復(fù)合營養(yǎng)型豆腐配方優(yōu)化研究

沈國祥， 張奎林，夏 湘，趙良忠，李海濤，4，周曉潔，歐紅艷，李 明，4

（1.邵陽學(xué)院食品與化學(xué)工程學(xué)院，湖南 邵陽 422000；2.豆制品加工與安全控制湖南省重點實驗室，湖南 邵陽 422000；3.重慶市武隆縣羊角豆制品有限公司，重慶 400000；4.廣州佳明食品科技有限公司，廣東 廣州 511458）

0 引言

豆腐是大豆蛋白在凝固劑作用下相互聚集形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠產(chǎn)品，是我國消費量最大的傳統(tǒng)豆制品[1]。在傳統(tǒng)豆腐加工過程中，都有漿渣分離這道工序，因而會產(chǎn)生大量濕豆渣，其產(chǎn)量為干豆質(zhì)量的1.1~1.5倍[2]。由于豆渣具有含水量高、營養(yǎng)豐富、易腐敗、口感粗糙等特點，其加工、貯藏難度大，一般作為飼料、肥料使用或丟棄，造成資源的極大浪費和環(huán)境污染，降低企業(yè)經(jīng)濟效益[3]。從營養(yǎng)學(xué)的角度分析，豆渣含有豐富的蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、膳食纖維和異黃酮等營養(yǎng)成分，其中的膳食纖維在國民膳食結(jié)構(gòu)中的地位日益突出[4]。

大豆分離蛋白（Soybean protein isolate，SPI）是以低溫豆粕為原料，經(jīng)堿溶、酸沉等工序得到的一種優(yōu)質(zhì)蛋白。大豆分離蛋白具有乳化、膠凝、保水等功能特性，其蛋白質(zhì)含量高且不含膽固醇，因而在食品行業(yè)應(yīng)用廣泛，以改善食品的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)、提高食品品質(zhì)[5]。谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶（TG酶）能催化蛋白質(zhì)中的谷氨酰胺與賴氨酸殘基形成共價鍵，促進蛋白質(zhì)分子內(nèi)及分子間交聯(lián)，以改善蛋白質(zhì)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[6]。岳文婷等人[1]以TG酶作為助凝劑，分別與CaSO4、MgCl2和葡萄糖酸內(nèi)酯（GDL）復(fù)配制備全豆豆腐，產(chǎn)品凝膠強度均有所提高。

試驗以大豆全粉、大豆分離蛋白為主要原料，以TG酶作為凝固劑，經(jīng)斬拌、冷凝膠等工序，開發(fā)一款復(fù)合營養(yǎng)型豆腐，分析大豆全粉、淀粉、冰水、TG酶用量對豆腐品質(zhì)的影響并對各組分用量進行優(yōu)化，得到最佳配方，以期為含膳食纖維豆制品的開發(fā)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

大豆分離蛋白，山東萬得福生物科技有限公司提供；大豆全粉，連云港日豐鈣鎂有限公司提供；變性淀粉，廈門市勝瑞食品科技有限公司提供；谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶（120 U/g），泰興市東圣生物科技有限公司提供；一級大豆油，市售；其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 主要儀器與設(shè)備

FP3010型博朗多功能食物調(diào)理機，匈牙利產(chǎn)品；UV-1780型紫外可見分光光度計，日本島津公司產(chǎn)品；GZX－9140MBE型電熱鼓風干燥箱，上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠產(chǎn)品；JCS-5103B型電子天平，上海然浩電子有限公司產(chǎn)品；LS-5型物性測定儀，美國AMETEK有限公司產(chǎn)品；CR-400型色彩色差計，常州三豐儀器科技有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

工藝流程：原料稱量→斬拌→裝框成型→冷藏（膠凝化）→熟化。

1.3.2 操作要點

豆腐制作參考江程明[7]的方法，稍作修改。

（1）原料稱取。根據(jù)單因素試驗設(shè)計的各物料比例（以質(zhì)量百分比計）進行稱取。

（2）斬拌。先將冰水總質(zhì)量的90%與大豆全粉加入調(diào)理機中攪打20 s，再將大豆分離蛋白加入調(diào)理機中快速攪打約2 min（水合）；然后緩慢加入大豆油，快速打漿約2 min（乳化），使得漿液細膩且無小顆粒；將剩余10%冰水、TG酶及淀粉混勻后加入乳化的漿液中，再快速打漿約2 min。

（3）裝框成型。將攪打完成的料液迅速倒入模具中，表面蓋上保鮮膜。

（4）冷藏（膠凝化）。將裝框后的產(chǎn)品于4℃下冷藏12 h。

（5）熟化。80~85℃下蒸煮50 min后冷卻至室溫。

1.3.3 單因素試驗

以大豆分離蛋白與大豆全粉的總質(zhì)量100 g為基準，采用單因素試驗，探究大豆全粉、冰水、淀粉及TG酶添加量對產(chǎn)品色澤、蛋白質(zhì)含量、保水性、質(zhì)構(gòu)及感官評分的影響，從而得出各因素的較優(yōu)水平。試驗水平分別選擇大豆全粉用量15，20，25，30，35 g（大豆分離蛋白用量=100 g-大豆全粉用量）；冰水用量470，510，550，590，630 g；淀粉用量15.0，22.5，30.0，37.5，45.0 g；TG酶用量0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 g。

1.3.4 響應(yīng)面試驗設(shè)計

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，以大豆全粉用量、冰水用量、淀粉用量、TG酶用量為影響因素，選取各因素較優(yōu)水平，以歸一化處理的咀嚼性、保水性和感官評分為響應(yīng)值，并賦予其不同的權(quán)重系數(shù)進行綜合評分[8]。

響應(yīng)面試驗設(shè)計見表1。

表1 響應(yīng)面試驗設(shè)計/g

1.3.5 蛋白質(zhì)含量測定

參照GB 5009.5—2016中的方法進行測定[9]。

1.3.6 保水性測定

參照Li Zheng等人[10]的方法，稍作修改。將熟化冷卻后的豆腐切成1.5 cm×1.5 cm×1.0 cm的方塊，再將切好的豆腐放入塞有1/4脫脂棉的50 mL離心管中，于4℃下以轉(zhuǎn)速3 000 r/min離心10 min后稱質(zhì)量并記錄（M0），于105℃下干燥至恒質(zhì)量記為（M1）。

式中：WHC——豆腐保水性，%；

M0——豆腐離心后質(zhì)量，g；

M1——豆腐干燥至恒質(zhì)量后質(zhì)量，g。

1.3.7 質(zhì)構(gòu)測定

參照江振桂等人[11]的方法。

1.3.8 感官評價

邀請10名食品專業(yè)的學(xué)生作為產(chǎn)品的品評員。采用百分制評分，最終結(jié)果取平均值。

感官評價標準見表2。

表2 感官評價標準

1.3.9 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 2018軟件、IBM SPSS Statistics 22.0軟件及Design Expert 8.0.6.1軟件對數(shù)據(jù)進行分析處理及圖像繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果分析

2.1.1 大豆全粉用量對豆腐品質(zhì)的影響

大豆全粉用量對豆腐蛋白質(zhì)含量及保水性的影響見表3，大豆全粉用量對豆腐質(zhì)構(gòu)及感官評分的影響見圖1。

表3 大豆全粉用量對豆腐蛋白質(zhì)含量及保水性的影響

圖1 大豆全粉用量對豆腐質(zhì)構(gòu)及感官評分的影響

由圖1可知，隨大豆全粉用量的增加，豆腐的硬度呈下降趨勢，咀嚼性呈先增加后減小的趨勢，而對彈性無顯著影響（p＜0.05）。當大豆全粉用量達到20 g時，豆腐的硬度191.48 g，咀嚼性91.07 gf，感官評分最高為84.7分。大豆全粉中的大分子多糖、纖維素會吸附在蛋白質(zhì)粒子的表面，掩蓋蛋白質(zhì)在剪切過程中暴露的官能團，使得分子間氫鍵及疏水相互作用減弱，阻礙了二硫鍵形成及酰胺基轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致豆腐結(jié)構(gòu)松散，硬度、咀嚼性下降[12]，口感粗糙。當大豆全粉用量小于20 g時，感官評分有所降低，其原因可能是膳食纖維含量降低，蛋白質(zhì)交聯(lián)程度增加，豆腐凝膠強度增加、口感變硬。

由表3可知，當大豆全粉用量小于20 g時，隨著大豆全粉添加量增加，雖然大豆分離蛋白的比例有所下降，但豆腐保水性無明顯變化（p＜0.05），這可能是由于在膳食纖維的分子結(jié)構(gòu)中存在很多羥基，因而對水分子有較強的親和力，膳食纖維與蛋白質(zhì)形成分子間氫鍵或束縛在凝膠網(wǎng)絡(luò)孔隙中，與凝膠體系協(xié)同束縛水分子[13-14]。當大豆全粉用量大于20 g時，隨其用量增加，豆腐的保水性顯著下降，這可能是由于膳食纖維含量的增加，破壞了蛋白質(zhì)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致凝膠體系孔隙增大，束縛水分子的能力減弱[15]。綜合考慮，大豆全粉最適用量為20 g。

2.1.2 冰水用量對豆腐品質(zhì)的影響

冰水用量對豆腐蛋白質(zhì)含量及保水性的影響見表4，冰水用量對豆腐質(zhì)構(gòu)及感官評分的影響見圖2。

表4 冰水用量對豆腐蛋白質(zhì)含量及保水性的影響

圖2 冰水用量對豆腐質(zhì)構(gòu)及感官評分的影響

由圖2可知，隨著冰水用量的增加，豆腐的硬度、咀嚼性均呈下降趨勢，而對彈性無顯著影響（p＜0.05）。當冰水用量達到550 g時，豆腐硬度157.76 g，咀嚼性76.44 gf，感官評分最高為85.6分。7 S、11 S是大豆分離蛋白的主要組分，其含量及比例是影響大豆分離蛋白凝膠性能的重要因素之一[16]。隨著冰水量增加，大豆分離蛋白濃度降低，7 S、11 S在體系中占據(jù)的比例下降，巰基及二硫鍵的密度降低，蛋白質(zhì)與水分子的相互作用占據(jù)主導(dǎo)地位，導(dǎo)致凝膠網(wǎng)絡(luò)孔隙增大，結(jié)構(gòu)松散，豆腐的硬度、咀嚼性下降[17]。

由表4可知，隨著冰水用量增加，豆腐保水性逐漸減弱。由于蛋白質(zhì)與水分子的作用位點有限，隨著冰水用量增加，多余的游離水分子只能形成水分子間氫鍵，與蛋白質(zhì)的距離較遠，結(jié)合力弱。此外，隨著冰水用量增加，大豆分離蛋白濃度降低，凝膠網(wǎng)絡(luò)孔隙增大，導(dǎo)致束縛水分子的能力減弱。綜合考慮，冰水最適用量為550 g。

2.1.3 淀粉用量對豆腐品質(zhì)的影響

淀粉用量對豆腐蛋白質(zhì)含量及保水性的影響見表5，淀粉用量對豆腐質(zhì)構(gòu)及感官評分的影響見圖3。

表5 淀粉用量對豆腐蛋白質(zhì)含量及保水性的影響

圖3 淀粉用量對豆腐質(zhì)構(gòu)及感官評分的影響

由圖3可知，淀粉用量對豆腐的硬度、咀嚼性影響顯著，而對彈性無明顯影響（p＜0.05）。隨著淀粉用量的增加，豆腐的硬度呈增大趨勢，咀嚼性整體呈先增加后減小的變化趨勢。當?shù)矸塾昧繛?0.0 g時，豆腐的硬度161.15 g，咀嚼性77.75 gf，感官評分最高為86.5分。變性淀粉具有良好的吸水膨脹性且糊化溫度低，對大豆分離蛋白凝膠具有填充效應(yīng)[18]。淀粉分子填充在蛋白質(zhì)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，隨著溫度升高，淀粉顆粒逐漸吸水溶脹并占據(jù)更多空間，進而產(chǎn)生抵抗凝膠網(wǎng)絡(luò)束縛的一種內(nèi)在壓力，使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加緊湊，因而淀粉含量越高，豆腐的硬度越大，該結(jié)果與陳振家等人[19]研究結(jié)果一致。當?shù)矸塾昧看笥?0.0 g時，隨著淀粉用量的增加，淀粉糊化需要的水分增加，而凝膠體系中可利用的游離水分子有限，淀粉與蛋白質(zhì)分子之間競爭水分子，導(dǎo)致淀粉糊化不充分，同時也阻礙大豆分離蛋白自身凝膠的形成，豆腐咀嚼性下降[20]。

由表5可知，隨著淀粉用量增加，豆腐保水性呈上升趨勢，這可能是因為變性淀粉中含有的親水性的乙?；c羥基基團增強了蛋白質(zhì)凝膠體系對水分子的束縛能力。此外，由于變性淀粉中的親水基團占據(jù)部分氫鍵的作用位點，使得鄰近多肽鏈非極性部分的疏水相互作用增強，從而穩(wěn)固了蛋白質(zhì)凝膠網(wǎng)絡(luò)的骨架結(jié)構(gòu)[21]。當用量達到37.5 g時，豆腐保水性無明顯變化，這可能是因為蛋白質(zhì)凝膠體系可供淀粉糊化吸收的水分有限，導(dǎo)致添加量增加，豆腐保水性明顯變化。綜合考慮，淀粉最適用量為30.0 g。

2.1.4 TG酶用量對豆腐品質(zhì)的影響

TG酶用量對豆腐蛋白質(zhì)含量及保水性的影響見表6，TG酶用量對豆腐質(zhì)構(gòu)及感官評分的影響見圖4。

表6 TG酶用量對豆腐蛋白質(zhì)含量及保水性的影響

圖4 TG酶用量對豆腐質(zhì)構(gòu)及感官評分的影響

由圖4可知，TG酶用量對豆腐的硬度、咀嚼性影響顯著（p＜0.05），而對彈性影響不明顯。隨著TG酶有量的增加，豆腐的硬度顯著增大，當TG酶用量達到2.0 g時，豆腐的咀嚼性不再有明顯變化，此時豆腐的硬度157.38 g，咀嚼性77.91 gf，感官評分最高為86.7分。在蛋白質(zhì)系統(tǒng)中，TG酶可催化賴氨酸上的ε-氨基與肽鏈中谷氨酰胺殘基的γ-酰胺基形成共價鍵，促進蛋白質(zhì)分子內(nèi)和分子間交聯(lián)，進而提高凝膠強度[22]。隨著TG酶用量的增加，蛋白質(zhì)分子之間的交聯(lián)程度增加，形成了具有較大體積和開放性結(jié)構(gòu)的大分子聚集體，為進一步交聯(lián)提供更多的相互作用位點，促進凝膠的形成，凝膠強度增加，豆腐的硬度也隨之增加[23]。當TG酶用量大于2.0 g時，隨著蛋白質(zhì)分子上更多的作用位點參與交聯(lián)，聚集體質(zhì)量逐漸增大，蛋白質(zhì)凝膠網(wǎng)絡(luò)的剛性程度增加，豆腐的彈性有所下降。

由表6可知，隨著TG酶用量增加，豆腐保水性呈上升趨勢，而蛋白質(zhì)含量無顯著變化（p＜0.05）。TG酶可促進蛋白質(zhì)分子間或分子內(nèi)形成共價鍵，這使得蛋白質(zhì)分子聚集，疏水基團被包圍在蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，更多親水基團暴露，與水分子相互作用形成新的氫鍵，豆腐保水性增強[24-25]。此外，在TG酶作用下，蛋白質(zhì)分子中的酰胺基團脫酰胺化，生成極性更強的羧基，導(dǎo)致蛋白質(zhì)整體疏水性下降，蛋白質(zhì)分子聚集。同時，更多游離巰基參與二硫鍵形成，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密，束縛水分子的能力增強。綜合考慮，TG酶最適用量為2 g。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗

2.2.1 響應(yīng)面試驗結(jié)果與分析

不同指標的主成分特征值和貢獻率見表7，不同指標的載荷數(shù)、特征向量及綜合評分權(quán)重見表8，響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果見表9。

表7 不同指標的主成分特征值和貢獻率

表8 不同指標的載荷數(shù)、特征向量及綜合評分權(quán)重

表9 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果

對咀嚼性、保水性及感官評分的響應(yīng)面結(jié)果進行主成分分析，KMO值為0.630，Bartlett檢驗顯著性小于0.001，結(jié)果可信。由表7可知，共提取到一種主成分，累計貢獻率為72.562%。

2.2.2 響應(yīng)面模型建立與方差分析

運用Design Expert 8.0.6.1軟件對試驗結(jié)果進行回歸擬合，得到的回歸方程如下：

為檢驗回歸方程的有效性，對模型進行方差分析和回歸系數(shù)顯著性檢驗。

回歸模擬及方程系數(shù)的方差分析見表10。

由表10可知，模型的p值小于0.000 1，說明模型極顯著；失擬項p=0.082 9＞0.05，不顯著。模型的相關(guān)系數(shù)R2=0.965 6，校正后R2=0.931 2，表明該模型擬合度較高，能較好地反映響應(yīng)值與各變量之間的關(guān)系，可以用該模型對工藝參數(shù)進行預(yù)測。

表10 回歸模擬及方程系數(shù)的方差分析

2.2.3 各因素間交互作用影響

冰水用量與TG酶用量交互作用對豆腐綜合評分影響的響應(yīng)面及等高線圖見圖5。

圖5 冰水用量與TG酶用量交互作用對豆腐綜合評分影響的響應(yīng)面及等高線圖

曲面的傾斜度反映了2個因素對響應(yīng)值的影響程度，傾斜度越高，坡度越陡，兩因素間的交互作用越顯著。由表10和圖5可知，影響豆腐綜合評分的主次順序為冰水用量（B）＞大豆全粉用量（A）＞TG酶用量（D）＞淀粉用量（C）；冰水用量與TG酶用量間的交互作用顯著（p＜0.05），綜合評分隨兩因素用量的增加呈先增加后減小的趨勢；大豆全粉用量與冰水用量、大豆全粉用量與淀粉用量、大豆全粉用量與TG酶用量、冰水用量與淀粉用量、淀粉用量與TG酶用量，兩因素間的交互作用不顯著。

2.2.4 最優(yōu)條件與驗證試驗

經(jīng)Design Expert 8.0.6.1軟件分析得到，綜合評分最高時，對應(yīng)的最佳配方為大豆分離蛋白用量81.53 g，大豆全粉用量18.47 g，冰水用量533 g，淀粉用量30.92 g，TG酶用量2.08 g。為了方便試驗操作，對試驗條件進行簡化，選取大豆分離蛋白用量81.5 g，大豆全粉用量18.5 g，冰水用量530 g，淀粉用量31 g，TG酶用量2.1 g進行試驗，綜合評分為0.901±0.015分，與理論值基本相符，說明該模型能較好地反映試驗的真實結(jié)果，預(yù)測配方的最佳條件。

3 結(jié)論

大豆全粉、冰水、淀粉及TG酶用量對復(fù)合營養(yǎng)型豆腐的硬度、咀嚼性、保水性有顯著影響。添加淀粉及TG酶可提高豆腐的硬度、咀嚼性及保水性，提高大豆全粉比例及冰水用量，豆腐的硬度、咀嚼性及保水性整體呈下降趨勢。通過單因素試驗及響應(yīng)面試驗設(shè)計得到復(fù)合營養(yǎng)型豆腐最佳工藝配方為大豆分離蛋白用量81.5 g，大豆全粉用量18.5 g，冰水用量530 g，淀粉用量31 g，TG酶用量2.1 g進行試驗，綜合評分為0.901±0.015分，此時豆腐的豆香味濃郁、口感細膩爽滑、咀嚼感強，為含膳食纖維豆制品的開發(fā)提供了理論支撐。