陳 杰,譚 琳,張 清,*,張黎驊
(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,四川雅安 625014; 2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)機電學(xué)院,四川雅安 625014)
豆腐是以大豆為主要原料,經(jīng)漂洗、浸泡、磨漿、煮漿、濾漿、點腦、壓制成型、包裝等工藝加工制成的非直接入口的豆制品,在中國、日本和韓國等東南亞國家非常受歡迎,已經(jīng)有2000多年的歷史[1]。豆腐營養(yǎng)豐富,口感柔和,在干基狀態(tài)下蛋白質(zhì)含量高達50%,不含膽固醇,飽和脂肪含量低。常食用豆腐,對人體有很大的健康效益,如減少患動脈粥樣硬化的幾率、降低人體血液中膽固醇含量等,具有良好的健康效應(yīng)[2-4]。
傳統(tǒng)的豆腐制作主要包括原料清選、浸泡、制漿、煮漿、過濾、點漿、成型等工序,其中制漿是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。近年來,豆腐制漿技術(shù)主要包括干法超微粉碎制漿技術(shù)和濕法超微粉碎制漿技術(shù),各種制漿技術(shù)在生產(chǎn)應(yīng)用中各有利弊[5-6]。豆腐制漿工藝對豆?jié){的粒度、穩(wěn)定性、大豆蛋白凝膠性,以及后續(xù)凝膠成型、豆腐的口感、凝膠強度、硬度等具有顯著的影響。
本文詳細闡述現(xiàn)有超微粉碎制漿技術(shù)在豆腐中的作用及應(yīng)用現(xiàn)狀,明確了各種技術(shù)的發(fā)展前景及存在的問題,對進一步改進和開發(fā)新的制漿技術(shù)及提高豆腐品質(zhì)口感具有重要參考價值。
干法超微粉碎是將未經(jīng)浸泡的大豆進行超微粉碎后,再按一定料水比配兌制漿。其工藝包括大豆篩選除雜、粗粉碎、微粉碎、兌水調(diào)漿等步驟,與傳統(tǒng)制漿工藝相比,干法超微粉碎制漿無需對大豆進行浸泡,效率更高。干法超微粉碎主要設(shè)備有球磨機、氣流粉碎機和高速粉碎機等[7]。其中,球磨機是利用球或棒形研磨介質(zhì)產(chǎn)生的高強度旋轉(zhuǎn)沖擊運動實現(xiàn)對物料粉碎的裝置;氣流粉碎機是將多股經(jīng)過濾干燥后的氣流同時噴入粉碎倉,使物料被反復(fù)碰撞、剪切而破碎的裝置;高速粉碎機是利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪帶動物料高速旋轉(zhuǎn),與動刀片產(chǎn)生碰撞、剪切、摩擦,從而實現(xiàn)對物料的粉碎[8-10]。
干法超微粉碎制漿是一種新興的制漿技術(shù),在全豆豆?jié){和豆腐的生產(chǎn)過程中尤為重要。李升等[11]研究了干法制漿工藝(制粉調(diào)漿)和濕法制漿工藝(泡豆打漿)對制備全子葉豆腐的基本特征的影響。結(jié)果表明,與濕法制漿工藝相比,干法制漿工藝生產(chǎn)的全子葉豆腐的外觀和質(zhì)構(gòu)特性更好,而豆腐的色澤和基本成分差異不顯著;與傳統(tǒng)去渣工藝相比,濕法制漿工藝和干法制漿工藝分別提高產(chǎn)量41.23%和46.67%,后者比前者效率更高。Kuo等[12]利用研磨機制備全豆豆?jié){,并與過濾豆?jié){的營養(yǎng)成分進行對比分析。當(dāng)研磨機攪拌速度為3000 r/min,研磨時間為60 min時,豆?jié){平均粒徑可達(26.6±14.6) μm;豆?jié){的固體回收率為98.44%±0.16%,黏度為(160.59±4.26)cps,膳食纖維含量為22.68%±0.97%(干基),多酚回收率為95.15%±7.09%,異黃酮含量為(4.42±0.03) mg/g,其含量均大于過濾豆?jié){;而且研磨機制備的豆?jié){中的異黃酮苷元是過濾豆?jié){的兩倍,同時,保留了大豆中的膳食纖維。
干法超微粉碎制漿技術(shù)可與濕法超微粉碎制漿技術(shù)聯(lián)用。Joo等[13]結(jié)合干法超微粉碎和濕法超微粉碎技術(shù)制作全豆豆腐,將15 g經(jīng)超微粉碎的全脂豆粉加入100 mL熱水中,之后在10000 r/min的條件下均質(zhì)2 min;將均質(zhì)后的豆?jié){放在95 ℃條件下加熱5 min,隨后加入10%的TG酶,在50 ℃條件下保溫60 min,最后在95 ℃條件下保溫10 min,全豆豆腐凝固成型。用此法制作的豆腐的硬度可達645 g,彈性可達0.98。
可見,干法超微粉碎制漿可降低豆?jié){的粒徑,提高豆腐的出品率、硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性等,避免了大豆中異黃酮、膳食纖維等營養(yǎng)成分的流失,且效率高于傳統(tǒng)制漿工藝。然而,干法超微粉碎技術(shù)生產(chǎn)的豆?jié){的持水力、膨脹力和結(jié)合水力次于濕法超微粉碎,而且干法超微粉碎制漿對設(shè)備的要求高[14],這可能是阻礙干法超微粉碎技術(shù)在豆?jié){、豆腐生產(chǎn)中應(yīng)用的主要因素。
濕法超微粉碎制漿技術(shù)主要使用膠體磨、超聲波細胞粉碎機、高壓均質(zhì)機和超高壓均質(zhì)機等設(shè)備進行超微粉碎處理,其工藝環(huán)節(jié)大致包括大豆篩選除雜、浸泡、粗磨、微磨等步驟[15-18]。
膠體磨又稱分散磨,由定子和轉(zhuǎn)子組成,是工業(yè)上最常用的高含油量產(chǎn)品的乳化裝置。膠體磨工作時,物料在層流剪切條件下流經(jīng)轉(zhuǎn)子和定子之間的微小間隙,受到剪切、摩擦和高頻振動,進而被有效的乳化、分散和破碎[19]。
膠體磨粉碎可減小豆?jié){的粒徑,改善豆腐的凝膠強度、口感、彈性、內(nèi)聚性等;但膠體磨磨漿次數(shù)不宜過多,否則非但不能起到減小豆?jié){粒徑的作用,還會降低豆腐的硬度。于濱[20]等研究了膠體磨磨齒間隙(10~30 μm)對內(nèi)酯豆腐質(zhì)構(gòu)特點的影響,發(fā)現(xiàn)膠體磨處理能顯著提高內(nèi)酯豆腐的彈性和內(nèi)聚性;但在間隙為10 μm 的情況下,研磨時間超過2 min會降低豆腐的硬度。冉春霞等[21]研究了全豆磨漿粒度對全豆腐乳白坯品質(zhì)的影響,研究發(fā)現(xiàn),膠體磨磨漿次數(shù)越多,全豆豆?jié){顆粒粒徑越小,全豆腐乳質(zhì)地越接近傳統(tǒng)腐乳白坯;但磨漿次數(shù)超過3次時,全豆豆?jié){顆粒大小及豆腐品質(zhì)無顯著差異。
與傳統(tǒng)粉碎方式石磨相比,膠體磨濕法粉碎技術(shù)處理的豆?jié){粒徑小,分布均勻,并且能耗小。但與離心處理和均質(zhì)處理方式相比,膠體磨處理對豆?jié){穩(wěn)定性、粒徑分布、感官品質(zhì)的影響相對較小。王小龍等[22]分析了石磨、膠體磨對大豆粉碎特性的影響,研究發(fā)現(xiàn)膠體磨研磨物料的粒徑尺寸取決于動靜磨齒的間隙,利用膠體磨對大豆研磨 30 s,粒徑可以達到460 μm,其粉碎時間比石磨短。膠體磨的能耗受磨齒間隙的影響,磨齒間隙大,能耗低,磨齒間隙小,能耗高;與石磨和剪切粉碎機相比,膠體磨研磨的物料粒徑最小。Vishwanathan等[23]考察了石磨、攪拌研磨機和膠體磨三種不同粉碎方式對粒徑、蛋白回收率以及豆?jié){質(zhì)量的影響。研究結(jié)果表明,粒徑對豆乳蛋白回收率有顯著影響,粒徑越小,蛋白質(zhì)回收率越高。攪拌研磨機研磨的豆乳粒徑最小,膠體磨次之,但攪拌研磨機能耗高;與石磨相比,膠體磨研磨的豆?jié){粒徑小,且能耗低,適合大規(guī)模生產(chǎn)。俞小良等[24]利用激光衍射粒度分析儀考察了膠體磨、離心等處理方式對豆?jié){穩(wěn)定性及粒徑分布的影響,并通過感官評價方法對豆?jié){品質(zhì)進行了評定。研究發(fā)現(xiàn),膠體磨處理明顯減小了豆?jié){體積平均粒徑及分布寬度,使豆?jié){粒徑分布更均勻,提高了豆?jié){的穩(wěn)定性以及感官品質(zhì)。膠體磨處理主要對200 μm以上的纖維顆粒有明顯分散效果,與離心處理相比,膠體磨處理對豆?jié){穩(wěn)定性、粒徑分布、感官品質(zhì)的影響相對較小,適合與其它工藝聯(lián)用。
膠體磨可在短時間內(nèi)粉碎豆?jié){中的固形物,同時兼有分散、均質(zhì)等作用,從而改善豆腐的凝膠強度、口感、彈性、內(nèi)聚性等;且結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,占地面積小,適用于全豆豆腐的加工生產(chǎn)。但膠體磨濕法粉碎技術(shù)加工精度高,易磨損,而且在間隙較小的情況下長時間研磨會降低豆腐的硬度,因此在生產(chǎn)過程中應(yīng)結(jié)合實際情況考慮磨齒間隙的調(diào)整。
超聲波粉碎技術(shù)的設(shè)備是超聲波粉碎機,它是利用超聲波在處理物料中產(chǎn)生的空化效應(yīng),從而使物料震碎。高頻率低強度超聲波可用于分析食品含糖量、硬度、成熟度、酸度等理化性質(zhì),而低頻率、高強度超聲波可改變食品的理化特性[25]。
近年來,超聲波技術(shù)在豆制品生產(chǎn)中的應(yīng)用引起了研究人員的高度重視。超聲波處理可顯著提高豆?jié){的溶解性、降低豆?jié){的黏度,提高豆腐的保水性[26]。何仁等[27]研究發(fā)現(xiàn),在大豆磨漿前后對其進行超聲處理,可加快大豆的吸水速率、縮短大豆的浸泡時間,同時,可顯著提高豆?jié){的蛋白質(zhì)和可溶性固形物含量。于濱等[20]研究了超聲波功率強度(1~3 W/g)對內(nèi)酯豆腐質(zhì)構(gòu)特點的影響,研究發(fā)現(xiàn),超聲波處理可減小豆?jié){的粒徑,改善豆腐的硬度和彈性,但超聲波處理會顯著降低內(nèi)酯豆腐的內(nèi)聚性。Jambrak等[28]研究了不同超聲波功率強度對大豆蛋白物理性質(zhì)的影響,研究發(fā)現(xiàn)超聲波處理可顯著減小豆?jié){的粒徑,增加豆?jié){的電導(dǎo)率、溶解性和大豆蛋白的比表面積,從而增加豆?jié){的乳化活性指數(shù),改善豆腐的質(zhì)地。
超聲波處理可提高豆?jié){的溶解性和可溶性固形物含量,增加蛋白質(zhì)表面疏水性和游離巰基含量,促進共價鍵和非共價鍵在蛋白質(zhì)分子之間的相互作用;通過超聲波粉碎技術(shù)可改善豆腐的硬度和彈性,提高豆腐的凝膠強度、持水力以及豆腐的出品率,同時,可使豆腐的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加緊密均勻;但超聲波處理會降低豆腐的內(nèi)聚性。
高壓均質(zhì)機主要由高壓均質(zhì)腔和增壓機構(gòu)構(gòu)成。高壓均質(zhì)機工作時,物料通過柱塞泵吸入閥組中,被高壓擠壓穿過限流縫隙,產(chǎn)生剪切效應(yīng),瞬間失壓的物料以極高的流速噴出,撞擊在堅硬的閥座上,產(chǎn)生空穴效應(yīng)和撞擊效應(yīng),致使物料粉碎細化[29-31]。
高壓均質(zhì)處理可在高速剪切力的作用下破壞物料細胞壁,使其破碎。目前,高壓均質(zhì)處理技術(shù)已成為制漿的主要技術(shù)之一[32]。Zhang等[33]采用氯化鈣為凝固劑,研究了高壓均質(zhì)處理對豆?jié){中大豆蛋白改性以及豆?jié){所形成的凝膠的影響,研究發(fā)現(xiàn),高壓處理可增加豆?jié){的黏度,使豆?jié){中的大豆蛋白發(fā)生變性,展現(xiàn)出更多的疏水區(qū);同時還能提高豆腐的硬度以及改善豆腐凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),減少豆腐中微生物數(shù)目,延長豆腐貨架期。
高壓均質(zhì)處理技術(shù)還可與膠體磨粉碎技術(shù)聯(lián)用,以改善豆腐的品質(zhì)。劉昱彤等[34]結(jié)合高壓均質(zhì)和膠體磨粉碎技術(shù)研究了不同加工條件對全豆豆腐凝膠強度的影響。研究發(fā)現(xiàn),結(jié)合膠體磨粉碎技術(shù),在豆?jié){中酶添加量為1.2 U/mL,氯化鈉添加量0.125%,溫度為50 ℃,凝固時間2 h的條件下,生產(chǎn)全豆豆腐,豆腐成型好,不易松散,彈性適中,豆香味十足;而且采用高壓均質(zhì)技術(shù)制漿無 “過濾豆渣”的工序,保留了豆渣中的營養(yǎng)成分,制得的豆腐營養(yǎng)價值高。孫德坤等[35]結(jié)合膠體磨和高壓均質(zhì)技術(shù)研究了不同條件對全豆豆腐凝膠強度和保水性的影響。研究發(fā)現(xiàn),在20 ℃左右浸泡大豆,配成1∶9的豆?jié){濃度,用膠體磨對豆?jié){進行初步粉碎,在95 ℃煮漿5 min,之后利用高壓均質(zhì)機對熟漿進行高壓均質(zhì),加入GDI(濃度為0.28%)進行點漿,在90 ℃保溫30 min后,立即冷卻、成型。這樣制成的豆腐強度大,富有光澤和彈性、持水性好、質(zhì)地細膩、口感好,而且屬于純膳食纖維豆腐。
在制漿過程中,高壓均質(zhì)處理技術(shù)極其重要。在制漿過程中對豆?jié){進行高壓均質(zhì)處理可減小豆?jié){的粒徑,使其分布更加緊密均勻,從而改善豆腐的口感,提高豆腐的凝膠強度、硬度等,與膠體磨粉碎技術(shù)聯(lián)用效果更佳,具有廣闊的發(fā)展前景。
超高壓均質(zhì)技術(shù)是制作精細、穩(wěn)定的亞微米乳劑的新興技術(shù)[36-37],它是一種具有廣闊前景的非熱加工技術(shù),可有效降低熱加工過程中熱效應(yīng)對食品的影響,提高產(chǎn)品的“新鮮度”[38]。超高壓均質(zhì)技術(shù)的原理與高壓均質(zhì)技術(shù)相同,其最大的區(qū)別在于高壓均質(zhì)技術(shù)的壓力一般為20~60 MPa,而超高壓均質(zhì)技術(shù)的壓力在60 MPa以上,最高可達400 MPa[39-40]。此外,經(jīng)超高壓均質(zhì)處理的乳液粒徑更小,分布均勻,物理性能更加穩(wěn)定,最重要的一點是可在加工過程中起到殺菌作用[41-42]。其被應(yīng)用于減小粒徑、穩(wěn)定乳狀液、抑制腐敗微生物或病原體,以及改善流變性能和食品質(zhì)地等領(lǐng)域[43-47]。近年來,由于超高壓均質(zhì)強大的壓力所引起的空化效應(yīng)、高速剪切、湍流和撞擊等能誘導(dǎo)大豆蛋白分子的構(gòu)造,使高壓均質(zhì)成為了制備大豆產(chǎn)品的潛在技術(shù)[48-49]。
超高壓均質(zhì)處理對豆?jié){蛋白的表面疏水性和巰基含量有影響,豆?jié){蛋白表面疏水性的增加和巰基含量的增多可提高豆腐凝膠強度,降低豆腐失水率[50]。Liu等[51]研究發(fā)現(xiàn),超高壓均質(zhì)可使大豆蛋白發(fā)生變性、分解、重組,從而改變豆?jié){中蛋白質(zhì)的巰基含量以及表面疏水性;超高壓均質(zhì)壓力對均質(zhì)效果起著決定性作用,直接施加高壓力的均質(zhì)效果比重復(fù)均質(zhì)次數(shù)的均質(zhì)效果好。
對豆?jié){進行超高壓均質(zhì)處理還可提高豆?jié){的風(fēng)味,改善豆?jié){的感官品質(zhì),同時對豆?jié){有滅菌效果,其滅菌效果優(yōu)于巴氏殺菌。Poliseliscopel等[52]研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)超高壓均質(zhì)處理后的豆?jié){中的揮發(fā)性物質(zhì)會發(fā)生細微變化,在處理過程中,加熱溫度、保溫時間是影響豆?jié){中揮發(fā)性物質(zhì)最主要的因素,當(dāng)溫度較高時,豆乳中的呋喃化合物會和醛、酮及醇類化合物相結(jié)合,從而影響豆?jié){的風(fēng)味;當(dāng)均質(zhì)壓力為300 MPa、溫度為80 ℃時,呋喃類化合物含量較少,豆?jié){風(fēng)味最佳。Poliseliscopel等[53]分析了超高壓均質(zhì)處理(200 MPa、75 ℃)對豆?jié){中微生物(嗜溫好氧菌總數(shù)、需氧孢子、腸道細菌總數(shù))、膠體與色澤穩(wěn)定性和感官的影響,并與經(jīng)巴氏殺菌(90 ℃、30 S)的豆?jié){相對比。研究發(fā)現(xiàn),對豆?jié){進行高壓均質(zhì)處理的殺菌效果比巴氏殺菌效果好,而且經(jīng)高壓均質(zhì)處理后的豆?jié){的膠體穩(wěn)定性和色澤穩(wěn)定性好,固體沉淀物少,感官特性好。當(dāng)均質(zhì)壓力為200 MPa、進水溫度為55 ℃時,殺菌效果最好。Poliseliscopel等[54]研究了超高壓均質(zhì)處理和巴氏殺菌超高溫結(jié)合處理方式下豆?jié){的微生物(細菌總數(shù)、有氧孢子、蠟樣芽胞桿菌),化學(xué)特性(脂氧合酶活性、過氧化氫含量、胰蛋白酶抑制活性)和物理特性(分散穩(wěn)定性、粒徑分布)。研究發(fā)現(xiàn),超高壓均質(zhì)的殺菌效果明顯優(yōu)于巴氏殺菌,與傳統(tǒng)處理方式相比較,高壓均質(zhì)處理后的豆?jié){的粒徑顯著減小,物理穩(wěn)定性更好,過氧化氫含量低,但是其胰蛋白酶抑制活性較低。Toro等[55]對相同貯藏條件下經(jīng)高壓均質(zhì)殺菌處理和加熱殺菌處理豆?jié){中的大豆異黃酮、蛋白質(zhì)消化率以及賴氨酸有效性的變化進行了對比研究。研究發(fā)現(xiàn),在冷藏過程中,兩種處理方式豆?jié){的蛋白質(zhì)消化率無顯著差異;與熱處理的豆?jié){相比,經(jīng)高壓均質(zhì)豆?jié){的大豆異黃酮苷元轉(zhuǎn)換率更低,豆?jié){感官品質(zhì)更好;此外,從營養(yǎng)和毒理學(xué)角度來講,經(jīng)高壓均質(zhì)處理豆?jié){樣品中的賴氨酸不易被破壞,豆?jié){感官品質(zhì)好。由此可見,對豆?jié){進行高壓均質(zhì)處理可以改善豆?jié){的質(zhì)量。
超高壓均質(zhì)處理不僅能改變豆?jié){中蛋白質(zhì)的巰基含量、表面疏水性,提高豆?jié){的風(fēng)味,改善豆?jié){的感官品質(zhì),對豆?jié){進行滅菌,同時還能減小豆?jié){顆粒粒徑,改善豆腐的口感,增加豆腐的保水率。姜梅[56]研究了超高壓均質(zhì)對豆乳及豆腐特性的影響,研究發(fā)現(xiàn),豆乳顆粒粒徑隨壓力升高而顯著減小,豆腐的硬度、彈性、粘聚性、保水率和咀嚼性隨壓力升高而顯著增加,但過度均質(zhì)豆乳顆粒會重新聚合,使豆乳粒徑增大,不穩(wěn)定性增強。在均質(zhì)壓力140 MPa,進口溫度20 ℃的條件下循環(huán)兩次,豆乳粒徑大小可達到亞微米級,口感細膩;在100、140 MPa時,豆腐保水率比0 MPa分別增加了1.47%、2.45%;140 MPa豆腐的咀嚼性分別比0、20 MPa時提高了112.7%、87.9%。同時,發(fā)現(xiàn)超高壓均質(zhì)有抑菌和鈍酶效果,但其效果比熱處理的抑菌、鈍酶效果差。
超高壓均質(zhì)處理可顯著減小豆?jié){的粒徑,減少豆?jié){中固體沉淀物,增加豆?jié){穩(wěn)定性,提高豆?jié){的風(fēng)味,且豆?jié){中賴氨酸不易被破壞;其還可對豆?jié){起到殺菌作用,且作用優(yōu)于巴氏殺菌,但不及熱處理。同時,對豆?jié){進行超高壓均質(zhì)處理可改變豆?jié){蛋白質(zhì)中的巰基含量以及表面疏水性,從而增強豆腐凝膠強度、硬度、彈性、內(nèi)聚性,降低豆腐失水率。但過度均質(zhì)豆乳顆粒會重新聚合,使豆乳粒徑增大,不穩(wěn)定性增強。
綜上所述,豆腐制漿工藝主要包括干法超微粉碎制漿和濕法超微粉碎制漿,不同制漿工藝各有優(yōu)缺點,對豆?jié){及豆腐品質(zhì)存在一定程度的影響。不同制漿工藝優(yōu)、缺點及對豆?jié){、豆腐品質(zhì)影響差異見表1。
表1 干法超微粉碎和濕法超微粉碎制漿工藝比較Table 1 Comparison of pulping process by super micro-milling with dry processing and wet processing
近年來,由于全豆豆腐的加工可避免傳統(tǒng)去渣豆腐濾渣工序造成的膳食纖維、多不飽和脂肪酸、鈣、以及碳水化合物等營養(yǎng)成分的流失,提高了豆腐的營養(yǎng)價值,全豆豆?jié){及全豆豆腐產(chǎn)品逐漸進入大眾的視線。這使得對于大豆膳食纖維微細化的需求更為迫切,進而對超微粉碎制漿技術(shù)提出了更高的要求。干法超微粉碎制漿技術(shù)和膠體磨、超聲波、高壓均質(zhì)、超高壓均質(zhì)等濕法超微粉碎制漿技術(shù)均可在一定程度上滿足豆?jié){微細化的需求,但對于全豆產(chǎn)品的制備還有待進一步研究。目前針對豆腐超微粉碎制漿工藝的研究,多限于膠體磨、高壓均質(zhì)和超高壓均質(zhì)等濕法制漿工藝的獨立性研究,對于干法超微粉碎制漿工藝和濕法超微粉碎制漿工藝的聯(lián)合使用還可以做進一步研究,特別是干法超微粉碎制漿工藝和超聲波制漿工藝、高壓均質(zhì)制漿工藝結(jié)合使用的研究,從而達到提高豆?jié){、豆腐整體品質(zhì)的目的。