大豆蛋白与千叶豆腐品质特性的关系

王喜波，聂 鑫，廖 一，罗佳倩，吕秀莉，刘季善，刘 军，王中江，滕 飞，李 良，李 杨,4,*

（1.东北农业大学食品学院，黑龙江 哈尔滨 150030；2.山东万得福实业集团有限公司，山东 东营 257000；3.山东禹王生态食品有限公司，山东 德州 251200；4.哈尔滨市食品产业研究院，黑龙江 哈尔滨 150030）

千叶豆腐是由大豆蛋白通过添加转谷氨酰胺酶、淀粉等辅料形成的一种蛋白凝胶产品，不仅营养丰富，同时兼具豆腐的细嫩及特有的爽滑和筋道口感[1-2]。千叶豆腐因其优良的感官品质及较强的烹调入味能力，受到消费者的喜爱，广泛流行于日本、中国沿海及北方地区[2]。

千叶豆腐的品质主要受原料蛋白、辅料和加工工艺等因素的影响，其中原料蛋白质特性是影响千叶豆腐品质的关键因素之一，蛋白质的氨基酸组成及结构对大豆蛋白凝胶产品的加工特性起到重要的影响[3-7]。陈复生[8]指出，大豆蛋白的含硫氨基酸对凝胶质构特性具有重要影响，高含硫氨基酸使凝胶形成更多二硫键，形成高强度凝胶。Wang Xuefeng等[9]研究8 个大豆品种的氨基酸组成对酶促凝胶质构的影响，结果表明不同氨基酸组成的大豆蛋白凝胶硬度差异显著。董昳廷[10]指出蛋白凝胶的弹性、保水性、硬度可能与蛋白质二级结构中α-螺旋和β-折叠相对含量有关。Li Chuanyun等[11]研究发现酶促凝胶中β-折叠相对含量高时，凝胶强度、保水性和非冻结水含量等均较高。Mujoo等[4]研究证明11S亚基含量与11S/7S比例都与豆腐硬度呈正相关关系，而7S亚基含量与之呈负相关关系。Nagano等[5]研究发现大豆11S球蛋白较大豆分离蛋白可形成硬度更大的凝胶，但大豆11S球蛋白凝胶结构粗糙并且凝胶浑浊；大豆7S球蛋白凝胶透明度高但硬度低，只有合适的11S/7S比例才能形成结构细腻、透明度高的大豆蛋白凝胶产品。

先前的研究多集中在探索原辅料种类和添加量对千叶豆腐品质影响，而对原料蛋白质特性的研究甚少。因此，本实验以16 个品种的大豆蛋白为原料，研究了不同来源的大豆蛋白氨基酸组成、二级结构、亚基组成等蛋白特性，同时对大豆蛋白加工成千叶豆腐的品质特性进行了分析，旨在探讨影响千叶豆腐品质的蛋白质原料特性，并考察不同大豆蛋白制作千叶豆腐的品质特性，为选择适用于制作千叶豆腐的大豆蛋白原料及工业化千叶豆腐加工提供一定的理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

低温脱脂豆粕1～11号由山东万得福实业集团提供，低温脱脂豆粕12～16号由山东禹王生态食业有限公司提供。

十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（sodium dodecyl sulphate-polyacrylamide gel electrophoresis，SDS-PAGE）凝胶制备试剂盒、彩虹广谱蛋白Marker 北京索莱宝科技有限公司；氨基酸混合标准品 美国Sigma公司；转谷氨酰胺酶 上海源叶生物科技有限公司；其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

ME54E/204E型分析天平 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；JJ-1型增力电动搅拌器 上海科升仪器有限公司；PHSJ-4A型pH计 上海仪电科学仪器股份有限公司；Mini-PROTEAN Trtra型垂直电泳槽 美国Bio-Rad公司；L-8900型全自动氨基酸分析仪 日本日立公司；MAGNA-IR560型傅里叶变换红外光谱仪美国Thermo公司；3-18K型高速冷冻离心机 美国Sigma公司；LLOYD TA1型质构分析仪 美国Ametek公司；SU8010型场发射扫描电子显微镜 英国Quorum公司；K600型多功能食物调理机 德国博朗公司；FD5-3型冷冻干燥机 美国SIM公司。

1.3 方法

1.3.1 豆粕基本组分的测定

豆粕蛋白质量分数的测定：参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》；豆粕脂肪质量分数的测定：参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》；豆粕灰分质量分数的测定：参照GB 5009.4—2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》；豆粕水分质量分数的测定：参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》；豆粕粗纤维素质量分数的测定：参照GB/T 5515—2008《粮油检验粮食中粗纤维素含量测定》；豆粕氮溶解指数的测定：参考于滨等[12]的方法，称取0.5 g样品加入50 mL蒸馏水，30 ℃水浴下搅拌1 h，2 000 r/min离心10 min，取15 mL上清液进行微量凯氏定氮以测定其含氮量。氮溶解指数按下式计算。

1.3.2 大豆分离蛋白的制备

参考Petruccelli等[13]的制备方法。低温脱脂豆粕粉碎后过60 目筛，得到的豆粕粉与去离子水（1∶10，m/V）混合后，用1 mol/L NaOH溶液将混合溶液的pH值调节至8.5，室温下搅拌2 h，在4 ℃、9 000 r/min下离心20 min，取上清液用2 mol/L HCl溶液调节pH值至4.5后静置2 h，在4 ℃、6 000 r/min下将其离心20 min，得蛋白质沉淀物，将蛋白质沉淀物用去离子水洗3 次后溶解，用1 mol/L NaOH溶液调节蛋白溶液pH值至7，将此蛋白溶液冷冻干燥后研磨，即可得到大豆分离蛋白。

1.3.3 氨基酸分析

参考Wu Huichun等[14]的方法，在110 ℃下，用6 mol/L HCl溶液将样品在密封的水解管中水解24 h。水解后冷却至室温，使用去离子水定容至25 mL，溶液过0.45 μm膜后取1 mL进行干燥，将干燥的样品用1 mL 6 mol/L HCl溶液溶解后，使用氨基酸分析仪进行测定，进样量为30 μL。

1.3.4 傅里叶变换红外光谱分析

参考刘勤勤等[15]的方法，将3 mg大豆分离蛋白与溴化钾粉末按1∶100（m/m）的比例混合后压片，使用傅里叶变换红外光谱仪对样品进行扫描，分辨率4 cm－1，扫描波段4 000～400 cm－1，扫描次数32。使用Peakfit Version软件处理样品的傅里叶变换红外光谱图。

1.3.5 SDS-PAGE分析

参考Xia Xiufang等[16]的方法稍作修改：精确称取不同大豆分离蛋白，使其溶解后终质量浓度为2 mg/mL，上样前沸煮5 min，上样量为20 μL，分离胶质量分数为15%，浓缩胶质量分数为5%，初始电压为80 V，待样品进入分离胶后提高电压至120 V。电泳结束后用考马斯亮蓝R250溶液染色，脱色4～5 次至完全脱色后，采用Gel Doc EZ imager型凝胶成像系统分析电泳条带。

1.3.6 千叶豆腐制作

参考江程明[2]的方法：精确称量15 g大豆分离蛋白、5 g淀粉及80 mL水加入调理机中搅打约3 min。然后慢速加入0.12 g谷氨酰胺转胺酶，再快速打浆2 min至均匀。之后再慢速打浆，同时慢慢加入适量大豆油、味精、食盐等其他配料，再快速打浆5 min，使浆液细腻且无小气泡时即可。过程中温度控制在12 ℃以下。将打好的浆液倒入托盘，浆液厚度4 cm，表面盖上保鲜膜，冷藏定型10 h。冷藏后于80～85 ℃蒸煮40 min，使产品中心温度达75 ℃以上，冷却至常温后切块。经冷冻后包装，然后移入冷库贮存，冻藏温度为－18 ℃。

1.3.7 千叶豆腐质构特点分析

将千叶豆腐切成20 mm×20 mm×12 mm的块状，使用质构仪对千叶豆腐的硬度、弹性、黏聚性、胶着性、咀嚼性、回复性进行测定。测定参数：测定速率120 mm/min；测后速率120 mm/min；压缩比70%；两次下压间隔时间：5 s，探头类型为压盘式测试探头P25（25 mm）。

1.3.8 感官评定

将千叶豆腐解冻至室温后切片装盘，选择20 名专业感官鉴评人员（男性10 名、女性10 名）对1～16号千叶豆腐进行评估，并对千页豆腐各感官指标进行评分，评分项目与评分标准参考江程明[2]的方法（表1）。

表1 千叶豆腐感官评价标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of Qianye tofu

1.3.9 千叶豆腐微观结构观察

千叶豆腐的微观结构采用扫描电子显微镜进行观察分析。将千叶豆腐样品切成0.8 cm×0.6 cm×0.1 cm的薄片，然后进行固定（pH 6.8戊二醛溶液，4 ℃固定2 h），冲洗（pH 6.8磷酸盐缓冲液冲洗2～3 次，每次10 min），脱水（体积分数为50%、70%、90%的乙醇溶液各洗脱一次，每次10 min，无水乙醇洗脱2～3 次，每次10 min），置换（V（无水乙醇）∶V（叔丁醇）＝1∶1和纯叔丁醇各置换一次，每次15 min），冷冻干燥，粘样，涂覆金溅射，样品处理完成后，在5 kV条件下进行微观结构观察。

1.4 数据处理与分析

每组进行3 次平行实验，并将实验数据进行误差分析。采用统计学软件SPSS 18对数据采用Duncan’s新复极差法进行差异显著性分析和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 豆粕基本理化指标

豆粕中蛋白质、脂肪、灰分、水分、粗纤维素质量分数、氮溶解指数的测定结果见表2。

表2 不同豆粕的理化指标Table 2 Physicochemical indices of soybean meals from different varieties

粗蛋白质量分数、粗脂肪质量分数、水分质量分数、灰分质量分数、粗纤维素质量分数、氮溶解指数是区分豆粕原料品质的基础指标，与豆粕加工性能密切相关[17-20]。由表2可知，豆粕的蛋白质量分数范围为55.14%～57.01%，平均值为55.92%，变异系数为1.01%；脂肪质量分数范围为0.39%～0.69%，平均值为0.53%，变异系数为16.90%；灰分质量分数范围为5.14%～6.21%，平均值为5.73%，变异系数为6.02%；水分质量分数范围为8.04%～9.01%，平均值为8.53%，变异系数为3.10%；粗纤维素质量分数范围为2.51%～3.19%，平均值为2.92%，变异系数为8.09%；氮溶解指数分布范围为80.41%～87.73%，平均值为83.16%，变异系数为2.92%。16 种豆粕的指标均符合GB 21494—2008《低温食用豆粕》一级低温食用豆粕对粗蛋白质量分数（不低于55%）、粗脂肪质量分数（不高于1.0%）、水分质量分数（不高于10.0%）、灰分质量分数（不高于6.5%）、粗纤维素质量分数（不高于3.5%）、氮溶解指数（不低于80%）的要求。

2.2 氨基酸组成分析结果

蛋白质的营养价值主要是由氨基酸组成和含量决定，特别是必需氨基酸的组成与含量[21]。由表3可知，大豆蛋白中氨基酸种类齐全，其中谷氨酸相对含量最高，其次为天冬氨酸，而甲硫氨酸和胱氨酸相对含量较低。大豆蛋白中必需氨基酸、半必需氨基酸、非必需氨基酸相对含量范围分别为28.92%～32.38%、9.38%～10.68%、50.15%～54.40%，平均值分别为30.69%、9.88%、52.17%，变异系数分别为3.45%、3.52%、2.01%。由表3可知，大豆蛋白中必需氨基酸/氨基酸总量比值范围为32.24%～34.14%，必需氨基酸/非必需氨基酸相对含量比值范围为56.69%～61.94%，营养价值较高。大豆球蛋白（11S）中含有20 个二硫键和2 个巯基，而β-伴大豆球蛋白（7S）中仅含有2 个二硫键且不含巯基，这主要与不同亚基之中含硫氨基酸（甲硫氨酸和半胱氨酸）含量有关，因此含硫氨基酸的含量能一定程度上反映11S和7S亚基的相对含量，而凝胶的硬度等质构特性与11S和7S亚基的含量与比例密切相关[7,22]。结果表明，16 种大豆蛋白中含硫氨基酸相对含量范围为2.48%～3.14%，平均值为2.73%，变异系数为6.75%；其中10号样品中含硫氨基酸相对含量最高，为3.14%，6号样品中含硫氨基酸相对含量最低，为2.48%。

2.3 傅里叶变换红外光谱分析结果

蛋白质的二级结构可以通过傅里叶变换红外光谱的酰胺I带（1 700～1 600 cm－1）进行定量分析。参考Qi Baokun等[23]的方法，拟合图谱中各子峰与蛋白质不同二级结构对应关系：α-螺旋结构为1 650～1 660 cm－1；平行式β-折叠结构为1 618～1 640 cm－1；反平行式β-折叠结构为1 670～1 690 cm－1；β-转角结构为1 660～1 670 cm－1；无规卷曲结构为1 643～1 647 cm－1。使用PeakFit 4.12软件对傅里叶变换红外光谱进行曲线拟合，通过峰位归属和峰面积积分确定二级结构种类和相对含量，结果见表4。

蛋白凝胶的质构特性与蛋白质二级结构相对含量密切相关[24-25]。由表4可知，蛋白质二级结构中α-螺旋相对含量范围为11.70%～16.86%，平均值为14.14%，变异系数为13.18%；平行式β-折叠相对含量范围为32.01%～41.57%，平均值为36.22%，变异系数为10.12%；反平行式β-折叠相对含量范围为19.44%～20.92%，平均值为20.06%，变异系数为2.19%；β-转角相对含量范围为14.42%～15.21%，平均值为14.80%，变异系数为1.40%；无规卷曲相对含量范围为11.68%～16.78%，平均值为14.68%，变异系数为13.21%。β-折叠结构是蛋白质聚集和凝胶形成的关键，增加蛋白质中β-折叠结构相对含量可以显著提高凝胶的硬度等质构特性[8]。同时，由表4可知，不同大豆蛋白的平行式β-折叠结构相对含量较反平行式β-折叠结构相对含量差异更加显著。10号样品的β-折叠结构相对含量最高，为61.76%，其中平行式β-折叠结构相对含量为41.57%；7号样品中β-折叠结构相对含量最低，为51.70%，其中平行式β-折叠结构相对含量为32.26%。无规卷曲为无序结构，蛋白质中无序结构相对含量高时，形成低硬度、低弹性的凝胶[8]。4号和6号样品的无规卷曲相对含量最高，为16.78%；12号样品中无规卷曲相对含量最低，为11.68%。

表3 不同大豆蛋白氨基酸的相对含量Table 3 Amino acid relative contents of different soybean proteins

表4 不同大豆蛋白二级结构的相对含量Table 4 Relative contents of secondary structures in soybean proteins from different varietiies

2.4 SDS-PAGE分析结果

图1 不同大豆蛋白的SDS-PAGE图Fig. 1 SDS-PAGE profi les of soybean proteins from different varieties

蛋白质是决定大豆蛋白制品加工性能的主要因素，但并非所有大豆蛋白组分都与大豆蛋白凝胶产品的最终品质有关。与大豆蛋白凝胶产品品质密切相关的蛋白组分是大豆球蛋白（11S）和β-伴大豆球蛋白（7S），7S和11S是大豆中的主要贮藏蛋白，占到大豆蛋白总量的70%，其含量与组成直接影响大豆蛋白凝胶产品的营养价值与产品特性[7,22]。

由图1可知，不同大豆蛋白亚基组成基本相同，7S与11S亚基条带清晰可见。使用Gel Doc EZ imager型凝胶成像系统，对不同大豆蛋白电泳图像进行扫描分析，得出大豆蛋白中7S亚基（包括α’亚基、α亚基和β亚基）、11S亚基（包括A3亚基、A4亚基、A1,2亚基和B亚基）相对含量和两者比例，结果见表5。

表5 不同大豆蛋白亚基的相对含量Table 5 Relative contents of subunits in soybean proteins from different varieties

大豆蛋白中7S亚基和11S亚基两者的相对含量、比例以及亚基组成对大豆蛋白凝胶的质构特性影响显著[4-5,26]。由表5可知，7S、11S相对含量及11S/7S比例范围分别为25.45%～31.42%、43.50%～52.21%、1.44～2.05，平均值分别为27.82%、48.38%、1.75，变异系数分别为5.68%、5.25%、9.18%。11S凝胶在凝胶形成时主要依靠静电相互作用和二硫键形成稳定的三维网络结构，而7S凝胶形成仅依靠氢键，因此大豆蛋白中11S亚基含量影响凝胶硬度，而7S亚基含量影响凝胶弹性[7]。同时大豆蛋白中11S/7S比例、A4亚基、A1,2亚基与大豆蛋白凝胶的质构特性存在显著相关关系，且相关关系与品种类型密切相关[26-30]。由表5可知，10号大豆蛋白11S/7S比例最高，为2.05，16号大豆蛋白11S/7S比例最低，为1.44；A4亚基相对含量最高为10号大豆蛋白（18.63%），相对含量最低为13号大豆蛋白（13.64%）；A1,2亚基相对含量最高为15号大豆蛋白（7.15%），相对含量最低为4号大豆蛋白（4.88%）。

2.5 千叶豆腐质构特性

质构分析测试可以一次提供多个参数，从不同的角度来反映样品的物理性状。质构分析测试也被称作“两次咬合测试”，通常是对样品进行两次压缩，从而对样品的硬度等质构特性进行定量分析。质构特性是评价千叶豆腐品质的重要手段之一，硬度、弹性、黏聚性、胶着性、咀嚼性、回复性是千叶豆腐质构评价的主要指标[4,9,11,31]。

由表6可知，不同大豆蛋白制得千叶豆腐的硬度、弹性、黏聚性、胶着性、咀嚼性、回复性分布范围分别为209.32～344.19 g、0.88～1.15 mm、0.92～0.96、197.58～323.10 N、175.38～371.32 N、0.73～0.76，平均值分别为267.41 g、1.01 mm、0.94、250.92 N、257.29 N、0.75，变异系数分别为15.32%、7.94%、1.33%、15.47%、22.49%、1.47%。3、9、10、15号大豆蛋白制得千叶豆腐的硬度和弹性较高，具有较强的抗变形能力与形状恢复能力；而11、13、16号蛋白制得的千叶豆腐硬度和弹性较低，抗变形能力与形状恢复能力较差。

千叶豆腐的质构特性主要受蛋白质网状结构影响，蛋白质氨基酸组成和二级结构组成影响蛋白质亚基组成，而亚基组成是决定千叶豆腐网状结构的关键[5,11,27,31-32]。大豆蛋白的11S亚基中含硫氨基酸含量显著高于7S亚基，含硫氨基酸在胶凝时可形成二硫键，二硫键可以形成更加稳定的三维网状结构，故11S亚基含量高的蛋白质制得的凝胶硬度高[4-5,9]。蛋白质二级结构的含量差异会引起蛋白质高级结构的含量差异，其中β-折叠结构是蛋白质的主要有序结构，蛋白质中有序结构含量越高，蛋白质凝胶的网状结构越致密，凝胶硬度越高[8,33-34]。本研究中，不同大豆蛋白制得千叶豆腐的质构特性差异较大，硬度最高的10号样品中含硫氨基酸含量为3.14%，平行式β-折叠结构含量为41.57%，11S/7S为2.05，而硬度最低的13号样品中含硫氨基酸含量为2.43%，平行式β-折叠结构含量为32.41%，11S/7S为1.59，表现出较大差异。说明大豆蛋白的含硫氨基酸含量、二级结构相对含量与亚基相对含量对千叶豆腐的质构特性有较大影响。

2.6 千叶豆腐感官评定

由表7可知，千叶豆腐样品感官评价中的总体可接受性评分分布在4.5～8.8，其中口感、弹性、组织状态评分差异显著，但样品的味道、色泽评分差异不显著。10号样品的总体可接受性评分最高，为8.8；16号样品的总体可接受性评分最低，为4.5。结果表明大豆蛋白特性的差异显著影响千叶豆腐的感官特性。

2.7 千叶豆腐微观结构分析结果

图2 千叶豆腐扫描电子显微镜图Fig. 2 Scanning electron micrographs of Qianye tofu

图2显示，不同大豆蛋白制得的千叶豆腐表面结构不同，其中10号与15号千叶豆腐表面结构致密，孔洞分布均匀且孔径较小，8、12号及16号千叶豆腐表面结构粗糙，孔洞分布不均匀且孔径较大。这种表观结构差异是因为不同大豆蛋白具有不同的蛋白特性，会形成结构不同的凝胶，而凝胶结构的不同显著影响凝胶产品品质特性[35]。扫描电子显微镜观察结果与感官评定和质构分析结果相一致，表明大豆蛋白特性显著影响千叶豆腐品质特性。

2.8 主成分分析结果

主成分分析是在尽可能多地反映原始变量信息的基础上，将多个变量通过线性变化以选出较少数重要变量的一种统计方法。本实验对氨基酸组成、蛋白质二级结构、蛋白质亚基组成、千叶豆腐质构特性及感官评分中的11 个指标进行主成分分析，包括甲硫氨酸、胱氨酸、α-螺旋、平行式β-折叠、无规卷曲、β亚基、A4亚基、A1,2亚基相对含量以及11S/7S、硬度、弹性。

图3 千叶豆腐主成分分析载荷图Fig. 3 Loading plot of principal component analysis for Qianye tofu

由图3可知，3 个主成分的总方差贡献率为92.15%，数据信息损失量为7.85%，数据信息损失量较少，结果具有代表性。第一主成分（PC1）方差贡献率为58.28%，是最主要的主成分，第二和第三主成分方差贡献率分别为20.24%、13.63%，且3 个主成分特征值均大于1。因此，3 个主成分可以说明大豆蛋白与千叶豆腐品质特性的关系。第一主成分包括α-螺旋、平行式β-折叠、无规卷曲、A4亚基、A1,2亚基相对含量以及11S/7S、硬度、弹性，其中平行式β-折叠、A4亚基、A1,2亚基相对含量以及11S/7S、硬度、弹性呈正相关，而α-螺旋相对含量与无规卷曲相对含量呈负相关，表明蛋白质二级结构和11S亚基相对含量、千叶豆腐质构特性是影响千叶豆腐品质特性的主要因素。第二主成分包括甲硫氨酸、胱氨酸相对含量，且均呈正相关，表明蛋白质含硫氨基酸相对含量是影响千叶豆腐品质特性次要因素。第三主成分包括β亚基相对含量，且呈负相关，表明7S亚基相对含量是影响千叶豆腐品质特性的次要方面。

3 结 论

为明确大豆蛋白与千叶豆腐品质特性的关系，本实验以16 个品种的大豆蛋白为原料，研究了不同来源的大豆蛋白氨基酸组成、二级结构、亚基组成等蛋白特性和不同品种的大豆蛋白对千叶豆腐的质构、感官性质及微观结构等的影响。研究发现：甲硫氨酸、胱氨酸、α-螺旋、平行式β-折叠、无规卷曲、β亚基、A4亚基、A1,2亚基相对含量以及11S/7S、硬度、弹性存在显著差异，说明大豆蛋白特性是决定千叶豆腐品质特性的重要指标。进一步通过主成分分析研究影响千叶 豆腐品质特性的主要因素。结果表明，含硫氨基酸相对含量（高于（2.81±0.02）%）、平行式β-折叠相对含量（高于（39.96±0.57）%）及11S/7S比例（高于1.88±0.16）的大豆蛋白可制得高品质千叶豆腐。本实验为实际生产中选择适合制作千叶豆腐的蛋白质原料提供了一定的参考指标。