1.1.3 大豆的加工特性
1.1.3.1 大豆蛋白质的变性
由于外界物理因素和化学因素的作用，使大豆蛋白质分子的内部结构、理化性质和及凝胶性、乳化性、发泡性及持水性等功能性质发生改变的现象称为大豆蛋白质的变性。
引起大豆蛋白质变性的物理因素主要有过度加热、剧烈震荡、过分干燥及超声波处理等。引起大豆蛋白质变性的化学因素主要有酸、碱处理，有机溶剂或重金属、巯基乙醇、亚硫酸钠、十二烷基磺酸钠等化学物质的作用。
在以上导致大豆蛋白质变性的物理和化学因素的作用下，维持大豆蛋白质分子空间构象的次级键被破坏，其中的双硫键变为巯基，舒展开形成新的构型。这些变性会在偏离大豆蛋白质等电点的酸碱条件下发生，变性后的蛋白质分子带有相同的电荷，会由于同性相斥而不发生沉淀或絮凝。如果这些变化发生在大豆蛋白质等点电的pH值范围内时，变性后的中性分子因布朗运动会相互碰撞而吸引，发生凝聚而形成絮状物或沉淀物。如果在加热或超声处理时，可使蛋白质分子间的碰撞加剧，导致蛋白质分子相互聚集而形成凝固物。因此，絮状物及凝固物的形成通常是大豆蛋白质变性作用的直接结果。
（1）大豆蛋白质的热变性
大豆蛋白质中含有0.01%～0.02%的大豆球蛋白，当大豆蛋白质溶液在适当的pH值或盐存在时，会使大豆球蛋白发生溶解，在此浓度下，即使加热也不会使大豆蛋白质形成凝胶。但当在溶液中大豆球蛋白的浓度提高到0.5%时，在100℃下加热5min后，大豆球蛋白便会形成巨大可溶性凝聚物，其沉降系数可以达到80～100S。随着时间的延长，这种凝聚物开始减少，形成的不溶性沉淀开始增加。
不同的加热条件引起的大豆蛋白质变性的程度也不同。在70～80℃下加热时，大豆球蛋白会被解离成酸性亚基和碱性亚基。其中的酸性亚基会在高温下聚合成4S的可溶性低聚物。在高离子强度下，碱性亚基则会发生聚合形成可溶性聚合物。在低离子强度下，碱性亚基则易生成沉淀。在低离子强度条件下，加热会使β-伴大豆球蛋白发生解离，而在高离子强度下加热会使其发生凝聚现象。
在加热的作用下，大豆蛋白质的二、三、四级结构被破坏，严格的空间排列被打乱，而大豆蛋白的一级结构未发生变化，这种变性作用称为蛋白质的一次变性，也称为适度蛋白变性。在更强烈的加热等变性因素作用下，大豆蛋白质进一步变性，称为二次变性，也叫过度变性。
发生一次变性的大豆蛋白质分子，保持其空间构象的弱键断裂，大豆蛋白质的分子形状由球状变为纤维状，肽链松开，蛋白的表面积增大。这种适度变性使原来位于大豆蛋白质分子内部的一些非极性基团暴露到蛋白质分子表面，成为容易被蛋白酶水解的状态。如大豆蒸煮不够，大豆蛋白质未达到适度变性，蛋白质在加工处理过程中就不容易被很好的分解，因此掌握好大豆的蒸煮条件，使大豆蛋白质发生适度变性在原料预处理中特别重要。
（2）大豆蛋白质的冷冻变性
将大豆蛋白质溶液进行冷冻会使大豆蛋白质失去可溶性，产生冻结变性。在冻豆腐制作过程中，大豆蛋白质就发生了冷冻变性。如果在冷冻前进行加热处理，发生了热变性的蛋白质冷冻变性速度要大于未加热变性的大豆蛋白质。
如果要使大豆蛋白发生冻结变性而不溶解，在-5～-1℃的冷冻处理要好于-20℃以下的低温冷冻处理。在-5～-1℃时，大豆溶液中有10%～20%的水未被冻结，此时的大豆蛋白质被浓缩在未冻结的水中。由于冷冻后部分水的存在促进了大豆蛋白中的各种化学反应，促进了二硫键以及其他分子间的相互作用，聚合的大豆蛋白质之间的间隔较小。-20℃时，全体大豆蛋白溶液均被冻结，失去了液态水分，大豆蛋白质分子间不能很好地接近，侧链不能发生相互反应，因而导致大豆蛋白的冻结聚合性不好。
（3）大豆蛋白质的酸碱变性
随着溶液中pH值的变化，大豆蛋白质的溶解性也会发生变化。在极端的酸性和碱性条件下，大分子的大豆蛋白质会解离成低分子的成分，并发生不可逆的蛋白变性现象。这是由于处在极端的酸性或碱性条件下，大豆蛋白质分子全部带有相同的正电荷或负电荷，导致蛋白质分子相互之间发生静电排斥作用，破坏了大豆蛋白质的高级结构。
在pH值11.0以下时，酸沉淀后的蛋白质会产生凝聚反应和水和反应，使得大豆蛋白质溶液的黏度增加，这时通过透析处理可得到未发生变性的大豆蛋白质。当pH值达到11.0～12.0时，大豆蛋白质会发生解离，蛋白质分子被完全解开，露出疏水基，二硫键也被破坏。在透析时，如果大豆蛋白质的浓度较高，则会发生蛋白凝胶化现象，而在低浓度时则不产生蛋白的凝胶化。当pH值达到12.0时，露出的疏水基和二硫键均被破坏。
（4）变性后大豆蛋白质的性质
如果要生产理想的大豆蛋白质食品，就必须控制大豆蛋白质的变性。变性后蛋白质的性质会发生一系列变化。
①溶解度下降
在大豆蛋白质发生变性时，会由于蛋白质肽链的舒展，蛋白质的疏水基团外露，阻碍了大豆蛋白质分子的溶解，使蛋白质的溶解度下降。
②黏度增加
大豆蛋白质变性时，原来紧密的蛋白质的分子结构被破坏，使多肽链充分舒展，导致大豆蛋白质分子体积的增大。由于大豆蛋白质的分子质量没有变化，蛋白质的黏度随大豆蛋白质分子体积的增大而增加。
③生物活性丧失
大豆中也含有一些酶类，由于酶是具有生物活性的蛋白质，在蛋白质分子结构破坏的同时，大豆中的酶分子表面的活性部位也被破坏而导致酶的失活。
④变性后的蛋白质容易被酶水解
当大豆蛋白质进行变性处理后，其蛋白质分子结构会变得松散和舒展，蛋白质中的肽链暴露，这样蛋白酶分子就可能与之发生作用进而导致大豆蛋白质发生水解。
1.1.3.2 发酵对大豆的影响
在制作大豆发酵食品的过程中，通过微生物繁殖和发酵作用，会将大豆中的蛋白质、淀粉等大分子营养物质分解成氨基酸等小分子化合物。同时在发酵过程中还会产生一系列的生物化学反应，把对营养的不利因素如抗营养因子转化为有利于人体健康的因素。并通过一些分解代谢产物的重新组合和微生物菌体的自溶作用，产生了一些大豆中原来没有的营养成分和生物活性物质。通过这些分解及转化重组作用，大大提高了发酵后大豆产品的营养价值和保健功能。
（1）蛋白质的降解
在发酵的过程中，在微生物产生的蛋白酶和肽酶的共同作用下，把大分子的大豆蛋白质逐级水解为多肽、三肽和二肽等低分子可溶性的含氮化合物。由于大豆中的蛋白质被酶水解形成的多肽不仅易于人体消化，还具有抗氧化，抗衰老等多种保健功能，所以大豆发酵制品普遍具有较好的保健功效。
大豆中的蛋白质和多肽在蛋白酶的作用下最终被水解为游离的氨基酸。以腐乳为例，当制成豆腐坯时，其中水溶性蛋白质含量为3.16%，碱溶性蛋白质含量为91.25%。经过微生物在豆腐坯上生长后，豆腐坯中的水溶性蛋白质增加到55.54%，碱溶性蛋白质则减少到29.30%，并且有0.06%～0.08%的氨基酸态氮产生。在发酵完成后的成品腐乳中，碱溶性蛋白质减少到9.24%，而氮基酸态氮增加到0.5%～0.7%。这说明了发酵制成的腐乳比豆腐更容易被人体消化和吸收。除了腐乳以外，其他的发酵豆制品中也含有大量的氨基酸态氮。研究表明豆酱和豆豉中的氨基酸态氮含量在0.6%以上，酱油中的氨基酸态氮含量在0.4%～0.8%之间。这些大豆发酵食品中的游离氮基酸被人体食入后可以直接被肠道黏膜吸收，这对于消化力较差的老年人，消化不良的儿童和消化功能障碍的患者是十分有利的。
大豆蛋白质水解形成的氨基酸除了有营养作用外，还能起到改善豆制品物性的作用。大豆蛋白质形成的不同的氮基酸能产生酸、甜、鲜、苦等不同的味道，这样由多种不同风味的氨基酸构成的产品就具有了调和的鲜味。另外在发酵中形成的氨基酸与乙醇等醇类结合能够生成酯类物质，与糖可以发生羰氮反应而产生特殊的香气和色泽，使发酵大豆制品具有开胃增食的作用。
（2）碳水化合物的变化
碳水化合物是由碳、氢、氧三种元素组成的。在根霉、毛霉等分泌的胞外淀粉酶和纤维素酶等的作用下，把高分子的碳水化合物分解为可溶性的低聚糖和葡萄糖等低分子量的碳水化合物。酵母菌能把可发酵性糖转变成乙醇等醇类物质，这些醇类物质在氧化酶的作用下可转化成有机酸，酸与醇又能够结合生成酯类物质。其中的葡萄糖能在氧化酶的作用下生成葡萄糖醛酸，这种物质能与人体内的某些有毒物质结合生成苷类物质，随尿排出体外从而起到解毒作用。
（3）纤维素的降解
在大豆中含有5%左右的纤维素。纤维素是由很多葡萄糖连接形成的高分子化合物，性质非常稳定，不容易被溶解，也不容易被酶水解。纤维素在大豆细胞体内只用于构成细胞壁，不能被人体消化和吸收。由纤维素构成细胞壁使各种水解酶类不易与胞内的各种营养物接触，从而降低了大豆的消化率。研究表明，当食用整粒煮熟的大豆时，蛋白质的消化率仅为65.3%。同时大豆纤维素能机械地刺激人体的胃肠黏膜，并能在人体的肠道内促进气体形成，从而对患有胃肠道疾病的患者产生不利的影响。
大豆中的纤维素在微生物分泌的纤维素酶的催化下被水解为低聚纤维素和葡萄糖，进而使大豆细胞的细胞壁破裂，从而减少对胃肠的不利影响，同时释放的水解酶类能进一步水解大豆中的各种营养物质，提高营养物质的消化率。研究表明，豆豉、腐乳等发酵豆制品中蛋白质的消化率可提高到96%以上，很重要的原因就是微生物分泌的胞外纤维素酶对纤维素的水解。
（4）异黄酮存在形式的改变
大豆中的异黄酮的存在形式主要是以结合态形式存在的染料木苷和黄豆苷两种配糖体。这两种结合态的大豆异黄酮的配基形式即染料木素和大豆黄素所表现出来的生物活性要比其配糖体高得多。在两种游离态的配基当中染料木素的活性最高。此外不同形式的大豆异黄酮，在生物体内的吸收率也不同，其中以配糖体形式存在的大豆异黄酮几乎不被人体吸收，而配基形式存在的游离态的大豆异黄酮容易被机体吸收和利用。
通过人们对豆豉、腐乳等发酵大豆制品中异黄酮的研究发现，以大豆苷元形式存在的异黄酮具有很强的抗真菌活性。研究发现，0.005%的大豆苷元就能够抑制许多真菌的活性，而以糖苷形式存在的大豆异黄酮的抗真菌活性很低。
测量大豆在发酵过程中异黄酮的变化，发现通过微生物的发酵作用能使糖苷型的大豆异黄酮解离成游离态的异黄酮。这主要是由于在发酵过程中微生物会分泌导致结合态异黄酮水解的葡萄糖苷酶，释放出游离态的大豆异黄酮（苷元）。因此，发酵大豆食品比未发酵的大豆制品有更强的生物利用率和功能性。
（5）植酸的降解
大豆中含有丰富的矿物质，但是大都以植酸盐的形式存在，不容易被人体消化吸收。植酸盐是肌醇磷酸酯的钾、钙、镁等的复合盐类。大豆所含的磷中有70%～80%是存在于植酸盐中，不易为人体利用。大豆中的钙、铁、锌、铜等无机盐与植酸结合形成不溶性植酸盐，因此也不易为人体所吸收利用。
在大豆的发酵过程中，某些酵母菌、曲霉及根霉等多种微生物均可分泌活性植酸酶，将植酸水解生成肌醇和磷酸盐，从而将结合态的无机盐释放。研究表明经发酵作用后，大豆中的植酸可减少15%～20%，水溶性矿物质的含量可增加2～3倍，矿物质利用率可增加30%～50%。利用曲霉发酵大豆粉能够显著地提高大豆粉中磷的利用率。在发酵过程中，蛋白质水解生成的氨基酸能与钙、铜等矿物质结合生成可溶性矿物质盐，进一步提高矿物质的消化利用率。
（6）维生素的变化
在一般的食品加工中，原料中本身含有的维生素都会受到不同程度的破坏。但是在大豆发酵过程中，由于微生物的作用，会产生很多的维生素。例如纳豆中含有大量的维生素B2、B6、B12和维生素K。大豆发酵食品中维生素B2和维生素B12的增加也是非常常见的。在一般的食物中，乳制品中的维生素B2含量最高，其次是大豆发酵食品。大豆发酵食品中的维生素B12大都是由发酵中的芽孢杆菌等细菌所产生的。过去，在我国农业地区的膳食中，动物性食品较少，有缺乏维生素B12的可能，但当地的恶性贫血却很少见，这可能与常吃大豆发酵食品有关。
（7）核酸的改变
大豆中含有约0.02%的嘌呤碱，能加重人体肝、肾中间代谢的负担，对肝病和肾病患者不利。而核苷和核苷酸不仅不会加重肝、肾中间代谢产物的负担，还对急、慢性肝炎，肾炎有辅助的疗效。
微生物菌体中含有丰富的核酸，尤其酵母菌中含量较高。通过微生物菌体的自溶作用，菌体内的核酸酶能将大豆中的核酸水解成核苷酸，继续水解为核苷和磷酸。核苷酸和核苷能调节人体细胞的机能如物质的新陈代谢，肌肉的收缩等。
（8）抗营养物质的消除
大豆中含有一些抗营养因子，主要是植物凝集素和胰蛋白酶抑制物。大豆中的植物凝集素能够破坏肠道黏膜上皮细胞，进而影响人体的消化和吸收。大豆中的胰蛋白酶抑制物可以抑制小肠中胰蛋白的活力，不利于蛋白质的水解。
研究表明，经过长时间的浸泡，大豆中的抗营养因子植物凝集素和胰蛋白酶抑制物的活性能够被破坏。另外，在制作大豆发酵食品时的蒸煮处理也能使这两种抗营养因子失活。
大豆皂苷呈苦涩味，是大豆制品产生不良气味的主要原因。在大豆发酵过程中，大豆皂苷的呈味特性发生变化，消除了其苦涩味。大豆中具有豆腥味的醛、酮类物质，在根霉、毛霉等微生物产生的复合酶的作用下，使这些物质生成醇和酸等物质，进一步转化成芳香化合物和脂肪酸酯，从而赋予大豆发酵食品香气。