コロイド分散系の制御に基づく豆乳製品製造技術の確立
伊 藤 健 介
太子食品工業株式会社
Establishment of the Production Technology for a Soymilk Product Based
on Control of the Colloidal Dispersion System
Kensuke I
TO
Taishi food Inc. 68 Aza-okinaka, kawamorita, Sannohe-machi, Sannohe-gun, Aomori 039-0141, Japan
Based on the fact that soymilk is a colloidal dispersion system where lipid is distributed to the continuous phase which consists of protein, the process for manufacturing low-fat soymilk, separating fat centrifugally from soymilk in order to control fat concentration in the soymilk, was established. With the soymilk which was produced in this process, a fundamental technique to design physical properties of colloidal food by controlling its particle dispersion state was established, and it led to a novel technology to produce tofu and yuba.
Keywords: tofu, yuba, colloidal solution, lipid, rupture stress
（受付 2013 年 10 月 18 日，受理 2013 年 12 月 6 日） 〒039-0141 青森県三戸郡三戸町大字川守田字沖中 68 番地 Fax: 0179-22-1701, Email: k-ito@taishi-food.co.jp
◇◇◇ 解説
（2013 年度日本食品工学会技術賞）
◇◇◇
1. 緒 言 豆乳は，タンパク質を主成分とする水溶液の連続相 に脂質が粒子状に分散しているコロイド分散系である． 通常丸大豆を水で膨潤させ，加水，磨砕，固液分離の 工程を経て製造されている．脂質は，植物組織中では 平均サイズが約 0.4μm である微細な脂質体（オイルボ ディ）として存在し貯蔵されている [1]．この微細な脂 質体はその表面がオレオシンタンパク質で被覆されて いて，この構造的要因が大豆の保存中に酸化が進みに くい要因と考えられている [2]．脂質体は加水，磨砕し て得られた懸濁液中ではタンパク質との会合体として 分散しているため，必ずしも安定とはいえないコロイ ド分散系となっている．しかし，固液分離前または分 離後に十分な加熱が行われることにより，タンパク質 が遊離し，脂質体がそのままか，あるいはそれほど凝 集することなく豆乳中に分散するため，安定なコロイ ド分散系となる． 豆乳に凝固剤を適量添加し，加熱して凝固させたも のが豆腐である．豆乳を 90℃前後に加熱し，表面に生 じた膜を汲み上げたものがゆばである．これら大豆加 工食品は大豆を出発原料にして製造されているため， 大豆加工食品メーカーは大豆の性状を重視しており， 大豆品質の調査は品質管理上，重要な検査項目となっ ている．一方で，豆腐とゆばの製造過程においては， 豆乳製造は共通でありそれ以降で作り分けされている ことから，これらは豆乳製品ともいえる．よって，大 豆と同様に豆乳の品質も重要な管理ファクタと考えら れ，実際原料豆乳のコロイド状態が製造条件や最終製 品の品質に影響を与えていることも事実である． 食品コロイド分散系の特性は，水溶液と分散質のそ れぞれの組成のみならず，粒子径分布などの分散構造 にも依存する．数μm～数十μm の脂肪球が分散して いる牛乳では，クリーミング，転相などの現象が経験 的に見出され，このようなコロイド安定性が関わる現 象は平均粒子径に依存することが知られている．豆乳 は，コロイド粒子の平均粒子径が牛乳より小さくコロ イド安定性が高いため，牛乳と比べて目に見えるダイ ナミックな変化が乏しかったことに加えて，独特の大 豆臭が敬遠されて食品素材として重要視されてこな かった．一方で，原料としての大豆油の需要が高いた めに，脱脂大豆や分離大豆タンパク質の研究が先行し， 脂質の影響について食品コロイドの観点から考察され ることは少なかった．世界的には，大豆は大豆油のた めの原料という認識となっている．伊 藤 健 介 2 2. 豆乳製品の品質に及ぼす豆乳の特性の影響 豆腐のおいしさは，色，味，においのような化学的 な味よりも，テクスチャのような物理的な味が重要な 要因であることが知られている [3]．このことから，食 感，すなわち力学物性は豆腐のおいしさを決める重要 なファクタであり，各成分の組成とその存在状態に依 存している．豆腐はタンパク質を主成分とした連続相 にオイルボディが分散したエマルションすなわちコロ イド分散系であり，食品コロイドに分類される．食品 コロイドの主な機能性はタンパク質と多糖類によって 発現しているとされてきており，それらのコロイド安 定性や凝集・ゲル化の特性によって食品の物性が影響 を受けている．豆腐に関して，大豆グリシニンの加熱 変性によるゲル形成 [4,5] など盛んに研究が行われてい る [6] が，それぞれの相互作用に対する理解は十分では ない．コロイド分散系の力学物性において，連続相の 力学物性のみならず，連続相と分散質との界面での相 互作用が重要であることが知られており [7]，大豆タン パク質と脂質のエマルションの加熱ゲル形成において， 脂質の添加でゲルの破断応力は大きくなり [8]，構成脂 肪酸の分子長が短くなるほどゲルの破断応力は大きく なる [9] と報告されている．また，大豆タンパク質と大 豆油や大豆レシチンを添加したエマルションの加熱ゲ ルにおいて，大豆油と大豆レシチンの添加でゲルの貫 入抵抗応力は小さくなると報告されている [10]．ちな みに，同じく豆乳製品であるゆばも，原料である豆乳 と同様コロイド分散系である．したがって，豆乳をコ ロイド分散系と捉えて，コロイド粒子状に分散してい る脂質の濃度を調整することにより豆腐やゆばの力学 物性がコントロールできると推測された． このような技術的背景の中，健康に気を配る消費者 のカロリーオフ志向の高まりに対応するため，低脂肪 豆腐の開発を構想した．単に低脂質濃度の豆腐を製造 するのであれば，脱脂大豆を使う方法があるが，味の 面で苦味や渋みがあって製品品質に問題があり，溶媒 抽出以外の脂質濃度制御方法が必要となった．そこで， 脂質濃度を調整した豆乳画分を調製するプロセスにつ いて検討することとした． 3. 豆乳のコロイド的性質と脂質 大豆の脂質は，主に中性脂質のトリアシルグリセロー ル（TAG）であり，極性脂質のリン脂質や糖脂質の他， 微量成分のステロールやカテキンなどの脂溶性色素か らなっている [11]．TAG は，大豆種子細胞中の脂質体（オ イルボディ）に貯蔵されており，大豆種子細胞中には オイルボディとともにタンパク質貯蔵液胞（PSV）が 含まれている．豆乳製造過程の磨砕により PSV が崩壊 して溶出した貯蔵タンパク質とオイルボディが接触し， オイルボディの表面にタンパク質が会合する．しかし， 加熱によるタンパク質の変性で，会合したタンパク質 のほとんどは遊離する [12]．したがって，豆乳の分散 安定性は加熱温度に依存し [13]，加熱前は大・小コロ イドが混在する不均一な状態であるが，加熱により大 コロイドは激減して小コロイドとなり [14]，コロイド 粒子径が均一になることによって豆乳は安定な状態に 変わる．また豆乳のオイルボディにはタンパク質粒子 が会合しており，会合することでオイルボディ単体よ り密度が高い粒子となり連続相との密度差が小さくな ることから，加熱された豆乳は通例の食品エマルショ ンより安定なコロイドということができる．したがっ て，ひとたび安定なコロイドになると，牛乳加工プロ セスにおいて常用される遠心分離機の能力では，豆乳 からクリームを分離することはできない． 豆乳の脂質濃度を調整するために，タンパク質の等 電点沈殿を応用し，脂質を分離することを検討したが， pH の適応範囲が狭く，またコロイドの分散性が分散媒 のイオンバランスの影響を受けやすいことからも，分 離比率を安定させて製造することは難しかった．した がって，分離しにくいことが予想されたが，食味に影 響しないこと，タンパク質が変性しにくいことという 利点を有する遠心分離を検討することとした． 豆乳を遠心分離にて安定して脂質を分離するために は，豆乳を安定したコロイド分散系に調製することが 必要と考えられた．よって，豆乳の調製方法を検討した． 加熱によりオイルボディからオレオシンは解離するが 一部は結合しているため，豆乳中のオイルボディは種 子中のオイルボディと若干異なっており [15]，加熱前 の状態にはならない．このように豆乳のコロイド分散 系を安定化するためには適切な加熱が必要であること がわかり，遠心分離する豆乳の製造条件を明確にする ことができた． 豆乳を加熱し安定したコロイド分散状態で遠心分離 した結果，脂質を完全に除くことはできなかったが， 脂質濃度を調整した豆乳分画を得ることができるよう になり，低脂肪豆乳を製造するプロセスを確立するこ とができた． 4. 豆乳製品の力学物性に及ぼす 原料豆乳の脂質濃度の影響 4.1 ゆばにおける脂質の影響 ゆばは豆乳から製造される膜状食品である．従来の 製法は，豆乳をゆば製造専用の槽に注ぎ，80～90℃に 加熱後，気液界面に生じた膜を汲み上げ，1 バッチ当り 8～10 枚得る方法である．しかし，この方法ではゆばは 汲み上げる枚数ごとに豆乳成分が変化することで膜の
成分組成が変わる [16,17] ため，結果として膜の物性も 変化する（Fig. 1）．そのため，得られたゆばの物性の 違いによって「刺身ゆば，巻きゆば，乾燥ゆば」など に用途を振り分けている．また，豆乳の加熱温度によ り色調が異なることも示されている [18]．製造のほと んどが手作業で行われており，製造過程の最適化は製 造者の勘と経験に頼るところが大きく [17]，大量生産 はほとんど行われていない．そこで，大量生産するた めに，膜形成過程について検討した．原料豆乳が 60℃ 以上に加熱されるとタンパク質が変性し，さらに加熱 が進行して表面蒸発が顕著になると表面皮膜が形成さ れ [19]，さらに水分が蒸発すると表面皮膜が濃縮され て緻密層が形成される．水分は緻密層を透過し，気液 界面から継続的に蒸発が進行するとともに，固液界面 に豆乳成分が吸着して膜が成長していくと考えられた （Fig. 2）．ゆばは汲み上げるごとに成分組成が変化する が，6 枚目までは膜の厚さに対する破断強度がそれほど 変化しない (Fig. 1) ことから，ゆばの物性においては緻 密層の寄与が大きいと考えられた．よって，緻密層を 安定に調製することが生産の安定性につながり，その ためには原料豆乳の成分組成と水分の蒸発速度を一定 に保つことが重要であると予測された． このような検討をもとに，原料豆乳の成分組成を維 持するために，ゆば 1 枚分の豆乳を充填する個別容器 を用いて初期製造条件を一定に保つことと，水分の蒸 発速度を一定に保つための加熱手段として「過熱水蒸 気（SHS）オーブンを使用する」ことで，均質なゆば を連続的に生産できる新規製造プロセスを確立した [20]．さらに，ゆばの連続製造プロセスを用いて従来 のような物性の異なる多品種のゆばを製造するために， 製品品質に及ぼす原料豆乳のコロイド分散状態の影響 について検討した． 遠 心 分 離 に よ り， 豆 乳 の タ ン パ ク 質 濃 度 を 5.07～ 5.18％とほぼ一定の状態で脂質濃度を 0.91～3.36％にな るよう豆乳を調整した（Table 1）．ゆばの物性は，膜の 厚さに対する破断強度で評価した．1 枚分の豆乳をバッ トに充填し，過熱水蒸気オーブンを用いてゆばを調製 した．以上の条件にて調製されたゆばの厚さに対する 破断強度は，原料豆乳の脂質濃度に顕著に依存する傾 向が認められた．ゆばの脂質濃度が 5％までは濃度依存 的に膜厚に対する破断強度が大きくなり，5％以上では 低下した（Fig. 3）．この現象の要因が緻密層のコロイ ド分散状態にあることを確認するため，ゆば表面を走 査型電子顕微鏡（SEM）で観察した．サンプルは，グ
Fig. 1 Component composition (A) and breaking strength (B) of yuba prepared by the conventional process.
Table 1 Solid, protein, and lipid contents of soymilk samples for yuba.
Sample No. Solid (%) Protein (%) Lipid (%) 1 9.15 5.18 0.91 2 9.40 5.16 1.29 3 9.66 5.15 1.67 4 10.04 5.12 2.23 5 10.29 5.11 2.61 6 10.54 5.09 2.99 7 10.79 5.07 3.36
Fig. 2 The film formation model of yuba. The cross-sectional view which put soymilk into the tray.
1 (A) (B) 伊藤 Fig.1 伊藤 Fig.2
(A)
(B)
Fig. 1 Component composition (A) and breaking strength (B) of yuba prepared by the conventional
process.
伊藤
Fig.1（訂正 20140223）
(A)
(B)
Fig. 1 Component composition (A) and breaking strength (B) of yuba prepared by the conventional
process.
伊 藤 健 介 4 ルタルアルデヒドで固定し，水分をアセトニトリルで 置換後，凍結乾燥し，金蒸着処理を行った．ゆば表面 を SEM で観察したところ，250～500 nmφのオイルボ ディと約 1μmφの脂肪滴が認められた（Fig. 4）こと から，ゆばはタンパク質の連続相に脂質が取り込まれ ているコロイド分散系であることが確認された．さら に，原料豆乳の粒子径をレーザー回折 / 散乱式粒度分 布計と SEM にて確認したところ，ゆば表面と同様にオ イルボディと脂肪滴が認められた（Fig. 5）ことから， 原料豆乳のコロイド分散状態が緻密層へ投影されてい ると考えられた．このことから，豆乳の脂質濃度を調 整することでゆばの力学物性を制御することができる 可能性が示された． 4.2 豆腐における脂質の影響 豆腐は豆乳に凝固剤を添加し，速やかに攪拌後，型 に流し込み，80～90℃で加熱し，凝固させたものである． これが絹豆腐であり，木綿豆腐は絹豆腐を崩し，プレ スしてホエーを排出し，成型した豆腐である．豆腐物 性を調整する主な手段は，原料大豆の種類の変更や凝 固剤の種類変更と添加量の調整などがある．豆腐には 大きく分けて絹豆腐と木綿豆腐があり，一般的に絹豆 腐より木綿豆腐の方が破断応力は大きい．絹豆腐の破 断応力は小さく崩れやすい豆腐であり，木綿豆腐のそ れは大きく崩れにくい豆腐である．凝固剤であるマグ ネシウムイオンの豆乳中でのイオン濃度の上昇に伴い 破断応力は大きくなるが，極大値を経て小さくなった [21]．しかし，実際の製造では食感を考慮し，極大値 以下のイオン濃度で豆腐を調製するが，イオン濃度に よる豆腐物性の調整幅は，製造上の微調整の範囲内で あり，今まで木綿豆腐のような破断応力が大きい絹豆 腐は製造できなかった． 遠心分離により脂質濃度を調整した豆乳で豆腐を調 製し，物性に及ぼす脂質の影響を検討した．豆乳中の タンパク質濃度を 4.80～4.82％とほぼ一定とし脂質濃 度を 0.74～3.47％に調整した豆乳（Table 2）で豆腐を 調製し，破断応力を測定した結果を Fig. 6 に示す．脂 質濃度が 2％以下では脂質の濃度依存的に破断応力が大 きくなり，脂質濃度が 3％以上では小さくなる傾向が認 められた [21]．豆乳の脂質濃度調整により絹豆腐を試 作した結果，脂質濃度調整による破断応力の極大値は
Fig. 5 Particle size distributions of soymilk emulsion system (A) and SEM image of soymilk (B).
(A) (B)
2
伊藤
Fig.3
伊藤
Fig.4
(A) (B)
伊藤
Fig.5
2
伊藤
Fig.3
伊藤
Fig.4
(A) (B)
伊藤
Fig.5
Fig. 3 Effect of the lipid content on breaking strength of yuba samples at the condition of similar concentration of protein.
Fig. 4 SEM image of the surface side exposed to air of yuba.
Fig. 3 Effect of the lipid content on breaking strength of yuba samples at the condition of similar
concentration of protein.
豆乳加工品のコロイド分散系制御 5 凝固剤添加量調整のそれと比較して最大で 1.5 倍上昇 し，木綿豆腐の破断応力に達した．つまり，脂質濃度 を調整することで破断応力の幅広い絹タイプの豆腐を 製造するプロセスを確立した． 5. 脂質による力学物性制御に関する考察 ゆばと豆腐において，コロイド分散質である脂質濃 度が高くなるにつれて破断応力（ゆばは膜の厚さに対 する破断応力）は大きくなり，極大値を経て小さくな る傾向を示した．エマルションゲルの力学物性におい ては，連続相の力学物性のみならず，連続相と分散質 との界面での相互作用が重要であることが知られてい る [7]．豆腐は，タンパク質ネットワークからなる連続 相に脂質（ここではオイルボディ）が分散している系 である（Fig. 7）．したがって，変形しないオイルボディ が連続相と相互作用し，一体化して硬化効果を示した と考えられた． 豆乳中のコロイド粒子の粒子径分布を Fig. 8 に示す． 豆乳は数百 nm のコロイド粒子から構成されており， 脂質濃度が高くなるにつれて数μm から数十μm のク ラスタが生成していることが示された．このことから， 脂質濃度が高いときには大きなクラスタが生成してい ると考えられ，この界面部分が欠陥として働き軟化効 果を示したものと考えられた． 6. ま と め 本稿では，大豆加工食品の品質，物性に関する理解 に基づいて製造プロセスを見直した取り組みについて まとめた．これまでは原料豆乳中のタンパク質に着目 して物性制御の方法論が展開されてきたが，豆乳が脂 質を分散質としたコロイド分散系であることに立ち返 り，脂質濃度を制御することで豆腐とゆばの品質と物 性をコントロールする新規製造プロセスを開発した． このようなコロイド分散系を制御することによるプロ セスイノベーションは，豆乳のみならず，食品コロイ ド分散系一般に応用できると考えられる． 今後，豆乳を脂質の観点から見直し，無脂肪豆乳， 低脂肪豆乳，高脂肪豆乳，豆乳クリームに細分化し， Table 2 Solid, protein, and lipid contents of soymilk samples for
tofu.
Sample No. Solid (%) Protein (%) Lipid (%) 8 9.07 4.82 0.74 9 9.73 4.81 1.55 10 10.62 4.81 2.65 11 11.28 4.80 3.47 12 16.50 4.36 10.87
Fig. 6 Ef fect of the lipid content on rupture stress of tofu samples at the condition of similar concentration of protein ([MgCl2∙ 6H2O]= 0.195 (◆), 0.220 (■), 0.244 (▲), 0.269 (●),
0.293 ( ), 0.318 (×), & 0.342 (＋) % for Sample No. 8-11).
Fig. 8 Particle size distributions of soymilk emulsion system (Sample No. 9 (
―
), 11 (― ―
), 12 (...)).Fig. 7 Structural model of tofu emulsion gel.
3
伊藤
Fig. 6
伊藤
Fig. 7
伊 藤 健 介 6 これらを原料とした「豆乳加工食品市場」を開拓して いきたい．このような取り組みが，大豆加工食品から 豆乳加工食品への市場シフトをもたらし，大豆を取り 巻くマーケットの活性化と変革につながることを期待 したい． 謝 辞 本研究の一部は，農林水産省食料生産地域再生のた めの先端技術展開事業から援助を受けました．またこ れまでご指導いただきました，元東京農業大学教授 林 弘通先生，元岩手大学教授 種谷真一先生，元東京農業 大学教授 福島正義先生，東京聖栄大学教授 井筒雅先生， 石川県立大学教授 宮脇長人先生，三重大学教授 亀岡孝 治先生，本研究に対し，ご支援，ご助言を頂いた関係 各位，ならびに実際の研究を推進してくれた太子食品 工業㈱技術開発グループの研究員の皆様に深く感謝い たします． 最後にビタミン学を創始した鈴木梅太郎博士の金言 を引いて筆を置きたい．「外来の学説を消化して産業の 発展と福祉の増進に資し，模倣より漸次独創の域に進 みつつあるは快心のいたりである．しかしながら我々 は尚之を以て満足すべきではない．世界の学界をリード し，産業に覇を唱うる様奮励努力しなければならない．」 引 用 文 献
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