冷凍干燥免泡大豆的開發(fā)

王麗萍，胥 義*，鐘彥騫，沈 超，李保國(guó)

(上海理工大學(xué)食品質(zhì)量與安全研究所, 上海 200093)

冷凍干燥免泡大豆的開發(fā)

王麗萍，胥 義*，鐘彥騫，沈 超，李保國(guó)

(上海理工大學(xué)食品質(zhì)量與安全研究所, 上海 200093)

采用真空冷凍干燥技術(shù)，對(duì)充分浸泡的大豆進(jìn)行凍干，制得復(fù)水性較好的免泡豆半成品。以感官評(píng)定、CT掃描內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及營(yíng)養(yǎng)檢測(cè)為評(píng)定依據(jù)，著重探討工藝參數(shù)(浸泡時(shí)間、預(yù)凍溫度、一次干燥溫度)對(duì)凍干速率和凍干成品品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，浸泡時(shí)間18h、預(yù)凍溫度－90℃、一次干燥溫度－20℃的條件下，成品的品質(zhì)和外觀較優(yōu)。

免泡大豆；真空冷凍干燥；凍干曲線

大豆是我國(guó)的傳統(tǒng)飲食之一，因其含豐富的植物蛋白和不飽和脂肪酸，且必需氨基酸結(jié)構(gòu)品質(zhì)優(yōu)良，同時(shí)還含有大豆多肽、大豆磷脂、大豆異黃酮等保健成分[1-4]，越來越受人們的親睞。大豆的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與其加工程度呈正比[5]，例如，炒豆的蛋白質(zhì)消化率為60%、煮熟整豆為68%，而熟豆?jié){為90%。然而，傳統(tǒng)的制漿工藝耗時(shí)較長(zhǎng)，一般在磨制豆?jié){之前一定要把大豆浸泡6～10h，這就為喝新鮮豆?jié){帶來了很大的不便。

近年來，快速制漿的豆?jié){機(jī)[6-7]使打漿時(shí)間縮短，但有營(yíng)養(yǎng)專家[8]指出大豆不經(jīng)浸泡其細(xì)胞壁不易破壞，其營(yíng)養(yǎng)不能完全釋放，蛋白質(zhì)、脂肪等不易于吸收，且有礙鈣吸收的植酸不能除去。此外免泡豆?jié){機(jī)還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的噪聲污染。由此看來，要解決好耗時(shí)長(zhǎng)但又要完好地保存大豆本身營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的矛盾問題，關(guān)鍵還是在半成品大豆的研發(fā)上做深入探討。隨著社會(huì)節(jié)奏的加快和人們對(duì)生活質(zhì)量要求的提高，安全快速的食品半成品產(chǎn)品成已為人們競(jìng)相追逐的熱點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于快速制豆?jié){的研究主要是集中在豆?jié){機(jī)結(jié)構(gòu)上[9]，而針對(duì)大豆半成品的研發(fā)還未見報(bào)道。

本實(shí)驗(yàn)利用真空冷凍干燥技術(shù)能最大程度地保護(hù)產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)[10]將充分泡發(fā)好大豆進(jìn)行冷凍干燥，改變凍干工藝參數(shù)，并結(jié)合感官檢測(cè)、CT掃描內(nèi)部結(jié)構(gòu)檢測(cè)、復(fù)水性實(shí)驗(yàn)及營(yíng)養(yǎng)成分檢測(cè)等，確定最優(yōu)工藝參數(shù)，制得優(yōu)質(zhì)的半成品。消費(fèi)者只要在磨制前幾分鐘就可讓凍干大豆充分復(fù)水，這樣就可大大縮短的制漿時(shí)間。因此，本實(shí)驗(yàn)可為的免泡大豆的開發(fā)提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

東北大豆 上海市購(gòu)；硫酸、鹽酸、乙醚、硫

酸銅、硫酸鉀、溴甲酚綠、甲基紅(均為分析純) 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Advatage2.0桌上型冷凍干燥機(jī) 美國(guó)VirTis公司；TRIVAC D8C真空泵 德國(guó)Leybld公司；PYRIS Diamoud差示量熱掃描儀(DSC) 美國(guó)Perkin Elmer公司；Skyscan 1074HR便攜式微型CT掃描儀 比利時(shí)Skyscan公司；MDF-382E(N)超低溫冰箱 日本Sanyo公司；HN-01凱氏蒸餾儀、HN-12A紅外消化爐 上海勇規(guī)分析儀器有限公司；SX2-4-40型箱式電阻爐、DHG-9203A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海華連醫(yī)療器械有限公司；MP500B電子天平 上海良平儀器儀表有限公司。

1.3 方法

1.3.1 冷凍干燥免泡大豆工藝流程

原豆→分選→清洗→浸泡→預(yù)凍→升華干燥→解吸干燥→成品檢測(cè)

1.3.2 操作要點(diǎn)

1.3.2.1 大豆預(yù)處理

選擇粒徑均勻、無損傷的大豆，以免顆粒粒徑大小不均影響大豆的浸泡效果及其在預(yù)凍、凍干過程中的熱傳導(dǎo)情況。本實(shí)驗(yàn)在室溫(18℃±2℃)條件下純凈水浸泡12、18、26h，通過比較其在后期的凍干情況來確定其最適浸泡時(shí)間。

1.3.2.2 預(yù)凍

為了確定大豆的真空冷凍干燥工藝，首先應(yīng)知道其結(jié)晶點(diǎn)(TE)溫度，大豆的品種、產(chǎn)地、預(yù)處理浸泡時(shí)間不同其共晶點(diǎn)溫度也略有差異。本實(shí)驗(yàn)采用功率補(bǔ)償型差示掃描量熱儀(DSC)對(duì)不同浸泡時(shí)間處理的大豆進(jìn)行共晶點(diǎn)檢測(cè)[11]，確定其共晶點(diǎn)為(－11.5±1)℃。在實(shí)際生產(chǎn)中，凍結(jié)溫度一般都要比共晶點(diǎn)溫度低10℃以上。本實(shí)驗(yàn)設(shè)3個(gè)溫度－30、－45、－90℃進(jìn)行凍結(jié)，比較其凍結(jié)后效果。并根據(jù)凍結(jié)溫度的確定凍結(jié)時(shí)間。

1.3.2.3 冷凍干燥

本實(shí)驗(yàn)對(duì)免泡豆的一次干燥(升華干燥)過程設(shè)定了不同的冷凍干燥溫度，冷凍室內(nèi)隔板溫度分別設(shè)置了－20℃和－27℃。因?yàn)榇蠖沟鞍踪|(zhì)含量較高，因此在二次干燥(解吸干燥)過程溫度設(shè)置為20℃，以免蛋白質(zhì)變性造成營(yíng)養(yǎng)損失。

1.3.2.4 品質(zhì)檢測(cè)

外觀品質(zhì)檢測(cè)：通過感官檢測(cè)，對(duì)免泡豆的外觀顏色及表皮是否發(fā)生皺縮等現(xiàn)象進(jìn)行觀察；內(nèi)部結(jié)構(gòu)檢測(cè)[12]：通過便攜式微型CT掃描儀對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察；復(fù)水時(shí)間檢測(cè)[13]：以樣品復(fù)水重量不增加為復(fù)水完全；水分測(cè)定[14]：直接干燥法；灰分測(cè)定[14]：灼燒質(zhì)量稱量法；脂肪的測(cè)定[14]：索氏提取法；蛋白質(zhì)的測(cè)定[14]：凱氏定氮法。

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

從大豆浸泡時(shí)間、預(yù)凍溫度及一次干燥溫度等工藝參數(shù)對(duì)大豆凍干內(nèi)部結(jié)構(gòu)及品質(zhì)影響進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)優(yōu)化試驗(yàn)工藝參數(shù)如表1所示。

表1 試驗(yàn)組介紹Table1 Design of experimental groups

以試驗(yàn)組1未處理大豆為參照，通過試驗(yàn)組2、3、4和5、6及7、8比較浸泡時(shí)間不同對(duì)凍干成品品質(zhì)的影響，試驗(yàn)組3、5、7和4、6、8及9、10比較預(yù)凍溫度對(duì)凍干成品品質(zhì)的影響，試驗(yàn)組5、9和7、10比較一次干燥溫度對(duì)凍干成品品質(zhì)的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 浸泡時(shí)間對(duì)大豆結(jié)構(gòu)及凍干時(shí)間的影響

圖1 不同浸泡時(shí)間的大豆CT掃描圖Fig.1 CT scanning imaging of soybean with different soaking time

從圖1可看出，圖1a為沒有經(jīng)浸泡的原豆內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，其結(jié)構(gòu)較為致密。圖1b、1c、1d分別是經(jīng)過12、18、26h浸泡的大豆，其因吸水，內(nèi)部結(jié)構(gòu)變的疏松，且浸泡時(shí)間愈長(zhǎng)，內(nèi)部孔隙愈大。圖1e、1f、1g是對(duì)應(yīng)浸泡時(shí)間凍干后樣品的掃描圖。從圖1b看出，經(jīng)過12h浸泡，其周邊組織已經(jīng)充分浸泡好，而中心仍有的組織沒有充分吸水，這在后期的凍干過程中，易造成凍干不完全的現(xiàn)象，如圖1e所示。而圖1c、1d

則顯示浸泡時(shí)間越長(zhǎng)浸泡越充分，密度差越小，凍干后樣品孔隙越均勻如圖1f、1g所示。同時(shí)，浸泡時(shí)間短，大豆的細(xì)胞壁雖已完全浸泡充分，而內(nèi)部組織細(xì)胞沒有浸泡完全，凍干后，樣品的豆皮和豆胚易發(fā)生分離現(xiàn)象。

表2 浸泡時(shí)間對(duì)凍干時(shí)間的影響Table2 Effect of soaking time on freeze-drying time of soybean

圖2 不同浸泡時(shí)間的凍干曲線Fig. 2 Freeze-drying curve of soybean with different soaking time

圖2 為預(yù)凍溫－30℃、一次干燥溫度－20℃、二次干燥溫度20℃，不同浸泡時(shí)間12、18、26h測(cè)量大豆中心溫度得到的凍干曲線。從圖2可以看出，浸泡12h的樣品，因吸水不充分，樣品密度差大，其中心較為致密，水分吸收不充分，阻礙了傳熱，故一次干燥時(shí)間比浸泡18h長(zhǎng)，但因其浸泡時(shí)間短，總體含水量低于浸泡時(shí)間18h和26h的樣品，二次干燥時(shí)間較短。

2.2 預(yù)凍溫度對(duì)凍干大豆結(jié)構(gòu)及凍干時(shí)間的影響

圖3 預(yù)凍溫度對(duì)凍干樣品影響的CT掃描圖Fig. 3 Effect of pre-freeze temperature on CT scanning picture of soybean

圖4 不同預(yù)凍溫度的凍干曲線Fig. 4 Freeze-drying curve of soybean with treatments at differential pre-freeze temperatures

由于大豆中心溫度一般和冷凍室溫度相差(10±2)℃，為了比較預(yù)凍溫度對(duì)大豆凍干效果的影響，本實(shí)驗(yàn)擬設(shè)慢速(－30℃)、中速(－45℃)和快速(－90℃)凍結(jié)進(jìn)行比較。考察預(yù)凍溫度對(duì)大豆凍干結(jié)構(gòu)和時(shí)間的影響。圖3是相同浸泡時(shí)間(18h)、一次干燥溫度(－20℃)和二次干燥溫度(20℃)條件下，不同預(yù)凍溫度的凍干大豆樣品掃描圖。可以看出，預(yù)凍溫度對(duì)大豆內(nèi)部結(jié)構(gòu)有較大的影響。慢速凍結(jié)(－30℃)，水分凍結(jié)速度較慢，成核數(shù)量少，水分易發(fā)生遷移，形成大冰晶，使其中心結(jié)構(gòu)不能很好的保持原有的孔隙，在復(fù)水時(shí)，需要較長(zhǎng)時(shí)間，且復(fù)水不充分。快速凍結(jié)使其內(nèi)部水分迅速凍結(jié)，周圍水分不易遷移，較容易形成均勻成核。大豆內(nèi)部結(jié)構(gòu)冰晶分布均勻，有利于其形態(tài)的保持，復(fù)水快速且充分。從樣品外觀上觀察，預(yù)凍溫度越低其外觀越好，發(fā)生質(zhì)壁分離和出現(xiàn)裂紋的情況越少。但預(yù)凍溫度低，凍干耗時(shí)長(zhǎng)，如圖4所示的凍干曲線，預(yù)凍溫度－30℃凍干過程需要32h，－45℃需要34h，－90℃則需要37h。

2.3 一次干燥溫度對(duì)凍干大豆結(jié)構(gòu)及凍干時(shí)間的影響

圖5為相同浸泡時(shí)間(18h)，預(yù)凍溫度(－90℃)和二次干燥溫度(20℃)條件下，不同升華干燥溫度對(duì)于凍干的影響。在冷凍干燥過程中，相同條件下一次干燥溫度越低，一次干燥過程中大豆中心溫度越低，其升華干燥所需時(shí)間越長(zhǎng)。但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外觀相差不多，且一次冷凍干燥－20℃比－27℃節(jié)省5h如圖6所示，因此一次冷凍干燥－20℃可以節(jié)省能源，又能達(dá)到較好的凍干效果。

圖5 一次干燥溫度對(duì)樣品凍干溫度的CT掃描圖Fig. 5 Effect of primary drying temperature on CT scanning picture of soybean

圖6 不同一次干燥溫度的凍干曲線Fig. 6 Freeze-drying curve of soybean with treatments at different primary drying temperatures

2.4 凍干工藝對(duì)大豆品質(zhì)的影響

2.4.1 凍干大豆復(fù)水時(shí)間的成品復(fù)水性實(shí)驗(yàn)

表3 凍干大豆復(fù)水時(shí)間Table3 Rehydration time of freeze-drying soybean

復(fù)水性好是冷凍干燥方法制成品的優(yōu)點(diǎn)之一，本試驗(yàn)通過凍干方法，得到復(fù)水性佳的大豆，以縮短傳統(tǒng)制豆?jié){工藝的時(shí)間，達(dá)到免泡效果。如表3所示各試驗(yàn)組具體復(fù)水時(shí)間，可以看出，在相同一次干燥溫度－20℃條件下，浸泡12h，預(yù)凍溫度－30℃下2號(hào)組復(fù)水時(shí)間較長(zhǎng)，17min才能復(fù)水，而浸泡26h，預(yù)凍90℃的8號(hào)組僅需11min就能達(dá)到良好的復(fù)水效果。結(jié)合圖1和圖2的CT掃描圖也可以看出，浸泡時(shí)間長(zhǎng)，樣品孔隙大，密度差小；預(yù)凍速度快，冰晶成核均勻，干燥后有利于保持良好的空隙，因此復(fù)水時(shí)間短。

2.4.2 凍干成品營(yíng)養(yǎng)成分分析

圖7 凍干大豆的營(yíng)養(yǎng)成分分析圖Fig. 7 Composition analysis of soaking-exempt soybean under different freeze-drying conditions

圖7 中試驗(yàn)組分別對(duì)應(yīng)著表1中的試驗(yàn)組，如圖7所示，凍干后水分含量基本在6%的樣品的營(yíng)養(yǎng)成分。不同凍干工藝參數(shù)對(duì)凍干大豆樣品蛋白質(zhì)和脂肪含量的影響較大，而對(duì)灰分含量的影響較小：1)浸泡時(shí)間對(duì)蛋白質(zhì)的影響較大，浸泡時(shí)間長(zhǎng)，蛋白質(zhì)損失多，而浸泡時(shí)間對(duì)脂肪含量的影響較小，從圖7可以看出，2、3、4號(hào)分別浸泡12、18、26h，蛋白質(zhì)含量由未處理大豆的37.6%分別降低到33.2%、32.6%、30.78%，而脂肪含量基本不變，分別為18.63%、18.58%、18.79%；2)預(yù)凍溫度越低脂肪含量隨著降低，見4、6、8號(hào)組分別為18.79%、17.62%、17.01%，但損失較小，但對(duì)蛋白質(zhì)的影響沒有規(guī)律；3)一次干燥溫度降低，蛋白質(zhì)和脂肪都有所降低，如5和9號(hào)組，蛋白質(zhì)分別30.02%和28.9%，脂肪含量分別為17.63%和16.78%。經(jīng)過凍干處理的大豆灰分的含量一般都6%左右。

3 結(jié) 論

3.1 本實(shí)驗(yàn)采用DSC測(cè)量泡發(fā)大豆的共晶點(diǎn)，此方法測(cè)量精度高，方便快速，為凍干工藝參數(shù)的確定提供了重要依據(jù)。

3.2 大豆浸泡時(shí)間越長(zhǎng)，其內(nèi)部水分分布越均勻，傳統(tǒng)的浸泡10～12h，適合新鮮打漿，而不適合凍干，因?yàn)樵诖藯l件下，大豆中心部分沒有完全泡發(fā)完全，在后期凍干過程中會(huì)出現(xiàn)不完全凍干現(xiàn)象。

3.3 預(yù)凍溫度對(duì)凍干過程的影響較為顯著，快速凍結(jié)易形成均勻成核，晶核較少，干燥效果總體上優(yōu)于慢速凍結(jié)。一次干燥溫度對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)影響較小，從節(jié)能方面考慮選擇較高的一次凍干溫度。

3.4 在本實(shí)驗(yàn)條件下，大豆的最佳凍干工藝條件是浸泡18h、預(yù)凍－90℃、一次干燥溫度－20℃、二次干燥溫度20℃、復(fù)水12min即能打出美味鮮豆?jié){。

3.5 本實(shí)驗(yàn)研究了凍干工藝參數(shù)對(duì)大豆凍干過程的影響，為實(shí)際生產(chǎn)提供了參考。要投入標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化企業(yè)生產(chǎn)還待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究，確定更為優(yōu)化的工藝參數(shù)。

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Development of Soaking-exempt Soybean by Freeze Drying

WANG Li-ping，XU Yi*，ZHONG Yan-qian，SHEN Chao，LI Bao-guo
(Institute of Food Quality and Safety, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China)

To prepare soaking-exempt soybean with better rehydration property, vacuum freeze-drying technology was used to dry fully soaked soybean. Sensory evaluation, CT scanning of internal structure and nutrition determination were also utilized to explore the effects of processing parameters including soaking time, pre-freezing temperature and primary drying temperature on freeze-drying rate and freeze-dried product quality. Results indicated that the optimal processing parameters were soaking time of 18 h, pre-freezing temperature of－90 ℃ and primary drying temperature of －20 ℃, which could provide vacuum freezedried soybean products with high quality. This study can offer a theoretical reference for depth development of soaking-exempt soybean.

soaking-exempt soybean；vacuum freeze drying；freeze-drying curve

TS214.2

B

1002-6630(2010)22-0521-04

2010-06-30

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50906056)；上海市科委啟明星計(jì)劃項(xiàng)目(08QA14052)；上海市教委創(chuàng)新項(xiàng)目(11YZ11)

王麗萍(1986—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称焚|(zhì)量與安全。E-mail：liping_arq2000@126.com

*通信作者：胥義(1975—)，男，副教授，博士，研究方向?yàn)槭称焚|(zhì)量與安全。E-mail：xu_hongyi@263.net