大豆蛋白的特性

热变性

大豆中存在很多种酶和抗营养因子，它们不仅影响发酵大豆的质量和营养价值，而且严重影响产品的风味。这些酶和抗营养因子包括：

1. 脂肪氧化酶
2. 尿素酶
3. 胰蛋白酶抑制素
4. 胀气因子

通过高温蒸煮法可以抑制这些酶。

大豆中存在的胰蛋白酶抑制素、细胞凝集素、脂肪氧化酶、脲酶等生物活性物质，在热作用下会丧失活性、发生变性，其变性现象主要是水溶性含氮物量的变化。因为大豆蛋白是高分子物质，相对分子质量较大，在水中呈现胶体状态，因此，大豆蛋白质在水中的溶解性应该称为分散性。同时，仅用大豆蛋白质中水溶性含氮物的多少来判断大豆蛋白质的变性程度是不可靠的。

大豆蛋白质热变性的阶段

假设大豆蛋白质溶液在 100℃ 的目标温度下持续加热。

第一阶段：溶解度增大

在温和加热阶段，水的动能增加，蛋白质分子与水分子之间的相互作用增强，即水合作用增强，使得蛋白质溶解度增加。

第二阶段：溶解度减小

当温度超过一定阈值，蛋白质发生变性（蛋白质三维结构展开），内部疏水基团暴露，同时，因为蛋白质分子之间的吸引力，溶解度减小。宏观表现为分子间的聚集和沉淀。

第三阶段：溶解度重新增加

在长时间或高温加热下，蛋白质分子内的肽键发生水解（并非所有肽键都发生水解），形成分子量更小的多肽或氨基酸。因为这些小分子具有更多的亲水基团，通常更容易溶解在水中，从而导致蛋白质溶液的溶解度再度增加。

100℃ 无限期加热的结果：

1. 蛋白质更彻底的水解和营养价值的流失：
   蛋白质水解会持续进行，大分子蛋白质会完全水解为更小的多肽和氨基酸。这个过程虽然让溶解度稳定保持在较高水平，但也可能导致部分氨基酸（如胱氨酸、甲硫氨酸等）因长时间高温而降解，从而影响蛋白质的营养价值。
2. 美拉德反应与风味、颜色的变化：
   这是最显著的变化之一。大豆蛋白质分解出的氨基酸，会与大豆中含有的还原糖发生美拉德反应。这个反应会产生复杂的化合物，导致溶液的颜色逐渐变深（褐变），并产生新的风味和香气。例如，长时间煮沸豆浆可能产生的焦香味和颜色变深就是这个反应的结果。
3. 产生新的化合物：
   除了美拉德反应之外，一些氨基酸在高温下可能发生脱氨、脱羧等化学变化，生成一些小分子挥发性物质，这些物质可能会影响产品的最终风味。

附：

制作豆制品最佳的热变性阶段：

若要将大豆蛋白质溶液用于豆制品加工，最佳热变性阶段应是第二阶段。因为豆制品制作的核心原理是蛋白质的变性和凝固。

1. 第一阶段（溶解度增大）的蛋白质仍处于天然的、稳定的折叠态（三维折叠结构），此时加入凝固剂很难使其有效凝结成型。
2. 第二阶段（溶解度减小）的蛋白质因高温发生变化，其内部的亲水基团暴露，分子开始相互聚集。在这个临界状态下，蛋白质分子已经展开，变得活跃且不稳定。此时加入凝固剂，凝固剂中的离子会作为“桥梁”，将这些展开的蛋白质分子紧密的联结在一起，迅速形成一个立体网状结构，也就是豆腐的凝胶（豆腐脑）。
3. 第三阶段（溶解度回升）的蛋白质因长时间的加热而发生水解，分解成了分子量较小的多肽或者氨基酸。这些小分子已经无法形成一个稳定的凝胶网络，因此无法用来制作豆制品。

蒸汽与热变性：

1. 快速升温，直接进入变性阶段
   通常蒸汽温度在 100°C 或更高，通入溶液中，会使其温度急剧升高。这意味着溶液几乎不会经历缓慢升温带来的溶解度增加阶段，蛋白质会迅速达到变性阈值，因此蛋白质会快速、大量地变性。

2. 剧烈的变性和聚集，溶解度显著下降
   由于温度上升极快，蛋白质天然的结构会迅速被破坏，内部疏水基团大量暴露。同时，蒸汽的剧烈搅动也会加速蛋白质分子之间的碰撞和聚集。这会导致蛋白质迅速形成大的、不溶的团块，使溶液的溶解度在短时间内急剧下降。

3. 持续加热下的稀释与水解
   若持续通入蒸汽，它会不断凝结成水，稀释溶液。稀释会降低蛋白质的浓度，这在一定程度上可能会减缓分子聚集的速度，但不会改变溶解度急剧下降的趋势。

蒸汽应使大豆蛋白质溶液发生剧烈搅动。

溶液发生轻微的“凝絮”现象，即代表溶液即将脱离第二阶段，应立即停止加热。

大豆蛋白质热变性与黏度变化的关系

大豆蛋白质受热变性后，除溶解度发生变化外，其黏度也发生变化。因为蛋白质变性后，其内部疏水基团暴露，分子间相互作用增强，导致溶液的黏度上升。

其中，大豆蛋白中主要的两种蛋白质是7S球蛋白和11S球蛋白，它们在加热过程中各有其关键作用：

1. 7S组分：其热变性温度较低，通常在 70°C 左右。它在加热初期会首先发生变性，对溶液黏度增加有重要贡献。
2. 11S组分：其热变性温度较高，通常在 90°C 左右。尽管它变性较晚，但它是形成豆腐凝胶和提供最中硬度的重要组分。没有 11S 的贡献，仅靠 7S 很难形成坚固、有弹性的豆腐。

凝胶性

凝胶性是蛋白质形成胶体网状立体结构的性能。

大豆蛋白质分散于水中形成胶体，这种胶体在一定条件下可转变为凝胶。凝胶是水分散于蛋白质中的分散体系，具有较高的可塑性、黏度和弹性，它或多或少具有固体的性质。蛋白质形成凝胶后，既是水的载体，也是糖、风味剂及其他配合物的载体，因而对食品制造极为有利。

大豆蛋白质胶体

豆浆即是一种胶体，从化学和物理的角度来看，胶体是一种混合物，其中一种物质（分散相）以微小颗粒的形式均匀地分散在另一种物质中（分散介质）。

在豆浆中：

• 分散相是微小的大豆蛋白质和脂肪颗粒。
• 分散介质是水。

这些蛋白质和脂肪颗粒的尺寸在 1nm 到 1000nm 之间，它们不会沉淀到底部，也不会被滤纸过滤掉，这就是典型的胶体特征。我们看到的豆浆呈现出乳白色、不透明的液态，正是因为这些分散在水中的小颗粒会散射光线（即丁达尔效应），这也是胶体的一个显著特征。

胶体转变为凝胶

无论多大浓度的豆浆，加热都是凝胶形成的必要条件。在未变性的豆浆胶体中，蛋白质通常呈现一种卷曲的紧密结构，其表面被水化膜所包围，因而具有相对稳定性。由于加热，蛋白质分子舒展开来，包埋在内部的疏水基团暴露在外，因为疏水基团的疏水性，会使得蛋白质分子相互吸引结合；同时因为分子热运动，使分子之间接触、交联的机会增多。随着加热过程继续，蛋白质分子间通过疏水键和二硫键的结合，形成中间留有空隙的立体网状结构。但是，有研究表明，当蛋白质浓度高于 8% 时，才有可能在加热之后出现较大范围的交联，形成真正的凝胶状态。当蛋白质浓度低于 8% 时，加热之后，虽能形成交联，但交联范围较小，只能形成所谓的“前凝胶”。而这种“前凝胶”，需要通过 pH值 或 离子浓度 的调整，才能进步一形成凝胶。

凝胶的立体网状结构

凝胶中的立体网状结构是豆腐凝胶的本质。这些空隙和网状结构内部不仅仅包含了水，还包含了豆浆中的风味物质、矿物质、维生素和少量碳水化合物。蛋白质网状结构就像一个海绵，将这些物质牢牢包裹在其中，这正是豆腐能保持湿润和风味的原因。

网状结构与持水性的关系：

• 一个强大而完整的网络能够有效地锁住水分，即使在外部压力下，水分也不易流失。
• 如果网络结构形成不佳（例如蛋白质浓度不够、加热不当或凝固剂用量不准确），网状结构就会比较脆弱或稀疏，导致水分无法被有效束缚。这里就会出现离水现象，使豆腐变得粗糙、易碎，并且有很多水分从内部渗出。

大豆蛋白质胶体的凝胶形成途径

1. 热凝胶：

当大豆蛋白质浓度在 8% 到 16% 之间时，加热后冷却即可形成凝胶。这个过程通常被称为热诱导凝胶化，是蛋白质固有的特性之一。

1. 临界浓度：8% 是一个重要的临界浓度。当蛋白质浓度高于这个值时，蛋白质分子数量足够多，在受热变性展开后，它们能够自发地相互交联，形成一个足够致密和坚固的立体网状结构，从而不需要任何凝固剂就能将水分子束缚住。
2. 热量作用：加热是引发蛋白质变性的必要条件。它使蛋白质分子舒展，暴露出内部的疏水基团和可以形成二硫键的基团。
3. 冷却作用：冷却是凝胶网络形成和稳定化的重要环节。温度降低会使蛋白质分子的热运动减弱，增强分子间的相互作用，使不稳定的凝胶前体结构进一步稳定，最终形成坚固的凝胶。

但是在实际商业生产中，基本不使用热凝胶方式来生产豆制品。

2. 石膏：

石膏，主要成分是硫酸钙（CaSO4​），参与凝胶过程的核心原理是利用其溶解后释放的钙离子作为“桥梁”，来中和并连接变性后的蛋白质分子。

石膏参与凝胶可以分为以下几个步骤：

1. 蛋白质变性。
2. 钙离子释放：将石膏加入热豆浆中，它会溶解并电离，释放出带正电荷的钙离子和带负电荷的硫酸根离子。
3. 电荷中和与交联：变性后的蛋白质分子表面带有大量的负电荷（主要是谷氨酸和天冬氨酸的羧基）。带正电荷的钙离子会强烈地吸引这些蛋白质分子的负电荷。一个钙离子可以同时吸附多个蛋白质分子，就像一座“离子桥“，将原本因同性相斥而保持距离的蛋白质分子连接起来。
4. 凝胶形成：随着大量的钙离子与蛋白质分子结合，蛋白质分子间的静电斥力被中和，它们开始快速地聚集和交联，形成一个紧密的三维网状结构。

钙离子和硫酸根离子的去向：

• 钙离子：被人体消化吸收，对骨骼健康有益。
• 硫酸根离子：因为硫酸根离子在凝胶过程中不参与反应，仅作为“旁观离子”，所以大部分硫酸根离子随着豆腐压榨时排出的豆腐乳清（豆腐水） 一起排出，少量硫酸根离子被人体消化系统吸收，用来合成一些人体需要的物质，此过程是无害的。

3. 卤水：

卤水参与凝胶过程的原理与石膏类似，但由于其主要成分和特性不同，凝胶的速度和最终的豆腐质地也会有所差异。

1. 主要成分：卤水，也称作“苦卤“，主要是海盐提取物，其主要成分是氯化镁（MgCl2​） 和少量的氯化钙（CaCl2） 等盐类。
2. 关键介质：当卤水加入热豆浆后，它会迅速电离，释放出带正电荷的镁离子（Mg2+） 和钙离子（Ca2+）。
3. 电荷中和与交联：这些带正电荷的二价金属离子会与变性后的蛋白质分子表面带负电荷的部位结合，起到“离子桥“的作用。这不仅中和了蛋白质分子间的静电斥力，还促使它们快速地相互交联和聚集。

与石膏的区别：

虽然原理相同，但是由于卤水中的主要成分是氯化镁，它的性质与石膏（硫酸钙） 有显著不同。

• 溶解度：氯化镁的溶解度远高于硫酸钙，这意味着卤水中的离子在加入豆浆后会更快、更强烈 地释放出来。
• 凝固速度：卤水中的镁离子和钙离子能更快速地与蛋白质反应，因此凝固速度更快，通常需要更强的操作技巧。
• 最终质地：由于凝固速度快，卤水形成的凝胶网络结构更为紧密和粗糙，因此，用卤水制作的豆腐口感通常更硬、更紧实，口感也更丰富。

氯离子和镁离子的去向：

• 镁离子：因为其带有正电荷，作为凝胶过程中的主角，它负责与变性蛋白质上负电荷的点位结合，形成稳定的“离子桥”。成为豆腐的一部分，最终被人体消化吸收。
• 氯离子：因其带有负电荷，在凝胶过程中不发挥作用，所以，大部分氯离子随压榨出的豆腐乳清排出，少量氯离子进入人体被吸收，氯离子是人体内重要的电解质之一，对维持体液平衡和酸碱平衡至关重要。

4. 葡萄糖酸内酯：

葡萄糖酸内酯（GDL）参与凝胶过程的原理与石膏和卤水完全不同。它不依靠离子“搭桥”，而是通过缓慢酸化的方式来促使蛋白质凝固。

GDL凝胶的原理：

1. 缓慢酸化：葡萄糖酸内酯本身是一种中性物质，但当它溶解在热豆浆中时，会缓慢地与水反应（水解），生成葡萄糖酸。这个过程会逐渐降低豆浆的pH值。
2. 达到等电点：大豆蛋白质有一个特定的等电点（pl），其pH值大约在 4.5 左右。在等电点，蛋白质分子所带的正电荷和负电荷数量相等，净电荷为零。当豆浆的pH值因葡萄糖酸内酯的生成而逐渐接近这个等电点时，蛋白质分子失去了电荷间的排斥力，变得非常不稳定。

葡萄糖酸内酯进入已经发生蛋白质变性的豆浆（大豆蛋白质胶体）中，其缓慢水解为葡萄糖酸，葡萄糖酸会随着水解过程的持续，使大豆蛋白质胶体缓慢达到等电点，此时，变性的蛋白质之间既不排斥，吸引力也很微弱，因为疏水作用和范德华力，蛋白质之间缓慢地聚集、交联，最终形成凝胶。

由于葡糖糖酸内酯的水解过程比较缓慢，凝固过程也相对温和和可控。这种缓慢的凝固方式形成了非常细腻、均匀、持水性极佳的凝胶网络。这就是为什么用葡萄糖酸内酯制作的豆腐，也被称为内脂豆腐或绢豆腐，其特点是质地极度嫩滑、细腻，口感像布丁一样。

如果将内酯豆腐强行压榨，会变成一团松散的豆腐渣。因为内脂豆腐的凝胶过程并没有离子作为离子桥，所以也没有坚实的蛋白质网络，一经压榨，内脂豆腐的物理结构将被破坏和压垮。

乳化性

大豆蛋白的乳化性是指它作为乳化剂，能够帮助将不相容的液体（通常是油和水）混合在一起，形成一个稳定、均匀的乳化体系。

简单来说，乳化剂就像一个“中间人“，可以把水和油这两个”冤家”拉到一起，让它们和平共处。

豆浆的乳化性：

乳化的原理：
大豆蛋白之所以能起到乳化作用，是因为其分子结构具有两亲性，即一个分子同时包含亲水和疏水两个部分。

当大豆蛋白加入到油水混合物中时，其分子会迅速吸附到油滴的表面，并展开形成一层保护膜：

• 疏水部分会伸入到油滴内部，与油脂结合。
• 亲水部分则会朝向水相，与水分子结合。
  这层薄膜在油滴周围形成了一个稳固的保护层，有效降低了油水界面的表面张力，防止了油滴再次聚集或分离，从而维持了乳化液的稳定。

影响乳化的因素：
大豆单拔的乳化性并非一成不变，它会收到多种因素的影响：

• pH值：当pH值偏离大豆蛋白的等电点（ pH 值约为 4.5 时），蛋白质分子带有的静电荷会增加，导致分子间的静电斥力增强，这有利于其在油水界面展开和稳定，从而提高了乳化性。
• 温度：适度的加热可以使蛋白质分子适度舒展，暴露出更多的疏水基团，从而增强其乳化能力。但过度加热会导致蛋白质变性聚集，反而会降低其乳化性。
• 浓度：蛋白质浓度在一定范围内增加时，乳化性也会增强，但当浓度过高时，蛋白质分子可能会因聚集而影响其在油水界面的媳妇，从而降低乳化效果。

分离大豆蛋白：

乳化效应：蛋白质”团结”的功能：

乳化效应使大豆蛋白质利用其两亲性，将不相溶的油和水稳定地混合在一起的能力。在豆浆中，大豆蛋白包裹着油脂，形成稳定的乳化液，这就是豆浆呈现白色、均匀质地的原因。

**大豆蛋白分离：打破“团结“：

分离大豆蛋白的过程，则是将大豆蛋白从豆浆中的其他成分（如脂肪、碳水化合物、纤维等）中提取出来。要实现这一目标，我们必须打破蛋白质与优质的稳定结合状态，即破坏其乳化性。

这个过程的核心是等电点沉淀法，具体步骤如下：

1. 酸化：将豆浆的pH值调整到大豆蛋白质的等电点（约 4.5 左右）。
2. 电荷中和：在等电点，蛋白质分子的净电荷为零，失去了原本帮助其在水中稳定分散的静电斥力。
3. 乳化效应失效：随着蛋白质失去电荷，其包裹在油脂颗粒周围的乳化膜也会变得不稳定并破裂。
4. 聚集与分离：蛋白质分子因此开始相互聚集并形成沉淀。此时，油脂会与水和蛋白质分离开来，通过离心或过滤的方式，就可以将沉淀下来的蛋白质与液相中的脂肪和可溶性糖类分离开来，从而得到纯度较高的大豆分离蛋白。

市面上很早就出现了售卖用于制作豆腐的大豆粉的公司，直接使用大豆豆粉制作豆制品，可使豆制品加工成本降低。

起泡性

豆制品生产中，通常通过加入消泡剂来消除气泡现象。

豆制品加工中的泡沫：

• 大豆皂苷： 这是一种存在于大豆中的天然的表面活性剂。在制作豆浆时，当豆浆加热到 80℃ ~ 90℃ 时，大豆皂苷会迅速降低表面张力，产生大量泡沫，这就是豆浆在加热过程中的假沸现象。这些泡沫会包裹住未煮熟的豆浆，导致豆浆看起来沸腾了，但是急内部的胰蛋白酶抑制剂等抗营养因子还未失活，如果饮用可能会造成消化不良等不适症状。因此，在煮豆浆时，需要消除泡沫，并继续煮沸一段时间才能保证安全。
• 大豆蛋白： 大豆蛋白也具有良好的起泡性，在豆浆磨制和加热的过程中，蛋白质会被吸附到气液界面，形成泡沫。与大豆皂苷不同，大豆蛋白形成的泡沫通常被认为是营养物质，但过多的泡沫会影响加工效率。

影响豆制品起泡性的因素：

• 蛋白质类型和浓度： 大豆中的 7S 蛋白和 11S 蛋白组分对起泡性的影响不同。一般来说，溶解性好的蛋白质起泡性也更好。此外，蛋白质浓度在一定范围内增加，起泡性也会提高。

大豆蛋白质分子结构中既有疏水基团，又有亲水基团，因而具有较强的表面活性。 亲水基团 降低了 油——水 界面的张力，呈现一定程度的乳化性； 疏水基团 降低了 水——空气 的界面张力，呈现一定的起泡性。豆浆胶体受急速的机械搅拌时，会有大量的气体混入，形成大量的 水——空气 界面。溶胶中的大豆蛋白质分子被吸附到这些界面上来，疏水基团使得界面张力降低，形成大量泡沫，即被一层液态、表面活化的可溶性蛋白膜包裹的空气水滴群体。同时，由于大豆蛋白质的部分肽链的相互作用，形成二维保护网络，使界面膜被强化，从而促进泡沫的形成与稳定。

• pH值： 蛋白质在等电点（pl）时的溶解度最低，起泡性也最差。通过调整 pH 值，可以改变蛋白质的带点情况，从而影响其起泡能力和泡沫稳定性。
• 热处理： 适度的热处理可以使蛋白质结构展开，暴露出疏水基团，从而提高其在气液界面的吸附能力，增强其起泡性。但过度的加热可能会导致蛋白质变性聚集，反而降低起泡性。大豆蛋白质胶体的最佳起泡性在 30℃ 左右。
• 盐离子浓度： 盐离子可以影响蛋白质分子间的相互作用，进而影响起泡性。例如，有研究发现，在 pH 值为 7 时，离子强度月底，大豆蛋白的起泡性越高。
• 物理加工方式： 磨浆时的破碎程度、搅拌方式和速度都会影响泡沫的产生。球磨等物理处理可以改变蛋白质的结构和粒径，从而提高其起泡性。
• 脂肪浓度： 豆浆中脂肪含量越多，其起泡性越弱，形成的泡沫越不稳定。

1. 豆浆中的 脂肪 是表面活性物质，脂肪滴会与蛋白质竞争吸附气液界面。
2. 界面桥联作用 是脂肪消泡的最主要机制，脂肪会像”桥梁“一样，同时吸附在两个相邻起泡的表面。这种桥联作用会使其泡沫局部变薄并产生张力，导致起泡迅速破裂。
3. 过多的脂肪滴会阻碍蛋白质分子在气液界面上形成连续、致密的保护膜。这层膜一旦不完整，就无法有效稳定住起泡，导致泡沫更容易破裂。