我国东北大豆品种与豆腐加工特性分析

徐婧婷，谢来超，陈 辰，王睿粲，郭顺堂,*

东北是我国重要的大豆产区，大豆种植面积和产量占全国大豆种植面积和产量的1/3[1]，是我国大豆食品加工的原料保障基地，对我国大豆产业的发展起到举足轻重的作用。

豆腐在我国有悠久的生产和食用历史，是大豆产业中传统豆制食品的代表。已有的大量研究发现，大豆中的成分对豆腐类制品的加工特性起重要的影响作用[2-6]。宋莲军等[7]研究河南省的11 个大豆品种成分对北豆腐得率的影响，结果表明，北豆腐湿基得率和干基得率均与大豆中的蛋白质含量呈显著的正相关。Mujoo等[4]发现，11S亚基含量、7S亚基中的α’亚基和11S亚基中的碱性亚基（B）含量都与豆腐产量显著相关，而7S亚基含量与豆腐的硬度呈现极显著负相关关系，11S/7S亚基比值和11S亚基含量显著影响豆腐的硬度。在豆乳的凝固过程中，脂肪球通过与豆乳中的蛋白粒子相结合而被结合到豆腐之中，由于脂肪球颗粒大于蛋白粒子而具有弹性，从而影响到了豆腐凝胶的形成和质构特性[8-9]。Wang Ruican等[10]指出，豆乳中游离的植酸与蛋白质竞争凝固剂中的钙离子，使蛋白质凝固反应活化能增加，凝固反应速率变慢，因而形成更加致密精细的凝胶网络结构，从而显著地提高豆腐的保水性。

我国是大豆的原产国，种质资源十分丰富。目前已收集保存的大豆品种资源中，无论是种子的外观品质（籽粒大小、粒形、粒色、光泽）还是籽粒的化学品质（蛋白质、脂肪、碳水化合物等的含量），均具有很大的变异性[11]。我国大豆主产区的东北大豆，品种丰富多样，但选择何种大豆用作食品加工原料，或选择何种指标为育种目标，目前尚缺少相关数据支撑。因此，本研究以32 个东北大豆品种为对象，对各品种的籽粒蛋白质、脂肪、钙、磷含量、蛋白质组成等理化指标及加工成豆腐的得率、保水性、含水量、质构等指标进行了分析，其结果能为大豆食品的原料选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

32 个品种东北大豆由吉林省农科院大豆加工所提供（表1）。

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

四乙基乙二胺、甲叉双丙烯酰胺、氨基乙酸（甘氨酸）、β-巯基乙醇、十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulfate，SDS） 美国Fluka公司；G-250考马斯亮蓝 美国Fishier Scientific公司；三羟甲基氨基甲烷（trisamine，Tris） 美国Promega公司；过硫酸铵、丙烯酰胺、三氯乙酸 北京化学试剂公司；硫酸钙、消泡剂为市售。

1.2 仪器与设备

MOEDLBE-210N电泳槽 日本Bio-Craft公司；DYY-III8B稳压稳流定时电泳仪 北京六一仪器厂；TS-1脱色摇床 江苏海门市麒麟医用仪器厂；JYL-350A豆浆机 山东九阳小家电有限公司；GF-300电子天平（千分之一） 日本ND公司；AY220电子天平（万分之一） 日本Shimadzu公司；SHJ-A水浴恒温磁力搅拌器 金坛市华峰仪器公司；HR-G1干胶仪北京华瑞公司；LXJ-B离心机 上海安亭科学仪器厂；Cano Scan LiDE110扫描仪 佳能（中国）有限公司；PHS-3C酸度计 上海虹益仪器厂；IH-P200电磁炉 佛山市富宝电器科技有限公司；CT3质构仪 美国Brookfield公司；SHI-III循环水真空泵上海亚荣生化仪器厂；SZ26N10蒸锅 浙江苏泊尔股份有限公司；DF206电热鼓风干燥箱 北京医疗设备二厂。

1.3 方法

1.3.1 蛋白质、脂肪、钙和磷含量的测定

分别参照GB 5009.5—2010《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》[12]、GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的测定》[13]、GB 5413.21—2010《食品安全国家标准 婴幼儿食品和乳品中钙、铁、锌、钠、钾、镁、铜和锰的测定》[14]、GB/T 5009.87—2003《食品中磷的测定》[15]测定蛋白质、脂肪、钙和磷含量。

1.3.2 样品前处理

称取一定量的大豆样品（＞10 g）于干磨容器内，利用打浆机磨粉。大豆粉经过40 目过滤筛，将豆粉颗粒小于40 目的样品装入自封袋中备用（磨粉过程中，注意实验仪器的清洁干净，避免品种间出现交叉污染）。利用万分之一电子天平称取约3 mg上述制备的大豆粉样品于1.0 mL的离心管中，加入0.48 g尿素、0.5 mL样品前处理液（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-巯基乙醇溶液和20 μL饱和的溴酚蓝溶液，最后添加蒸馏水使总体积为1.0 mL，充分混合均匀，在80 ℃水浴条件下处理10 min，在室温下放置一夜后进行电泳。

1.3.3 SDS-PAGE及分析

SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳（polyacrylamide gel electrophoresis，PAGE）中凝胶的配制：分离胶含4% SDS、0.375 mol/L Tris-HCl（pH 8.8），胶浓度为12.5%，交联度为2.7%；浓缩胶含0.4% SDS、0.125 mol/L Tris-HCl（pH 6.8），胶浓度为4%、交联度为3.8%；电极缓冲液体系含0.1% SDS、5 mmol/L Tris-HCl溶液、38.4 mmol/L甘氨酸。将凝胶制备在1 mm厚的垂直电泳胶板上，样品的上样量为5 μL。

电泳：接通电源，将浓缩胶阶段电流恒定为15 mA，进入分离胶后，电流恒定为25 mA。

固定、染色和脱色：电泳结束后，将凝胶放在含有体积分数33%甲醇和体积分数12%三氯乙酸的溶液中，振荡固定4 h。然后，将其放在考马斯亮蓝G-250溶液（含1.05 mmol/L G-250、1.0 mol/L硫酸、10 mol/L氢氧化钾、体积分数12%三氯乙酸溶液）中振荡染色4 h，最后用自来水对凝胶进行洗脱，直至蓝色被脱去。

将脱色后的凝胶放在真空干胶仪上，上表面附上保鲜膜，60 ℃真空干燥1h，将干燥好的凝胶进行保存。采用Scion Image软件对凝胶图像上的蛋白条带进行光密度扫描分析。

1.3.4 豆乳的制备

对原料大豆进行除杂（砂砾、秸秆等）后，称取约100 g大豆，用自来水反复清洗3 次，除去大豆表面的泥土等，再用去离子水进行反复淘洗2 次，然后浸泡于300 mL去离子水中，在4 ℃温度下，浸泡10 h。沥干大豆表面的浸泡水，将大豆（干质量）与去离子水按照料液比1∶7（m/V）放入打浆机中进行磨浆，15 s一个间隔，打浆2 min。向豆浆中加入适当消泡剂，经脱脂棉抽滤，将滤浆转入烧杯中，沸水浴加热至95 ℃，保持5 min，即制备成豆乳。

1.3.5 豆乳中可溶性蛋白质量浓度的测定

采用Bradford[16]的方法测定豆乳中可溶性蛋白质量浓度。以牛血清白蛋白为标准样品，配制成质量浓度为0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg/mL的标准溶液，分别移取各标准液0.1 mL于10 mL试管中，向其中分别加入5 mL考马斯亮蓝G-250溶液，漩涡振荡后利用分光光度计测定标准样品的吸光度，制作牛血清白蛋白标准曲线。对制备的豆乳进行一定的稀释后，移取0.1 mL稀释后的豆乳样品于10 mL试管中，再向其中加入5 mL考马斯亮蓝G-250，漩涡振荡后利用分光光度计测定其吸光度。

1.3.6 豆腐的制备

将豆乳放置于85 ℃水浴中，向豆乳中搅拌加入大豆干质量2.5%的研磨好的硫酸钙分散液，边搅拌边添加使其均匀，85 ℃水浴中保温30 min使其凝乳，水果刀破脑，转入豆腐模具中，盖好纱布，以500 g/88 cm2压力压榨15 min，再以1 000 g/88 cm2的压力压榨15 min，得到石膏豆腐。

1.3.7 豆腐得率的测定

参照Cai Tiande等[17]的方法，将新鲜制备的豆腐室温冷却5 min，电子天平称质量记录豆腐得率，按照100 g干质量大豆计算。

1.3.8 豆腐保水性测定

参照Puppo等[18]的方法并略加修改测定豆腐的保水性。称取约5.0 g石膏豆腐，放置于底部充填足量脱脂棉的50 mL离心管中，1 000 r/min离心10 min，去掉豆腐表面的脱脂棉，称质量m1，然后粉碎于培养皿中，在105 ℃烘箱中烘至恒质量m0。按式（1）计算豆腐的保水性。

1.3.9 豆腐含水量测定

参照韩雅珊[19]的方法测定含水量。称取约5.0 g（m1）石膏豆腐，放置于已恒质量的培养皿中，记为m0，于105 ℃烘箱中烘至恒质量m2。按式（2）测定豆腐含水量。

1.3.10 豆腐质构测定

利用质构仪的TPA循环法对豆腐的质构特性进行测定。豆腐质构测定参数设定：将待测定的豆腐样品冷却至室温，去掉豆腐表皮，切成边长为15 mm的立方体，选用质构仪的TA 25/1000圆柱型探头，质构仪软件设置参数为：触发点负载10 g，夹具TA-RT-KIT，测试速率0.5 mm/s，预测试速率2 mm/s，返回速率0.5 mm/s，数据频率10 点/s，下压距离10 mm，负载单元1 500 g。

1.4 数据分析

所有实验重复3 次。采用Excel 2007软件对实验数据进行整理分析；利用统计分析软件SPSS进行K值聚类分析。

2 结果与分析

2.1 大豆籽粒中理化成分的含量

对所选32 个东北大豆进行基础理化指标测定，由表2可知，所选大豆的粗蛋白含量范围为38.78～45.24 g/100 g（蛋白质测定系数6.25），平均值为41.46 g/100 g，标准差为1.63，变异系数为3.94%；脂肪含量变化范围为16.88～24.09 g/100 g，平均值为19.84 g/100 g，标准差为1.50，变异系数为7.57%；钙含量的变化范围为200～287 mg/100 g，平均值为238.06 mg/100 g，标准偏差为19.07，变异系数为8.01%；磷含量的变化范围为639.2～788.5 mg/100 g，平均值为721.92 mg/100 g，标准偏差为38.85，变异系数为5.38%；豆乳可溶性蛋白质量浓度的变化范围为21.937～29.594 mg/mL，平均值为26.280 mg/mL，标准偏差为2.173，变异系数为8.27%。这说明东北大豆各品种间理化成分表现一定的差异性。

表2 32 个东北大豆品种籽粒中的理化成分Table 2 Physicochemical composition of 32 soybean varieties

2.2 原料大豆SDS-PAGE电泳分析结果

图1 部分样品的电泳图Fig. 1 Electropherograms of proteins in some soybean samples

大豆储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）约占大豆储藏蛋白的70%[20]。7S和11S各自有其特殊的氨基酸组成和结构，其含量和比值对大豆蛋白的营养品质和功能特性产生重要影响作用。β-伴大豆球蛋白（7S）为一种糖蛋白，二硫键和巯基含量较少，具有较强的亲水性，加热变性时形成的凝胶具有较好的柔软性、保水性，而且伸展性比较小、弹性低。大豆球蛋白（11S）含有较多的二硫键和巯基，不含有多糖。加热变性时，11S形成的凝胶具有较高的弹性和伸展性[21]。据已有文献报道，大豆蛋白中7S/11S、α’亚基、α亚基、酸性亚基（A）和碱性亚基（B）的含量不同，制作的豆腐的质构和感官特性均存在显著差异[6,22-23]，即蛋白组成对豆腐的加工特性存在显著影响；因此本研究采用凝胶电泳法对原料大豆中的蛋白亚基组成进行了测定。

进一步利用Scion Image软件对凝胶电泳图谱进行分析的结果见表3。不同原料大豆中的大豆蛋白亚基组成中7S/11S比值在0.261～0.500之间，平均值为0.397，变异系数为15.239%，不同原料大豆的蛋白组成存在显著差异性，这一结果与麻浩等[24]选取的706 份地方大豆品种的分析结果一致。其中，β-伴大豆球蛋白的主要组成成分α’亚基、α亚基和β亚基变异系数分别为8.90%、12.91%、17.89%，各亚基含量存在较大的变化范围。而大豆球蛋白的两种主要亚基酸性亚基（A亚基）和碱性亚基（B亚基）的变异系数分别为6.22%和5.71%，可见大豆球蛋白的亚基含量变化幅度差异不大，相对比较稳定。而β-伴大豆球蛋白尤其是β亚基含量在品种之间变化较大。

表3 大豆蛋白各组分的含量Table 3 Contents of soybean protein subunits

2.3 不同品种大豆加工的豆腐品质特性分析

2.3.1 豆腐得率、保水性和含水量的分析

用各品种大豆分别制备豆腐，分析了豆腐的得率、保水性和含水量，结果见表4。在得率方面，不同大豆品种的豆腐得率变化范围较大，从垦丰17的191.93 g/100 g到吉82的321.33 g/100 g，平均值为256.96 g/100 g，变异系数为12.62%。但在保水性和含水量上各大豆品种之间的变异范围和差异性较小，平均值分别为71.27%和83.26%，标准偏差均在1.6%左右，变异系数均仅为2%左右。这一结果表明，不同大豆品种的豆腐品质差异较大，以豆腐得率差异更明显。

虽然豆腐是大豆蛋白凝胶产品，但相关研究显示，蛋白质含量高的大豆，其加工的豆腐得率及品质未必很好[25-26]。本研究中，吉82号样品的粗蛋白含量仅为39.47 g/100 g，并非为本研究中所选蛋白质含量最高的样品，这说明除了蛋白质含量以外，其他理化成分对豆腐的品质也产生重要影响。

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

2.3.2 豆腐质构特性分析比较

表5 不同品种豆腐质构特性的比较Table 5 Comparison of tofu texture between different soybean varieties

质构特性是豆腐品质评价的重要手段，硬度、内聚性、弹性、胶着（黏）性是豆腐质构评价的几个主要指标[27-29]，对不同品种大豆加工的豆腐硬度、弹性等质构特性分析，结果如表5所示，所有品种豆腐的硬度平均值为521.21 g，最低为吉育101的251.75 g，最高为GY06Y22的731.95 g，品种的标准偏差为1 116.47，变异系数达22.74%；豆腐的弹性变化范围为6.44～8.79 mm，变异系数为7.65%；所有豆腐的咀嚼性平均值为12.64 mJ，变异系数为32.91%；GY06Y22的硬度和弹性最大，说明GY06Y22大豆品种制备的豆腐具有较强的对外力造成形变的抵抗能力，以及在压缩后具有较强的恢复原状的能力。

蛋白质的网络结构是决定豆腐质构品质的重要因素之一，而蛋白质的亚基组分又是决定豆腐网络结构的关键点。Murphy等[30]研究发现，大豆中11S大豆球蛋白和7S β-伴大豆球蛋白的含量、两者的比值、11S大豆球蛋白的A3亚基、A1aA1bA2亚基和β-伴大豆球蛋白的α、α’和β亚基含量与豆腐的硬度、破裂性、凝聚性、咀嚼性、弹性、黏性、脆性之间存在着显著的相关关系，但是这种相关关系的密切程度随品种类型不同而不同。本研究中，各样品加工豆腐的硬度和咀嚼性品质上差异较大，对蛋白质亚基组成而言，本研究中硬度最低的吉育101样品的7S/11S为0.356，β亚基含量为11.185%，而硬度最高的GY06Y22样品的7S/11S为0.408，β亚基含量为13.699%，表现一定的差异性。说明原料大豆中蛋白质的亚基组分对豆腐质构性质具有较为重要的影响作用。

2.4 大豆品质与豆腐加工特性分析

聚类分析能够根据样品的多变量特征将其进行归类，本研究采用聚类分析的系统聚类法，根据豆腐表观品质（得率、含水量、保水性）和质构品质（硬度等）计算各品种豆腐间距离，寻找各类别的聚类中心值（表6），将豆腐分为4 类。

表6 聚类分析类别中心值Table 6 Category center values from cluster analysis

由表6可知，各类豆腐得率指标的顺序从高到低为第4类、第1类、第2类、第3类，即第4类豆腐得率最高，第3类豆腐的得率最低，第1类和第2类得率适中。从含水量指标来看，类别顺序从高到低仍然是第4类、第1类、第2类、第3类。豆腐质构品质决定其接受性，决定企业的经济效益，所以豆腐的质构指标也是重要的参考指标。谢来超等[31]对不同大豆品种加工的豆腐进行品质相关性评价，发现豆腐的硬度、胶着性与得率、保水性呈显著负相关。而本研究中，在质构中的硬度和咀嚼性指标上，4 类豆腐也表现出与豆腐得率相反的高低次序，即第3类豆腐硬度最高，其次是第2类、第1类豆腐，最后是第4类豆腐。

采用质量分数0.4%的CaSO4·2H2O制备的豆腐最为均一，凝胶能够滞留更多的水分和固形物，得到最高豆腐产量[32]。乔明武等[33]对不同品种大豆加工的盐卤豆腐品质进行了研究，结果表明，豆腐的总体可接受性与硬度、胶着性呈显著负相关，即豆腐硬度和胶着性越大，豆腐感官品质越差。Cai Tiande等[17]研究了不同搅拌条件下所制得的豆腐品质，认为得率高、质地细腻的豆腐品质好。因此总体而言，按豆腐的品质优良程度进行排序，这4 类豆腐中第4类豆腐品质最优，第3类最差，而第1类和第2类居中。

上述聚类分析结果表明，每类豆腐间存在较为显著的差异。而产品特性则由原料特性决定，因此为明确大豆品质与豆腐加工特性的关系，对每类豆腐对应的大豆粗蛋白质含量、脂肪含量、豆乳可溶性蛋白质量浓度等指标的分布进行分析，结果如图2所示。

图2 大豆品种主要理化指标的范围Fig. 2 Ranges of critical physicochemical indexes for four groups of soybean cultivars

由图2可知，每类豆腐对应的大豆在各指标的含量分布频率上呈现不同的特点。在粗蛋白含量方面，第3类豆腐的大豆蛋白质主要分布在40～44 g/100 g范围，而第4类豆腐则主要分布在38～42 g/100 g范围内。这表明高蛋白质含量的大豆不一定能制备出高品质豆腐，低蛋白含量的大豆也可用于制备高品质豆腐。在脂肪含量方面，第3类豆腐加工用大豆的脂肪含量主要分布在18～20 g/100 g之间，占比达50%，而第4类大豆的脂肪则主要分布在20～22 g/100 g之间，即高脂肪的大豆能更有利于加工高品质豆腐。各豆腐的7S/11S比值均主要集中在0.35～0.45范围内，差异不显著。但对于豆乳可溶性蛋白质量浓度，第3类豆腐加工用大豆主要集中在24～26 mg/mL范围，而第4类豆腐对应的豆乳可溶性蛋白质量浓度则集中在26～28 mg/mL范围，即豆乳可溶性蛋白质量浓度越高的大豆品种，加工的豆腐品质越好。研究表明，此外，钙、磷含量对豆腐的品质也具有一定的影响作用，从图2中可以看出，钙、磷含量相对较高的大豆，可加工出品质较高的豆腐。

已有的大量研究也表明，大豆原料的基本理化指标（如蛋白质、脂肪、钙、磷、蛋白质亚基含量等）对豆腐的品质特性（得率、质构等）起着重要的影响作用。大豆蛋白质含量与豆腐产量有一定的相关性，而且蛋白质含量越高，豆腐硬度越大[4]。大豆品种中油脂含量与内脂豆腐的得率、硬度呈负相关[2]。在本研究中，也发现大豆理化成分含量对豆腐品质的重要影响作用。以第4类豆腐数据为主提取的关键理化指标范围，得出当大豆品种具有较高的豆乳可溶性蛋白质量浓度（大于26 mg/mL）、脂肪含量（18～22 g/100 g）、钙含量（大于200 mg/100 g）和磷含量（大于700 mg/100 g）时，可加工出得率较高、质地较软的豆腐产品；反之亦然。说明大豆理化成分含量，特别是磷含量和豆乳可溶性蛋白质量浓度对豆腐品质具有重要影响作用。这一结果为豆制品加工生产选择专用品种提供了重要的参考。

3 讨 论

豆腐是以大豆为原料加工的蛋白凝胶产品，其产品品质因原料、加工工艺和凝固剂的不同而有所差异。其中，大豆原料是影响豆腐品质的关键因素之一。本研究选取32 个东北大豆品种，分析了基础理化指标，并分别对制备豆腐进行品质分析比较。结果发现大豆粗蛋白、脂肪、钙和磷的含量范围分别为38.78～45.24、16.88～24.09 g/100 g和200～287、639.2～788.5 mg/100 g，变异系数分别为3.94%、7.57%、8.01%和5.38%，各大豆品种间理化指标表现一定的差异性。不同原料大豆中的大豆蛋白亚基组成中7S/11S比值范围为0.261～0.500，变异系数为15.239%。其中，β-伴大豆球蛋白的主要亚基成分存在较大的变化范围，而构成大豆球蛋白的两种主要亚基成分变化差异不大。不同品种大豆加工的豆腐得率变化范围较大，从垦丰17的191.93 g/100 g到吉82的321.33 g/100 g，平均值为256.96 g/100 g大豆，变异系数为12.62%。但在保水性和含水量上变异范围和差异性较小。豆腐硬度的平均值为521.21g，变异系数高达22.74 %，其中以GY06Y22的硬度最大；咀嚼性平均值为12.64 mJ，变异系数为32.91 %。上述结果表明，大豆品种理化指标不同，所加工豆腐品质具有较大的差异，说明豆腐品质受原料影响作用显著。

进一步将豆腐通过聚类分析分成4类，对每类豆腐对应的大豆在蛋白质含量、脂肪含量、豆乳可溶性蛋白质量浓度等指标的分布进行分析发现，当大豆品种具有较高的豆乳可溶性蛋白质量浓度（大于26 mg/mL）、脂肪含量（18～22 g/100 g）、钙含量（大于200 mg/100 g）和磷含量（大于700 mg/100 g）时，可加工出得率较高、质地较软的豆腐产品；反之亦然。说明大豆理化成分含量，特别是可溶性蛋白和磷含量对豆腐品质具有重要影响。

已有研究也发现，大豆原料的基本理化指标对豆腐的品质特性起着重要的影响作用，但先前的研究多集中在将大豆成分的各个理化指标分别与豆腐各单一品质指标进行相关性分析[2-9]。本研究则在确定了大豆品种理化指标数据和加工豆制品品质数据基础之上，根据豆制品的品质指标将对大豆品种进行分类，确定最优和最差品质的品种；并分别对各类豆制品对应的原料理化指标分析，确定了影响豆制品品质的关键理化指标，提出具体的数据范围，为大豆加工品种选择和专用品种的选育提供重要的参考指标。