陈 杰,谭 琳,张 清,*,张黎骅

(1.四川农业大学食品学院,四川雅安 625014; 2.四川农业大学机电学院,四川雅安 625014)

豆腐是以大豆为主要原料,经漂洗、浸泡、磨浆、煮浆、滤浆、点脑、压制成型、包装等工艺加工制成的非直接入口的豆制品,在中国、日本和韩国等东南亚国家非常受欢迎,已经有2000多年的历史[1]。豆腐营养丰富,口感柔和,在干基状态下蛋白质含量高达50%,不含胆固醇,饱和脂肪含量低。常食用豆腐,对人体有很大的健康效益,如减少患动脉粥样硬化的几率、降低人体血液中胆固醇含量等,具有良好的健康效应[2-4]。

传统的豆腐制作主要包括原料清选、浸泡、制浆、煮浆、过滤、点浆、成型等工序,其中制浆是关键环节之一。近年来,豆腐制浆技术主要包括干法超微粉碎制浆技术和湿法超微粉碎制浆技术,各种制浆技术在生产应用中各有利弊[5-6]。豆腐制浆工艺对豆浆的粒度、稳定性、大豆蛋白凝胶性,以及后续凝胶成型、豆腐的口感、凝胶强度、硬度等具有显著的影响。

本文详细阐述现有超微粉碎制浆技术在豆腐中的作用及应用现状,明确了各种技术的发展前景及存在的问题,对进一步改进和开发新的制浆技术及提高豆腐品质口感具有重要参考价值。

1 干法超微粉碎制浆技术

干法超微粉碎是将未经浸泡的大豆进行超微粉碎后,再按一定料水比配兑制浆。其工艺包括大豆筛选除杂、粗粉碎、微粉碎、兑水调浆等步骤,与传统制浆工艺相比,干法超微粉碎制浆无需对大豆进行浸泡,效率更高。干法超微粉碎主要设备有球磨机、气流粉碎机和高速粉碎机等[7]。其中,球磨机是利用球或棒形研磨介质产生的高强度旋转冲击运动实现对物料粉碎的装置;气流粉碎机是将多股经过滤干燥后的气流同时喷入粉碎仓,使物料被反复碰撞、剪切而破碎的装置;高速粉碎机是利用高速旋转的叶轮带动物料高速旋转,与动刀片产生碰撞、剪切、摩擦，从而实现对物料的粉碎[8-10]。

干法超微粉碎制浆是一种新兴的制浆技术,在全豆豆浆和豆腐的生产过程中尤为重要。李升等[11]研究了干法制浆工艺(制粉调浆)和湿法制浆工艺(泡豆打浆)对制备全子叶豆腐的基本特征的影响。结果表明,与湿法制浆工艺相比,干法制浆工艺生产的全子叶豆腐的外观和质构特性更好,而豆腐的色泽和基本成分差异不显著;与传统去渣工艺相比,湿法制浆工艺和干法制浆工艺分别提高产量41.23%和46.67%,后者比前者效率更高。Kuo等[12]利用研磨机制备全豆豆浆,并与过滤豆浆的营养成分进行对比分析。当研磨机搅拌速度为3000 r/min,研磨时间为60 min时,豆浆平均粒径可达(26.6±14.6) μm;豆浆的固体回收率为98.44%±0.16%,黏度为(160.59±4.26)cps,膳食纤维含量为22.68%±0.97%(干基),多酚回收率为95.15%±7.09%,异黄酮含量为(4.42±0.03) mg/g,其含量均大于过滤豆浆;而且研磨机制备的豆浆中的异黄酮苷元是过滤豆浆的两倍,同时,保留了大豆中的膳食纤维。

干法超微粉碎制浆技术可与湿法超微粉碎制浆技术联用。Joo等[13]结合干法超微粉碎和湿法超微粉碎技术制作全豆豆腐,将15 g经超微粉碎的全脂豆粉加入100 mL热水中,之后在10000 r/min的条件下均质2 min;将均质后的豆浆放在95 ℃条件下加热5 min,随后加入10%的TG酶,在50 ℃条件下保温60 min,最后在95 ℃条件下保温10 min,全豆豆腐凝固成型。用此法制作的豆腐的硬度可达645 g,弹性可达0.98。

可见,干法超微粉碎制浆可降低豆浆的粒径,提高豆腐的出品率、硬度、弹性、内聚性和咀嚼性等,避免了大豆中异黄酮、膳食纤维等营养成分的流失,且效率高于传统制浆工艺。然而,干法超微粉碎技术生产的豆浆的持水力、膨胀力和结合水力次于湿法超微粉碎,而且干法超微粉碎制浆对设备的要求高[14],这可能是阻碍干法超微粉碎技术在豆浆、豆腐生产中应用的主要因素。

2 湿法超微粉碎制浆技术

湿法超微粉碎制浆技术主要使用胶体磨、超声波细胞粉碎机、高压均质机和超高压均质机等设备进行超微粉碎处理,其工艺环节大致包括大豆筛选除杂、浸泡、粗磨、微磨等步骤[15-18]。

2.1 胶体磨粉碎技术

胶体磨又称分散磨,由定子和转子组成,是工业上最常用的高含油量产品的乳化装置。胶体磨工作时,物料在层流剪切条件下流经转子和定子之间的微小间隙,受到剪切、摩擦和高频振动,进而被有效的乳化、分散和破碎[19]。

胶体磨粉碎可减小豆浆的粒径,改善豆腐的凝胶强度、口感、弹性、内聚性等;但胶体磨磨浆次数不宜过多,否则非但不能起到减小豆浆粒径的作用,还会降低豆腐的硬度。于滨[20]等研究了胶体磨磨齿间隙(10～30 μm)对内酯豆腐质构特点的影响,发现胶体磨处理能显著提高内酯豆腐的弹性和内聚性;但在间隙为10 μm 的情况下,研磨时间超过2 min会降低豆腐的硬度。冉春霞等[21]研究了全豆磨浆粒度对全豆腐乳白坯品质的影响,研究发现,胶体磨磨浆次数越多,全豆豆浆颗粒粒径越小,全豆腐乳质地越接近传统腐乳白坯;但磨浆次数超过3次时,全豆豆浆颗粒大小及豆腐品质无显著差异。

与传统粉碎方式石磨相比,胶体磨湿法粉碎技术处理的豆浆粒径小,分布均匀,并且能耗小。但与离心处理和均质处理方式相比,胶体磨处理对豆浆稳定性、粒径分布、感官品质的影响相对较小。王小龙等[22]分析了石磨、胶体磨对大豆粉碎特性的影响，研究发现胶体磨研磨物料的粒径尺寸取决于动静磨齿的间隙,利用胶体磨对大豆研磨 30 s,粒径可以达到460 μm,其粉碎时间比石磨短。胶体磨的能耗受磨齿间隙的影响,磨齿间隙大,能耗低,磨齿间隙小,能耗高;与石磨和剪切粉碎机相比,胶体磨研磨的物料粒径最小。Vishwanathan等[23]考察了石磨、搅拌研磨机和胶体磨三种不同粉碎方式对粒径、蛋白回收率以及豆浆质量的影响。研究结果表明,粒径对豆乳蛋白回收率有显著影响,粒径越小,蛋白质回收率越高。搅拌研磨机研磨的豆乳粒径最小,胶体磨次之,但搅拌研磨机能耗高;与石磨相比,胶体磨研磨的豆浆粒径小,且能耗低,适合大规模生产。俞小良等[24]利用激光衍射粒度分析仪考察了胶体磨、离心等处理方式对豆浆稳定性及粒径分布的影响,并通过感官评价方法对豆浆品质进行了评定。研究发现,胶体磨处理明显减小了豆浆体积平均粒径及分布宽度,使豆浆粒径分布更均匀,提高了豆浆的稳定性以及感官品质。胶体磨处理主要对200 μm以上的纤维颗粒有明显分散效果,与离心处理相比,胶体磨处理对豆浆稳定性、粒径分布、感官品质的影响相对较小,适合与其它工艺联用。

胶体磨可在短时间内粉碎豆浆中的固形物,同时兼有分散、均质等作用,从而改善豆腐的凝胶强度、口感、弹性、内聚性等;且结构简单,操作方便,占地面积小,适用于全豆豆腐的加工生产。但胶体磨湿法粉碎技术加工精度高,易磨损,而且在间隙较小的情况下长时间研磨会降低豆腐的硬度,因此在生产过程中应结合实际情况考虑磨齿间隙的调整。

2.2 超声波粉碎技术

超声波粉碎技术的设备是超声波粉碎机,它是利用超声波在处理物料中产生的空化效应,从而使物料震碎。高频率低强度超声波可用于分析食品含糖量、硬度、成熟度、酸度等理化性质,而低频率、高强度超声波可改变食品的理化特性[25]。

近年来,超声波技术在豆制品生产中的应用引起了研究人员的高度重视。超声波处理可显著提高豆浆的溶解性、降低豆浆的黏度,提高豆腐的保水性[26]。何仁等[27]研究发现,在大豆磨浆前后对其进行超声处理,可加快大豆的吸水速率、缩短大豆的浸泡时间,同时,可显著提高豆浆的蛋白质和可溶性固形物含量。于滨等[20]研究了超声波功率强度(1～3 W/g)对内酯豆腐质构特点的影响,研究发现,超声波处理可减小豆浆的粒径,改善豆腐的硬度和弹性,但超声波处理会显著降低内酯豆腐的内聚性。Jambrak等[28]研究了不同超声波功率强度对大豆蛋白物理性质的影响,研究发现超声波处理可显著减小豆浆的粒径,增加豆浆的电导率、溶解性和大豆蛋白的比表面积,从而增加豆浆的乳化活性指数,改善豆腐的质地。

超声波处理可提高豆浆的溶解性和可溶性固形物含量,增加蛋白质表面疏水性和游离巯基含量,促进共价键和非共价键在蛋白质分子之间的相互作用;通过超声波粉碎技术可改善豆腐的硬度和弹性,提高豆腐的凝胶强度、持水力以及豆腐的出品率,同时,可使豆腐的凝胶网络结构更加紧密均匀;但超声波处理会降低豆腐的内聚性。

2.3 高压均质技术

高压均质机主要由高压均质腔和增压机构构成。高压均质机工作时,物料通过柱塞泵吸入阀组中,被高压挤压穿过限流缝隙,产生剪切效应,瞬间失压的物料以极高的流速喷出,撞击在坚硬的阀座上,产生空穴效应和撞击效应,致使物料粉碎细化[29-31]。

高压均质处理可在高速剪切力的作用下破坏物料细胞壁,使其破碎。目前,高压均质处理技术已成为制浆的主要技术之一[32]。Zhang等[33]采用氯化钙为凝固剂,研究了高压均质处理对豆浆中大豆蛋白改性以及豆浆所形成的凝胶的影响,研究发现,高压处理可增加豆浆的黏度,使豆浆中的大豆蛋白发生变性,展现出更多的疏水区;同时还能提高豆腐的硬度以及改善豆腐凝胶网络结构,减少豆腐中微生物数目,延长豆腐货架期。

高压均质处理技术还可与胶体磨粉碎技术联用,以改善豆腐的品质。刘昱彤等[34]结合高压均质和胶体磨粉碎技术研究了不同加工条件对全豆豆腐凝胶强度的影响。研究发现,结合胶体磨粉碎技术,在豆浆中酶添加量为1.2 U/mL,氯化钠添加量0.125%,温度为50 ℃,凝固时间2 h的条件下，生产全豆豆腐,豆腐成型好,不易松散,弹性适中,豆香味十足;而且采用高压均质技术制浆无 “过滤豆渣”的工序,保留了豆渣中的营养成分,制得的豆腐营养价值高。孙德坤等[35]结合胶体磨和高压均质技术研究了不同条件对全豆豆腐凝胶强度和保水性的影响。研究发现,在20 ℃左右浸泡大豆,配成1∶9的豆浆浓度,用胶体磨对豆浆进行初步粉碎,在95 ℃煮浆5 min,之后利用高压均质机对熟浆进行高压均质,加入GDI(浓度为0.28%)进行点浆,在90 ℃保温30 min后,立即冷却、成型。这样制成的豆腐强度大,富有光泽和弹性、持水性好、质地细腻、口感好,而且属于纯膳食纤维豆腐。

在制浆过程中,高压均质处理技术极其重要。在制浆过程中对豆浆进行高压均质处理可减小豆浆的粒径,使其分布更加紧密均匀,从而改善豆腐的口感,提高豆腐的凝胶强度、硬度等,与胶体磨粉碎技术联用效果更佳,具有广阔的发展前景。

2.4 超高压均质技术

超高压均质技术是制作精细、稳定的亚微米乳剂的新兴技术[36-37],它是一种具有广阔前景的非热加工技术,可有效降低热加工过程中热效应对食品的影响,提高产品的“新鲜度”[38]。超高压均质技术的原理与高压均质技术相同,其最大的区别在于高压均质技术的压力一般为20～60 MPa,而超高压均质技术的压力在60 MPa以上,最高可达400 MPa[39-40]。此外,经超高压均质处理的乳液粒径更小,分布均匀,物理性能更加稳定,最重要的一点是可在加工过程中起到杀菌作用[41-42]。其被应用于减小粒径、稳定乳状液、抑制腐败微生物或病原体,以及改善流变性能和食品质地等领域[43-47]。近年来,由于超高压均质强大的压力所引起的空化效应、高速剪切、湍流和撞击等能诱导大豆蛋白分子的构造,使高压均质成为了制备大豆产品的潜在技术[48-49]。

超高压均质处理对豆浆蛋白的表面疏水性和巯基含量有影响,豆浆蛋白表面疏水性的增加和巯基含量的增多可提高豆腐凝胶强度,降低豆腐失水率[50]。Liu等[51]研究发现，超高压均质可使大豆蛋白发生变性、分解、重组,从而改变豆浆中蛋白质的巯基含量以及表面疏水性;超高压均质压力对均质效果起着决定性作用,直接施加高压力的均质效果比重复均质次数的均质效果好。

对豆浆进行超高压均质处理还可提高豆浆的风味,改善豆浆的感官品质,同时对豆浆有灭菌效果,其灭菌效果优于巴氏杀菌。Poliseliscopel等[52]研究发现,经超高压均质处理后的豆浆中的挥发性物质会发生细微变化,在处理过程中,加热温度、保温时间是影响豆浆中挥发性物质最主要的因素,当温度较高时,豆乳中的呋喃化合物会和醛、酮及醇类化合物相结合,从而影响豆浆的风味;当均质压力为300 MPa、温度为80 ℃时,呋喃类化合物含量较少,豆浆风味最佳。Poliseliscopel等[53]分析了超高压均质处理(200 MPa、75 ℃)对豆浆中微生物(嗜温好氧菌总数、需氧孢子、肠道细菌总数)、胶体与色泽稳定性和感官的影响,并与经巴氏杀菌(90 ℃、30 S)的豆浆相对比。研究发现,对豆浆进行高压均质处理的杀菌效果比巴氏杀菌效果好,而且经高压均质处理后的豆浆的胶体稳定性和色泽稳定性好,固体沉淀物少,感官特性好。当均质压力为200 MPa、进水温度为55 ℃时,杀菌效果最好。Poliseliscopel等[54]研究了超高压均质处理和巴氏杀菌超高温结合处理方式下豆浆的微生物(细菌总数、有氧孢子、蜡样芽胞杆菌),化学特性(脂氧合酶活性、过氧化氢含量、胰蛋白酶抑制活性)和物理特性(分散稳定性、粒径分布)。研究发现,超高压均质的杀菌效果明显优于巴氏杀菌,与传统处理方式相比较,高压均质处理后的豆浆的粒径显著减小,物理稳定性更好,过氧化氢含量低,但是其胰蛋白酶抑制活性较低。Toro等[55]对相同贮藏条件下经高压均质杀菌处理和加热杀菌处理豆浆中的大豆异黄酮、蛋白质消化率以及赖氨酸有效性的变化进行了对比研究。研究发现,在冷藏过程中,两种处理方式豆浆的蛋白质消化率无显著差异;与热处理的豆浆相比,经高压均质豆浆的大豆异黄酮苷元转换率更低,豆浆感官品质更好;此外,从营养和毒理学角度来讲,经高压均质处理豆浆样品中的赖氨酸不易被破坏,豆浆感官品质好。由此可见,对豆浆进行高压均质处理可以改善豆浆的质量。

超高压均质处理不仅能改变豆浆中蛋白质的巯基含量、表面疏水性,提高豆浆的风味,改善豆浆的感官品质,对豆浆进行灭菌,同时还能减小豆浆颗粒粒径,改善豆腐的口感,增加豆腐的保水率。姜梅[56]研究了超高压均质对豆乳及豆腐特性的影响,研究发现,豆乳颗粒粒径随压力升高而显著减小,豆腐的硬度、弹性、粘聚性、保水率和咀嚼性随压力升高而显著增加,但过度均质豆乳颗粒会重新聚合,使豆乳粒径增大,不稳定性增强。在均质压力140 MPa,进口温度20 ℃的条件下循环两次,豆乳粒径大小可达到亚微米级,口感细腻;在100、140 MPa时,豆腐保水率比0 MPa分别增加了1.47%、2.45%;140 MPa豆腐的咀嚼性分别比0、20 MPa时提高了112.7%、87.9%。同时,发现超高压均质有抑菌和钝酶效果,但其效果比热处理的抑菌、钝酶效果差。

超高压均质处理可显著减小豆浆的粒径,减少豆浆中固体沉淀物,增加豆浆稳定性,提高豆浆的风味,且豆浆中赖氨酸不易被破坏;其还可对豆浆起到杀菌作用,且作用优于巴氏杀菌,但不及热处理。同时,对豆浆进行超高压均质处理可改变豆浆蛋白质中的巯基含量以及表面疏水性,从而增强豆腐凝胶强度、硬度、弹性、内聚性,降低豆腐失水率。但过度均质豆乳颗粒会重新聚合,使豆乳粒径增大,不稳定性增强。

2.5 几种制浆工艺优缺点的比较

综上所述,豆腐制浆工艺主要包括干法超微粉碎制浆和湿法超微粉碎制浆,不同制浆工艺各有优缺点,对豆浆及豆腐品质存在一定程度的影响。不同制浆工艺优、缺点及对豆浆、豆腐品质影响差异见表1。

表1 干法超微粉碎和湿法超微粉碎制浆工艺比较Table 1 Comparison of pulping process by super micro-milling with dry processing and wet processing

3 展望

近年来,由于全豆豆腐的加工可避免传统去渣豆腐滤渣工序造成的膳食纤维、多不饱和脂肪酸、钙、以及碳水化合物等营养成分的流失,提高了豆腐的营养价值,全豆豆浆及全豆豆腐产品逐渐进入大众的视线。这使得对于大豆膳食纤维微细化的需求更为迫切,进而对超微粉碎制浆技术提出了更高的要求。干法超微粉碎制浆技术和胶体磨、超声波、高压均质、超高压均质等湿法超微粉碎制浆技术均可在一定程度上满足豆浆微细化的需求,但对于全豆产品的制备还有待进一步研究。目前针对豆腐超微粉碎制浆工艺的研究,多限于胶体磨、高压均质和超高压均质等湿法制浆工艺的独立性研究,对于干法超微粉碎制浆工艺和湿法超微粉碎制浆工艺的联合使用还可以做进一步研究,特别是干法超微粉碎制浆工艺和超声波制浆工艺、高压均质制浆工艺结合使用的研究,从而达到提高豆浆、豆腐整体品质的目的。