大豆的干重中含有约40%的蛋白质,使其成为最丰富的植物蛋白来源之一(Liu, 1997)。豆腐是一种传统的大豆加工产品,起源于中国古代,现已成为东亚地区(包括日本和韩国)的主要大豆食品(Guan et al., 2021; Liu, 1997; Qin, Wang, & Luo, 2022)。近年来,如豆腐这样的加工大豆制品作为重要的膳食蛋白来源获得了全球认可(Qin, Wang, & Luo, 2022; van den Berg et al., 2022)。
豆腐的生产利用了大豆的独特特性,尤其是其高蛋白质含量和低淀粉含量。在加工过程中,浸泡过的大豆与水一起研磨,通过过滤去除可溶性成分(包括储存蛋白质),同时留下不溶性的豆渣(okara)。蛋白质在过滤前或之后通过热处理变性,所得液体称为豆浆,随后与凝固剂(例如氯化镁[nigari]、硫酸钙或葡萄糖-δ-内酯)混合并加热以引发凝固(Guan et al., 2021; Liu, 1997)。
豆浆颗粒由大豆蛋白质和脂质组成,在豆腐凝固过程中起着关键作用。主要的储存蛋白质是11S球蛋白和7S球蛋白,它们在加热前以多聚亚基复合体的形式存在。11S球蛋白由基本亚基和酸性亚基组成,而7S球蛋白由α、α′和β亚基组成。在制备豆浆的过程中,11S球蛋白和7S球蛋白会发生热诱导解离和重新组装,形成直径为40–100纳米的蛋白质颗粒(Ono et al., 1991),并在豆腐凝固过程中起核心作用(Onodera et al., 2009; Saio, Kamiya, & Watanabe, 1969; Syah et al., 2015)。在这些成分中,11S球蛋白的基本亚基比其他亚基更容易聚集,从而形成蛋白质颗粒(Guo & Ono, 2005; Koyano et al., 2025; Tezuka, Yagasaki, & Ono, 2004)。油体直径约为400纳米,作为脂质储存器官;它们在加工过程中基本保持结构,并在豆浆中形成相应的颗粒(Huang, 1992; Toda, Chiba, & Ono, 2007)。这两种颗粒类型构成了豆浆中的主要粒径分布。尽管如此,由于蛋白质颗粒与油体之间的相互作用,偶尔也会形成大于1微米的颗粒。豆浆颗粒的数量和粒径分布取决于加工条件和大豆品种;因此,这些变化会影响豆腐的质地(Onodera et al., 2009; Tezuka et al., 2000; Toda, Chiba, & Ono, 2007)。
油体内的内在膜蛋白油体蛋白与大豆蛋白质(主要是球蛋白)结合,从而有助于油体颗粒在豆浆中的胶体稳定性和分散性(Chen & Ono, 2010; Idogawa et al., 2018; Yonezawa et al., 2026)。油体蛋白和11S球蛋白、7S球蛋白在豆浆中带负电荷,这种静电排斥作用进一步维持了胶体颗粒的稳定性(Iwanaga et al., 2007; Yonezawa et al., 2026)。
加入凝固剂可促进颗粒聚集,使油体融入蛋白质颗粒,并使可溶性蛋白质形成新的蛋白质颗粒,从而生成豆腐凝固的网络结构(Guo, Ono, & Mikami, 1999; Ono, Katho, & Mothizuki, 1993; Ono, 2000)。使用氯化镁作为凝固剂引起的聚集主要是由电荷中和相关的静电相互作用驱动的。相比之下,使用降低pH值的试剂则导致絮凝,这种絮凝主要受非静电作用机制控制(Yonezawa et al., 2026)。凝固剂诱导聚集后,蛋白质颗粒在热处理过程中继续结合,形成三维凝胶网络。这一过程伴随着大豆蛋白质的构象变化以及各种分子间相互作用的形成,包括疏水相互作用、氢键、离子相互作用和共价键(如二硫键)(Geng et al., 2024; Xin et al., 2025)。
豆腐制造商通常批量购买大豆并在储存一段时间后使用。然而,即使是在一年内,储存也会改变豆腐的质地。业界长期存在的问题是新收获的大豆制成的豆腐硬度较低。虽然通常通过将大豆储存一段时间(例如直到7月雨季结束)来解决这个问题,但其背后的机制尚不清楚。在实验室条件下,已经报道了储存一个月到一年后豆腐硬度增加的情况(Hou & Chang, 2005; Kong et al., 2008),但也观察到硬度降低的情况(Murphy et al., 1997; Saio et al., 1980)。这种明显的矛盾尚未得到解释。已经记录了几种与储存相关的变化,包括氮溶解度降低、豆浆pH值下降和豆子酸度增加(Kong et al., 2008; Saio et al., 1980)。先前的研究还表明,储存条件可以改变大豆储存蛋白质(包括11S球蛋白)的结构和可提取性(Chiba et al., 1981; Hou & Chang, 2004; Kong et al., 2008)。然而,这些因素都不能充分解释储存引起的豆腐质地变化机制,因此这一现象仍然了解不足。
迄今为止,还没有研究探讨过大豆储存过程中豆腐质地变化与豆浆颗粒性质(包括其组成蛋白质的性质)之间的关系,尽管这些颗粒在凝固过程中起着重要作用。大豆储存过程中豆腐质地的变化通常被解释为化学性质的变化,例如豆浆中的蛋白质含量和pH值的变化。然而,由于豆浆的凝固过程受到胶体颗粒行为的强烈影响,因此需要更详细地了解大豆储存期间发生的分子变化。因此,本研究旨在填补这一知识空白。我们假设储存引起的11S球蛋白基本亚基的分子变化(蛋白质聚集的关键中介)和油体相关蛋白质的变化会影响豆浆颗粒的特性,进而影响豆腐的质地。具体来说,本研究旨在阐明储存引起的豆浆颗粒粒径变化以及11S球蛋白基本亚基内二硫键的变化与储存过程中豆腐质地的变化之间的关系。此外,本研究还探讨了通过应用还原剂或氧化剂来减少或促进二硫键形成是否可以调节豆腐的硬度。通过阐明这些关系,本研究旨在加深我们对储存相关豆腐质地变化机制的理解,并解决之前报道的硬度变化不一致性问题。最终,这项研究为豆腐质量和种子储存的研究提供了新的视角,同时促进了豆腐和其他大豆制品加工技术的发展。