哈尔滨商业大学朱秀清教授等：TG酶-MgCl2协同诱导对冷榨豆粉凝胶的影响
2022-11-14作者：来源：食品科学杂志责任编辑：食品界
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冷榨豆粉作为传统大豆冷榨油加工所得的副产物，具有蛋白变性程度低、总蛋白含量高于大豆（约占40%～45%）、低脂和富含膳食纤维等优势，可作为蛋白原料加工成豆制品，但在食品领域还没有被广泛开发利用。豆腐作为国民餐桌上的传统大豆制品之一，其特点在于入口醇厚、消化性好、富含蛋白质。形成豆腐凝胶的机制在于依靠热处理使大豆蛋白质发生热变性，暴露分子间疏水基团，增强分子间相互作用力（如二硫键、疏水键等），聚集大豆蛋白，并通过凝固剂的桥梁作用形成含有大量水分的蛋白凝胶网络。盐卤（MgCl2）的凝固机理为多数学者公认的“盐离子桥”，广泛应用于豆腐的制作。
哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江省谷物食品与谷物资源综合加工重点实验室的王逢秋节、杨鑫鑫、朱秀清*等以冷榨豆粉为原料，通过添加MgCl2与TG酶作为蛋白胶凝剂，以普通卤水豆腐为对照，进一步从原料差异性、成品表观指标和微观指标的角度探究其协同诱导对豆腐凝胶形成的影响，从而使冷榨豆粉的应用多元化、产业化，提升冷榨豆粉豆腐生产过程的可调控性，为我国豆腐加工业提供一条新的思路和途径，对豆制品的深加工具有一定的理论价值和现实意义。
由表2可知，MT豆腐、MTG豆腐的水分含量显著低于OT豆腐，这主要是由于MT豆腐、MTG豆腐是由冷榨豆粉原料制成，冷榨豆粉中含有大量不溶性纤维，部分阻隔了蛋白凝胶形成的稳定性，致使蛋白凝胶对水分的包裹作用减弱，在豆腐制作的压榨过程中水分更易流出；且MT豆腐、MTG豆腐加工原料不同于OT豆腐，OT豆腐以普通大豆为原料，普通大豆的蛋白干基质量分数为（40.58±0.18）%，相近于冷榨豆粉的蛋白质干基质量分数（41.96±0.03）%，大豆原料经磨浆、甩渣工艺除去大量不溶性纤维后，相对于同样浓度的冷榨豆粉浆料蛋白质含量更高，保留更多的可溶性蛋白，故冷榨豆粉制备成豆腐后，其蛋白含量略低于OT豆腐的蛋白含量，也是导致蛋白包裹水的总含量降低的原因之一。MTG豆腐的脂肪含量约是OT豆腐的1/3，体现出冷榨豆粉低脂肪含量的优势。MTG豆腐与MT豆腐的脂肪含量略高于原料冷榨豆粉的脂肪含量，主要由于冷榨豆粉浆料中有部分大分子不溶性纤维组分在缓慢点脑的过程中沉降，未参与豆腐凝胶的形成，而其中的油脂在加入MgCl2凝固剂后与蛋白结合包裹在蛋白质凝胶中，增强油脂的聚集行为，产生大分子物质在压制过程中难以以黄浆水的形式除去，最终留在豆腐中。MTG豆腐膳食纤维含量约是OT豆腐的3 倍，符合豆腐产品富含膳食纤维的定义。MTG豆腐与MT豆腐所含膳食纤维含量显著低于原料冷榨豆粉，这是由于冷榨豆粉经豆腐制作工艺后，料水比为1∶9，吸入大量水分和在未被蛋白交联而损失一定的粗纤维造成。
如图1所示，MTG、MT豆腐的持水性显著高于OT豆腐，这是由于冷榨豆粉富含膳食纤维能够更好地截留住水分，减少水分流失；而MTG豆腐的持水性（51.01%）显著高于MT豆腐（46.31%），这可能是TG酶的交联使蛋白凝胶强度提升，其持水能力增强，这与Zhang Mingkai等研究结果一致。MTG豆腐与MT豆腐的出品率显著高于OT豆腐，从膳食纤维的物性成分而言，其所含诸多的亲水性基团，能显著提升成品豆腐凝胶吸水能力。而MTG豆腐的出品率（244%）显著高于MT豆腐（217%），从脂肪不易溶于水的特性分析，这更可能是MTG豆腐含更多的蛋白质与膳食纤维协同提升其出品率。
所制豆腐样品的色度测定结果如表3所示，样品直观图如图2所示。由于原料的差异，MT豆腐和MTG豆腐相对照于OT豆腐，色度差异性显著。MT豆腐与MTG豆腐的明度值均显著低于OT豆腐，这是由于冷榨豆粉所含膳食纤维自身偏黄褐色的原因。MTG与MT豆腐相比，明度值显著增加，红绿度值升高，黄蓝度值降低，整体表现为偏红、偏黄，更接近OT豆腐。
如表4所示，OT豆腐的硬度显著高于MT豆腐与MTG豆腐，这与大豆豆浆中的高含量可溶性蛋白和低膳食纤维含量相关。其中MT豆腐的最大硬度为1 046.67 g，这是由于适宜浓度的镁离子能够稳定蛋白构象，使蛋白质分子相互交联增强，发生“盐溶”现象，使蛋白凝聚成均一稳定的凝胶形态。而MTG豆腐的硬度显著高于MT豆腐，这是因为TG酶能诱导蛋白质分子间的赖氨酸基团，以共价结合的方式促进蛋白质之间形成聚集体。MTG豆腐的胶着性显著高于MT豆腐，说明样品经复合改善后，抵抗外力维持原状的能力显著提升，增强豆腐口感。经MgCl2与TG酶协同诱导后的MTG豆腐整体质构最好，其弹性、黏聚性与OT豆腐无显著差异，但硬度与胶着性与OT豆腐有显著差异，亦体现在感官评定中MTG豆腐的口感较OT豆腐存在一定差距，这是由于膳食纤维与凝胶形成呈负相关，高含量的膳食纤维会阻碍蛋白凝胶网络的形成，从而显著降低豆腐的质构。
如表5所示，MT豆腐的产品感官得分最低，而MTG豆腐的感官评分达到88.00±1.00，最接近OT豆腐，说明TG酶的加入明显改善以MgCl2为单一凝固剂的产品表观质构，使结构致密细腻，这与2.4节质构测评结果一致。综合考虑，所制MTG豆腐的产品符合预期，明显改善产品表观。
如图3所示，OT豆腐较MT豆腐的弛豫时间长，水分流动性强，所含自由水最多，这就解释以大豆为原料制备豆腐的持水性显著低于冷榨豆粉实验组。Xing Gangliang等的研究表明，TG酶与乳酸菌的复合使用可以获得更高聚合度的蛋白凝胶，降低蛋白孔隙，从而提升产品豆腐的持水能力。
如图5所示，可以明确所制豆腐样品的蛋白二级结构相对含量关系，豆腐的凝胶特性由蛋白二级结构的相对含量决定。如表6所示，3 种豆腐样品的二级结构相对含量，以β-折叠为主，这是凝胶具有相当刚性的主要原因，其中OT豆腐的β-折叠相对含量最高，这也很好的解释MT豆腐与MTG豆腐的硬度均低于普通豆腐的原因。OT豆腐的α-螺旋相对含量高于MT豆腐组与MTG豆腐，这说明蛋白在盐类及酶类凝固剂的影响下，其部分基础结构α-螺旋开始解离，无序性结构开始增加。β-转角大部分存在分子表面，稳定其邻近的肽段，从而提升凝胶的韧性，OT豆腐与MT豆腐的β-转角相对含量为显著差异，但随TG酶的加入后，MTG豆腐的β-转角相对含量呈降低趋势，接近OT豆腐。无规卷曲相对含量与凝胶整体的柔性相关，随着MgCl2与TG酶的加入，无规卷曲相对含量呈逐渐增加的趋势，其中MTG豆腐组的无规卷曲相对含量明显增加，达到21.45%，蛋白亚基聚集程度加大，进一步阐明TG酶能交联蛋白凝胶的效用。
如表7所示，OT豆腐在形成凝胶后的游离巯基显著低于以冷榨豆粉为原料制备的豆腐，总巯基与二硫键含量高于冷榨豆粉为原料制备的豆腐，这可能是由于冷榨豆粉的高膳食纤维含量阻碍凝胶的形成与稳定，与前面的结论相符合。加入TG酶后，促使更多的游离巯基转化成二硫键，这说明TG酶在豆腐形成过程通过交联蛋白网状结构，形成大分子聚集体，增强其凝胶性。
如图6所示，3 种样品的频率扫描结果，其中G’表述为凝胶的弹性，其值越大，凝胶受力后的复原力越强；损耗模量G’’通常与凝胶的黏性相关，其值越小，凝胶间越易流动；而tanδ表示损耗值，为G’’相对于G’的比值，反映蛋白形成凝胶情况，即豆浆向豆腐凝胶的转变。3 种样品的G′均大于G’’，即tanδ＜1，说明样品是弹性为主的凝胶体。其中OT豆腐的G’、G’’高于冷榨豆粉两实验组，这说明豆浆中更高浓度蛋白有利于凝胶的形成，而膳食纤维的存在阻碍蛋白凝胶的形成，但随蹲脑时间的延长，冷榨豆粉逐渐从游离态转变为固态，在蛋白分子之间形成较强的共价键，如二硫键，或发生“盐桥”作用形成更多的离子键，其凝胶结构逐渐增强。而以冷榨豆粉为原料两组，MTG豆腐较MT豆腐具有更高的G’和更低的tanδ。这是因为经TG酶诱导后，MTG凝胶G’和G’’上升相对明显，最终达到10 498 Pa，远高于MT凝胶最大值4 810.7 Pa，整体趋势呈迅速上升后趋于平缓，表明形成更牢固的凝胶网络结构。
从图7可以看出，OT豆腐的内部孔隙最为均匀，其整体结构紧凑；MT豆腐结构松散，蛋白质网状孔隙最为疏松，这是由于冷榨豆粉纤维的存在会打破凝胶的微环境，增加内部孔隙的大小，形成不均匀的状态；MTG豆腐较MT豆腐而言，由于TG酶的加入，明显改善凝胶网状结构，包裹更多的冷榨豆粉纤维颗粒，将随机聚集的凝胶网络转变为具有连续性的蛋白网状结构，使其更为致密；这在微观上表明MTG豆腐最接近OT豆腐，与质构特性及感官分析的评定结果一致。结果表明，以冷榨豆粉为原料制备的豆腐膳食纤维含量约是卤水豆腐3 倍，脂肪含量约为卤水豆腐的1/3；TG酶的加入会明显改善冷榨豆粉凝胶内部水分，使其更为均匀，且制成的豆腐凝胶具有更高的储能模量G’（10 498 Pa），表明形成更牢固的凝胶网络结构，从而导致MgCl2-TG酶豆腐的持水性最大（51.01%）、出品率最高（244%）；二级结构无规卷曲相对含量最高（21.45%）；维持凝胶网络的二硫键含量（5.46 μmol/g）接近卤水豆腐（7.02 μmol/g）；扫描电镜结果表明TG酶协同MgCl2使冷榨豆粉豆腐凝胶网状更为细致紧密，整体接近卤水豆腐。这表明，TG酶与MgCl2凝固剂协同作用可改善冷榨豆粉形成凝胶的品质，本研究为冷榨豆粉的多元开发提供了一定的理论基础。朱秀清 教 授，博士生导师，哈尔滨商业大学食品工程学院植物蛋白化学及深加工技术方向负责人。曾任国家大豆工程技术研究中心副主任、总工程师，黑龙江省绿色食品科学研究院大豆加工技术研究中心主任，现任哈尔滨商业大学食品工程学院教授，植物蛋白化学及深加工技术方向负责人，兼任大豆产业技术创新战略联盟常务理事、黑龙江省食品科学技术学会常务理事，国家及省级项目评审专家，黑龙江省现代农业产业技术协同创新体系岗位专家。国际期刊Journal of Food Science and Nutrition Therapy、Journal of Food Processing and Preservation审稿专家，国内期刊《大豆科技》编委，《食品科学》、《农业工程学报》审稿专家等。多年来一直致力于大豆蛋白质化学及深加工技术的研究与应用开发工作。在大豆营养成分分析、加工技术对大豆蛋白结构影响与表征及大豆加工副产物综合利用方面具有一定优势，在大豆蛋白的物理、酶法、化学改性、大豆蛋白挤压重组技术研究及传统大豆食品加工应用方面取得了一定成果。
迄今主持、参加完成 “十二五”农村领域国家科技计划课题、国家863、黑龙江省科技计划项目、黑龙江省重大科技专项课题等科技项目29项；获得国家科技进步奖二等奖1项，省长特别奖1项，省科技进步一等奖1项，省科技进步二等奖2项；获得发明专利15项；出版专著3部，发表论文100余篇；培养硕士研究生27名。
本文《TG酶-MgCl2协同诱导对冷榨豆粉凝胶的影响》来源于《食品科学》2022年43卷16期169-176页，作者：王逢秋节，杨鑫鑫，谷雪莲，栾滨羽，黄雨洋，朱颖，朱秀清。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20210806-081。点击https://www.spkx.net.cn/article/2022/1002-6630/2022-43-16-022.html即可查看文章相关信息。
