不同預處理方式對豆漿品質特性的影響

張碧瑩，楊蕊蓮，張靜，唐玲，蔣和體

(西南大學 食品科學學院，重慶，400715)

不同預處理方式對豆漿品質特性的影響

張碧瑩，楊蕊蓮，張靜，唐玲，蔣和體*

(西南大學 食品科學學院，重慶，400715)

選擇大豆4種不同預處理方式，探討其對豆漿品質特性的影響。對所制得豆漿的蛋白質含量、穩定性、色澤、感官品質、粒徑分布進行對比分析，同時采用電鏡掃描分析不同預處理方式下大豆微觀形態的變化。結果表明：超聲波預處理后豆漿蛋白質含量達到最大值為4.026 6%，大豆細胞結構更加緊密，但其穩定性、感官品質均差于冷凍處理制漿；微波預處理對大豆結構破壞程度最大，所制得的豆漿蛋白質損失嚴重，僅為3.241 4%，其感官品質、穩定性均差于冷凍處理制漿，且色澤偏暗；經過冷凍預處理的豆漿白度增加為75.12，蛋白質含量、穩定性較高，且感官評分最高，綜合品質最好。

豆漿；預處理；品質

豆漿是中國人傳統早餐中的主食，老少皆宜，且豆漿中不含麩質、膽固醇、乳糖等物質，因此特別適合乳糖不耐癥和素食主義者食用[1]。傳統豆漿的制作是大豆經過浸泡、磨漿、過濾、煮漿等工序，但會導致豆腥味較重[2]，所以對大豆進行適當的預處理是必要的。

冷凍作為食品長期保存領域應用廣泛的一項技術，具有改良食品組織結構，改進口感、加工特性和穩定性等優點[3]；超聲波的空穴效應能夠破壞細胞結構、增強乳化作用和剪切生物大分子作用[4]，而微波技術因其較強的熱效應和穿透能力，已廣泛應用于食品工業化生產中滅酶、干燥和殺菌[5]。楊道強[6]等報道干豆制漿、NaHCO3溶液泡豆制漿、免浸泡豆制漿與高溫高壓蒸煮豆制漿會對豆漿的營養及抗營養成分產生不同的影響。目前有關大豆不同預處理方式對豆漿綜合品質的影響報道較少，且主要集中在大豆分離蛋白和抗營養因子水平。本實驗鑒于不同預處理技術的特異性，探討了大豆4種不同預處理方式對大豆質構、豆漿品質特性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

東北大豆，市售；濃H2SOH4、NaOH、H3BO3、三氯乙酸、無水CuSO4、K2SO4、乙醇、KH2PO4、戊二醛：分析純，成都市科龍化工試劑廠；K2HPO4、叔丁醇：分析純，重慶川東化工(集團)有限公司化學試劑廠；胃蛋白酶、胰蛋白酶，美國Sigma公司。

1.2 儀器與設備

WFJ 7200型可見分光光度計，尤尼柯(上海)儀器有限公司；電熱恒溫水浴鍋，上海齊欣科學儀器有限公司；旋轉蒸發器，上海亞榮生化廠；UtraScan PRO測色儀，美國HunterLab公司；循環水式多用真空泵，鞏儀市英峪華科儀器廠；馬爾文激光粒度儀；冰箱，合肥美的榮事達電冰箱有限公司；微波爐，廣東格蘭仕微波爐電器有限公司；SB-5200DT超聲波清洗機，寧波新藝超聲設備有限公司；HITACHI掃描電鏡(SEM)，日本；榨汁機，九陽股份有限公司；數顯折射儀，愛拓科學儀器有限公司；電熱套，天津市泰斯特儀器有限公司；DZF-6020型真空干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 大豆前處理方式

挑選粒徑均勻、飽滿、無破皮、無機械損傷的大豆，去除雜質，準確稱取40 g。

(1)傳統方法泡豆：大豆用清水浸泡9 h(豆水比為1∶3)。

(2)冷凍處理豆：大豆用清水浸泡9 h[豆水比為1∶3(g∶mL)]，浸泡后的樣品用紗布擦干表面水分后于-18 ℃的條件下冷凍20 h。

(3)超聲處理豆：大豆用清水浸泡7.5 h[豆水比為1∶3(g∶mL)]，浸泡后的樣品用紗布擦干表面水分后超聲0.5 h。

(4)微波處理豆：大豆用清水浸泡9 h[豆水比為1∶3(g∶mL)]，浸泡后的樣品用紗布擦干表面水分后微波30 s。

1.3.2 豆漿制備工藝流程

大豆→清洗→前處理→磨漿[豆水比為1∶9(g∶mL)]→冷卻→過濾(用100目紗布過濾)→煮漿(95 ℃下維持4 min)→豆漿

1.3.3 蛋白質含量測定

參照國標GB 5009.5—2010《食品中蛋白質的測定》[7]中規定的凱氏定氮法測定，蛋白質的換算系數為6.25。

1.3.4 豆漿穩定性測定

取適量豆漿稀釋40倍，4 000 r/min離心5 min，于785 nm波長處測定樣品離心前后的吸光度，并按(1)式計算[8]。

(1)

式中：R，穩定性系數；A2，離心后上清液吸光度；A1，離心前吸光度。其中R≤1.00，R值越大表明豆漿體系越穩定。

1.3.5 離心沉淀率測定[9-10]

在10 mL離心管中加入樣品，用離心機以5 000 r/min離心10 min，棄去上層液體，倒扣試管瀝干10 min后稱重，平行測定3次，并按式(2)計算。

(2)

式中：w1，離心沉淀率，%；m0，樣品質量，mg；m1，離心管質量，mg；m2，離心棄上清液后離心管質量，mg。

1.3.6 可溶性固形物含量測定

采用數顯折射儀測定。

1.3.7 豆漿色澤測定

采用UtraScan PRO測色儀，取適量豆漿于比色皿中，放置于反射光口以垂直角度進行測定。同一個樣品測3次，取其平均值，并按式(3)計算。

ΔE={(L*-L0*)2+(a*-a0*)2+(b*-b0*)2}1/2

(3)

式中：ΔE為總色差值，L*、a*、b*分別為處理組樣品亮度值、紅綠值、黃藍值，L0*、a0*、b0*分別為未處理組樣品亮度值、紅綠值、黃藍值。

1.3.8 豆漿粒度分布測定[11]

產品用激光衍射粒度分析儀Master size 2000進行分析, 可得到其粒度分布狀態圖譜。測量范圍0.375～2 000 μm。把樣品加入樣品臺后，當模糊度穩定在8%～12%時開始測定，每個樣品測試3次。具體參數設置如下，顆粒折射：1.590；顆粒吸收率：0.001；分散劑：去離子水；分散劑折射率：1.330；分析軟件：Mastersize 2000配套軟件。

1.3.9 豆漿蛋白質體外消化率測定

蛋白質消化率采用兩步消化法，取5 mL豆漿樣品(1.0 mol/L HCl調pH值為2.0)，置于37 ℃水浴中預熱5 min，預熱后加入0.2 mL胃蛋白酶溶液(酶與底物比為1∶100)，在37 ℃恒溫振蕩器上培養120 min后加入1.0 mol/L的NaOH溶液調節消化液至pH為7.0，終止胃蛋白酶消化反應；加入0.2 mL胰蛋白酵液(酶與底物比為1∶100)，37 ℃恒溫振蕩器上培養120 min。取2 mL不同消化液于5 mL的10% TCA溶液中，離心(4 000 r/min，5 min)后，沉淀用10% TCA溶液洗滌2次，離心得到TCA不溶組分。氮含量采用凱氏定氮法測得。參照王金梅等人[12]，采用 TCA-NSI法測定和計算豆漿的蛋白質消化率，計算如公式(4)。

(4)

式中：w2，氮釋放量，%；N0，蛋白樣品中的TCA不溶性氮，mg；Nt，消化tmin時的三氯乙酸(TCA) 不溶性氮，mg；Ntot，樣品中的總蛋白質量，mg。

蛋白吸收率/%=氮釋放量×蛋白回收率/100

(5)

1.3.10 豆漿感官風味評定方法[13]

挑選10 名食品專業的品評員組成感官風味評價小組，分別對不同預處理豆漿進行差異性評定。通過描述性測試分析評價豆腥味、青草味、油脂氧化味、甜香味、澀味5種風味。評分實行5分制原則，0分：聞不出味道。5分：豆漿應有的風味最強。1～4分：風味逐漸增強。

1.3.11 大豆微觀結構電鏡掃描

取不同預處理后的大豆分別橫切、縱切若干片，將切好的樣品放入含pH值為6.8的戊二醛溶液的離心管中，于4 ℃下 12 h固定。用0.1 mol/L磷酸緩沖液漂洗多次。分別用體積分數為30%，50%，70%，85%，95%乙醇梯度脫水各1次，100%乙醇脫水2次，每次10 min；再用體積分數為50%、70%、80%、90%、95%的叔丁醇各置換1次，100%叔丁醇置換2次，每次10 min。放入真空干燥箱干燥約10 min，干燥后的樣品用導電膠粘貼于金屬樣臺，鍍金屬膜。最后移入掃描電鏡樣品室，在加速電壓下觀察、拍片、記錄。

1.4 數據分析

數據采用Origin(Version 8.6)和SPSS(Version 19)軟件進行統計分析，試驗數據以3次重復的x±s差表示，并采用Duncan’s法進行差異顯著性分析。

2 結果分析

2.1 不同預處理對豆漿蛋白質、可溶性固形物含量、穩定性及離心沉淀率的影響

表1顯示了不同預處理的大豆制得豆漿中蛋白質和固形物含量、以及穩定系數和沉淀率的變化結果。冷凍樣品的蛋白質含量明顯高于未處理樣品，蛋白質含量從3.536 8%變化到3.769 3%；未處理樣品的豆漿固形物含量比冷凍樣品豆漿的固形物含量低。這是因為大豆細胞質內的蛋白質網絡結構可以固定油體、蛋白體等亞細胞結構，使細胞器不易流動，但當浸泡后的大豆被凍結時，冰晶的形成會打破這種網絡結構的平衡，在磨漿過程中會使更多的蛋白質及固形物能夠溶解于豆漿中[14]。隨著冰晶的生長，分子內二硫鍵斷裂，使肽鏈變短，從而豆漿的粒徑變小[15]，增強豆漿的穩定性。此外，經過冷凍處理后產生某些特定變性蛋白，這將導致豆漿的組織結構改變與空隙和通道的增加，有利于更多的貯藏蛋白進入豆漿中。

表1 不同預處理對豆漿蛋白質、可溶性固形物含量、穩定性及離心沉淀率的影響

注：同一組中同一列的相同字母表示在P<0.05水平差異不顯著，不同字母表示差異顯著。表2同。

超聲波預處理后豆漿的蛋白質含量變化顯著(P<0.05)，這主要是因為超聲作用使蛋白質分子分解、乳化以及發生聚合等，從而使蛋白質含量增加[16]。超聲波預處理具有增強蛋白質和其他可溶性物質溶解性的作用，進而增加可溶性固形物含量[4]，故制得豆漿穩定性降低，沉淀率增大。

微波預處理樣品的蛋白質含量、固形物含量均比未處理豆漿低，這是因為微波作用下蛋白質分子之間發生頻繁碰撞、摩擦和擠壓，蛋白質的結構發生變化，導致美拉德反應及Strecker降解發生[5]。在微波的熱效應和非熱效應協同作用下，蛋白質、碳水化合物等分子變性[17]，使可溶性物質的溶解度降低，進而導致可溶性固形物含量下降。在高頻率的微波場的誘導下，蛋白質形成分子聚集體[18]，制得豆漿的穩定性最差。

2.2 不同預處理對豆漿色澤的影響

色澤是人們的直觀感受指標，通常會影響消費者的接受程度。豆漿的色澤主要與大豆籽粒中包含的色素和非酶褐變有關[19]。由表2可知，冷凍處理樣品的L*值顯著高于未處理樣品，說明冷凍處理后豆漿色澤偏亮，白度增加。這主要因為經過冷凍預處理后，酶的活性受到抑制，降低酶促反應速率，美拉德反應對冷凍預處理后的豆漿影響不大。此外，大豆經過冷凍處理，增加了細胞膜透性，細胞內部結構疏松，通過磨漿使更多的脂肪釋放到豆漿中，而油體為白色的球體，將會導致豆漿的白度增加[20]。

表2 不同預處理對豆漿色澤的影響

超聲波預處理后L*值變化不顯著(P>0.05)，色澤偏亮。可能是由于在超聲的機械振蕩作用下，促進了色素等呈色物質的分解，使豆漿黃度降低。而微波處理豆漿的L*值最低，a*、b*值最大，表明微波的豆漿色澤比較偏暗、偏黃。這是因為微波的熱效應使美拉德反應加劇，所以微波預處理時間越長，豆漿色澤變化越大。

2.3 不同預處理對豆漿粒徑的影響

與牛乳相比，豆漿除了脂肪和蛋白質的特性差異外，還含有較多的膳食纖維(纖維素顆粒)及其他不溶性成分，其顆粒較大且粒徑分布不均勻容易沉淀。圖1-(a)顯示了不同預處理制得豆漿的粒度分布趨勢，豆漿樣品都在0.377～100 μm出現峰值。未處理組豆漿的平均粒徑為14.77 μm，其中粒徑小于0.5 μm的顆粒占總體積的2.5% ，約53.4% 的顆粒粒徑處于3.122～37.84 μm之間。由圖1-(b)可知，冷凍處理后的豆漿平均粒徑最小，僅為12.73 μm；且樣品在大粒徑范圍體積分數減少，整體粒徑分布像小粒徑方向移動。冷凍后增強了蛋白質分子間的疏水相互作用和分子間二硫鍵[21-22]，可知經過冷凍處理可以減小豆漿的粒徑。

圖1 不同預處理對豆漿粒徑的影響Fig.1 Effects of different soybean pretreatment methods on the particle size of soybean milk

超聲處理制得豆漿的平均粒徑較小，為13.48 μm。這是因為聚合物在高強度的超聲波作用下會降解，最終蛋白質受空化效應和機械性斷鍵作用使大分子鏈降解[23]，使大豆蛋白的粒徑降低。微波預處理制得豆漿的平均粒徑最大，為18.13 μm。微波是一種高頻電磁波，高溫下蛋白質會發生熱變性并聚集，由于—SH和—S—S團體之間無法正確趨向并形成二硫鍵，使蛋白分子的聚集加劇[24]。陳秉彥等[25]研究也表明，微波處理后蓮子淀粉顆粒變化較大，使其粒徑增大。

2.4 不同預處理對豆漿蛋白質體外消化率的影響

由圖2可知，豆漿的體外消化率在兩個消化階段(胃蛋白酶和胰蛋白酶)總體呈逐漸上升趨勢，在消化的初始階段急劇增加，隨著消化時間的延長，增加速度趨于平緩，在240 min時終止消化。在0～120 min胃蛋白酶消化階段，氮釋放量增加量的大小依次為：56.11%(超聲處理)> 52.87%(冷凍處理)>51.65%(未處理) >51.59%(微波處理)。在120-240 min胰蛋白酶消化階段，氮釋放量增加量大小依次為：77.75%(超聲處理)>77.42%(冷凍處理)>76.42%(未處理) >74.50%(微波處理)。

圖2 不同預處理對豆漿蛋白質體外消化率的影響Fig.2 Effects of different soybean pretreatment methods on the digestibility of protein in vitro

與未處理豆漿相比，冷凍預處理后豆漿的消化率有所提高，因為冷凍后大豆中部分蛋白質的α-螺旋結構轉發生無規卷曲轉變，使得維持蛋白質α旋螺旋結構的氫鍵斷裂，蛋白質展開容易被消化[26]。冷凍處理使豆漿粒徑減小，與蛋白酶作用的位點越容易暴露，較多的可溶性氮被釋放出來[27-28]，因此提髙了豆漿中蛋白質的體外消化率。但當豆漿的粒徑小到一定的值時，豆漿消化率的變化并不顯著。

超聲波預處理后豆漿的蛋白質體外消化率達到最大值，這主要是由于蛋白質中不可溶性蛋白質聚集物在超聲波的作用下解聚，增大溶解性，進而增加氮釋放量[20]。WANG等[16]研究也表明，蛋白質溶液的親水性和溶解性經超聲波處理后明顯提高。因此超聲波處理可以提高蛋白質利用率。

氨基酸分子鏈會因熱處理而改變，進而影響蛋白質的消化率。故在微波作用下蛋白質分子內部之間會發生交聯，使分子聚集。伴隨著豆漿粒徑增大，蛋白酶消化位點減少，從而降低了蛋白質的消化率。顧軍強等[5]研究發現微波處理后燕麥片蛋白消化率降低，且微波處理時間越長，蛋白質的消化率越低。

2.5 不同預處理下豆漿各品質指標相關性分析

表3 不同預處理下豆漿特征指標相關性分析

注：*和**分別表示P<0.05和P<0.01水平顯著相關。

由表3可知，蛋白質含量與蛋白質得率、蛋白質體外消化率呈極顯著正相關(P<0.01)，與可溶性固形物和平均粒徑呈顯著正相關和顯著負相關(P<0.05)。蛋白質得率與可溶性固形物呈顯著正相關(P<0.05)，與平均粒徑呈顯著負相關(P<0.05)，與蛋白質體外消化率呈極顯著正相關(P<0.01)。可溶性固形物與穩定系數與沉淀率和a*呈顯著負相關(P<0.05)。沉淀率與a*有極顯著相關性(P<0.01)，與L*呈顯著負相關(P<0.05)。L*與a*呈顯著負相關(P<0.05)。蛋白質類的指標之間存在較大的相關系數，彼此之間能顯著影響。所以豆漿粒徑越小，蛋白質含量和蛋白質體外消化率越高。不同沉淀率能顯著影響豆漿的色澤，沉淀率越高豆漿的亮度就越低，這與前面結論一致。

2.6 不同預處理豆漿的風味感官評價

目前認為豆腥味主要是由于大豆中的脂肪氧化酶、氫過氧化物酶催化具有共軛雙鍵的脂肪酸氧化而引起的[29]。一些研究利用氣質聯用的方法對豆漿中揮發性物質進行了鑒定，認為豆腥味是由多種化合物聯合產生，主要是己醛、2-己烯醛等物質[30]，而這些物質的閾值相對比較低，所以容易被感覺到。由圖3可知，未處理組的豆腥味、油脂氧化味和青草味的分值均比較高，是導致感官評價評分較低的主要因素。超聲波預處理0.5 h后豆漿除了豆香味其余分值均增加；微波預處理30 s后豆漿整體分值降低；豆漿經過冷凍預處理20 h后感官評分整體顯著升高，豆漿甜香味最濃，豆腥味、青草味等較淡，口感最佳。這是因為浸泡后的大豆在冷凍過程中，冰晶的生成和增長不僅導致大豆的組織結構遭到機械性損傷，而且還能夠破壞蛋白質和脂肪氧化酶分子的空間結構，使酶的活性被抑制甚至失活。

圖3 不同預處理豆漿的風味感官評價Fig.3 The sensory evaluation of soy milk with different soybean pretreatment methods

2.7 不同預處理大豆的電鏡掃描

由圖4可知，大豆經過不同預處理后，掃描電鏡圖像顯示組織結構有所變化。未處理的大豆其縱截面細胞結構緊密，排列成有序的網絡結構，管束組織內充滿細胞物質；橫截面的結構類似四邊形。冷凍預處理20 h的大豆微觀形態結構發生了明顯變化，細胞的網絡組織變得更加舒展、松散，細胞間空隙與未處理的大豆相比明顯較大，縱截面細胞結構不規則。引起結構及形態產生變化的原因是在冷凍處理過程中，冰晶對種子細胞產生擠壓和刺穿作用，凝結的水分聚集，被占據的位置會產生孔隙。超聲波預處理0.5 h后，能較好的保持大豆結構，并形成致密的空間網狀結構，管束直徑減小。潘利華等[31]研究也表明，超聲輔助法的大豆結構由棒條狀與片層狀相互連接而成，能夠形成致密的空間網狀結構。微波預處理30 s的大豆結構被破壞，變得疏松、表面粗糙，管束直徑不規則，并成鱗片狀。所以超聲波預處理對大豆結構影響較小，冷凍預處理對大豆結構有一定破壞作用；微波預處理對大豆結構破壞程度最大。

a1,a2,a3,a4-未處理大豆；b1,b2,b3,b4-冷凍預處理20 h大豆；c1,c2,c3,c4-超聲波預處理0.5 h大豆；d1,d2,d3,d4-微波預處理30 s大豆；下標為1、2的圖是縱面(×200, ×1 000)，下標為3、4的圖是橫面(×200, ×1 000)圖4 不同預處理大豆的電鏡掃描Fig.4 Scanning electron microscopy of different pretreatment of soybean

3 結論

本實驗對不同預處理后豆漿的品質及大豆微觀形態變化進行研究，分析了大豆蛋白質含量、蛋白質體外消化率、穩定性、沉淀率、粒徑、色澤等變化情況。由實驗得出超聲波預處理0.5 h后豆漿蛋白質含量、蛋白質消化率達到最大值，大豆細胞結構更加緊密，但其穩定性、感官品質均差于冷凍處理制漿；微波預處理30 s對大豆結構破壞程度最大，所制得的豆漿蛋白質損失嚴重，其感官品質、穩定性均差于冷凍處理制漿，且色澤偏暗；經過冷凍預處理20 h的豆漿白度增加，蛋白質含量、穩定性較高且豆腥味明顯下降，口感更好，說明冷凍預處理可以提高豆漿品質。考慮到現實成本與品質，選取冷凍預處理20 h為豆漿預處理方式。

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Effect of different soybean pretreatment methods on the quality of soybean milk

ZHANG Bi-ying, YANG Rui-lian, ZHANG Jing, TANG Ling, JIANG He-ti*

(College of Food Science Southwest University, Chongqing 400715, China)

To investigate the effect of different soybean pretreatment methods on the quality of soybean milk, four pretreatment methods were chosen; the contents of protein, stability, color, sensory quality, particle size and quality of soy milk were analyzed and compared. The changes of micro morphology in soybean were extracted by scanning electron microscope. The results showed that different soybean pretreatment methods had different effects on the quality of soy milk. For ultrasonic pretreatment soybean, its protein reached to 4.026 6%, and soybean cell structure are closer, but soybean milk sensory quality was not as good as freezing pretreatment, and it had a poor stability. Soybean structure was severe damaged by the microwave pretreatment, with darker color and a big loss of protein, its content was only to 3.241 4%, the sensory quality and stability of soy milk were worse than freezing pretreatment. Moreover, after freezing pretreatment, the whiteness of soy milk was increased to 75.12 , the sensory evaluation scores, the quality and stability of soy milk were all improved and the overall quality of soy milk was the best.

soy milk; pretreatment; quality

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201702023

碩士研究生(蔣和體教授為通訊作者，E-mail：jheti@126.com)。

2016-06-04，改回日期：2016-07-20