采用低溫等離子體處理對(duì)豆腐保鮮效果的影響

毛智恒 田 媛 顏 悅 盧陽(yáng)陽(yáng) 田文欣 王夢(mèng)寒 趙武奇

（陜西師范大學(xué)食品工程與營(yíng)養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，西安 710119）

豆腐是我國(guó)傳統(tǒng)豆制品，因其富含糖類、脂肪、優(yōu)質(zhì)蛋白以及人體所必需的多種微量元素，深受人們的青睞[1]。但其豐富的營(yíng)養(yǎng)也為微生物的生長(zhǎng)提供了理想的基質(zhì)，從而導(dǎo)致豆腐在加工、運(yùn)輸及銷售過程中品質(zhì)易發(fā)生劣變，食用價(jià)值降低，甚至引起人食物中毒[2]。因此，豆腐保鮮成為豆腐工業(yè)化生產(chǎn)關(guān)注的重點(diǎn)。

目前，利用輻照[3]、高壓[4]、化學(xué)防腐劑[5]和生物殺菌[6]等處理方法來延長(zhǎng)豆腐保質(zhì)期，但這些處理技術(shù)在一定程度上存在安全隱患或可能影響豆腐品質(zhì)。如：經(jīng)輻照處理的食品內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)發(fā)了改變，可能會(huì)產(chǎn)生新物質(zhì)，對(duì)人體健康的影響尚無明確結(jié)論[7]；高壓處理成型豆腐會(huì)降低其持水性，在包裝材料中豆腐可能有豆?jié){水析出，嚴(yán)重影響其外觀及風(fēng)味[4]；復(fù)配化學(xué)防腐劑浸泡的方法使用廣泛，但易引起豆腐色澤變化；天然生物防腐劑浸泡液殺菌常常使豆腐的口感發(fā)生變化，影響人們食用[8]。

等離子體作為一種新興的食品非熱殺菌技術(shù)，具有低溫、短時(shí)、破壞性小、無殘留等優(yōu)點(diǎn)，已被食品領(lǐng)域廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)的熱殺菌技術(shù)相比，等離子體技術(shù)基本不影響食品物理、化學(xué)、營(yíng)養(yǎng)及感官特性或影響較小[9]，能夠極大地減少食品殺菌過程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損失，改善產(chǎn)品的色澤和風(fēng)味，可有效地解決熱敏性食品的殺菌難題[10]。有學(xué)者將等離子體技術(shù)應(yīng)用到谷類[11]、禽蛋[12]、乳[13]、雞胸肉[14]、豬肉[15]和果蔬[16]等領(lǐng)域，均取得了良好的殺菌效果，但其在豆腐保鮮中的應(yīng)用尚鮮見報(bào)道。將低溫等離子體技術(shù)應(yīng)用于豆腐保鮮是探究豆腐保鮮的新思路，可有效解決現(xiàn)有豆腐保鮮方法存在的問題，可為推進(jìn)豆腐產(chǎn)業(yè)工業(yè)化發(fā)展提供一定技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豆腐，品種為新鮮老豆腐，陜西師范大學(xué)后勤集團(tuán)提供，選取同一批次生產(chǎn)的豆腐，試驗(yàn)前將樣品置于（4±0.5）℃條件下貯藏；平板計(jì)數(shù)瓊脂，北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司；氯化鈉，天津市天力化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

PHENIXBK130/36 介質(zhì)阻擋放電型等離子體設(shè)備；TA.XT.Plus 質(zhì)構(gòu)儀，英國(guó)stablemicrosystem 公司；BS224Sx 電子天平，北京賽多利斯系統(tǒng)有限公司；LDZX-30KBS 立式壓力蒸汽滅菌器，上海申安醫(yī)療器械廠；SW-CJ-1FD 新苗超凈工作臺(tái)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品處理

案板、刀具、塑料盒等實(shí)驗(yàn)用具經(jīng)乙醇消毒后置于超凈工作臺(tái)上，豆腐切成三種尺寸的長(zhǎng)方體，長(zhǎng)、寬均為70 mm、40 mm，厚度分別為15 mm、35 mm、55 mm，分裝于塑料盒（112×77×60）mm 中，并密封好。樣品預(yù)處理后，分別在不同電壓（60 kV、70 kV、80 kV）和不同時(shí)間（1 min、2 min、3 min）下進(jìn)行等離子體處理，處理時(shí)長(zhǎng)一半時(shí)翻轉(zhuǎn)塑料盒，測(cè)定處理組與空白對(duì)照組豆腐的相關(guān)指標(biāo)，研究不同參數(shù)條件下等離子體處理對(duì)豆腐保鮮效果的影響。各試驗(yàn)組平行測(cè)定3 次，取平均值。

1.3.2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在預(yù)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，利用Box-behnken 響應(yīng)面優(yōu)化技術(shù)設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，以處理電壓（A）、處理時(shí)間（B）、豆腐厚度（C）為試驗(yàn)因素，以豆腐表面菌落降低對(duì)數(shù)值（R1）為響應(yīng)值，進(jìn)行三因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)，試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與因素水平表

1.3.3 豆腐菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值測(cè)定

菌落總數(shù)參照GB 4789.2—2016[17]測(cè)定，菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值按式（1）計(jì)算：

其中：N0、N1為未處理組、處理組豆腐表面的菌落總數(shù)，lg（CFU/g）。

1.3.4 豆腐質(zhì)構(gòu)測(cè)定

使用TA.XT Plus 質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行豆腐質(zhì)構(gòu)測(cè)定，主要分析硬度、彈性、粘聚性、膠著度4 項(xiàng)指標(biāo)，了解豆腐處理前后質(zhì)構(gòu)的變化。測(cè)定參數(shù)設(shè)置為：探頭型號(hào)P75，壓縮比50%，測(cè)前速率3.0 mm/s，返回速率3.0 mm/s，觸發(fā)力0.05 N[18]。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS20.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析；采用Design-Expert10 軟件設(shè)計(jì)Box-Behnken 試驗(yàn)，建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行方差分析，顯著性水平取0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

豆腐經(jīng)不同參數(shù)條件下的等離子體處理，對(duì)豆腐表面菌落總數(shù)降低值及其相關(guān)質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。1～17 號(hào)是按響應(yīng)面設(shè)計(jì)處理的17 組試驗(yàn)豆腐樣品，其中4、8、12、16、17 號(hào)處理組為中心試驗(yàn)組，響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

續(xù) 表

由表2 可知，除菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值外，其余各項(xiàng)指標(biāo)變異系數(shù)皆小于0.05，說明等離子體處理參數(shù)對(duì)硬度、彈性、粘聚性及膠著度影響不顯著，對(duì)菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值影響顯著。

2.2 響應(yīng)面回歸模型的建立與分析

應(yīng)用Design Expert 將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸擬合分析，結(jié)果見表3，選擇模型顯著、失擬項(xiàng)不顯著的可信度較高模型，可得到豆腐表面菌落降低對(duì)數(shù)值（R1）測(cè)定與等離子體處理參數(shù)之間的二次多項(xiàng)式回歸模型：

表3 菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果

由表3 可知，菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值回歸方程因變量與自變量之間的線性關(guān)系明顯，該模型回歸極顯著（P<0.01），失擬項(xiàng)P 值大于0.05，表明該模型失擬不顯著，說明其他因素對(duì)模型的影響程度較低，試驗(yàn)結(jié)果與回歸模型擬合程度良好，可以反應(yīng)實(shí)際情況。且該模型的決定系數(shù)R2=0.900 6，調(diào)整決定系數(shù)R2Adj=0.772 7，說明預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值相關(guān)性較好，試驗(yàn)誤差較小，可信度較高，可用此模型分析和預(yù)測(cè)等離子體處理參數(shù)對(duì)豆腐保鮮效果的影響。因子A 處理電壓對(duì)菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值影響顯著，因子A2、B2、C2對(duì)菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值影響極顯著。

2.3 因子間交互作用分析

根據(jù)各因素間互交作用的響應(yīng)面三維曲面圖對(duì)因子間交互作用進(jìn)行分析。

圖1 為豆腐厚度為35 mm 時(shí)，等離子體處理電壓和處理時(shí)間的交互作用對(duì)豆腐表面菌落總數(shù)降低值的影響。當(dāng)處理時(shí)間一定時(shí)，菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值隨電壓的增大而增大。處理電壓越高，電離產(chǎn)生的活性物質(zhì)越多，能夠滅活更多的微生物。當(dāng)處理電壓一定時(shí)，處理時(shí)間大于2 min 時(shí)，菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值隨處理時(shí)間的增大而增大。

圖1 等離子體處理電壓和時(shí)間對(duì)豆腐表面菌落總數(shù)降低值的影響（豆腐厚度35 mm）

圖2 為處理時(shí)間為2 min 時(shí)，處理電壓和豆腐厚度的交互作用對(duì)豆腐表面菌落總數(shù)降低值的影響。處理電壓一定時(shí)，當(dāng)豆腐厚度大于35 mm 時(shí)，菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值隨豆腐厚度的增大而減小。豆腐厚度越大，豆腐包裝盒中可電離氣體體積越小，殺菌效果越差。當(dāng)處理厚度一定時(shí)，菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值隨處理電壓的增大而增大。

圖2 等離子體處理電壓和豆腐厚度對(duì)豆腐表面菌落總數(shù)降低值的影響（處理時(shí)間為2 min）

圖3 為處理電壓為70 kV 時(shí)，處理時(shí)間和豆腐厚度的交互作用對(duì)豆腐表面菌落總數(shù)降低值的影響。當(dāng)豆腐厚度一定時(shí)，菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值隨處理時(shí)間的增大而增大。當(dāng)處理時(shí)間一定時(shí)，豆腐厚度為30 mm 時(shí)，菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值最大。

圖3 等離子體處理時(shí)間和豆腐厚度對(duì)豆腐表面菌落總數(shù)降低值的影響（處理電壓為70 kV）

2.4 等離子體處理豆腐最佳工藝參數(shù)的確定

利用響應(yīng)面分析方法對(duì)回歸模型進(jìn)行分析，得到等離子體處理豆腐最優(yōu)工藝參數(shù)為：處理電壓73.66 kV，處理時(shí)間4.51 min，豆腐厚度29.4 mm，此條件下豆腐表面菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值預(yù)測(cè)值為2.603 2lg（CFU/g）。

3 討論

3.1 等離子體對(duì)豆腐的殺菌效果

本研究?jī)?yōu)化得到的最佳工藝條件下豆腐菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值為2.603 2lg（CFU/g），說明等離子體處理可有效降低豆腐表面微生物的數(shù)量，這與黃明明等[19]利用低溫等離子體冷殺菌技術(shù)處理生鮮牛肉、Lacombe 等[20]處理藍(lán)莓的研究結(jié)果相似。隨著處理電壓和處理時(shí)間的增加，作用于豆腐樣品包裝盒內(nèi)空氣的電離能量增大，導(dǎo)致空氣電離產(chǎn)生的活性氧、自由基、帶電離子等活性物質(zhì)的含量增多，從而引起更多微生物的死亡，菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值升高。隨著處理的豆腐樣品厚度的增加，一定大小包裝盒內(nèi)的空氣含量減少，在相同的處理電壓和處理時(shí)間條件下，包裝盒內(nèi)產(chǎn)生等離子體活性物質(zhì)減少，微生物死亡的數(shù)量減少，菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值降低。由等離子體處理電壓、處理時(shí)間、豆腐厚度與豆腐表面菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值的回歸模型可分析得出等離子體處理豆腐最優(yōu)工藝參數(shù)為：處理電壓73.66 kV，處理時(shí)間4.51 min，豆腐厚度294 mm。

3.2 等離子體處理對(duì)豆腐品質(zhì)的影響

本研究中等離子體處理參數(shù)對(duì)硬度、彈性、粘聚性、膠著度等豆腐品質(zhì)指標(biāo)影響均不顯著，P 值均大于0.05。等離子體中由空氣電離產(chǎn)生的活性成分及產(chǎn)生的紫外線在處理樣品過程中，對(duì)豆腐表面的蛋白質(zhì)及脂質(zhì)等成分影響較小。Tappi 等[21]在15 kV 電壓下處理鮮切檸檬發(fā)現(xiàn)等離子處理后檸檬的酸度、可溶性固形物含量、干物質(zhì)、顏色和質(zhì)地均無變化。Ziuzina 等[22]在100 kV 電壓下處理圣女果150 s 的條件下，圣女果的顏色、硬度、pH 值及總可溶性固形物均無顯著差異。豆腐在等離子體60～80 kV 處理電壓及1～3 min 處理時(shí)間的條件下，其硬度、彈性、粘聚性、膠著度等質(zhì)構(gòu)特性均變化不顯著，豆腐可保持良好的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及口感特性。等離子體作為一種新型的冷殺菌技術(shù)，經(jīng)過處理后的豆腐品質(zhì)未發(fā)生明顯變化，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)熱殺菌技術(shù)。

4 結(jié)論

本文建立的等離子體處理電壓、處理時(shí)間和豆腐厚度與豆腐表面菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值的回歸模型顯著（P＜0.05），失擬項(xiàng)不顯著（P＞0.05），模型可以用于分析和預(yù)測(cè)等離子體處理參數(shù)對(duì)豆腐保鮮效果的影響。等離子體處理老豆腐最優(yōu)工藝參數(shù)為：處理電壓73.66 kV，處理時(shí)間4.51 min，豆腐厚度29.4 mm。在最優(yōu)參數(shù)下，豆腐表面菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值預(yù)測(cè)值為2.603 2lg（CFU/g）。高壓電離豆腐包裝盒中的空氣所產(chǎn)生的活性成分能有效抑制豆腐表面上的微生物的生長(zhǎng)，將其應(yīng)用于豆腐保鮮，可在一定程度上降低豆腐表面微生物數(shù)量。此外，等離子體處理對(duì)豆腐質(zhì)構(gòu)特性等品質(zhì)指標(biāo)影響不顯著，可保持良好的營(yíng)養(yǎng)與感官品質(zhì)。與此同時(shí)，低溫等離子體技術(shù)可實(shí)現(xiàn)帶包裝處理，可避免豆腐在包裝、轉(zhuǎn)運(yùn)過程中受到微生物侵染和交叉污染，在一定程度上延長(zhǎng)了保質(zhì)期。本研究對(duì)推進(jìn)豆腐保鮮工藝發(fā)展具有一定參考意義。