豆乳加熱速率與凝固劑濃度對豆腐品質影響之研究 · heating rate concentration of...

Journal of Agriculture and Forestry, 65(1): 43-50 (2017)

豆乳加熱速率與凝固劑濃度對豆腐品質影響之研究

連振昌 1、沈裕傑 2、黃膺任 3＊

摘要豆腐製程中，豆乳加熱速率與溫度以及凝固劑濃度與添加時機是決定豆腐品質的重要因子，本研究在直流歐姆

加熱的溫度控制下，探討上述二種控制變數與豆腐品質關聯性，豆乳凝固後進行擠壓得到豆腐成品，豆腐品質採用乳

清導電度與穿刺試驗進行評量，研究結果顯示，乳清導電度隨加熱速率及凝固劑濃度成正比，在 0.062 ℃/s 的加熱

速率下，豆腐的硬度、脆度與彈性都較低，而 1.0% GDL 凝固劑濃度較 0.5%及 1.5%濃度有較高的硬度、脆度與彈性

指標值。

關鍵詞：加熱速度、凝固劑濃度、豆腐、導電度、歐姆加熱

Study on the effect in the quality of tofu for the heating

rate of soymilk and concentration of coagulant addition

Cheng-Chang Lien1 Yu-Jie Shen2 Ying-Jen Huang3＊

ABSTRACT In tofu making by heat treatment, the heating rate and final temperature of whey, and the timing

and concentration of coagulant addition are the two most dominant factors. This study explores the correlation

of tofu quality with the above two factors under direct-current ohmic heating. Tofu product is obtained by

pressing coagulating tofu curd. The quality of tofu product is assessed with electrical conductivity of whey

residue and penetrometer measurements. The results show that the electrical conductivity is proportional to

heating rate and concentration of coagulant addition. Tofu product from the heating rate of 0.062℃/s has

lower crispness, hardness, and elasticity. The three indices are the largest at gelation under 1.0% GDL in

comparison with gelations under 0.5% and 1.5% GDL.

Keywords: Heating rate, Concentration of coagulant addition, Tofu, Conductivity, Ohmic heating

1. 國立嘉義大學生物機電工程學系教授 Professor, Department of Biomechatronic Engineering, National Chia-Yi

University. 2. 國立嘉義大學生物機電工程學系研究生 Graduate Student, Department of Biomechatronic Engineering,

National Chia-Yi University. 3. 國立嘉義大學生物機電工程學系助理教授 Assistant Professor, Department of Biomechatronic Engineering,

National Chia-Yi University. ＊ Corresponding Author. E-mail：[email protected]

-43-

連振昌、沈裕傑、黃膺任：豆乳加熱速率與凝固劑濃度對豆腐品質影響之研究

一、前言

黃豆有35-40％的蛋白質含量，使得人們可以相對便

宜能食用到蛋白質，黃豆被轉變成各種形式的豆類食品，

其中豆腐在世界各地最被廣泛接受。豆腐ㄧ直是亞洲人攝

取蛋白質的重要來源，其營養價值高，且不含膽固醇、低

飽和脂肪和高蛋白質等優點。此外黃豆中的異黃酮

(Isoflavone)可降低癌症的發病率，其抗氧化性高，具有

減少心血管疾病、骨質疏鬆的機率等功效(Goldwyn et al., 2000; Molamma et al., 2006; Suthar et al., 2001)。

傳統豆腐分成硬豆腐(firm tofu)及嫩豆腐(soft tofu)

等，其衍生產品也相當多，如油炸豆腐、豆腐乳、凍豆腐、

豆乾等。傳統豆腐的製作方法，大致上分成黃豆的浸泡、

洗淨、研磨、煮沸製成豆乳、分離豆渣、加入凝固劑、重

物加壓等步驟(Poysa and Woodrow, 2002; Noh et al., 2005)，過程繁複。當凝固劑與水混合後沖入煮沸的豆乳

中並稍微攪拌，豆乳逐漸凝結成豆腐花，將其倒入模具中，

再經由擠壓製作成硬豆腐。

在處理過程中豆乳的凝固是豆品腐質和產量的關鍵，

影響豆腐品質的因素相當多，其中除了豆乳溫度、加熱時

間和凝固劑添加量的掌控外；還有黃豆成分、豆乳烹煮時

的體積、 pH值、凝固劑類型都有所影響(Shihe et al., 1997; Gandhi and Bourne 1998; Cai and Chang, 1998;

Beddows and Wong, 1987; Poysa et al., 2002; Noh et al., 2005)。豆乳中凝固劑濃度的添加是困難，不同的凝固

劑會提供不同的結構特徵，如其軟硬度、彈脆性和保水能

力，顯著影響豆腐的質地，傳統豆腐所添加凝固劑種類則

可分為鹽滷(bittern)和石膏(CaSO4．2H2O)兩種。

在豆乳中添加凝固劑，會促進帶負電荷的蛋白質分子

減少靜電排斥力，使疏水區域相互作用變得更加突出，進

一步促使蛋白聚合引發豆腐凝膠，凝膠組織中的結構，除

了含有蛋白質之外，另有脂肪、水、與氣泡等成份

(Kohyama et al., 1995; Saowapark et al., 2008; Meng,

2011)；因豆腐的質地(texture)受到凝膠組織堅實度所影

響，須嚴加進行變性溫度控制和升溫速率控制，方能產出

高質地特性的豆腐凝膠(Kohyama and Nishinari, 1993;

Jackson et al., 2002; Li, 2011)，再經後續處理即可完成

豆腐之產製。

豆腐的品質以及口感，受到了許多變因交叉的影響，

包括黃豆品種、儲存條件以及浸泡時間、水與黃豆的比例、

凝固劑的種類及含量、加熱時間及加熱溫度、豆腐凝固的

溫度及攪拌時間、壓製豆腐的時間及壓力，必須要等豆腐

凝結完成後，經過品評以及許多品質試驗才可得知，其過

程耗時且複雜，此外，由於凝固劑比例的多寡會影響豆乳

導電度的差異，以及凝膠結構孔隙的疏密(Noh et al., 2005)。

研究指出利用導電度計檢測豆乳的凝結狀態，可藉由

豆乳中離子量的不同，測量豆乳導電度會產生變化，是一

種最快速且方便的方法(Marcotte et al., 2003)。本研究

利用非破壞性的導電度量測，檢測豆乳與凝固劑的凝結反

應過程中的變化，進一步了解乳清導電度與豆腐品質的相

關性，研究目的是使用硬豆腐做為實驗對象，在相同的豆

乳濃度及加熱溫度下，利用歐姆加熱方式來製作一套豆乳

溫度監測系統，在不同直流電壓下探討豆乳的升溫加熱速

度，以及添加不同凝固劑濃度對豆腐品質的影響。

二、材料與方法

(一)試驗材料

購買本地非基因改造黃豆，水與豆子需浸泡 6~12

小時，泡好的黃豆倒入攪拌機磨成豆乳，過濾後隨之以濃

度計量測，然後再使用歐姆加熱系統加熱到所需溫度，每

次豆乳都是實驗時新鮮製備。

(二)試驗設備

1.豆乳歐姆加熱系統

豆乳歐姆加熱系統是由電源供應器 (PSW-Series,

Instek, Taiwan) 提供直流電壓的輸出，實驗使用 140V、

150V 及 160V 三種直流電壓，電磁攪拌器 (HMS-520,

Faego, Taiwan) 攪拌豆乳使溫度均勻分佈；溫度感測器

(TM-925, Prosperous, Taiwan)量測豆乳溫度，加熱容器

材質為壓克力，其厚度 0.3 cm，容器內部長度 11 cm，

寬度 7.2 cm，高度 10 cm，容器兩邊放置鈦極板，施加

不同的直流電壓，進行歐姆加熱於豆乳，溫度感測器連接

電腦並記錄量測數據，如圖1所示。

2.導電度計導電度（electrical conductivity, EC）又可視為電阻

之倒數，當液體中的離子量增加時，導電度會因為離子濃

度的增加而提升，亦即其導電度值就愈高，換言之EC值

之大小代表溶液中總離子量之多寡。其定義為將電流通

過 1 cm2 截面及長 1 cm 時產生之電阻的倒數，單位為

mho/cm 或 S/cm（siemens per centimeter)，而 0.1

S/m = 1 mS/cm =1000 μS / cm。本實驗使用導電度計

(Model3250, Jenco, Taiwan)，來量測豆乳凝結壓重後收

集的乳清導電度。

-44-


圖 1 豆乳歐姆加熱系統裝置示意圖

Fig. 1 The schematic of ohmic heating system setup for soymilk

(三)試驗方法每次實驗稱800g的黃豆並清洗表面的雜質，水與黃

豆1:6浸泡8小時後以1：1倒入攪拌機磨成豆乳，再以離心

機過濾雜質盛入燒杯中固定每次豆乳 400 cc 的容量，利

用濃度計調整豆乳濃度為 10 oBrix，接著在歐姆加熱系統

輸入不同的直流電壓 (140V、150V、160V) 加熱達 80

℃，以完成蛋白質的變態過程，加熱中為避免影響加熱的

效率不加入消泡劑，待豆乳達到控制溫度後倒入燒杯，隨

後加入調配之不同濃度的GDL凝固劑( glucono-delta-

lactone )，分別是 0.5%、1.0%、1.5%三種，並置於恆溫

水槽，用 75℃ 凝結溫度持續 10 分鐘，取出後再傾倒

入舖以棉布的金屬盒子，以 3 kg 壓重 30 分鐘，平均

壓力為 35.89 g/cm2，收集滲出的乳清，並量測記錄乳清

導電度，得到豆腐成品後，進行穿刺實驗以獲得豆腐的脆

度(Fr)、硬度(Fi)及彈性(Es)，該實驗數據進行三次重複並

由電腦儲存以利後續分析。

(四)穿刺試驗食品的質地特性(texture properties) 影響食品的風

味、色澤、外觀。豆腐之品質，特別是在口感上的接受度，

決定於質地(texture)的差異性，而非其成份。以單軸物性

分析儀 (TA-HDI, Stable Micro system, UK)進行豆腐的

穿刺試驗，穿刺探頭為直徑 5 mm 的圓柱狀，穿刺時下

降速度 3 mm/sec；豆腐穿刺試驗設備圖如圖 2 所示，

穿刺點分布位置如圖 3 所示，由穿刺試驗所得典型之力

量-距離曲線如圖 4 所示，以求得豆腐脆度(Cr)、硬度(Fi)

及彈性(Es)，定義如下:

1. 脆度(Crispness)，單位(g)，力量-距離曲線的第一個

峰值(Cr)大小，定義為使食物碎裂所需的力。

2. 硬度(Hardness)，單位(g)，力量-距離曲線的最大峰

值(Fi)，定義為穿刺的最大力量。

3. 彈性(Elasticity) ，單位(g/mm)，力量-距離曲線的

起始點至第一個峰值的斜率(Es)大小。

(五)凝固劑含量量測方法

取凝固劑重量與水重量再加上豆乳重量依不同比

例調成三種不同濃度（0.5%、1.0%、1.5%）之凝固劑溶

液作為實驗樣本，其凝固劑含量比例大小定義如公式(1)，

Cc % = [CW/(WW+CW+SW)]×100 (1)

式中：

CC：凝固劑含量（％）、CW：凝固劑重（g）、WW：水

重（g）及SW：豆乳重（g）。

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圖 2 豆腐穿刺試驗設備圖

Fig. 2 The schematic of penetration test for tofu

圖 3 豆腐穿刺試驗穿刺點位置分布圖

Fig. 3 The penetration position of tofu product for penetration test

圖 4 典型的豆腐穿刺力量-時間圖

Fig. 4 Typical penetration force-displacement curve of tofu product

Puncture

Tofu

Texture analyzer

Controller

-10

-5

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20Forc

e ( g

)

Displacement ( mm )

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三、結果與討論

一、豆乳溫升圖

加熱容器內豆乳的體積為 400 cm3，在三種不同的

直流電壓下，豆乳從室溫加熱到 80℃ 的變化如圖 5 所

示，為 10 oBrix 豆乳濃度的溫度-時間曲線圖，在 140V

直流電壓下，加熱到 80℃ 的時間 2212 sec，在 150V

直流電壓下，加熱到 80℃ 的時間是862 sec，而在

160V 直流電壓下，加熱到 80 ℃的時間是 638 sec。表

1 為 10 oBrix 豆乳濃度在不同電壓下的加熱速率在

140V、150V及 160V直流電壓下其加熱速率分別為

0.024、0.062 及 0.082 ℃/sec，施加的直流電壓越高其

豆乳的加熱速率越快。

圖 5 豆乳濃度10 o Brix下典型的豆乳溫度-時間曲線

Fig. 5 Typical temperature-time curve of soymilk with 10 o Brix concentration in different voltage

二、乳清電導度

2.1 不同加熱速率

乳清中的離子濃度會因為製程參數的不同而有所變

化，例如加熱的溫度與時間及添加物濃度或種類等原因

而改變。豆乳在0.024℃/sec、0.062℃/sec 及 0.082 ℃

/sec 三種加熱速率下，加熱至 80℃後，降溫至7 5℃時

豆乳添加濃度 1.0 % GDL凝固劑，此實驗重複三次，凝

結後擠壓出乳清，量測乳清電導度值如表 2 所示，由表

中顯示凝結壓擠後所得到的乳清電導度值雖然隨著豆乳

的加熱速率增高而增加，但是彼此間沒有顯著性差異；實

驗過程中觀察到當豆乳加熱過程中直流電壓越高，加熱

速率增加，會使極板表面附著豆乳越明顯，並有焦化的現

象，此與文獻相符合(王，2012)。

表 1 豆乳濃度 10 oBrix 在不同電壓下的加熱速率

Table 1 The heating rate of the soymilk with 10 oBrix concentration in different Voltage1

Heating rate

(℃/sec)

Voltage (V)

140 150 160

Number of Sample 3 3 3

Mean2 0.024a 0.062 b 0.082 c

Std 0.007 0.010 0.012 1 The volume of soymilk is 400 cm3

2 Mean ± Std with different superscripts in the same raw are significantly different (P≦0.05), using the Scheffe

test

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 500 1000 1500 2000 2500

Tem

pera

ture

( ℃

)

Time( sec )

140V 150V 160V

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2.2 不同凝固劑濃度

在 0.5%、1.0%、1.5%不同GDL凝固劑濃度下，豆

乳以 0.082℃/sec (160 V直流電壓)加熱速率加熱至 80

℃後，降溫至 75 ℃ 進行凝結並擠壓出乳清，此實驗重

複三次，乳清電導度之量測值如表 3 所示，由圖中顯示

凝結壓擠後所得到的乳清電導度值隨著GDL凝固劑濃度

增加而提高，且彼此間有顯著性差異，由於凝固劑濃度越

高使得凝膠體的保水力下降，相對的乳清導電度也就比

較不會受水分子所影響。

三、豆腐的穿刺試驗

使用歐姆系統加熱豆乳，並用10 oBrix豆乳濃度及

1.0%GDL凝固劑濃度，在不同加熱速率下豆腐的脆度、

硬度及彈性度如表 4 所示，在 0.024、0.062 及 0.082

℃ /sec 三種加熱速率下其對應的豆腐脆度分別為

18.23 ± 1.68g、16.2 5± 1.17g 及20.58 ± 3.88g ，而

對應的豆腐硬度分別是 20.97 ± 1.65 g、18.22 ± 0.93g

及 25.16 ± 3.42g，而對應的豆腐彈性度分別為 5.15 ±

1.04 g/mm、5.10 ± 0.73/mm g 及 5.66 ± 1.14 g/mm。

結果顯示在 0.062 ℃/sec （150V）的加熱速率下，豆

腐有較低的硬度、脆度與彈性度，豆腐的硬度與脆度在三

種加熱速率下彼此間有顯著性差異，但對彈性度沒有顯

著性差異。

利用歐姆系統加熱豆乳，並用10 oBrix豆乳濃度及

0.082 ℃/sec 加熱速率，在不同GDL凝固劑濃度下豆腐

的脆度、硬度及彈性度如表 5 所示，在不同GDL凝固劑

濃度下其對應的豆腐脆度分別為 13.67 ± 1.44 g、15.59

± 1.58 g 及 14.02 ± 2.02 g，對應的豆腐硬度分別是

18.77 ± 1.77 g、20.67 ± 2.19 g 及 20.52 ± 2.38 g，而

對應的豆腐彈性分別為 3.38 ± 0.97 g/mm、4.45 ± 1.27

g/mm 及 4.19 ± 0.98 g/mm。結果顯示在 1.0%GDL凝

固劑濃度下，豆腐有較高的脆度、硬度與彈性度，在三種

不同凝固劑濃度下硬度與彈性度沒有顯著性差異。

表 2 豆乳濃度 10 oBrix 在不同加熱速率下的乳清導電度

Table 2 The conductivity of whey with 10 oBrix concentration for soymilk under different heating speed f 1

Conductivity of whey (mS/cm) Heating rate (℃/sec)

0.024 0.062 0.082


Mean2 6.79 a 7.31 a 7.85a

Std 0.494 0.255 0.595 1 The concentration of GDL coagulant addition is 1.0 % 2Mean ± Std with different superscripts in the same raw are significantly different (P≦0.05), using the Scheffe

test

表 3 豆乳濃度 10 oBrix 在不同凝固劑濃度下的乳清導電度

Table3 The conductivity of whey with 10o Brix concentration for soymilk under different concentration

of coagulant addition 1

Conductivity of whey

(mS/cm)

The concentration of coagulant addition (% )

0.5 1.0 1.5


mean2 7.79a 7.99 b 8.23 c

Std 0.053 0.035 0.050 1The heating rate of soymilk is 0.082℃/sec 2 Mean ± Std with different superscripts in the same raw are significantly different (P≦0.05), using the Scheffe

test

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五、結論

豆腐品質中重要的變因是豆乳的加熱過程與凝固劑

含量變化等，豆乳蒸煮過程用歐姆加熱可以很迅速且在

控制的情況下達到所需溫度，豆腐製作過程以非破壞性

量測得到的乳清電導度值可作為豆腐質地的指標，由實

驗結果得知歐姆系統加熱豆乳，10 oBrix豆乳濃度隨著施

加的直流電壓的增高其加熱速率越高，且成型後豆腐的

乳清電導度值越高，在0.062 ℃/sec下的加熱速率，豆腐

有較低的硬度、脆度與彈性，在1.0%GDL凝固劑濃度下，

豆腐有較高的脆度、硬度與彈性度。利用歐姆加熱系統可

以替代豆腐傳統製法，加上非破壞性量測乳清電導度，可

作為豆腐品質的檢測指標。

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表 4 豆腐在不同加熱速度下的脆度、硬度及彈性度

Table 4 The crispness, hardness and elasticity of tofu product under different heating rate

Heating speed (℃/sec)

0.024 (140V) 0.062 (150V) 0.082 (160V)

Number 30 30 30

Crispness Cr(g) 18.23±1.68b 16.25±1.17c 20.58±3.88a

Hardness Fi(g) 20.97±1.65b 18.22±0.93c 25.16±3.42a

Elasticity ES (g/mm) 5.15±1.04a 5.10±0.73a 5.66±1.14a 1Mean±Std. with different superscripts in the same row are significantly different (P<0.05), using the

Scheffe test.

表 5 豆腐在不同凝固劑濃度下的脆度、硬度及彈性

Table 5 The crispness, hardness and elasticity of the tofu product under different coagulant concentration

Coagulant concentration (%)

0.5 1.0 1.5

Number 30 30 30

Crispness Cr(g) 13.67±1.44b 15.59±1.58a 14.02±2.02a,b

Hardness Fi(g) 18.77±1.77a 20.67±2.19a 20.52±2.38a

Elasticity ES (g/mm) 3.38±0.97a 4.45±1.27a 4.19±0.98a 1Mean±Std. with different superscripts in the same row are significantly different (P<0.05), using the

Scheffe test.

-49-


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2017 年 01月 19日收稿

2017 年 04月 17日修正

2017 年 05月 23日接受

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