熱輔助超聲波處理對(duì)豆腐干殺菌工藝優(yōu)化及效果

吳 妮 趙武奇 盧 丹 曾祥媛 張清安 宋樹(shù)杰 劉 凡

(1. 陜西師范大學(xué)食品工程與營(yíng)養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西 西安 710119；2. 陜西大通農(nóng)業(yè)科技有限公司，陜西 商洛 726100)

豆腐干極易腐敗變質(zhì)，殺菌是加工的關(guān)鍵工序。目前大多數(shù)企業(yè)采用的是高溫蒸汽殺菌，而蛋白質(zhì)作為豆腐干的主要營(yíng)養(yǎng)成分，不耐高溫，高溫殺滅微生物的同時(shí)破環(huán)了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，使豆腐干顏色加深，原本勁道可口變柴變硬，感官品質(zhì)下降[1]。周先漢等[2]采用巴氏殺菌處理豆腐干，殺菌效果較好，但長(zhǎng)時(shí)間高溫處理，豆腐干風(fēng)味嚴(yán)重?fù)p失；武杰等[3]采用微波殺菌技術(shù)可有效延長(zhǎng)五香豆干的貨架期，但容易造成五香豆干蛋白質(zhì)變性，降低營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。超聲波作為一種快速、高效并且可靠的新興技術(shù)，已在食品加工行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用[4]，但單獨(dú)使用超聲波殺菌效果有限。研究[5]表明熱輔助超聲波處理比單獨(dú)采用相同功率超聲波處理的殺菌效果更好，夏必幫等[6]發(fā)現(xiàn)熱輔助超聲波處理可用于控制火龍果汁中自然菌群并保持鮮榨汁的品質(zhì)，但關(guān)于熱輔助超聲波處理對(duì)豆腐干殺菌的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

本試驗(yàn)擬利用熱輔助超聲波法對(duì)真空包裝后的豆腐干進(jìn)行殺菌改進(jìn)現(xiàn)有的殺菌工藝，為工業(yè)化生產(chǎn)高品質(zhì)的豆腐干提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮豆腐干：長(zhǎng)寬厚3.5 cm×3.5 cm×2.0 cm，真空包裝并貯存于4 ℃的冰箱，陜西大通農(nóng)業(yè)科技有限公司；

氯化鈉、無(wú)水乙醇、濃硫酸、硫酸銅、硫酸鉀、氫氧化鈉、硼酸：分析純，西安晶博生物科技有限公司；

甲基紅指示劑、溴甲酚綠指示劑、月桂基硫酸鹽蛋白胨(LST)肉湯、平板計(jì)數(shù)瓊脂培養(yǎng)基、黃綠乳糖膽鹽(BGLB)肉湯：北京奧博星生物技術(shù)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

電子天平：AB104-N型，上海第二天平儀器廠；

電冰箱：海爾BCD-210G/C型，青島海爾股份有限公司；

電子天平：BS224Sx型，北京賽多利斯系統(tǒng)有限公司；

測(cè)色色差計(jì)：WSC-S型，上海精密科學(xué)儀器有限公司；

質(zhì)構(gòu)儀：TA.XT.Plus型，英國(guó)Stable Micro System公司；

全自動(dòng)凱氏定氮儀：Kjeltec2300型，瑞典福斯公司；

新苗超凈工作臺(tái)：SW-CJ-1FD型，上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司；

立式壓力蒸汽滅菌鍋：LDZX-30KBS型，上海申安醫(yī)療器械廠；

隔水式恒溫培養(yǎng)箱：GNP-9080MBE型，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；

超聲波微波協(xié)同反應(yīng)工作站：XO-SM50型，南京先歐儀器制造有限公司；

低溫恒溫槽(液晶板)：XODC-2006型，南京先歐儀器制造有限公司；

1.3 方法

1.3.1 響應(yīng)面設(shè)計(jì) 在預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以超聲時(shí)間、超聲功率、溫度為因素，以殺菌后豆腐干的微生物、質(zhì)地、色澤、蛋白質(zhì)為指標(biāo)，進(jìn)行Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)。表1為試驗(yàn)因素水平表。

1.3.2 微生物的測(cè)定

(1) 細(xì)菌總數(shù)：細(xì)菌總數(shù)的測(cè)定按GB 4789.2—2016執(zhí)行，再按式(1)計(jì)算細(xì)菌總數(shù)降低的對(duì)數(shù)值。

Y1=lg(N0÷N)，

(1)

表1 BBD試驗(yàn)因素水平編碼表

式中：

Y1——細(xì)菌總數(shù)降低對(duì)數(shù)值，lg (CFU/g)；

N0——豆腐干初始細(xì)菌總數(shù)，經(jīng)測(cè)定為4×107CFU/g；

N——豆腐干殺菌后細(xì)菌總數(shù)，CFU/g。

(2) 大腸菌群：按GB/T 4789.3—2016執(zhí)行。

(3) 致病菌(沙門氏菌、志賀氏菌、金黃色的葡萄球菌)：分別按GB 4789.4—2010、GB 4789.5—2012、GB 4789.10—2010執(zhí)行。

1.3.3 色澤的測(cè)定 豆腐干色澤L*、a*、b*用色差計(jì)直接測(cè)定。色澤的變化程度色差按式(2)計(jì)算。

(2)

式中：

ΔE——色差；

每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)試3次取平均值，計(jì)算總色差。

1.3.4 質(zhì)構(gòu)的測(cè)定 將殺菌后的樣品用打孔器制成直徑為12 mm的圓片用于質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的測(cè)定，參數(shù)設(shè)置：探頭型號(hào)P36/R；開(kāi)始速度1 mm/s；探頭下降速度1 mm/s；離開(kāi)速度1 mm/s；壓縮程度50%，在室溫條件下測(cè)試。平行測(cè)定5次，去掉最大值與最小值，其他3次試驗(yàn)求平均值。

1.3.5 蛋白質(zhì)含量的測(cè)定 按GB 5009.5—2016執(zhí)行。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 Designer-Expert 7.0.0和SPSS 17.0數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

響應(yīng)面設(shè)計(jì)與結(jié)果見(jiàn)表2。

2.2 豆腐干品質(zhì)評(píng)價(jià)特征指標(biāo)提取結(jié)果

微生物是豆腐產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的重要控制指標(biāo)，因此將細(xì)菌總數(shù)降低對(duì)數(shù)值作為響應(yīng)面考察的主要指標(biāo)之一。因子分析能實(shí)現(xiàn)用少數(shù)幾個(gè)因子去描述許多指標(biāo)，起到降維的作用，對(duì)表2中其他品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行因子分析，以提取出豆腐干的品質(zhì)評(píng)價(jià)特征指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3可知，前3個(gè)因子的特征值均>1，且前3個(gè)因子的特征值之和占總特征值的77.40%，說(shuō)明這3個(gè)因子可以代表豆腐干10個(gè)品質(zhì)指標(biāo)的絕大部分信息。

表2 BBD試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表3 解釋的總方差

采用Kaiser標(biāo)準(zhǔn)化最大方差法進(jìn)行因子旋轉(zhuǎn)，得到旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣見(jiàn)表4，能更加清楚直觀地表現(xiàn)主因子與變量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。旋轉(zhuǎn)后的因子載荷系數(shù)(以絕對(duì)值計(jì))越接近1，變量信息越能夠被主因子解釋。第1主因子與咀嚼性和硬度2個(gè)指標(biāo)相關(guān)性最強(qiáng)，它反映了人口腔牙齒對(duì)豆腐干的觸覺(jué)感；第2主因子與色差ΔE和L*、a*、b*4個(gè)指標(biāo)最為相關(guān)，反映了豆腐干的色澤品質(zhì)指標(biāo)；第3主因子與回復(fù)性和內(nèi)聚性2個(gè)指標(biāo)的相關(guān)性最強(qiáng)，體現(xiàn)了豆腐干的質(zhì)地特征。以每個(gè)主因子中載荷系數(shù)最大(以絕對(duì)值計(jì))為標(biāo)準(zhǔn)，可以得到咀嚼性、a*和回復(fù)性3個(gè)指標(biāo)，但考慮到a*是表示樣品顏色的紅綠指數(shù)，ΔE是色差評(píng)價(jià)的綜合指標(biāo)且其載荷系數(shù)>0.75，因此選取咀嚼性、ΔE和回復(fù)性3個(gè)指標(biāo)作為豆腐干的品質(zhì)特征指標(biāo)。咀嚼性是影響豆腐干質(zhì)地的重要指標(biāo)，咀嚼性的增大對(duì)豆腐干口感的提升具有重要意義[7]；豆腐干色澤極大地影響著消費(fèi)者的可接受性，殺菌過(guò)程中需保持色澤的穩(wěn)定，試驗(yàn)中ΔE值越小，代表殺菌前后的豆腐干色差越小[8]，說(shuō)明與新鮮豆腐干顏色越接近，可接受程度越高；回復(fù)性反映了豆腐干以彈性變形保存的能量，豆腐干的內(nèi)部孔隙越小，越均勻一致，其回復(fù)性越大[9]?？梢?jiàn)，本試驗(yàn)利用因子分析提取的特征品質(zhì)是合理的。

表4 旋轉(zhuǎn)成分矩陣

2.3 回歸模型的建立與分析

利用Design Expert軟件進(jìn)行多元回歸擬合，得到超聲時(shí)間、功率、溫度分別與細(xì)菌總數(shù)降低對(duì)數(shù)值(y1)、咀嚼性(y2)、ΔE(y3)及回復(fù)性(y4)的二次多項(xiàng)回歸方程：

y1=1.82+0.95A+0.81B+0.88C+0.25AB+0.18BC+0.39A2+0.69C2，

(3)

y2=1 455.97-106.07A-151.16C+64.43AC+202.28A2-248.15B2-132.79C2，

(4)

y3=1.43-0.85B+2.43AB+2.56B2+2.35C2，

(5)

y4=0.38-0.010A+1.000E-002B-7.500E-003C-0.012AB+0.019B2-0.026C2。

(6)

表5 各指標(biāo)回歸模型方差分析表

各因子對(duì)細(xì)菌總數(shù)降低對(duì)數(shù)值的影響均極顯著，C2對(duì)細(xì)菌總數(shù)降低對(duì)數(shù)值有極顯著的影響，A2和交互項(xiàng)AB、BC影響顯著；各因子對(duì)咀嚼性影響的大小依次是C>A>B，A2、B2對(duì)咀嚼性有極顯著的影響，C2和交互項(xiàng)AC影響顯著；各因子對(duì)色差影響的大小依次是B>A>C，B2、C2和交互項(xiàng)AB影響顯著；各因子對(duì)回復(fù)性影響的大小依次是A=B>C，B2、C2和交互項(xiàng)AB對(duì)回復(fù)性的影響顯著。

2.4 殺菌工藝的優(yōu)化

試驗(yàn)中細(xì)菌總數(shù)降低對(duì)數(shù)值達(dá)4.72 lg(CFU/g)時(shí)，真空包裝的豆腐干中菌落總數(shù)低于 750 CFU/g，符和DB 34/T 720.2—2009。在試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)，以細(xì)菌總數(shù)降低對(duì)數(shù)值>4.72 lg(CFU/g)，色差值最小，咀嚼性和回復(fù)性最大為原則，利用Designer-Expert 7.0.0軟件對(duì)豆腐干殺菌工藝進(jìn)行綜合優(yōu)化，得到熱輔助超聲波殺菌的最佳工藝參數(shù)為：超聲時(shí)間90.00 min、超聲功率875.90 W、溫度78.11 ℃，考慮到實(shí)際生產(chǎn)條件，將超聲功率和溫度分別調(diào)整成876 W和78 ℃，在最佳工藝參數(shù)下實(shí)測(cè)值與模型預(yù)測(cè)值如表6所示。

表6 回歸方程預(yù)測(cè)效果表

從表6可以看出，預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的誤差值≤2.63%，該模型可靠有效。并且在此條件下處理的豆腐干的細(xì)菌總數(shù)降低對(duì)數(shù)值為4.73 lg(CFU/g)、咀嚼性為1 270.50、色差為3.91、回復(fù)性為0.38，大腸菌群小于40 MPN/100 g，3種致病菌均未檢出。

3 結(jié)論

豆腐干熱輔助超聲波殺菌工藝的最佳參數(shù)為超聲時(shí)間90 min、超聲功率876 W、溫度78 ℃。熱輔助超聲波處理具有溫度低、殺菌效率高、可較好地保持豆腐干質(zhì)地和色澤的優(yōu)點(diǎn)，可用于豆腐干的殺菌。熱輔助超聲波作為一種新的殺菌技術(shù)，下一步應(yīng)在探討其殺菌機(jī)理的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)適合工業(yè)化生產(chǎn)的熱輔助超聲波殺菌裝置。