郭星星,赵秋艳,2*,赵瑞芳,张平安,2,宋莲军,2,黄现青,2,张梦楠,乔明武,2

1(河南农业大学 食品科学技术学院,河南 郑州,450002)2(郑州市大豆深加工重点实验室,河南 郑州,450002)

腐竹是我国传统豆制品的典型代表,在豆制品中营养价值最高,享有“素中之荤”之美誉。腐竹的生产距今已有一千多年的历史,但由于传统豆制品的加工技术力量薄弱,对其开展的基础性研究较少,腐竹的生产技术几乎未曾改变,其质量仍然存在品质不均一,出品率低,褐变严重等突出问题[1],这严重影响了腐竹的生产与消费。目前,食品添加剂的使用已成为提高腐竹性能的主要手段之一,在生产中最常用的改良剂为亚硫酸盐类,其护色效果较好,但存在SO2残留超标等安全问题[2]。因此要严格控制SO2的使用量及残留量以保障消费者的健康。

近年来,L-半胱氨酸作为安全的添加剂,逐渐在生产上应用。L-半胱氨酸是组成蛋白质的重要氨基酸之一,具有重要的生理药理功能。能与酶促反应的醌类物质生成稳定的无色物质,因此也可起到一定的护色作用[3]。冯程程等[4]研究发现L-半胱氨酸可以显著延缓鲜切紫甘薯的褐变,并使其保有良好的品质和营养价值,延长货架期。吴欣婷[5]研究发现添加L-半胱氨酸能够显著降低鲜湿面的褐变,但对其品质改良方面未有探讨。郭鸿阳等[6]研究发现半胱氨酸浸泡可提高油炸薯片的白度和感官评分,抑制油炸薯片的脂质氧化和酸败。因此,L-半胱氨酸是理想的食品护色剂和品质改良剂。此外,其结构中既有羧基、氨基,又有巯基(—SH),所具有的还原性会影响蛋白巯基、二硫键的含量,从而可能影响腐竹膜形成过程中蛋白质的聚集行为以及蛋白的网状结构,即对腐竹的成膜速率及产率造成影响。因此研究其在腐竹品质改良中的应用具有一定意义。

本实验旨在向腐竹制作的过程中加入不同添加量的L-半胱氨酸,测定添加L-半胱氨酸前后腐竹各营养成分含量,同时结合腐竹的色泽、成膜速率、机械特性,研究L-半胱氨酸添加量对腐竹成膜特性及品质的影响,以期为腐竹的品质改良提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

东北大豆,市售。L-半胱氨酸,北京索莱宝科技有限公司。H2SO4、HCl(优级纯),西陇科学股份有限公司;硼酸、K2SO4、乙醇(分析纯),天津市富宇精细化工有限公司;NaOH,国药集团化学试剂有限公司。

1.2 主要仪器与设备

DMZ-100A磨浆机,沧州市昌达民用机械厂;DHG-9070A立式鼓风干燥箱,上海捷呈实验仪器有限公司;FA224电子分析天平,上海舜宇恒平科学仪器有限公司;HyP-314消化炉,上海纤检仪器有限公司;WB-2000IXA全自动测色色差计,柯尼卡美能达中国投资有限公司;TA-XTplus质构仪,英国SNS公司。

1.3 试验方法

1.3.1 腐竹工艺流程及操作要点

腐竹工艺流程如图1所示。

图1 腐竹工艺流程Fig.1 Technological process of yuba

称取200 g大豆清洗干净,以料液比1∶6在室温下浸泡12 h,沥干后进行称重,然后以料液比1∶8磨浆,所得浆液煮沸后保持2 min。以煮沸后的豆浆为基准,依次添加0.00%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%的L-半胱氨酸,并置于90 ℃恒温水浴进行揭竹。按照揭竹次数将腐竹命名为Y1、Y2、Y3…。

1.3.2 腐竹色泽的测定

将腐竹样品于65 ℃烘箱中干燥2 h,烘干后使用研钵将腐竹研碎。将烘干的腐竹样品放入比色槽中,采用WB-2000IXA全自动测色色差计对腐竹色泽进行测定。根据李加双等[7]的测量方法,结果用CIEL*a*b*颜色系统来表示。其中L*称为明度指数,L*值越大则样品越亮,反之越暗。

1.3.3 腐竹成膜速率的测定

计算如公式(1)所示。

(1)

式中:m,干燥至恒重的腐竹的质量,g;T,成膜所需时间,min。

1.3.4 腐竹产率的测定

将烘干后的腐竹称重,注:由于后续实验需要,此处将腐竹烘干至恒重来进行产率的计算,如公式(2)所示:

(2)

式中:m1,烘干后腐竹干重,g;m2,所用大豆干重,g。

1.3.5 营养指标的测定

蛋白质含量根据GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》采用凯氏定氮法进行测定;总脂肪含量采用碱水解法进行测定;总糖含量采用3,5二硝基水杨酸法进行测定。

1.3.6 腐竹机械特性的测定

将已制好的腐竹于饱和BaCl2溶液中平衡24 h,参考李永吉[8]的方法测定腐竹抗拉强度(tensile strength,TS)及断裂延伸率(ΔE)。每组腐竹样品测定至少5个样,去除最大值及最小值。计算如公式(3)所示:

(3)

式中:F,试样,kg;S,试样的截面积,cm2。

断裂延伸率按公式(4)计算:

(4)

式中:L,膜样品在断裂时所达到的长度,mm;L0,初始长度,mm。

1.3.7 腐竹蒸煮损失率的测定

取干燥腐竹制成2 cm×2 cm的大小,称重记为m1。将其置于85 ℃的水浴中煮沸15 min,然后沥干5 min,将腐竹在105 ℃的烘箱中干燥直至恒重,记录质量m2。蒸煮损失率计算如公式(5)所示:

(5)

式中:m1,蒸煮前样品质量,g;m2,蒸煮后样品质量,g。

1.3.8 腐竹的感官评定方法

选定感官评定人员10名,取烘干后的腐竹,将腐竹切成5 cm×5 cm的形状,并对其进行随机编号,感官评定人员对其进行评定,见表1。

表1 腐竹的感官品质评价标准Table 1 Sensory indexes of yuba

1.4 数据处理

采用Microsoft 2021 Excel、Origin 2021和SPSS 23.0对实验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 L-半胱氨酸对腐竹色泽的影响

由表2可知,不同L-半胱氨酸添加量的L*值存在显著性差异(P<0.05)。添加L-半胱氨酸后,腐竹的L*值均有所增加。且添加量为0.25%时对应的L*值最大。揭竹过程中氨基酸和还原糖在高温条件下发生美拉德反应,生成黑色的类黑精色素[9]。导致腐竹样品的颜色较深,L-半胱氨酸能与酶促反应的醌类物质生成稳定的无色物质,可抑制美拉德反应的发生[10],故加入L-半胱氨酸后腐竹的L*值整体升高。结合感官与生产实际,当L*值67左右时均可达到改善色泽的效果。因此,添加量为0.15%～0.25%时腐竹色泽改善效果最为理想。当L-半胱氨酸添加量为0.3%时,L*值明显下降,此时的色泽较其他添加量的改善效果差,因此在生产时添加量不宜超过0.25%。

表2 L-半胱氨酸对揭竹过程腐竹色差(L*值)的影响Table 2 Effect of L-cysteine on the color difference (L* value) of yuba

2.2 L-半胱氨酸对腐竹成膜速率的影响

由表3可知,L-半胱氨酸添加量(0.10%、0.15%、0.20%、0.30%)时,平均成膜速率均未提高,绝大多数膜的成膜速率与未添加相比,也不具有显著性差异(P<0.05)。这可能与实验条件下生产量较小有关。L-半胱氨酸添加量0.05%时,揭竹过程中第5～7张膜的成膜速率较快,且腐竹质量在感官上优于未添加。添加量0.25%时,成膜速率在揭竹前期呈现增加趋势,但在揭竹至第4张膜时腐竹质量略有下降,同时,揭竹后期的成膜速率较未添加时变化不明显。分析原因为随揭竹次数的增加,豆浆固形物含量下降,豆浆中的营养物质含量减少,蛋白质分子之间的交联疏松,导致腐竹成膜速率及腐竹品质下降[11]。因此,一定量的L-半胱氨酸添加对于腐竹成膜速率有促进作用,随揭竹次数的增加,L-半胱氨酸在浆液中残留量积累,使L-半胱氨酸浓度升高,高浓度的L-半胱氨酸可能不利于腐竹的成膜。故半胱氨酸添加量为0.05%时,揭竹后期的成膜速率快;添加量为0.25%时,前期成膜速率较快,而揭竹后期成膜速率较慢且腐竹质量较差。

表3 不同添加量的L-半胱氨酸对腐竹成膜速率的影响 单位:g/min

2.3 L-半胱氨酸对腐竹总产率的影响

由表4可知,不同L-半胱氨酸添加量对腐竹总产率的影响存在显著性差异(P<0.05)。添加量0.05%时,腐竹总产率高于未添加,此添加量对揭竹后期腐竹成膜速率及产率有促进作用。L-半胱氨酸添加量0.10%～0.20%时腐竹的成膜速率及总产率较未添加时低。但随着L-半胱氨酸添加量的增加,0.25%L-半胱氨酸添加量在揭竹前期可增加腐竹的成膜速率及产率,揭竹后期,由于水分的蒸发,L-半胱氨酸在浆液中的浓度增加较多,导致腐竹质量变差、难以成膜而降低了产率。因此,生产上在揭竹过程添加0.25%的L-半胱氨酸并在揭竹后期对其进行补浆,降低揭竹后期浆液中L-半胱氨酸的含量,可改善揭竹后期的成膜速率,从而提高总产率。

表4 不同添加量的L-半胱氨酸对腐竹(干基)总产率的影响Table 4 Effect of different amount of L-cysteine on the total yield of yuba (dry basis)

2.4 L-半胱氨酸对腐竹蛋白质含量的影响

由表5可知,L-半胱氨酸添加量对腐竹蛋白质的影响有显著性差异(P<0.05)。随揭竹次数的增加,腐竹中蛋白质含量呈现先增加后减少的趋势。据张秀金[12]研究,在揭竹前期,由于水分不断蒸发,豆浆中固形物、蛋白浓度增加,使得形成的腐竹蛋白质含量增加;由于蛋白质在腐竹成膜过程中的消耗速率较脂肪与碳水化合物大,揭竹后期豆浆固形物中的蛋白含量减少,使得腐竹中蛋白质含量下降。

表5 不同添加量的L-半胱氨酸对腐竹蛋白质含量的影响 单位:g/100 g

在腐竹制作过程中添加L-半胱氨酸,其蛋白质含量增加,且添加量为0.25%时蛋白质含量最高;添加量高于0.25%时,腐竹中的蛋白质含量降低,当添加量为0.30%时,揭竹中后期腐竹成膜困难。腐竹是变性蛋白质巯基暴露后分子之间相互碰撞发生聚合作用形成的蛋白膜,在膜的形成过程中,蛋白巯基之间的交联反应对膜特性具有重要影响。L-半胱氨酸具有还原性,能够还原蛋白分子中的S—S键,使其空间结构发生变化[13],有利于其在汽液界面聚集成膜,并形成新的分子间二硫键,因此,腐竹中的蛋白含量增加。但当L-半胱氨酸增加到一定量后,L-半胱氨酸可能与肽链发生二硫键交联,影响到蛋白分子间的二硫键交联反应以及蛋白分子之间疏水等作用力,不利于蛋白含量的进一步增加。

2.5 L-半胱氨酸对腐竹总脂肪含量的影响

由表6可知,L-半胱氨酸添加量对腐竹总脂肪含量的影响有显著性差异(P<0.05)。随揭竹次数增加,腐竹的脂肪含量逐渐减少。腐竹是蛋白质分子变性并与脂肪聚合而形成,脂肪填充于膜的空隙中,揭竹过程中随着蛋白质含量的下降,其空间网络结构变得疏松多孔,包裹脂肪的能力下降,因此造成腐竹组成中脂肪含量的下降[14-15]。L-半胱氨酸添加量0.05%～0.20%时脂肪含量增加,尤其是0.15%时脂肪含量最高,当添加量高于0.25%时,脂肪含量下降。这可能是由于一定量L-半胱氨酸的添加,使蛋白质分子在成膜的过程中二硫键被还原,蛋白质分子之间的交联度增加,且有利于蛋白质与脂肪之间的络合成膜,但当L-半胱氨酸添加量较高时,导致蛋白分子中的S—S键较多的被还原,使蛋白质的空间结构发生变化,从而影响到了蛋白质分子之间以及蛋白质与脂肪之间的作用力,使蛋白质与脂肪之间的作用力下降,进而使成膜时膜中脂肪的含量下降。

表6 不同添加量的L-半胱氨酸对腐竹总脂肪含量的影响 单位:g/100 g

2.6 L-半胱氨酸对腐竹碳水化合物含量的影响

由表7可知,L-半胱氨酸添加量对腐竹碳水化合物含量的影响有显著性差异(P<0.05)。揭竹过程中,碳水化合物含量逐渐增加。在腐竹成膜的过程中,体系中的蛋白质与多糖可发生相互作用,蛋白质分子与多糖分子相互吸引,即分子之间通过静电作用,在共价键和氢键的键合作用下形成凝聚物,得以形成腐竹[16]。但随着揭竹次数增加,浆液表面水分蒸发,使其浓度逐渐增加,多糖在腐竹膜形成过程中的消耗小于蛋白质,故揭竹后期浆液中多糖含量积累,而使成膜过程中腐竹碳水化合物含量增加。

表7 不同添加量的L-半胱氨酸对腐竹碳水化合物含量的影响 单位:g/100 g

表8 L-半胱氨酸对腐竹感官品质的影响Table 8 Effect of L-cysteine on sensory quality of yuba

L-半胱氨酸的添加可降低腐竹中的碳水化合物含量。蛋白、脂肪、碳水化合物是腐竹的主要化学组成,碳水化合物含量的变化可能与蛋白质、脂肪含量的变化有关。由表5可知,L-半胱氨酸的加入可使蛋白分子间的巯基暴露,使其蛋白质含量增加;由表6可知,当L-半胱氨酸的添加量为0.5%～0.20%时,腐竹的脂肪含量增加,腐竹形成过程中蛋白质与碳水化合物按照一定比例嵌合[17],故这可能是腐竹中碳水化合物含量下降的原因。

2.7 L-半胱氨酸对腐竹机械特性的影响

由图2和图3可知,腐竹的抗拉伸强度和断裂延伸率先增大后减小。高温使得蛋白质分子变性,变性蛋白质的巯基暴露后分子之间相互碰撞发生聚合作用,是形成腐竹蛋白膜的重要因素[18]。蛋白质和脂肪的比例与腐竹断裂延伸率有关,二者使得腐竹膜有较好的延伸性,赋予腐竹较好的韧性,故揭至第3张腐竹时,腐竹膜的断裂延伸率得以增加。揭竹后期整体抗拉伸强度下降,当固形物浓度增加到一定程度时,影响膜的机械性能主要因素转变为膜的形成速率,浓度越高膜的形成速率越快,机械性能降低[1]。

图2 L-半胱氨酸对腐竹抗拉伸强度的影响Fig.2 Effect of L-cysteine on tensile strength of yuba

图3 L-半胱氨酸对腐竹断裂延伸率的影响Fig.3 Effect of L-cysteine on elongation at break of yuba

L-半胱氨酸的加入使浆液中的巯基暴露,蛋白质含量增加,各高分子链之间的相互作用力增强,交联结合程度上升,使得腐竹的抗拉伸强度升高[19]。由图4和图5可知,L-半胱氨酸添加量为0.25%时,巯基浓度较高且在揭竹前期蛋白膜的成膜速率恰到好处,可以促进体系中的粒子充分、紧密结合,机械性能和色泽得到改善。但揭竹后期由于浆液固形物含量积累使其机械性能降低。同时添加量超过0.25%时,也会使其浆液固形物含量增加。MA等[20]研究指出固形物浓度过高时不利于大豆蛋白次级键的断裂,分子间的二硫键、疏水键等无法转移到外部与其他粒子相互作用,最后导致机械性能下降。

图4 L-半胱氨酸添加量对腐竹抗拉伸强度平均值的影响Fig.4 Effect of L-cysteine addition on the average tensile strength of yuba

图5 L-半胱氨酸添加量对腐竹断裂延伸率平均值的影响Fig.5 Effect of L-cysteine addition on the average elongation at break of yuba

2.8 L-半胱氨酸对腐竹蒸煮损失率的影响

由图6、图7可知,不同L-半胱氨酸添加量对腐竹蒸煮损失率的影响有明显影响。揭竹前期,L-半胱氨酸的添加对腐竹蒸煮损失率的影响不大,随揭竹次数的增加,腐竹的蒸煮损失率逐渐上升,且L-半胱氨酸添加量0.3%时,揭竹至第5～7张膜的蒸煮损失率与其他添加量相比,存在较为显著的差异。分析其原因为揭竹至5～7张膜时,豆浆固形物中蛋白质含量急速降低且腐竹自身的蛋白质含量尤其是11S的含量降低,11S对于腐竹蛋白质中二硫键的交联作用有重要影响[21],故当蛋白质含量降低时,大量水分子会溶于蛋白质使得腐竹较易断裂,会导致其蒸煮损失率增加;同时,当L-半胱氨酸添加量达到0.3%时,蒸煮损失率最高,未添加L-半胱氨酸的腐竹蒸煮损失率最低,可能因为L-半胱氨酸的添加会破坏蛋白质分子之间的交联作用,使蛋白质分子解聚,形成腐竹的结构不紧密,吸水后使腐竹蒸煮损失率增加。

图6 L-半胱氨酸添加量对腐竹蒸煮损失率的影响Fig.6 Effect of L-cysteine addition on thecooking loss rate of yuba

图7 L-半胱氨酸添加量对腐竹蒸煮损失率平均值的影响Fig.7 Effect of L-cysteine addition on the average cooking loss rate of yuba

2.9 L-半胱氨酸对腐竹感官品质的影响

方差分析结果表明,不同L-半胱氨酸添加量对腐竹感官品质的影响有显著性差异(P<0.05)。在色泽方面,添加L-半胱氨酸后腐竹色泽评分均有所提高,但L-半胱氨酸添加量0.3%的腐竹色泽评分明显下降;当L-半胱氨酸添加量高于0.25%时,对腐竹质地有不利的影响;随L-半胱氨酸添加量的增加,腐竹的气味和形态得分逐渐下降,半胱氨酸添加量超过0.25%时,揭竹后期的腐竹难以形成完整的腐竹,故添加量越高揭竹后期形成的腐竹形态越差,导致感官评分下降。

从总分的评价结果来看,添加量0.05%和0.25%L-半胱氨酸添加量的腐竹总分得分较高,0.3%L-半胱氨酸的添加量的腐竹感官评分较未添加的低。添加量0.05%时的整个成膜过程中,其总体的形态较好,同时也有一定的色泽改善效果。添加量0.25%时揭竹前期的色泽、质地最佳。

3 结论

实验结果表明,L-半胱氨酸的加入对腐竹品质改良有很好应用价值。本实验以L-半胱氨酸作为品质改良剂,在揭竹前向浆液中加入不同浓度的L-半胱氨酸,研究L-半胱氨酸添加量对腐竹品质的影响,同时确定了L-半胱氨酸于腐竹品质的最佳添加量,并得到如下结论:当L-半胱氨酸添加量为0.05%时,腐竹在整个成膜期间,其成膜速率及产率最高、蒸煮损失率小、且对腐竹的色泽、形态方面有一定的改善效果;添加量0.25%其对于腐竹的各营养成分的含量有促进作用,同时在揭竹前期,腐竹的色泽机械性能方面改善效果较好。揭竹后期可对0.25%添加量在第4张膜时进行补浆。因此,在腐竹生产加工过程中,L-半胱氨酸添加量0.05%时可节约成本,同时其成膜速率、产率可得以提升,色泽及感官品质也可达到理想的效果。生产上采用添加量0.25%并在揭竹后期进行补浆,可更好地改善成膜速率及产率、感官品质与色泽。