超聲處理對(duì)豆腐品質(zhì)的影響及工藝優(yōu)化
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齊寶坤1，李楊1*，王中江1，馮麗麗2，王春穎2，姜?jiǎng)?
1．東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院（哈爾濱150030）；2．九三糧油工業(yè)集團(tuán)有限公司(哈爾濱150090)
摘要在傳統(tǒng)豆腐加工工藝過程中引進(jìn)超聲處理步驟，對(duì)超聲處理工藝進(jìn)行研究。結(jié)果表明，超聲處理能夠顯著提高豆腐凝膠強(qiáng)度和持水性，并改善豆腐品質(zhì)。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過響應(yīng)面分析法對(duì)豆腐加工過程中超聲處理工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，確定超聲處理最優(yōu)工藝：超聲功率295 w、超聲溫度50℃、超聲pH 9和超聲時(shí)間30 min。在最優(yōu)工藝條件下，可制得凝膠強(qiáng)度高、持水性及感官品質(zhì)好的豆腐。
關(guān)鍵詞超聲；豆腐品質(zhì)；工藝優(yōu)化
豆腐是中國的傳統(tǒng)美食，因其口感細(xì)膩、綠色健康而深受人們喜愛。豆腐的營養(yǎng)價(jià)值很高，富含8種氨基酸和多種不飽和脂肪酸，且易于消化吸收。豆腐還具有一定的保健功效，其中含有的植物雌激素和異黃酮，利于女性更年期癥狀的克服，并對(duì)乳腺癌具有預(yù)防作用。目前，對(duì)豆腐的研究主要集中在凝固劑、豆腐凝膠的形成及加工工藝等方面。胡耀輝等以殼聚糖一乙酸溶液做豆腐的凝固劑，利用殼聚糖能使大豆蛋白發(fā)生凝膠的機(jī)理，研究新型豆腐制作工藝。楊芳等研究表明，豆腐凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)關(guān)系緊密，膠體的質(zhì)構(gòu)特性受水分含量影響。大豆蛋白、脂肪與豆腐硬度、破斷性和彈性的關(guān)系。Liua等采用兩步加熱法煮漿，有效提高了豆?jié){黏度及豆腐彈性，同時(shí)改善了豆腐凝膠的微觀結(jié)構(gòu)。Noha等對(duì)黃豆進(jìn)行冷凍處理，顯著促進(jìn)豆?jié){的凝固，并改善豆腐的品質(zhì)。
超聲波是頻率超過人類聽覺范圍的聲波，是一種有彈性的機(jī)械振蕩。超聲處理過程中的空化效應(yīng)和熱效應(yīng)利于蛋白質(zhì)分子的進(jìn)一步修飾，用來改善物料蛋白的理化性質(zhì)及功能特性。超聲波對(duì)豆?jié){處理后，超聲產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動(dòng)引起蛋白粒子的摩擦和碰撞，利于大豆蛋白的凝固，可有效改善豆腐品質(zhì)。
近年來，對(duì)超聲處理改善豆腐品質(zhì)的研究鮮有報(bào)道。試驗(yàn)以新鮮大豆為主要原料，在傳統(tǒng)豆腐加工工藝過程中引進(jìn)超聲處理步驟，研究超聲處理對(duì)豆腐品質(zhì)的影響，并對(duì)超聲處理工藝進(jìn)行優(yōu)化，為高品質(zhì)豆腐的研發(fā)及工業(yè)化生產(chǎn)奠定理論基礎(chǔ)。
1材料與方法
1.1材料與儀器
新鮮大豆：黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)院培植的墾農(nóng)42;鹽鹵：實(shí)驗(yàn)室配制波美度為200 Be的MgCl2溶液；其他試劑均為國產(chǎn)分析純。
ALC-110.4電子分析天平：梅勒特一托利多儀器（上海）有限公司；FDM-280豆?jié){機(jī)：上海偉業(yè)儀器廠；PHS-3C型酸度計(jì)：上海安亭科學(xué)儀器廠；JY92-2D超聲探頭發(fā)生器：寧波新芝生物科技有限公司；TA-XT21質(zhì)構(gòu)儀：上海申科有限公司。
1.2試驗(yàn)方法
1.2.1工藝流程
將新鮮的大豆原料清理后用蒸餾水浸泡過夜，將浸泡好的大豆用開水燙漂10 min，按豆水比1：6g/m L的比例添加弱堿水進(jìn)行磨漿，將漿渣混合物調(diào)節(jié)溫度和pH后進(jìn)行超聲處理，漿渣分離得生豆?jié){，對(duì)生豆?jié){進(jìn)行加熱煮漿，再加入適量的鹵水進(jìn)行點(diǎn)漿，邊滴加邊攪拌，點(diǎn)漿后靜置一段時(shí)間使蛋白完全凝固，然后包裝即得豆腐。
1.2.2超聲處理的單因素試驗(yàn)
基本工藝為：超聲功率300 W、超聲溫度40℃、超聲pH 9和超聲時(shí)間30 min。在其他條件不變的情況下，以豆腐的凝膠強(qiáng)度和持水性為指標(biāo)，選取超聲功率為0，100，200，300，400和500 W，超聲溫度為20℃，30 ℃，40℃，50℃和60℃，超聲pH為7，8，9，10和11，超聲時(shí)間為0，10，20，30，40和50mm，進(jìn)行單因素試驗(yàn)，每組試驗(yàn)進(jìn)行3次平行。
1.2.3超聲處理的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)
在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用Design-Expert軟件對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行過程優(yōu)化，以感官評(píng)分（R）為響應(yīng)值，選取超聲功率、超聲溫度、超聲pH和超聲時(shí)間4個(gè)因素為自變量，根據(jù)中心組合設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)響應(yīng)面分析試驗(yàn)，每個(gè)因素設(shè)定5個(gè)水平進(jìn)行試驗(yàn)，其因素水平編碼表見表1。
1.3測(cè)定方法
1.3.1凝膠強(qiáng)度的測(cè)定
采用TA-XT21質(zhì)構(gòu)儀（TPA測(cè)定）對(duì)凝膠強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定。測(cè)前速度3.0 mm/s；測(cè)中速度2.0 mm/s；測(cè)后速度2.0 mm/s；測(cè)定距離，凝膠厚度的40%，兩次下壓間隔時(shí)間5.0 s，觸發(fā)5.0 g；探頭類型：P/0.5。每組試驗(yàn)重復(fù)3次取平均值。凝膠強(qiáng)度用探頭下壓過程中最大感應(yīng)力表示，單位g。
1.3.2持水性的測(cè)定
應(yīng)用離心法測(cè)定凝膠持水性。稱取一定質(zhì)量的凝膠體樣品于離心管中，然后在轉(zhuǎn)速4 500 r/min下離心20 min，取出離心管將上清液除去后稱重，凝膠持水性計(jì)算公式為：
持水性=M2/M1×100% (1)
式中：M1——離心前凝膠質(zhì)量，g；M2——吸去水分后凝膠質(zhì)量，g。
1.3.3感官評(píng)價(jià)分析
由10人組成感官評(píng)價(jià)小組，根據(jù)感官評(píng)價(jià)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)主要對(duì)產(chǎn)品的彈韌性（30分）、口感（25分）、風(fēng)味（25分）和色澤（20分）等進(jìn)行綜合評(píng)分（總分100分），取平均值，記錄感官評(píng)分結(jié)果。
1.4數(shù)據(jù)處理
采用SPSS 17.0、Origin 85和Design-Expert進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及數(shù)據(jù)處理。
2結(jié)果與分析
2.1單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析2.1.1超聲功率對(duì)豆腐凝膠強(qiáng)度和持水性的影響
在豆腐加工過程中，控制超聲溫度為40℃，超聲pH為9，超聲時(shí)間為30 min，考察不同超聲功率對(duì)豆腐凝膠強(qiáng)度和持水性的影響，結(jié)果見圖1。由圖1可以看出，超聲處理能夠顯著增加豆腐的凝膠強(qiáng)度和持水性。隨著超聲功率的增加，凝膠強(qiáng)度和持水性呈先增加后降低的趨勢(shì)。超聲功率由100 W增加到300 W時(shí)，凝膠強(qiáng)度和持水性逐漸增加，當(dāng)超聲功率為300 W時(shí)達(dá)到最高；再繼續(xù)增加超聲功率，凝膠強(qiáng)度和持水性反而又會(huì)下降。綜合考慮，選取超聲功率為300 W。
2.1.2超聲溫度對(duì)豆腐凝膠強(qiáng)度和持水性的影響
在豆腐加工過程中，控制超聲功率為300 W，超聲pH為9，超聲時(shí)間為30 min，考察不同超聲溫度對(duì)豆腐凝膠強(qiáng)度和持水性的影響，結(jié)果見圖2。由圖2可以看出，隨著超聲溫度的增加，豆腐的凝膠強(qiáng)度和持水性逐漸增加，當(dāng)超聲溫度增加到50℃時(shí)，凝膠強(qiáng)度和持水性達(dá)到最大；再繼續(xù)增加超聲溫度，凝膠強(qiáng)度和持水性反而會(huì)下降。綜合考慮，選取超聲溫度為50℃。
2.1.3 超聲pH對(duì)豆腐凝膠強(qiáng)度和持水性的影響
在豆腐加工過程中，控制超聲功率為300 W，超聲溫度為40℃，超聲時(shí)間為30 min，考察不同超聲pH對(duì)豆腐凝膠強(qiáng)度和持水性的影響，結(jié)果見圖3。由圖3可以看出，隨著超聲pH的增加，豆腐的凝膠強(qiáng)度和持水性呈先增加后降低的趨勢(shì)。超聲pH 7增加到pH 9時(shí)，凝膠強(qiáng)度和持水性逐漸增加，在pH為9時(shí)達(dá)到最高；再繼續(xù)增加超聲pH，凝膠強(qiáng)度和持水性反而又會(huì)下降。綜合考慮，選取超聲pH為9。
2.1.4超聲時(shí)間對(duì)豆腐凝膠強(qiáng)度和持水性的影響
在豆腐加工過程中，控制超聲功率為300 W，超聲溫度為40℃，超聲pH為9，考察不同超聲時(shí)間對(duì)豆腐凝膠強(qiáng)度和持水性的影響，結(jié)果見圖4。由圖4可以看出，隨著超聲時(shí)間的增加，豆腐的凝膠強(qiáng)度和持水性逐漸增加，當(dāng)超聲時(shí)間達(dá)到30 min后，再繼續(xù)增加超聲時(shí)間，凝膠強(qiáng)度和持水性也不再有明顯增加。綜合考慮，選取超聲時(shí)間為30 min。
2.2響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果與分析
試驗(yàn)采用響應(yīng)面法進(jìn)行過程優(yōu)化，試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理采用統(tǒng)計(jì)軟件Design-ExpeIt來完成。以超聲功率A、超聲溫度B、超聲pH C和超聲時(shí)間D為影響因素，以感官評(píng)分R為響應(yīng)值，響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果見表2。
感官評(píng)分R通過統(tǒng)計(jì)分析軟件Design-Expert進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，建立二次響應(yīng)面回歸模型如下：
R=92.70-0.36 A+1.29 B+0.062C -0.74D-0.33AB+0.98AC+ 0.23AD+1.86BC+0.16BD+0.19CD-
2.12A2-3.42B2-4.37C2-4.54D2
采用Design-Expert軟件對(duì)方程進(jìn)行方差分析，感官評(píng)分R的方差分析結(jié)果見表3。
由表3可知，方程因變量與自變量之間的線性關(guān)系明顯，該模型回歸顯著( p<0.000 1)，失擬項(xiàng)不顯著(p>0.05)，并且該模型R2=98.43%，R2Adj=97.3 8%，說明該模型與試驗(yàn)擬合良好，自變量與響應(yīng)值之間線性關(guān)系顯著，可以用于該反應(yīng)的理論推測(cè)。由F僉驗(yàn)可以得到因子貢獻(xiàn)率為：B>D>A>C，即超聲溫度>超聲時(shí)間>超聲功率>超聲pH。兩因素交互作用（顯著項(xiàng)）對(duì)感官評(píng)分R影響的響應(yīng)面圖見圖5。
應(yīng)用響應(yīng)面尋優(yōu)分析方法對(duì)回歸模型進(jìn)行分析，通過分析軟件Design-Expert尋找最優(yōu)響應(yīng)結(jié)果。當(dāng)超聲功率、超聲溫度、超聲pH和超聲時(shí)間對(duì)應(yīng)的編碼值分別為-0.10、0.20、0.04和-0.08時(shí)，即超聲功率為295W，超聲溫度為51℃，超聲pH為9.02，超聲時(shí)間為29.6 min，感官評(píng)分有最大值為92.8�？紤]到實(shí)際生產(chǎn)的可操作性，將超聲處理優(yōu)化工藝條件修正為：超聲功率295 W、超聲溫度50℃、超聲pH 9和超聲時(shí)間30 min。
為了驗(yàn)證模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，在修正后的最優(yōu)工藝條件下，重復(fù)3次驗(yàn)證試驗(yàn)取平均值，在該工藝條件下產(chǎn)品感官評(píng)分平均值為93.5與預(yù)測(cè)值92.8較接近，說明響應(yīng)值的試驗(yàn)值與回歸方程預(yù)測(cè)值吻合良好。最終確定豆腐加工過程中超聲處理最優(yōu)工藝為：超聲功率295 W、超聲溫度50℃、超聲pH 9和超聲時(shí)間30 min。
3結(jié)論
在傳統(tǒng)豆腐加工工藝過程中引進(jìn)超聲處理步驟，研究超聲處理對(duì)豆腐品質(zhì)的影響，并對(duì)超聲處理工藝進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明，超聲處理能夠顯著提高豆腐凝膠強(qiáng)度和持水性，并改善其品質(zhì)。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過響應(yīng)面分析法對(duì)豆腐加工過程中超聲處理工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，確定超聲處理最優(yōu)工藝為：超聲功率295 W、超聲溫度50℃、超聲pH 9和超聲時(shí)間30min。在最優(yōu)工藝條件下，可制得凝膠強(qiáng)度高、持水性及感官品質(zhì)好的豆腐。
