技术领域
本公开的实施例涉及基于蛋白质的食物的处理装置以及用于制 备食物的方法，更具体地，涉及用于凝结溶液中的蛋白质并将其转 变为以固体或半固体(凝胶)的形式存在的基于蛋白质的食物的基 于蛋白质的食物处理装置以及方法。
背景技术
豆腐是一种具有悠久历史的、在世界上大多数地区、特别在东 亚深受喜爱的食物。传统上，通过以下两个步骤从溶液中凝结大豆 蛋白为固体或半固体(凝胶)而制备豆腐：(1)从大豆挤压或调制 的生豆浆被加热到某温度范围并保持几分钟，例如，被加热到95至 100℃并保持大约一分钟(直至沸腾)，以便于将那些可能导致不宜 味道和口感的不想要的酶(胰蛋白酶抑制剂)基本上去活性或排除， 并且将大豆蛋白变性以通过暴露其内部疏水基而降低其溶解性； (2)在第一步骤之后添加诸如GDL、MgCl2或CaSO4之类的凝结剂 进入煮沸过的或处理过的豆浆溶液以便于形成豆腐凝胶结构。
即使在步骤(1)之后的大豆蛋白的溶解性下降了一定程度，豆 浆溶液也不能够自己被凝结在豆腐中。因此，将凝结剂添加到处理 过的豆浆溶液中在制备豆腐的现有方法中是关键的。
US20040107840A1公开了一种基于传统豆腐制作方法的改进的 豆腐制作设备，其中豆浆加热是由焦耳热传导的。具体地，电场被 直接施加到豆浆溶液上。因为溶液具有欧姆内阻，焦耳热将通过豆 浆溶液被直接产生。然而，该公开仅改变产生热的方法。豆腐不能 仅通过焦耳热被制作出来。仍需要向豆浆溶液中添加像盐卤(nigari) 之类的凝结剂从而形成豆腐。
发明内容
将添加剂加入食物中不是有利的，因为当被未知成分污染或超 剂量添加时这样的添加剂可能是有害的，而且添加剂质量的一致性 可能不易控制。
有鉴于此，本公开的一个目的在于提供一种用于制备诸如豆腐、 乳酪或凝乳之类的基于蛋白质的食物的基于蛋白质的食物的处理装 置和方法。
不需将任何添加剂加入到食品中，仍可能在家中制备基于蛋白 质的食物，这通常被认为是自然、安全、有营养及健康的，且同样 也简化了制备食物的过程。
根据本公开的一个方面，提供了用于凝结溶液中的蛋白质的基 于蛋白质的食物的处理装置。该装置包括容器，以及设置在容器内 的第一电极和第二电极。第二电极被置于与第一电极隔开一定距离。 第一电极和第二电极被配置成与电源电耦合以便于形成流过容器中 的蛋白质溶液的至少部分的直流电流路径，以用于凝结第一电极和 第二电极中的一个点击附近的蛋白质。
根据本公开的一个实施例，电源被配置成在第一时间段期间允 许第一电极用作阳极并且允许第二电极用作阴极。
根据本公开的一个实施例，电源被进一步配置成在第二时间段 期间允许第一电极用作阴极，并且允许第二电极用作阳极，该第二 时间段与第一时间段不同。
根据本公开的一个实施例，介于第一电极与第二电极之间的电 流是可调节的。优选地，介于第一电极与第二电极之间的电流通过 调节介于第一电极与第二电极之间的电压差和/或距离是可调节的。
根据本公开的一个实施例，在第一电极与第二电极之间施加的 电压差在从5至220伏的范围内，并优选在从20至90伏的范围内。
根据本公开的一个实施例，第一电极和第二电极由金属电极材 料(诸如钛、铂)或碳电极材料制成。
根据本公开的一个实施例，第一电极和第二电极涂覆有贵金属 (诸如铂)或混合金属氧化物材料(MMO)。混合金属氧化物材料 可以是以下金属中的至少一种的金属氧化物：钌、铱、钽。
根据本公开的一个实施例，该装置进一步包括用于将容器中的 蛋白质溶液保持在从50℃至95℃的温度范围内的加热装置。
根据本公开的一个实施例，第一电极和第二电极被相对地放置 在容器内。
根据本公开的一个实施例，第一电极和第二电极中的一个电极 被置于沿着容器的侧壁的至少一部分，并且第一电极和第二电极中 的另一个电极被置于容器的基本上中心。
根据本公开的一个实施例，蛋白质溶液是豆浆溶液，并且所述 蛋白质是大豆蛋白。
根据本公开的另一当面，提供了用于制备豆腐的设备，包括： 用于从大豆原料制备豆浆溶液的研磨机构；用于将制备好的豆浆溶 液煮沸以使得大豆蛋白变性的加热设备；以及用于将大豆蛋白从煮 沸过的豆浆溶液凝结成豆腐的上述基于蛋白质的食物的处理装置。
根据本公开的另一方面，提供了用于制备诸如豆腐、奶酪或凝 乳之类的基于蛋白质的食物的方法，包括：将蛋白质溶液放置在容 器中，在该容器中第一电极和第二电极被放置为其间具有一定距离； 将第一电极和第二电极与电源电耦合以形成流过蛋白质溶液的至少 部分的直流电流路径，以便于从诸如豆浆或牛奶之类的溶液中将诸 如大豆蛋白或酪蛋白之类的蛋白质凝结在第一电极和第二电极中的 一个电极附近。
根据本公开的一个实施例，电源被适配为在第一电极与第二电 极之间施加电压差以在第一时间段期间允许第一电极和第二电极中 的一个电极用作阳极，并且允许第一电极和第二电极中的另一个用 作阴极。蛋白质被凝结在第一电极和第二电极中的用作阳极的一个 电极附近。
根据本公开的一个实施例，该方法包括允许在第二时间段期间 允许在第一时间段期间用作阳极的电极被用作阴极，并允许另一电 极被用作阳极，其中第二时间段跟随在第一时间段之后。
根据本公开的一个实施例，电压差的范围为从5至220伏，并 优选从20至90伏。
相对于传统的制备豆腐或其它富含蛋白质食物的方法而言，本 公开一般带来了如下优点：其提供了仅利用大豆(或煮沸的豆浆) 和水制作豆腐的简易、方便且简单的方法，而其不需要引入凝结剂 并排除了凝结剂的安全隐患。此外，其还可以提供在使用者端调节 豆腐的质地和味道的装置和方法。
附图说明
现在将仅通过示例的方式参考附图对本发明的实施例进行描 述，其中：
图1示意性地示出了根据本公开的一个实施例的在施加电流之 前的用于凝结溶液中的蛋白质的基于蛋白质的食物的处理装置的侧 面剖视图；
图2示意性地示出了根据本公开的一个实施例的在施加电流一 定时间之后的用于凝结溶液中的蛋白质的基于蛋白质的食物的处理 装置的侧面剖视图；
图3示意性地示出了根据本公开的一个实施例的在足够的蛋白 质分子被凝结在一个电极附近之后使得电流方向颠倒的图1的装置 的侧面剖视图；
图4示意性地示出了根据本公开的一个实施例的在电流方向至 少改变一次之后具有形成在两个电极上的凝结物的图1的装置的侧 面剖视图；
图5示意性地示出了根据本公开的另一实施例的装置的顶视图；
图6示意性地示出了根据本公开的又一实施例的装置的顶视图； 以及
图7是示出了根据实施的实验影响根据本公开的一个实施例的 豆腐制作的因素的排列(Pareto)图。
具体实施方式
现在将详细地描述本公开的数个实施例，这些实施例的示例由 附图所说明。应当指出，在可行情况下可在附图中使用相似或相同 的附图标记，并且其可以指示相似或相同的功能。附图仅以说明的 目的描绘了本公开的实施例。本领域技术人员将从下面的描述容易 地认识到，本文示出的结构和方法的可替代实施例在不脱离本文描 述的本公开的原理的情况下可以被使用。
虽然在说明书中食品被体现为豆腐，各种富含蛋白质的食物也 被包括在本公开的范围中。换言之，本文公开的装置或方法不仅可 用于制备豆腐，也可能用于制备诸如凝乳或奶酪之类的其它富含蛋 白质的食品，或从富含蛋白质的食物中分离蛋白质。
图1示意性地示出了根据本公开的一个实施例的在施加电流之 前的用于凝结溶液中的蛋白质的基于蛋白质的食物处理装置的侧面 剖视图。
根据本实施例，如图1所示，提供了用于容纳要被凝固的蛋白 质溶液或豆浆溶液130的容器100，设置在容器100以内的第一电极 110和第二电极120。第二电极120被放置为与第一电极110隔开一 定距离。豆浆溶液130是富含蛋白质的，并且如图1所示，在向第 一电极110和第二电极120两者施加电压之前，一定数量的蛋白质 分子140被基本上均匀地分布在豆浆溶液130中。
优选地，在施加流过豆浆溶液130的直流电流(DC)之前，溶 液130可以例如通过以下被处理：加热到如95-100℃几分钟以基本 上将可能导致不利的味道和口感的不想要的酶(胰蛋白酶抑制剂) 去活性或排除，并且将大豆蛋白变性以通过暴露其内部的疏水基减 小其溶解度。该加热过程可以在溶液130被放入容器100之前进行。 可替代地，该过程可以在施加直流电流之前通过提供在容器100以 内的或与容器100集成在一起的加热装置(未示出)而被执行。
此外，作为一种选择，可以提供在容器100内的或与容器100 集成在一起的研磨机构(未示出)，以用于在加热过程之前将大豆 原料研磨成豆浆溶液。
根据本实施例，电源150(在图2和图3中示出)被提供用于形 成第一电极110和第二电极120之间的电压差。在本公开中，并不 对电源的配置和位置进行限制，只要这样的电源可以通过第一电极 110和第二电极120电耦合豆乳溶液130而恒定地提供足够的和可控 的电压。在一个实施例中，电源可以被控制以使得第一电极上的电 压110高于第二电极120上的电压，且反之亦然，以产生在两个相 反的方向上的直流电流。
在蛋白质溶液130中，蛋白质分子140通常携带负电荷，并由 图1中的圆圈(表示蛋白质分子140)中的“-”标示，这导致彼 此相对的排斥力。其结果是，溶液中的蛋白质几乎不能自己凝结。
在一个实施例中，诸如图1中所示的第一电极110和第二电极 120之类的电极一般由金属电极材料(如钛、铂)或碳电极材料制成。 在一个实施例中，第一电极110和第二电极120可以被涂覆有贵金 属(例如铂)或混合金属氧化物材料(MMO)。该混合金属氧化物 材料可以是以下金属中的至少一种的金属氧化物：钌、铱、钽。
根据本实施例，如图1所示，第一电极110和第二电极120相 对地设置在容器100中。具体地，两个电极110、120基本上平行放 置，并具有相似的形状或面积。尤其是，两个电极110、120具有在 与两个电极正交的方向所见最大的重叠面积。但是应当理解的是， 没有必要将两个电极110、120放置为严格平行，并且也没有必要设 置具有相同或相似的面积或形状的两个电极。
图2示意性地示出了根据本公开的一个实施例的在施加电流之 后的用于凝结溶液中的蛋白质的基于蛋白质的食物处理装置的侧面 剖视图。
根据本实施例，如图2所示，电源150在两个电极110、120上 施加电压差，以使得第二电极120能够用作阳极，而第一电极110 能够用作阴极。如上所述，大豆蛋白分子140携带负电荷。其结果 是，大豆蛋白可以在箭头标示的方向上移动并聚集在阳极附近，即 在图2所示的特定实施例中在第二电极周围。同时，由于水(即， 大豆蛋白的溶剂)的电解，豆浆溶液的pH值在阳极附近降低，因而 变成酸性。形成在阳极附近的氢阳离子160中和大豆蛋白分子140， 并且因此除去蛋白质分子间的排斥力。因此，在一定的时间段之后， 大豆蛋白分子140的聚集和中和可导致蛋白质凝胶或固体结构的形 成，即豆腐的形成。虽然图2示出了第二电极130被用作阳极，它 不应该被解释为只有第二电极130或特定的(多个)电极可以被用 作阳极，并且供给比其它(多个)电极更高电压的任何(多个)电 极可以被用作以合适的电源电连接到其上的(多个)阳极。
在阳极，该反应可表示为2H2O–4e＝O2+4H+，而在阴极，反 应可以表示为4H2O+4e＝2H2+4OH-。
在优选的实施例中，两个电极110、120之间的电压差在5至220 伏的范围内。在进一步优选的实施例中，电压差在20至90伏的范 围内。选择适当的电压的方法将通过参考实验结果在后面说明。
在优选的实施例中，可以提供加热装置(未示出)，通过该加 热装置在容器100中的大豆蛋白溶液130能够被保持在50至95℃的 温度范围内以形成具有改进的效率和质量的凝结物(即豆腐)。这 种加热装置可以被设置在容器100的任何地方或一体地形成为容器 100的一部分。这种加热装置的配置并不受限，只要它能够将大豆蛋 白溶液130的温度保持在预定的水平。
图3示意性示出了根据本公开的一个实施例的在足够的蛋白质 分子凝结在一个电极附近之后的使得电流方向颠倒的图1的装置的 侧面剖视图。
按照该实施例，在一定时间之后豆腐的聚集和形成可能会减慢， 并且还存在一定量的分散的大豆蛋白分子140，特别是对于那些在整 个溶液130中远离阳极的分子。优选且有利的是，改变直流电流流 经溶液130的方向以用于聚集和凝结另一个电极(在该情况下是第 一电极110)附近的大豆蛋白分子140。由图3可见，在第一凝结物 142形成在第二电极120的附近之后，电源150在第一电极110上施 加更高的电压以让第一电极110用作阳极。其结果是，大豆蛋白质 分子140以与将第一凝结物142形成在第二电极120的附近所描述 类似的过程聚集在第一电极110附近。
图4示意性示出了根据本公开的一个实施例的在电流方向改变 至少一次之后使得凝结物形成在两个电极上的图1的装置的侧面剖 视图。
根据本实施例，如图4所示，在直流电流的方向被改变一段时 间之后，第二凝结物144形成在第一电极110的附近。根据本公开 的装置形成的凝结物可以以常规方式被压制以生产豆腐。
根据另一实施例，如图5所示，在容器200中设置第一电极210、 第二电极220、第三电极230和第四电极240。首先分别在第一和第 二电极210、220上形成凝结物，然后分别在第三和第四电极230、 240上形成凝结物是可能的。另外，同时在四个电极中的两个上形成 凝结物然后同时在另两个电极上形成凝结物也是可能的。通过电极 的这种配置，凝结速度可以大大改进。另外，在容器内包含多于四 个电极也是可能的，从而进一步缩短用于形成豆腐所需的时间。
根据又一实施例，如图6所示，容器300被成形为从装置的顶 部所见呈大致圆形。第一电极310基本上位于容器300的中心处， 而第二电极320沿容器300的壁的内表面围绕第一电极310而形成。 通过电极的这种配置，凝结速度可大大改进，且凝结物形成在整个 第二电极320的周围。包括被布置在沿着容器300的壁的内表面上 彼此隔开的多个电极也是可能的。应当理解的是，在该特定实施例 中，电极不一定是圆形状或圆弧状的。
进行了一系列的实验以用于测试像电压差、电极之间的距离和 反应时间之类的参数会如何影响凝结物湿重(在干燥之前)、凝结 物干重(在干燥之后)和水分(从湿凝结物中干燥出的水的重量除 以湿凝结物的重量)的结果。容器和两个电极被配置为如关于图1 和图2所描述的那样，使得该容器的尺寸为大约200mm×55mm× 90mm(长度×宽度×高度)，并且电极为大约92mm×55mm。处理 过的豆浆溶液从143克的大豆以及1000mL的水充分研磨并通过 80mu的滤网过滤，然后被加热到沸点。在这种情况下，溶解的蛋白 质浓度为3.6％以上。该实验的结果显示于下表1中。
表1
通常，通过溶液中产生的电流可以在从0.1A至8A的范围。通 过从表1中观察，两个电极之间的电压差和反应时间是影响凝结物 湿重和干重的关键因素。通过增加电压和反应时间，从干重反映出 会有更多的凝结物产生。
此外，水分可以通过增大电极之间的距离或减小反应时间而被 增大。水分可影响豆腐的质地。例如，在电极之间更大的距离或更 小的电流将产生较软的豆腐，而在电极之间较小的距离或较大的电 流会产生较硬的豆腐。
因此，在优选的实施例中，参数有可能是可配置的以用于调节 流过蛋白质溶液的电流。例如，在两个电极之间的距离和/或电压差 可以是可变的或可控地可变的，以便让该装置的使用者能够以他/她 喜欢的方式控制生产出豆腐的质地。
图7是排列图，其用于确定因素的级别和重要性，并由Minitab 生成。图表显示因素的绝对值，并在图表上绘制基准线(在此情况 下，基准线是5.509)。延伸超过该基准线的任何因素均为潜在重要 的。图7示出了根据表1中的该实验的影响豆腐的生产的因素。如 图7所示，它再一次证明了电压差和时间是影响本文的豆腐生产的 最终结果的两个关键因素。同时，电压差和时间之间没有协同作用。
根据本公开的另一个方面，还提供了用于凝结蛋白质分子的方 法。为了便于说明，在此描述的方法利用如上面关于图1-4描述的装 置，并且本文所用的所有部件和它们的附图标记表示如参考图1和 图2描绘的要素。首先，蛋白质溶液130被放置到容器100中，在 该容器中第一电极110和第二电极120被放置为在其间具有一定距 离。大豆蛋白溶液130优选被处理或煮沸，如在以上描述。其次， 第一电极110和第二电极120与电源150电耦合，以形成在第一时 间段期间流过蛋白质溶液130的至少部分的直流电流。然后，凝结 的蛋白质或凝结物在第一电极110和第二电极120附近被制备。在 该情况下，在第一时间段以内，如果施加在第一电极110上的电压 比施加在第二电极120上的电压高，阳极随后形成在第一电极110 上；另一方面，如果施加在第二电极120上的电压比施加在第一电 极110上的电压更高，阳极随后形成在第二电极120上。诸如大豆 蛋白之类的蛋白质将移动并聚集在阳极的附近，如先前所述。
在优选的实施例中，在第一时间段之后，可以有额外的步骤允 许在第一时间段器件作为阳极的电极在第二时间段期间用作阴极并 且另一个电极用作阳极。该步骤意味着，如果第一电极110在第一 时间段期间以内用作阳极，第二电极120将继而在第二时间段以内 用作阳极。如在上述实施例中讨论的，参考图3和图4，将溶液中 DC的方向切换至少一次是有利的，因为其充分利用分散在整个容器 100中的大多数蛋白质，并加快在每个电极附近形成凝结物的过程。
在另一个优选的实施例中，可以有加热该蛋白质溶液以在蛋白 质凝结期间将温度范围保持在50℃至95℃的范围内的步骤。
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