我國東北大豆品種與豆腐加工特性分析

徐婧婷，謝來超，陳 辰，王睿粲，郭順堂,*

東北是我國重要的大豆產區，大豆種植面積和產量占全國大豆種植面積和產量的1/3[1]，是我國大豆食品加工的原料保障基地，對我國大豆產業的發展起到舉足輕重的作用。

豆腐在我國有悠久的生產和食用歷史，是大豆產業中傳統豆制食品的代表。已有的大量研究發現，大豆中的成分對豆腐類制品的加工特性起重要的影響作用[2-6]。宋蓮軍等[7]研究河南省的11 個大豆品種成分對北豆腐得率的影響，結果表明，北豆腐濕基得率和干基得率均與大豆中的蛋白質含量呈顯著的正相關。Mujoo等[4]發現，11S亞基含量、7S亞基中的α’亞基和11S亞基中的堿性亞基（B）含量都與豆腐產量顯著相關，而7S亞基含量與豆腐的硬度呈現極顯著負相關關系，11S/7S亞基比值和11S亞基含量顯著影響豆腐的硬度。在豆乳的凝固過程中，脂肪球通過與豆乳中的蛋白粒子相結合而被結合到豆腐之中，由于脂肪球顆粒大于蛋白粒子而具有彈性，從而影響到了豆腐凝膠的形成和質構特性[8-9]。Wang Ruican等[10]指出，豆乳中游離的植酸與蛋白質競爭凝固劑中的鈣離子，使蛋白質凝固反應活化能增加，凝固反應速率變慢，因而形成更加致密精細的凝膠網絡結構，從而顯著地提高豆腐的保水性。

我國是大豆的原產國，種質資源十分豐富。目前已收集保存的大豆品種資源中，無論是種子的外觀品質（籽粒大小、粒形、粒色、光澤）還是籽粒的化學品質（蛋白質、脂肪、碳水化合物等的含量），均具有很大的變異性[11]。我國大豆主產區的東北大豆，品種豐富多樣，但選擇何種大豆用作食品加工原料，或選擇何種指標為育種目標，目前尚缺少相關數據支撐。因此，本研究以32 個東北大豆品種為對象，對各品種的籽粒蛋白質、脂肪、鈣、磷含量、蛋白質組成等理化指標及加工成豆腐的得率、保水性、含水量、質構等指標進行了分析，其結果能為大豆食品的原料選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

32 個品種東北大豆由吉林省農科院大豆加工所提供（表1）。

表1 主要原料大豆品種Table 1 Soybean varieties used in this experiment

四乙基乙二胺、甲叉雙丙烯酰胺、氨基乙酸（甘氨酸）、β-巰基乙醇、十二烷基硫酸鈉（sodium dodecyl sulfate，SDS） 美國Fluka公司；G-250考馬斯亮藍 美國Fishier Scientific公司；三羥甲基氨基甲烷（trisamine，Tris） 美國Promega公司；過硫酸銨、丙烯酰胺、三氯乙酸 北京化學試劑公司；硫酸鈣、消泡劑為市售。

1.2 儀器與設備

MOEDLBE-210N電泳槽 日本Bio-Craft公司；DYY-III8B穩壓穩流定時電泳儀 北京六一儀器廠；TS-1脫色搖床 江蘇海門市麒麟醫用儀器廠；JYL-350A豆漿機 山東九陽小家電有限公司；GF-300電子天平（千分之一） 日本ND公司；AY220電子天平（萬分之一） 日本Shimadzu公司；SHJ-A水浴恒溫磁力攪拌器 金壇市華峰儀器公司；HR-G1干膠儀北京華瑞公司；LXJ-B離心機 上海安亭科學儀器廠；Cano Scan LiDE110掃描儀 佳能（中國）有限公司；PHS-3C酸度計 上海虹益儀器廠；IH-P200電磁爐 佛山市富寶電器科技有限公司；CT3質構儀 美國Brookfield公司；SHI-III循環水真空泵上海亞榮生化儀器廠；SZ26N10蒸鍋 浙江蘇泊爾股份有限公司；DF206電熱鼓風干燥箱 北京醫療設備二廠。

1.3 方法

1.3.1 蛋白質、脂肪、鈣和磷含量的測定

分別參照GB 5009.5—2010《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》[12]、GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的測定》[13]、GB 5413.21—2010《食品安全國家標準 嬰幼兒食品和乳品中鈣、鐵、鋅、鈉、鉀、鎂、銅和錳的測定》[14]、GB/T 5009.87—2003《食品中磷的測定》[15]測定蛋白質、脂肪、鈣和磷含量。

1.3.2 樣品前處理

稱取一定量的大豆樣品（＞10 g）于干磨容器內，利用打漿機磨粉。大豆粉經過40 目過濾篩，將豆粉顆粒小于40 目的樣品裝入自封袋中備用（磨粉過程中，注意實驗儀器的清潔干凈，避免品種間出現交叉污染）。利用萬分之一電子天平稱取約3 mg上述制備的大豆粉樣品于1.0 mL的離心管中，加入0.48 g尿素、0.5 mL樣品前處理液（含有200 g/L甘油、2 g/L SDS、0.063 mol/L pH 6.8 Tris-HCl），再添加40 μL β-巰基乙醇溶液和20 μL飽和的溴酚藍溶液，最后添加蒸餾水使總體積為1.0 mL，充分混合均勻，在80 ℃水浴條件下處理10 min，在室溫下放置一夜后進行電泳。

1.3.3 SDS-PAGE及分析

SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳（polyacrylamide gel electrophoresis，PAGE）中凝膠的配制：分離膠含4% SDS、0.375 mol/L Tris-HCl（pH 8.8），膠濃度為12.5%，交聯度為2.7%；濃縮膠含0.4% SDS、0.125 mol/L Tris-HCl（pH 6.8），膠濃度為4%、交聯度為3.8%；電極緩沖液體系含0.1% SDS、5 mmol/L Tris-HCl溶液、38.4 mmol/L甘氨酸。將凝膠制備在1 mm厚的垂直電泳膠板上，樣品的上樣量為5 μL。

電泳：接通電源，將濃縮膠階段電流恒定為15 mA，進入分離膠后，電流恒定為25 mA。

固定、染色和脫色：電泳結束后，將凝膠放在含有體積分數33%甲醇和體積分數12%三氯乙酸的溶液中，振蕩固定4 h。然后，將其放在考馬斯亮藍G-250溶液（含1.05 mmol/L G-250、1.0 mol/L硫酸、10 mol/L氫氧化鉀、體積分數12%三氯乙酸溶液）中振蕩染色4 h，最后用自來水對凝膠進行洗脫，直至藍色被脫去。

將脫色后的凝膠放在真空干膠儀上，上表面附上保鮮膜，60 ℃真空干燥1h，將干燥好的凝膠進行保存。采用Scion Image軟件對凝膠圖像上的蛋白條帶進行光密度掃描分析。

1.3.4 豆乳的制備

對原料大豆進行除雜（砂礫、秸稈等）后，稱取約100 g大豆，用自來水反復清洗3 次，除去大豆表面的泥土等，再用去離子水進行反復淘洗2 次，然后浸泡于300 mL去離子水中，在4 ℃溫度下，浸泡10 h。瀝干大豆表面的浸泡水，將大豆（干質量）與去離子水按照料液比1∶7（m/V）放入打漿機中進行磨漿，15 s一個間隔，打漿2 min。向豆漿中加入適當消泡劑，經脫脂棉抽濾，將濾漿轉入燒杯中，沸水浴加熱至95 ℃，保持5 min，即制備成豆乳。

1.3.5 豆乳中可溶性蛋白質量濃度的測定

采用Bradford[16]的方法測定豆乳中可溶性蛋白質量濃度。以牛血清白蛋白為標準樣品，配制成質量濃度為0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg/mL的標準溶液，分別移取各標準液0.1 mL于10 mL試管中，向其中分別加入5 mL考馬斯亮藍G-250溶液，漩渦振蕩后利用分光光度計測定標準樣品的吸光度，制作牛血清白蛋白標準曲線。對制備的豆乳進行一定的稀釋后，移取0.1 mL稀釋后的豆乳樣品于10 mL試管中，再向其中加入5 mL考馬斯亮藍G-250，漩渦振蕩后利用分光光度計測定其吸光度。

1.3.6 豆腐的制備

將豆乳放置于85 ℃水浴中，向豆乳中攪拌加入大豆干質量2.5%的研磨好的硫酸鈣分散液，邊攪拌邊添加使其均勻，85 ℃水浴中保溫30 min使其凝乳，水果刀破腦，轉入豆腐模具中，蓋好紗布，以500 g/88 cm2壓力壓榨15 min，再以1 000 g/88 cm2的壓力壓榨15 min，得到石膏豆腐。

1.3.7 豆腐得率的測定

參照Cai Tiande等[17]的方法，將新鮮制備的豆腐室溫冷卻5 min，電子天平稱質量記錄豆腐得率，按照100 g干質量大豆計算。

1.3.8 豆腐保水性測定

參照Puppo等[18]的方法并略加修改測定豆腐的保水性。稱取約5.0 g石膏豆腐，放置于底部充填足量脫脂棉的50 mL離心管中，1 000 r/min離心10 min，去掉豆腐表面的脫脂棉，稱質量m1，然后粉碎于培養皿中，在105 ℃烘箱中烘至恒質量m0。按式（1）計算豆腐的保水性。

1.3.9 豆腐含水量測定

參照韓雅珊[19]的方法測定含水量。稱取約5.0 g（m1）石膏豆腐，放置于已恒質量的培養皿中，記為m0，于105 ℃烘箱中烘至恒質量m2。按式（2）測定豆腐含水量。

1.3.10 豆腐質構測定

利用質構儀的TPA循環法對豆腐的質構特性進行測定。豆腐質構測定參數設定：將待測定的豆腐樣品冷卻至室溫，去掉豆腐表皮，切成邊長為15 mm的立方體，選用質構儀的TA 25/1000圓柱型探頭，質構儀軟件設置參數為：觸發點負載10 g，夾具TA-RT-KIT，測試速率0.5 mm/s，預測試速率2 mm/s，返回速率0.5 mm/s，數據頻率10 點/s，下壓距離10 mm，負載單元1 500 g。

1.4 數據分析

所有實驗重復3 次。采用Excel 2007軟件對實驗數據進行整理分析；利用統計分析軟件SPSS進行K值聚類分析。

2 結果與分析

2.1 大豆籽粒中理化成分的含量

對所選32 個東北大豆進行基礎理化指標測定，由表2可知，所選大豆的粗蛋白含量范圍為38.78～45.24 g/100 g（蛋白質測定系數6.25），平均值為41.46 g/100 g，標準差為1.63，變異系數為3.94%；脂肪含量變化范圍為16.88～24.09 g/100 g，平均值為19.84 g/100 g，標準差為1.50，變異系數為7.57%；鈣含量的變化范圍為200～287 mg/100 g，平均值為238.06 mg/100 g，標準偏差為19.07，變異系數為8.01%；磷含量的變化范圍為639.2～788.5 mg/100 g，平均值為721.92 mg/100 g，標準偏差為38.85，變異系數為5.38%；豆乳可溶性蛋白質量濃度的變化范圍為21.937～29.594 mg/mL，平均值為26.280 mg/mL，標準偏差為2.173，變異系數為8.27%。這說明東北大豆各品種間理化成分表現一定的差異性。

表2 32 個東北大豆品種籽粒中的理化成分Table 2 Physicochemical composition of 32 soybean varieties

2.2 原料大豆SDS-PAGE電泳分析結果

圖1 部分樣品的電泳圖Fig. 1 Electropherograms of proteins in some soybean samples

大豆儲藏蛋白是大豆蛋白中的主要成分，其中大豆球蛋白（11S）和β-伴大豆球蛋白（7S）約占大豆儲藏蛋白的70%[20]。7S和11S各自有其特殊的氨基酸組成和結構，其含量和比值對大豆蛋白的營養品質和功能特性產生重要影響作用。β-伴大豆球蛋白（7S）為一種糖蛋白，二硫鍵和巰基含量較少，具有較強的親水性，加熱變性時形成的凝膠具有較好的柔軟性、保水性，而且伸展性比較小、彈性低。大豆球蛋白（11S）含有較多的二硫鍵和巰基，不含有多糖。加熱變性時，11S形成的凝膠具有較高的彈性和伸展性[21]。據已有文獻報道，大豆蛋白中7S/11S、α’亞基、α亞基、酸性亞基（A）和堿性亞基（B）的含量不同，制作的豆腐的質構和感官特性均存在顯著差異[6,22-23]，即蛋白組成對豆腐的加工特性存在顯著影響；因此本研究采用凝膠電泳法對原料大豆中的蛋白亞基組成進行了測定。

進一步利用Scion Image軟件對凝膠電泳圖譜進行分析的結果見表3。不同原料大豆中的大豆蛋白亞基組成中7S/11S比值在0.261～0.500之間，平均值為0.397，變異系數為15.239%，不同原料大豆的蛋白組成存在顯著差異性，這一結果與麻浩等[24]選取的706 份地方大豆品種的分析結果一致。其中，β-伴大豆球蛋白的主要組成成分α’亞基、α亞基和β亞基變異系數分別為8.90%、12.91%、17.89%，各亞基含量存在較大的變化范圍。而大豆球蛋白的兩種主要亞基酸性亞基（A亞基）和堿性亞基（B亞基）的變異系數分別為6.22%和5.71%，可見大豆球蛋白的亞基含量變化幅度差異不大，相對比較穩定。而β-伴大豆球蛋白尤其是β亞基含量在品種之間變化較大。

表3 大豆蛋白各組分的含量Table 3 Contents of soybean protein subunits

2.3 不同品種大豆加工的豆腐品質特性分析

2.3.1 豆腐得率、保水性和含水量的分析

用各品種大豆分別制備豆腐，分析了豆腐的得率、保水性和含水量，結果見表4。在得率方面，不同大豆品種的豆腐得率變化范圍較大，從墾豐17的191.93 g/100 g到吉82的321.33 g/100 g，平均值為256.96 g/100 g，變異系數為12.62%。但在保水性和含水量上各大豆品種之間的變異范圍和差異性較小，平均值分別為71.27%和83.26%，標準偏差均在1.6%左右，變異系數均僅為2%左右。這一結果表明，不同大豆品種的豆腐品質差異較大，以豆腐得率差異更明顯。

雖然豆腐是大豆蛋白凝膠產品，但相關研究顯示，蛋白質含量高的大豆，其加工的豆腐得率及品質未必很好[25-26]。本研究中，吉82號樣品的粗蛋白含量僅為39.47 g/100 g，并非為本研究中所選蛋白質含量最高的樣品，這說明除了蛋白質含量以外，其他理化成分對豆腐的品質也產生重要影響。

表4 不同品種豆腐得率、保水性和含水量的比較Table 4 Yield, water holding capacity and water content of tofu produced from different soybean varieties

2.3.2 豆腐質構特性分析比較

表5 不同品種豆腐質構特性的比較Table 5 Comparison of tofu texture between different soybean varieties

質構特性是豆腐品質評價的重要手段，硬度、內聚性、彈性、膠著（黏）性是豆腐質構評價的幾個主要指標[27-29]，對不同品種大豆加工的豆腐硬度、彈性等質構特性分析，結果如表5所示，所有品種豆腐的硬度平均值為521.21 g，最低為吉育101的251.75 g，最高為GY06Y22的731.95 g，品種的標準偏差為1 116.47，變異系數達22.74%；豆腐的彈性變化范圍為6.44～8.79 mm，變異系數為7.65%；所有豆腐的咀嚼性平均值為12.64 mJ，變異系數為32.91%；GY06Y22的硬度和彈性最大，說明GY06Y22大豆品種制備的豆腐具有較強的對外力造成形變的抵抗能力，以及在壓縮后具有較強的恢復原狀的能力。

蛋白質的網絡結構是決定豆腐質構品質的重要因素之一，而蛋白質的亞基組分又是決定豆腐網絡結構的關鍵點。Murphy等[30]研究發現，大豆中11S大豆球蛋白和7S β-伴大豆球蛋白的含量、兩者的比值、11S大豆球蛋白的A3亞基、A1aA1bA2亞基和β-伴大豆球蛋白的α、α’和β亞基含量與豆腐的硬度、破裂性、凝聚性、咀嚼性、彈性、黏性、脆性之間存在著顯著的相關關系，但是這種相關關系的密切程度隨品種類型不同而不同。本研究中，各樣品加工豆腐的硬度和咀嚼性品質上差異較大，對蛋白質亞基組成而言，本研究中硬度最低的吉育101樣品的7S/11S為0.356，β亞基含量為11.185%，而硬度最高的GY06Y22樣品的7S/11S為0.408，β亞基含量為13.699%，表現一定的差異性。說明原料大豆中蛋白質的亞基組分對豆腐質構性質具有較為重要的影響作用。

2.4 大豆品質與豆腐加工特性分析

聚類分析能夠根據樣品的多變量特征將其進行歸類，本研究采用聚類分析的系統聚類法，根據豆腐表觀品質（得率、含水量、保水性）和質構品質（硬度等）計算各品種豆腐間距離，尋找各類別的聚類中心值（表6），將豆腐分為4 類。

表6 聚類分析類別中心值Table 6 Category center values from cluster analysis

由表6可知，各類豆腐得率指標的順序從高到低為第4類、第1類、第2類、第3類，即第4類豆腐得率最高，第3類豆腐的得率最低，第1類和第2類得率適中。從含水量指標來看，類別順序從高到低仍然是第4類、第1類、第2類、第3類。豆腐質構品質決定其接受性，決定企業的經濟效益，所以豆腐的質構指標也是重要的參考指標。謝來超等[31]對不同大豆品種加工的豆腐進行品質相關性評價，發現豆腐的硬度、膠著性與得率、保水性呈顯著負相關。而本研究中，在質構中的硬度和咀嚼性指標上，4 類豆腐也表現出與豆腐得率相反的高低次序，即第3類豆腐硬度最高，其次是第2類、第1類豆腐，最后是第4類豆腐。

采用質量分數0.4%的CaSO4·2H2O制備的豆腐最為均一，凝膠能夠滯留更多的水分和固形物，得到最高豆腐產量[32]。喬明武等[33]對不同品種大豆加工的鹽鹵豆腐品質進行了研究，結果表明，豆腐的總體可接受性與硬度、膠著性呈顯著負相關，即豆腐硬度和膠著性越大，豆腐感官品質越差。Cai Tiande等[17]研究了不同攪拌條件下所制得的豆腐品質，認為得率高、質地細膩的豆腐品質好。因此總體而言，按豆腐的品質優良程度進行排序，這4 類豆腐中第4類豆腐品質最優，第3類最差，而第1類和第2類居中。

上述聚類分析結果表明，每類豆腐間存在較為顯著的差異。而產品特性則由原料特性決定，因此為明確大豆品質與豆腐加工特性的關系，對每類豆腐對應的大豆粗蛋白質含量、脂肪含量、豆乳可溶性蛋白質量濃度等指標的分布進行分析，結果如圖2所示。

圖2 大豆品種主要理化指標的范圍Fig. 2 Ranges of critical physicochemical indexes for four groups of soybean cultivars

由圖2可知，每類豆腐對應的大豆在各指標的含量分布頻率上呈現不同的特點。在粗蛋白含量方面，第3類豆腐的大豆蛋白質主要分布在40～44 g/100 g范圍，而第4類豆腐則主要分布在38～42 g/100 g范圍內。這表明高蛋白質含量的大豆不一定能制備出高品質豆腐，低蛋白含量的大豆也可用于制備高品質豆腐。在脂肪含量方面，第3類豆腐加工用大豆的脂肪含量主要分布在18～20 g/100 g之間，占比達50%，而第4類大豆的脂肪則主要分布在20～22 g/100 g之間，即高脂肪的大豆能更有利于加工高品質豆腐。各豆腐的7S/11S比值均主要集中在0.35～0.45范圍內，差異不顯著。但對于豆乳可溶性蛋白質量濃度，第3類豆腐加工用大豆主要集中在24～26 mg/mL范圍，而第4類豆腐對應的豆乳可溶性蛋白質量濃度則集中在26～28 mg/mL范圍，即豆乳可溶性蛋白質量濃度越高的大豆品種，加工的豆腐品質越好。研究表明，此外，鈣、磷含量對豆腐的品質也具有一定的影響作用，從圖2中可以看出，鈣、磷含量相對較高的大豆，可加工出品質較高的豆腐。

已有的大量研究也表明，大豆原料的基本理化指標（如蛋白質、脂肪、鈣、磷、蛋白質亞基含量等）對豆腐的品質特性（得率、質構等）起著重要的影響作用。大豆蛋白質含量與豆腐產量有一定的相關性，而且蛋白質含量越高，豆腐硬度越大[4]。大豆品種中油脂含量與內脂豆腐的得率、硬度呈負相關[2]。在本研究中，也發現大豆理化成分含量對豆腐品質的重要影響作用。以第4類豆腐數據為主提取的關鍵理化指標范圍，得出當大豆品種具有較高的豆乳可溶性蛋白質量濃度（大于26 mg/mL）、脂肪含量（18～22 g/100 g）、鈣含量（大于200 mg/100 g）和磷含量（大于700 mg/100 g）時，可加工出得率較高、質地較軟的豆腐產品；反之亦然。說明大豆理化成分含量，特別是磷含量和豆乳可溶性蛋白質量濃度對豆腐品質具有重要影響作用。這一結果為豆制品加工生產選擇專用品種提供了重要的參考。

3 討 論

豆腐是以大豆為原料加工的蛋白凝膠產品，其產品品質因原料、加工工藝和凝固劑的不同而有所差異。其中，大豆原料是影響豆腐品質的關鍵因素之一。本研究選取32 個東北大豆品種，分析了基礎理化指標，并分別對制備豆腐進行品質分析比較。結果發現大豆粗蛋白、脂肪、鈣和磷的含量范圍分別為38.78～45.24、16.88～24.09 g/100 g和200～287、639.2～788.5 mg/100 g，變異系數分別為3.94%、7.57%、8.01%和5.38%，各大豆品種間理化指標表現一定的差異性。不同原料大豆中的大豆蛋白亞基組成中7S/11S比值范圍為0.261～0.500，變異系數為15.239%。其中，β-伴大豆球蛋白的主要亞基成分存在較大的變化范圍，而構成大豆球蛋白的兩種主要亞基成分變化差異不大。不同品種大豆加工的豆腐得率變化范圍較大，從墾豐17的191.93 g/100 g到吉82的321.33 g/100 g，平均值為256.96 g/100 g大豆，變異系數為12.62%。但在保水性和含水量上變異范圍和差異性較小。豆腐硬度的平均值為521.21g，變異系數高達22.74 %，其中以GY06Y22的硬度最大；咀嚼性平均值為12.64 mJ，變異系數為32.91 %。上述結果表明，大豆品種理化指標不同，所加工豆腐品質具有較大的差異，說明豆腐品質受原料影響作用顯著。

進一步將豆腐通過聚類分析分成4類，對每類豆腐對應的大豆在蛋白質含量、脂肪含量、豆乳可溶性蛋白質量濃度等指標的分布進行分析發現，當大豆品種具有較高的豆乳可溶性蛋白質量濃度（大于26 mg/mL）、脂肪含量（18～22 g/100 g）、鈣含量（大于200 mg/100 g）和磷含量（大于700 mg/100 g）時，可加工出得率較高、質地較軟的豆腐產品；反之亦然。說明大豆理化成分含量，特別是可溶性蛋白和磷含量對豆腐品質具有重要影響。

已有研究也發現，大豆原料的基本理化指標對豆腐的品質特性起著重要的影響作用，但先前的研究多集中在將大豆成分的各個理化指標分別與豆腐各單一品質指標進行相關性分析[2-9]。本研究則在確定了大豆品種理化指標數據和加工豆制品品質數據基礎之上，根據豆制品的品質指標將對大豆品種進行分類，確定最優和最差品質的品種；并分別對各類豆制品對應的原料理化指標分析，確定了影響豆制品品質的關鍵理化指標，提出具體的數據范圍，為大豆加工品種選擇和專用品種的選育提供重要的參考指標。