d至種子成熟,Cer的含量(干基)從51.4 nmol/g降至 22.2 nmol/g,GlcCer含量從522.8 nmol/g降至135.8 nmol/g??傊局蠵L含量從9.1%降至3.5%。以實(shí)驗(yàn)室規(guī)模按傳統(tǒng)方法提取大豆中的毛油,再將脫脂豆粕分別進(jìn)行深加工,模擬工業(yè)化生產(chǎn)醇洗大豆?jié)饪s蛋白(SPCe)、酸洗大豆?jié)饪s蛋白(SPCa)和分離蛋白。在提取毛油之后,91%的GlcCer仍留在脫脂豆粕中,而在濃縮大豆蛋白(酸洗SPCa、醇洗SPCe)和SPI中分別存有52%、42%和26%的GlcCer,也就是說,50%左右的GlcCer轉(zhuǎn)移到了濃縮蛋白,而大豆分離蛋白中含有的GlcCer尚不足1/3。同時(shí),所有蛋白產(chǎn)品中含有的GlcCer濃度基本相似,均在281 nmol/g左右。
明代李時(shí)珍的《本草綱目》中記載了大豆具有藥用價(jià)值,其主要是指黑大豆。國際上也有許多學(xué)者開展了對黑大豆功能活性的研究,如抗氧化性、維持腸道健康等。Vineet Kumar對黑大豆和黃大豆抗氧化能力以及抗氧化劑在豆腐和豆渣中的保持量進(jìn)行了比較研究。黑大豆的總酚含量(TPC)、鐵還原力(FRAP)、2,2-二苯基硝基肼(DPPH)自由基清除能力平均值顯著高于黃大豆(P<0.05)。異黃酮和生育酚的平均含量無顯著性差異(P<0.05)。但黑大豆中維生素C的含量顯著(P<0.05)高于黃大豆。與原料大豆相比,黑大豆和黃大豆加工的豆腐其FRAP、DPPH自由基清除能力和TPC顯著地降低。但是,兩種不同原料制作的豆渣與豆腐的抗氧化能力相對保持較高,并且,黑大豆豆渣的FRAP、DPPH自由基清除能力和TPC的保留值顯著(P<0.05)高于黃大豆豆渣。
A.K.Dixit(Devi Ahilya University)對 Kaliture,Harasoya和 NRC-37三種大豆分別進(jìn)行0.0,0.5,2.0和5.0 kGy劑量的伽瑪照射,研究不同大豆抗氧化活性和抑制鐵誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化(LPO)能力的變化情況。黑色的Kaliture大豆具有更強(qiáng)的潛在抗氧化能力。低劑量照射可提高種子的抗氧化特性,但在高劑量(5.0 kGy)時(shí),種子的抗氧化能力反而降低。同時(shí),三種大豆抑制鐵誘導(dǎo)LPO能力都相當(dāng)高。在0.5 kGy處理時(shí),總異黃酮(TI)均顯著增加,總酚含量(TPC)均在2 kGy時(shí)增加最明顯。自由基清除能力(FRSA)和抗氧化能力(TAP)均以Kaliture品種最高,而且三種大豆中均以2.0 kGy劑量照射時(shí)FRSA和TAP增加最多。三種品種的大豆均在高劑量(5.0 kGy)時(shí)表現(xiàn)較弱的抑制鐵促LPO能力??梢姷蛣┝康馁が斕幚砜烧T導(dǎo)提高抗氧成分的含量,增加抗氧化能力。
大豆蛋白經(jīng)酶解后其水解產(chǎn)物具有較好的清除自由基和抗氧化能力,近年來國內(nèi)外學(xué)者已做了大量的研究。本次學(xué)術(shù)會上L.Z.Jiang(Northeast Agricultural University)報(bào)道了堿性蛋白酶水解脫脂大豆粉的抗氧化活性和工藝參數(shù),溫度55℃,時(shí)間3 h,pH 8.0,酶濃度19 200 U/g,底物濃度8%進(jìn)行酶解時(shí),水解度也可達(dá)35%,水解產(chǎn)物DPPH自由基清除能力和反式亞油酸過氧化能力分別可達(dá)41.13%和34.16%。
大豆產(chǎn)品加工工藝和品質(zhì)受原料直接影響。為此,很多學(xué)者就原料和加工條件對產(chǎn)品品質(zhì)的影響作了大量的研究。C.G.Ren(China Agricultural University)研究了脫皮大豆和全大豆在真空(-0.97 MPa)和常壓條件下浸泡對豆乳粉溶解性的影響。結(jié)果表明,脫皮大豆在真空和常壓浸泡時(shí)固形物的溶出量都顯著高于整粒大豆,其中脫皮大豆在真空下浸泡時(shí)去除的糖分和灰分最多,其豆乳粉的溶解性也略好于其他三種浸泡方式。通過浸泡降低灰分而保持糖分不變則可以顯著提高豆乳粉的溶解性。豆腐是我國最常見的大豆產(chǎn)品。大豆品種、生長環(huán)境、大豆品質(zhì)和加工條件均會影響豆腐的加工條件和品質(zhì)。X.L.Huang以我國北方地區(qū)的11種非轉(zhuǎn)基因大豆品種為原料(2007年收獲),對其化學(xué)組成進(jìn)行了研究。并分別采用石膏、鹵水和GDL作為凝固劑,加工成豆腐,分析了大豆原料成分和豆腐品質(zhì)。結(jié)果顯示品種百粒重、蛋白、脂肪含量、磷、鈣和蛋白亞基等成分差異導(dǎo)致豆腐品質(zhì)也顯著不同,包括質(zhì)構(gòu),保水性,色澤和豆腐產(chǎn)率等。由此說明大豆品種的選擇是大豆在豆腐生產(chǎn)中的應(yīng)用中至關(guān)重要的一步。
組織蛋白是將大豆蛋白質(zhì)在擠壓條件下形成類似動物肉的纖維組織化產(chǎn)品,被稱作“仿生肉”。由于其營養(yǎng)價(jià)值和肉類蛋白類似,而且價(jià)格低廉。近年來成為較熱門的大豆產(chǎn)品,對組織蛋白的研究也日趨深入。
(1)B.Zhang分析了大豆籽粒、脫脂豆粉理化指標(biāo)與擠壓組織化加工系統(tǒng)參數(shù)、產(chǎn)品特性的相關(guān)關(guān)系。粗蛋白含量高、水溶性蛋白含量高、粗纖維含量較低的原料或大豆品種,可以生產(chǎn)出組織化度較好,彈性、拉伸強(qiáng)度較大的擠壓組織化產(chǎn)品。選育適用于擠壓組織化加工的大豆品種時(shí),應(yīng)重點(diǎn)考慮提高粗蛋白含量、水溶性蛋白含量,同時(shí)要降低粗纖維含量。
(2)X.Q.Zhu研究了原料特性對大豆擠壓組織化的影響。以大豆分離蛋白為主料擠壓的產(chǎn)品,表面結(jié)構(gòu)致密,組織化度好;隨原料大豆蛋白質(zhì)含量從46.31%增加到68.35%,大豆組織蛋白的組織化度呈逐漸上升趨勢,在68.35%達(dá)到最高;谷朊粉的添加提高了組織化度,最佳添加量30%;最優(yōu)擠壓原料的配比為:分離蛋白42%,脫脂豆粕28%、谷朊粉30%;另外,油脂、氯化鈉、單甘酯的添加對大豆蛋白擠壓組織化有一定影響。
(3)F.L.Chen研究了物料含水率對大豆蛋白擠壓過程化學(xué)交聯(lián)的影響。研究表明:大豆蛋白經(jīng)擠壓過程發(fā)生了變性和聚集,物料含水率越高,變性和聚集程度越?。痪S持?jǐn)D出蛋白結(jié)構(gòu)的主要作用力依次是二硫鍵、氫鍵和疏水作用,二硫鍵與疏水鍵的相互作用也不能忽視;物料含水率增加,利于二硫鍵的形成,不利于疏水作用的形成,對氫鍵的作用先促進(jìn)后減弱。
為降低產(chǎn)品的成本和提高產(chǎn)品的品質(zhì),必須選擇加工方式和進(jìn)行加工工藝條件的優(yōu)化。I.Debruyne介紹了一種德國專利技術(shù)——新型Multicracker脫皮機(jī)的產(chǎn)業(yè)。與傳統(tǒng)脫皮技術(shù)相比,此技術(shù)具有良好的去皮效果,但不會碾碎大豆,對大豆顆粒的破壞可降至最低。該設(shè)備只需根據(jù)大豆的品質(zhì)和顆粒大小調(diào)整與之相匹配的分類間距和圓輥轉(zhuǎn)速,就可使大豆破碎,但破碎的大豆幾乎是整粒大豆或半粒大豆,幾乎沒有細(xì)粒出現(xiàn)。破碎的大豆再結(jié)合流化床技術(shù)進(jìn)行去皮,即可有效地實(shí)現(xiàn)大豆的脫殼。同時(shí),Multicracker設(shè)備在小單元面積內(nèi)就可達(dá)到較高生產(chǎn)能力,每40 t/h。該生產(chǎn)能力完全可以與大型大豆粉碎中所使用的傳統(tǒng)刨片機(jī)和輥筒碾粉機(jī)媲美。同時(shí)通過這種機(jī)器的處理可以得到質(zhì)量均勻的產(chǎn)品,可保證高達(dá)80%的大豆符合加工所需的顆粒度。
已烷是工業(yè)化提取大豆油的傳統(tǒng)萃取劑,已烷是一種可破壞臭氧層的揮發(fā)性有機(jī)成分,而且,已烷對工人的身體健康存在安全隱患,被EPA宣布為有害空氣污染物。因此,機(jī)械擠壓制油法為許多研究者所倡導(dǎo)。M.N.Riaz認(rèn)為采用機(jī)械加工方式提取大豆油投入少,操作環(huán)境無污染。用擠壓機(jī)對大豆進(jìn)行加工處理,使大豆的油細(xì)胞破裂,再通過壓榨或擠壓使大豆油移出,余下的豆渣餅含5%~7%的油脂。這種方法還可以使胰蛋白酶抑制劑失活,產(chǎn)生的餅粕可用作飼料,制備的大豆粉還具有顯著的功能特性。
大豆分離蛋白是一種專用型優(yōu)質(zhì)蛋白,其提取技術(shù)倍受關(guān)注。F.S.Chen用超聲波輔助反膠束萃取法制備大豆分離蛋白,并對所得蛋白的功能特性進(jìn)行了比較。超聲波輔助反膠束萃取法制備的大豆分離蛋白的持水性、起泡性及起泡穩(wěn)定性、乳化性及乳化穩(wěn)定性均優(yōu)于其他兩種蛋白,但溶解性略次于反膠束萃取的大豆蛋白。
大豆多肽(SPS)富含必需氨基酸,且氨基酸比例平衡,具有良好的溶解性、吸濕性和保濕性,并顯現(xiàn)優(yōu)良的抗氧化性和ACE抑制活性,受到食品工業(yè)界廣泛關(guān)注。Zhang W B利用酶膜反應(yīng)器并結(jié)合大孔吸附樹脂提取大豆多肽,對制備工藝進(jìn)行了優(yōu)化研究。原料初始量(Ji)、初始蛋白質(zhì)濃度([S])和初始蛋白酶濃度([E]/[S])對平均水分含量和蛋白質(zhì)回收率影響顯著。此外,還有研究者報(bào)道了膜超濾法制備抗高血壓肽的壓力、濃度、溫度和時(shí)間的參數(shù)。
與利用商業(yè)酶制劑水解蛋白不同,Haibo Wu選擇三株枯草芽孢桿菌制備蛋白酶并用于蛋白酶解。選擇產(chǎn)酶活力(3 290.8 u/mL)最高一株菌,并在距離功率為15W的紫外燈30cm處照射120 s進(jìn)行誘變,獲得的突變菌株UV-12-3的堿性蛋白酶酶活為4 238.6 u/mL,比原始的對照菌株的酶活提高了28.8%。用UV-12-3水解12%的脫脂豆粉溶液,最佳水解條件確定為:pH 6.5,溫度32℃,水解時(shí)間42 h,接種量8%,該條件下水解度達(dá)到了46.7%。酶解物在不同的加工條件下分別利用殼聚糖和NOVO風(fēng)味酶絮凝和脫苦,最佳絮凝條件為:pH 4,攪拌時(shí)間12 min,溫度 30℃,殼聚糖用量200 mg/L;最佳脫苦條件:pH 7,溫度50℃,水解時(shí)間4 h,酶用量24 000 IU/100g。
大豆新產(chǎn)品的開發(fā)不但增加了大豆制品的品種,而且提高了大豆的利用率,增加了大豆的附加值。眾所周知,冠心病和心肌梗塞的發(fā)生率與葉酸、B6和B12的攝入量呈反比關(guān)系。R.Masuda長年研究菜用大豆(毛豆)的品質(zhì)和營養(yǎng)價(jià)值,他對日本東北地區(qū)的著名毛豆品種dadachamame等其它高蛋白品種研究發(fā)現(xiàn),在成熟過程中大豆有相當(dāng)高含量的5-甲基-四氫葉酸(5M-THF)。5M-THF是大豆種子中葉酸的主要形式,其聚谷氨酸含量在綠熟期很高,而在干燥和熟化大豆貯藏過程中會隨之降低。同時(shí),維生素B6的總含量在種子后熟期會急劇降低,完全成熟后保持含量不變。在蒸煮毛豆時(shí),5MTHF和其它水溶性熱不穩(wěn)定成分的含量會呈下降趨勢。然而,采用正常或過熱蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)加熱,可大大阻止5M-THF含量的減少。未成熟大豆種子營養(yǎng)價(jià)值高,不但可用作毛豆的品種,而且也可以用于加工零食和魚糜類食品,成為一種膳食葉酸補(bǔ)充劑的高副加值食品。
豆渣是生產(chǎn)豆奶、分離蛋白等產(chǎn)品的副產(chǎn)物,多被作為飼料廉價(jià)出售。多年來,已有許多學(xué)者研究豆渣的利用技術(shù)問題,如制備膳食纖維,可溶性多糖穩(wěn)定劑等,提高產(chǎn)品的附加值。Y.H.Wang以蛋白酶和纖維素酶聯(lián)合作用分解豆渣發(fā)現(xiàn),與只用蛋白酶酶解相比,先用纖維素酶酶解后再用蛋白酶酶解可以顯著提高豆渣的水解度,提高幅度為28.1%。酶解液營養(yǎng)豐富,無異味,添加到豆?jié){中不僅可以提高固形物和含氮量,而且大豆低聚糖等生理活性物質(zhì)對提高豆?jié){生理功能具有重要作用。
大豆低聚糖是最好的益生元,它在豆乳中含量很高。它能刺激大腸中嗜酸乳桿菌和雙歧桿菌等益生菌微生物的生長。S.S.Shukla結(jié)合大豆低聚糖的益生元作用,將牛奶和豆奶進(jìn)行復(fù)配,生產(chǎn)出了即食性益生元大豆速溶品,對二者的加工工藝進(jìn)行了優(yōu)化,確定了益生菌數(shù)量的最佳范圍,溶解指數(shù),密度和水分含量。將加工所得速溶性干燥粉進(jìn)行復(fù)水,產(chǎn)品很受歡迎。
以上是作者對第八屆世界大豆研究大會加工技術(shù)專場有關(guān)食品研究熱點(diǎn)問題進(jìn)行的總結(jié)。應(yīng)該指出的是,還有許多有關(guān)非食品工業(yè)的研究成果沒有收錄到本文中,如妊娠期和哺乳期的大豆蛋白限飼與初生和斷奶仔豬血液中激素水平的關(guān)系;將大豆油脂進(jìn)行氫化反應(yīng)制備大豆?jié)櫥吞娲V物油研究等。但我們相信,各國學(xué)者的研究報(bào)道為我們了解國際研究熱點(diǎn)和前沿問題提供了重要的參考,我國與會者通過對上述信息了解并進(jìn)一步詳細(xì)查閱相關(guān)資料,會為我國大豆食品研究和產(chǎn)業(yè)開發(fā)帶來新思路和新方法。
TS 201.1
B
1674-3547(2010)01-0001-05
2009-12-28
郭順堂教授,中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院副院長。主要從事植物蛋白、乳蛋白的食品化學(xué)、營養(yǎng)化學(xué)和功能性成分的生理活性研究,開發(fā)大豆食品、植物蛋白加工和應(yīng)用新技術(shù)以及乳成分分離加工新技術(shù)研究。