富含小麥面筋蛋白的腐乳白坯工藝條件優化

張鈺清，吳鳳鳳，蘇雪倩，楊天，徐學明,2*

1(江南大學 食品學院，江蘇 無錫，214122) 2(糧食發酵與技術國家工程實驗室(江南大學)，江蘇 無錫，214122)

小麥面筋蛋白(谷朊粉)主要用于食品和飼料工業，其自然資源豐富、物美價廉、食用安全，同時也是自然界中結構相對復雜的一類純天然植物蛋白[1-2]。小麥面筋蛋白含有較高的鈣、磷、鐵等礦物質元素[3]，尤其鈣含量遠遠超過雞蛋、牛肉等食品，符合現代人對健康飲食結構的需求。谷朊粉吸水后形成面筋網絡結構，具有良好的黏彈性、延展性、熱凝固性和乳化性，被廣泛應用于面筋、烤麩、素雞、素鴨等傳統食品中[4-6]。隨著谷朊粉品質的改良，尤其是其獨特的黏彈性，又被廣泛應用于彈性加強物之中，如應用于香腸制品、魚糕等以提高其彈性和保水性，其作為蛋白強化劑進行更深一步地開發利用[7]。

豆腐營養豐富，素有“植物肉”之美稱，是生熟皆可，老幼皆宜的美食佳品。然而豆腐不足之處在于大豆蛋白缺乏蛋氨酸[8]。腐乳白胚即腐乳前發酵的原料，通常所用為豆腐類白坯[9]。腐乳前發酵即在豆腐上接種微生物使其生長繁殖形成一層堅韌的菌絲膜，為后期發酵奠定基礎。腐乳白坯的品質直接影響腐乳成品的品質[10]。本研究擬在傳統豆腐中加入谷朊粉以平衡大豆蛋白氨基酸組成，制得一種氨基酸含量高且均衡的腐乳白坯用于后期白方腐乳的發酵。對其工藝流程進一步優化，并比較了添加小麥面筋蛋白的腐乳白坯與傳統腐乳白坯的品質差異。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆，上海何煜食品有限責任公司；谷朊粉，山東渠風有限責任公司；天然鹽鹵，四川自貢；NaOH、HCl等均為分析純試劑，國藥試劑上海有限公司。

1.2 儀器與設備

HWS-12電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科技有限公司；WK2102T電磁爐，美的集團；AL204數顯電子天平，梅特勒儀器上海有限公司；豆漿機，九陽；TA.XTPlus質構分析儀，英國STABLE MICROSYSTEMS公司；FE20pH計，梅特勒儀器上海有限公司；RJ-TDL-50A臺式低速大容量離心機，無錫市瑞江分析儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 白坯制備工藝[11-12]

干黃豆洗凈浸泡后打豆漿，豆漿煮熟備用。谷朊粉懸浮液經NaOH調節pH至中性，與豆漿混合均勻后加熱，達到80～85 ℃時保溫5 min,加入提前稀釋好的天然鹽鹵，混合均勻后蹲腦靜置0.5 h，破腦上模具壓榨，排出多余黃泔水。谷朊粉懸浮液濃度為20%。

1.3.2 質構特性測試

(1) 全質構(texture profile analysis, TPA)[13-15]

質構參數：探頭P/0.5，前進速度5 mm/s、沖壓速度1 mm/s，回撤速度5 mm/s，觸發力5 g，壓縮比30%，同一樣品3次平行取平均值。

(2) 凝膠強度的測定[16-17]

采用探頭P/0.5，測前速度1.5 mm/s，測中速度0.5 mm/s，后撤速度1 mm/s，前進距離6 mm，觸發力10 g。凝膠強度的定義為探頭穿刺樣品4 mm時凝膠破裂所需應力，單位為g。樣品塊型4 cm×4 cm×1 cm。每個樣品做3次平行。

1.3.3 出品率

如公式(1)所示。

(1)

1.3.4 保水率

參照MOLINA等[19-20]的方法。取一小塊豆腐樣品，稱重記為W1，然后將其置于離心管中，在20 ℃, 10 000×g條件下離心10 min，濾去離心析出的水分后，稱重記為W2，將豆腐樣品置于105 ℃干燥6 h，再次對豆腐樣品進行稱重，記為W3。豆腐保水率按公式(2)計算。

(2)

1.3.5 感官評價

選取10名經驗豐富的感官評價員，其中男女各5人，根據產品風味、色澤、組織狀態、彈性和口感等5個方面進行評定，取10位評定員打分的平均值作為該樣品感官評分最終得分(總分50分)，評定開始前，樣品于25 ℃水浴中保溫。評價要求見表1。

表1 感官評分表

1.4 單因素實驗

按工藝流程方法選取谷朊粉添加量(50、60、70、80和90 g)、壓榨時間(0.5、1.0、1.5、2.0和2.5 h)、凝固劑添加量(4%、6%、8%、10%和12%)以及蹲腦時間(0、10、20、30和40 min)4個因素進行單因素試驗，以感官評分和保水率為考察指標，探究各因素對腐乳白坯的影響。

1.4.1 谷朊粉(小麥面筋蛋白)添加量的確定

分別選擇谷朊粉添加量50、60、70、80和90 g 5個水平，凝固劑添加量6%，蹲腦時間20 min，壓榨時間1.5 h，原料總量150 g，以保水率為評價指標進行單因素實驗，確定谷朊粉最佳添加量。

1.4.2 壓榨時間的確定

分別選擇壓榨時間0.5、1.0、1.5、2.0和2.5 h 5個水平，凝固劑添加量6%，蹲腦時間20 min，谷朊粉添加量70 g，原料總量150 g，以保水率為評價指標進行單因素實驗，確定最佳壓榨時間。

1.4.3 凝固劑添加量的確定

分別選擇凝固劑添加量4%、6%、8%、10%和12% 5個水平，谷朊粉添加量70 g，蹲腦時間20 min，壓榨時間1.5 h，原料總量150 g，以保水率為評價指標進行單因素實驗，確定凝固劑最佳添加量。

1.4.4 蹲腦時間的確定

分別選擇蹲腦時間0、10、20、30和40 min五個水平，凝固劑添加量6%，谷朊粉添加量70 g，壓榨時間1.5 h，原料總量150 g，以保水率為評價指標進行單因素實驗，確定最佳蹲腦時間。

1.5 響應面設計

響應面實驗采用可旋轉中心組合設計方法進行試驗設計，在單因素實驗的基礎上，選擇合適范圍的谷朊粉量A(g)、鹵水量B(%)、壓榨時間C(h)為3個因素，每個因素3個水平，以保水率、凝膠強度和出品率為響應值設計實驗做進一步優化，原料總質量150 g，因素水平編碼如表2所示。

表2 響應面因素水平編碼

1.6 數據處理方法

每個樣品均做3次平行，結果取平均值。采用DESIGN EXPERT 8.0.2分析軟件進行分析處理。響應值與自變量的關系用二級多項式回歸模型由公式(3)表示。

(3)

式中：Yi，實驗響應值；β0、βi、βij，模型的回歸參數；Xi和Xj，自變量的編碼值。模型的充分性用決定系數(R2)和失擬檢驗(lack of fit)表示。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 谷朊粉(小麥面筋蛋白)添加量對腐乳白坯的影響

考察總原料中谷朊粉添加量對腐乳白坯感官品質和保水率的影響，結果如圖1所示。隨著谷朊粉添加量不斷增加，豆腐保水率呈現先上升后下降的趨勢，在添加量為60 g時達到最大值，保水率為77.14%。隨著谷朊粉添加量的繼續增加，保水率顯著降低，可能的原因為谷朊粉添加量過多導致腐乳白坯黏著性增大，凝膠強度降低，使白坯塊型易破損。且谷朊粉添加過多會使白坯硬度減小，咀嚼性降低，因此選擇合適的添加量為60 g。分析感官評分與保水率的關系可見，感官評分與保水率呈正相關關系。

圖1 谷朊粉添加量對腐乳白坯感官品質和保水率的影響

Fig.1 Effect of the addition amount of gluten on the sensory quality and water-holding capacity of the soybean curd

2.1.2 壓榨時間對腐乳白坯的影響

考察不同壓榨時間對腐乳白坯感官品質和保水率的影響，結果如圖2所示。壓榨時間過短不利于腐乳白坯的成型，且含水量過大，質構松散。保水率隨壓榨時間的延長呈現先增大后減小趨勢，在1.5 h時達到最大值，保水率為69.00%，感官評分與保水率呈正相關關系。隨著壓榨時間的延長，豆腐的凝膠強度不斷增大，但壓榨時間過長會導致保水率下降，原因是蛋白含量豐富的黃泔水由于壓榨時間過長被過多排出，也使蛋白含量下降。因此選取1，1.5和2 h 3個水平作為后續響應面優化的條件。

圖2 壓榨時間對腐乳白坯感官品質和保水率的影響

Fig.2 Effect of the squeezing time on the sensory quality and water-holding capacity of the soybean curd

2.1.3 凝固劑添加量對腐乳白坯的影響

本實驗凝固劑選擇天然鹵水，考察凝固劑添加量對腐乳白坯感官品質和保水率的影響，結果如圖3所示。隨著凝固劑添加量的增多，保水率先迅速上升，添加量超過6%后緩慢下降，當鹵水添加量為6%時，保水率達到最大值，保水率為73.86%，同時感官評分達到最大值。凝固劑添加量過少，白坯中的蛋白質不能凝膠完全，凝膠強度過小，導致白坯質構硬度小，咀嚼性差。而鹵水添加量過多又會使白坯中的黃泔水過量排出，使白坯彈性變差，又因氯離子的作用產生苦味，不利于感官品質。綜合選取鹵水量6%、8%、10% 3個水平作為后續進一步優化條件。

圖3 凝固劑添加量對腐乳白坯感官品質和保水率的影響

Fig.3 Effect of the coagulation dose on the sensory quality and water-holding capacity of the soybean curd

2.1.4 蹲腦時間對腐乳白坯的影響

如圖4所示，保水率總體隨蹲腦時間的延長而逐漸增大趨勢，在20 min時達到一個峰值，保水率為68.99%。點漿操作結束后，蛋白質與凝固劑的凝固過程仍在繼續進行，若點漿后直接上模具壓榨，蛋白質網狀結構尚不牢固，且凝膠尚未完成使大量蛋白隨黃泔水排出，導致白坯凝膠強度過小，影響感官品質[21]。在實際操作中蹲腦時間過長能耗大，延長生產周期且成本增加。蹲腦時間為20 min，蛋白的凝膠過程基本完成，組織結構趨于穩定。綜合考慮最終選取蹲腦時間20 min進行后續優化。

圖4 蹲腦時間對腐乳白坯保水率的影響

Fig.4 Effect of the standing time on the sensory quality and water-holding capacity of the soybean curd

2.2 響應面試驗結果

2.2.1 響應面實驗設計及結果

在單因素實驗的基礎上，選擇合適范圍的谷朊粉量A(g)、鹵水量B(%)、壓榨時間C(h)為自變量，每個變量3個水平，以保水率、凝膠強度和出品率為響應值，做進一步優化，優化試驗共計20組，其中中心點重復6次來確保數據穩定性，為保障實驗的序貫性，軸向點α選擇1.682，實驗設計及響應值結果如表3所示。6個中心點數據顯示保水率74.19%，凝膠強度96.22 g，出品率175.05%，實驗結果穩定性良好。

表3 中心組合試驗設計與結果

2.2.2 模型建立與數據分析

利用DESIGN EXPERT 8.0.2對所得結果進行統計分析，分別得到3個響應值的擬合模型，預測回歸模型系數和二次模型回歸系數的方差分析如表4和表5所示。

表4 預測回歸模型系數

注：方程的顯著性水平均為P<0.0001；*P<0.05；**P<0.01；***P<0.001。

表5 預測響應面二次模型回歸系數的方差分析

注：***表示顯著性水平0.001；**表示顯著性水平0.01；*表示顯著性水平0.1。

擬合方程中各項系數的絕對值大小直接反映各因素對響應值的影響程度，系數的正、負反映了影響的方向。由于方程的二項系數均為負數，表明拋物線方程有極大值，可進行優化分析[22]。由方程的一次項系數可得出對于保水率，3個因素的影響主次順序為：凝固劑量>谷朊粉量>壓榨時間；對于凝膠強度，各項因素的影響主次順序為：谷朊粉量>凝固劑量>壓榨時間；對于出品率，各項因素的影響主次順序為：谷朊粉量>壓榨時間>凝固劑量。由表4、表5可知，所選模型的不同處理間差異極顯著(P<0.000 1)，說明用該回歸方程描述各自變量與響應值之間關系時，其應變量與全體自變量之間的線性關系顯著，該試驗方法可靠。

預測響應面二次回歸模型的系數ANOVA分析，結果顯示線性和二次系數均呈顯著水平(P<0.01)，但交互作用并不是每個響應值都顯著。因此，在交互因素不顯著的響應中，各因素的線性和二次影響是造成顯著差異的主要決定因素[23]。由總模型的顯著性水平可知，所有模型都呈差異極顯著(P<0.000 1)。相關系數R2>0.9，模型失擬項>0.05，差異不顯著，說明模型擬合程度良好，預測值與實測值之間有較好的相關性，實驗誤差較小，實驗結果可靠，可以用回歸方程代替實驗真實點對實驗結果進行分析和預測[24]。

2.3 響應面分析

2.3.1 雙因子效應分析

根據回歸方程和回歸模型方差分析考察三維響應曲面圖，觀察響應曲面和等高線形狀，分析谷朊粉添加量、凝固劑添加量和壓榨時間對響應值的影響。

2.3.1.1 保水率響應曲面圖

各因素之間的交互作用對腐乳白坯保水率影響如圖5所示。等高線的形狀可反映出交互作用的強弱，等高線越趨近于圓形說明兩因素的交互作用越弱[25]。等高線圖呈橢圓形或馬蹄形，說明因素之間交互作用顯著。其中壓榨時間與谷朊粉添加量的交互作用對保水率有顯著影響，響應曲面圖基本呈拋物線型，隨谷朊粉添加量的增大，保水率先增大后減小，而壓榨時間對保水率的影響相對不明顯。

圖5 各因素對保水率影響的響應曲面圖

Fig.5 Three-dimensional plot and corresponding contour plot of the effect on water-holding capacity

2.3.1.2 出品率響應曲面圖

各因素之間的交互作用對腐乳白坯出品率影響如圖6所示。其中谷朊粉添加量和凝固劑添加量間的交互作用以及壓榨時間與凝固劑添加量間的交互作用均對出品率有顯著影響，等高線圖呈馬蹄形和橢圓形。與方差分析結果一致。而谷朊粉添加量與壓榨時間之間的交互作用響應曲面圖坡度陡峭，說明該交互作用對出品率影響較大，但等高線圖趨近于圓形，說明不顯著。

圖6 各因素對出品率影響的響應曲面圖

Fig.6 Three-dimensional plot and corresponding contour plot of the effect on yield

圖7 各因素對凝膠強度影響的響應曲面圖

Fig.7 Three-dimensional plot and corresponding contour plot of the effect on gel-strength

2.3.1.3 凝膠強度響應曲面圖

各因素之間的交互作用對腐乳白坯凝膠強度影響如圖7所示。壓榨時間和谷朊粉添加量的交互作用呈拋物線性關系，有極大值點，等高線接近于圓形，說明交互作用不顯著。壓榨時間與谷朊粉添加量分別與凝固劑添加量之間的等高線圖均為橢圓形，說明因素之間交互作用顯著。

2.3.2 驗證響應面模型

利用DESIGN-EXPERT 8.0.6軟件進行數據尋優分析，第一限制條件出品率，第二限制條件凝膠強度，第三限制條件保水率，所有響應值均越大越好，得出回歸模型的最優工藝條件為原料中谷朊粉添加量39.45%(59.18 g)，凝固劑添加量10%，壓榨時間1.21 h，此時保水率預測值為75.18%，出品率183.55%，凝膠強度95.99 g。對最優結果進行修正為谷朊粉量60 g，即占原料總量40%，鹵水添加了10%，壓榨時間1.2 h進行驗證試驗，3次平行試驗得保水率平均值為75.82%，出品率平均值為178.34%，凝膠強度平均值為97.16 g，相對誤差在允許范圍內，實際值與預測值之間擬合良好，該模型具有可靠性和重現性，說明利用響應面優化法對腐乳白坯的優化結果是可行的，有效的。

3 添加小麥面筋蛋白腐乳白坯與傳統腐乳白坯品質比較

3.1 兩種腐乳白坯質構特性比較

由表6可知，添加小麥面筋蛋白對腐乳白坯的質構特性有顯著影響。添加小麥面筋蛋白后白坯硬度、咀嚼性明顯下降，黏附性、彈性和內聚力均提高。不同于普通豆腐，人們在食用腐乳時并不是整塊食用，因此對于腐乳白坯而言，過高的硬度會使成品腐乳過硬，涂抹性差，不利于其感官品質。而通過添加小麥面筋蛋白，降低了傳統腐乳白坯的硬度和咀嚼性，有利于成品腐乳形成良好的流變特性，使其質地更加細膩，便于食用。而黏附性和內聚力提高可使成品腐乳易于涂抹，形成軟糯的質構。

表6 兩種腐乳白坯質構特性比較

3.2 兩種腐乳白坯其他評價指標比較

兩種腐乳出品率、保水率、凝膠強度和感官評分等指標比較見表7。

表7 兩種腐乳白坯其他評價指標比較

添加小麥面筋蛋白使腐乳白坯的出品率大大提高，漲幅達38.36%，保水率提高8.39%。感官評分顯示，添加小麥面筋蛋白后的腐乳白坯更容易被消費者接受。而添加小麥面筋蛋白使白坯凝膠強度顯著降低，這與添加小麥面筋蛋白使其硬度和咀嚼性下降相關。一方面有利于成品腐乳的感官品質，另一方面又容易造成在運輸途中塊型破損，如何找到平衡點有待后續研究[26]。

4 結論

腐乳制作中添加小麥面筋有利于改善傳統腐乳的氨基酸平衡。就白胚品質而言，適當添加小麥面筋蛋白，不僅提高了白坯質構特性，也提高了腐乳白坯出品率，保水率和感官品質。