Box-Behnken響應面法優化薄葉山礬游 水豆腐工藝的研究

◎ 林 婕，陳 穩，陳 云，楊 帆

（福州大學至誠學院，福建 福州 350002）

豆腐的藥理價值舉不勝舉，可以降低膽固醇含量，預防心血管疾病[1]，抗腫瘤[2-3]。傳統豆腐由于使用鹽類[4]、酸類[5]、酶類[6]等作為凝固劑，導致鈣含量較高，長期食用會增加患腎結石等疾病的風險，因此開發天然鈣含量較低的凝固劑迫在眉睫。薄葉山礬Symplocos anomala（Brand）是傳統的中草藥，具有清熱解毒、正血生肌、理氣止痛、降低血脂等功效[7-8]。本研究使用薄葉山礬浸提液作為凝固劑，替代傳統工藝中的鈣劑制作游水豆腐，不僅解決了豆腐含鈣量高的問題，還發揮了薄葉山礬的藥理功效，同時也增加了豆腐的風味。此研究解決了豆腐鈣含量高的問題，開發了新型天然凝固劑，促進了傳統食品游水豆腐的產業化發展和豆腐文化的進步，有利于弘揚中國飲食文化。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

薄葉山礬（福建省福州市閩侯縣）；市售東北大豆。

1.1.2 儀器

上海一恒DHG-9245A型電熱鼓風干燥箱；SP525型破壁機；上海森信DK-S26型恒溫水浴鍋；DC-H88型電磁爐；PHS-25型pH計；奧豪斯MB25型快速水分測定儀；德國希格瑪3K15型臺式冷凍離心機；奧豪斯SE602F型電子天平。

1.2 試驗方法

1.2.1 山礬浸提液的制備

取新鮮的薄葉山礬葉片，洗凈加熱至沸騰20 min， 紗布過濾2次，測定pH值[9]（4.4左右）。

1.2.2 游水豆腐的加工工藝

大豆→清洗→浸泡（加入4倍質量的水，25 ℃浸泡9 h）→磨漿→煮漿→過濾→冷卻→點漿（山礬浸提液）→蹲腦→壓榨成型（壓力為15 kg）→冷卻→ 成品[10-11]。

1.3 豆腐品質的測定方法

1.3.1 豆腐感官評定

成品豆腐冷卻切成1 cm方形，置于盤中。10名感官評定人員經過1個月培訓后，在外部環境一致的條件下，根據豆腐感官評價指標[12-13]對豆腐色澤、氣味、組織結構、口感及保水性進行感官評定 （GB/T 22106—2008方法稍作修改），具體見表1。

表1 豆腐感官評價指標表

1.3.2 豆腐水分測定

取5.0 g成品豆腐，使用快速水分測定儀（參數140 ℃，10 min）測定含水量。兩組平行，取均值[14]。

1.3.3 豆腐持水率測定

取0.5 g成品豆腐，記重碼W1，離心4 000 r·min-1，15 min，去除上清液，記重碼W2，105 ℃下干燥 30 min，記重碼W3。兩組平行，取均值[10]。持水率的計算公式如下：

1.4 游水豆腐的單因素試驗

分別以大豆料液比1∶12、1∶14、1∶16、1∶18和1∶20，大豆浸泡時間為4 h、5 h、6 h、7 h、8 h和9 h，浸提液添加量1.5、1.6、1.7、1.8和1.9（浸提液體積與豆漿體積比，mL/mL），點漿溫度70 ℃、 75 ℃、80 ℃、85 ℃、90 ℃、95 ℃和100 ℃，蹲腦時間15 min、20 min、25 min、30 min和35 min作為考察因素，按上述方法分別進行感官評定分值、持水率及含水量測定。兩組平行，取均值。

1.5 響應面法制備游水豆腐的工藝

以大豆料液比、浸提液添加量及點漿溫度為考察因素進行響應面試驗設計，以綜合評分（感官評定分值85%，持水率10%，含水量5%）為響應指標，以各因素的最優取值為中心點，進行三因素三水平響應面試驗。兩組平行，取均值[15-17]，見表2。

表2 響應面試驗因素水平表

1.6 數據處理

采用Microsoft Office Excel 2013軟件計算試驗數據，采用Sigmaplot Graph作圖，采用Design-Expert V8.0.6響應面軟件Box-Behnken模型設計進行線性回歸分析處理。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 大豆料液比對游水豆腐品質的影響

由圖1可知，隨著大豆料液比減小，游水豆腐感官評定分值呈現先減后增再減的趨勢，在料液比1∶18時，感官評定分值、持水率及含水量均較高，在1∶20時感官評定分值最低。大豆料液比1∶12持水率最高，但游水豆腐含水量不高，可能是大豆料液比過高，大豆磨漿不均勻，凝結時蛋白含量過高，凝結不充分導致的。綜上所述，最佳大豆料液比為1∶18，所以大豆料液比最優區間應在1∶16～1∶20。

圖1 不同大豆料液比對游水豆腐感官評定分、 持水率及含水量的影響圖

2.1.2 大豆浸泡時間對游水豆腐品質的影響

由圖2可知，隨著大豆浸泡時間的增加，游水豆腐感官評定分值先增后減。大豆浸泡時間為8 h時，感官評定分值和持水率均較高，含水量在試驗選定的參數范圍內無明顯差異。大豆泡時間為4 h時，含水量較高，但大豆浸泡不充分，會導致游水豆腐較難成型。大豆浸泡時間為6 h時，持水率和含水量均較低；大豆浸泡時間為9 h時，大豆中含水量最高，而感官評定分值和持水率較低，可能與大豆浸泡時間過長，大豆組織韌性降低有關。綜合考慮3個指標以及時間效率，最終選定大豆浸泡時間為8 h。

圖2 不同大豆浸泡時間對游水豆腐感官評定分、持水率及含水量的影響圖

2.1.3 浸提液添加量對游水豆腐品質的影響

由圖3可知，增加浸提液添加量，游水豆腐感官評定分值先增加后趨于穩定。浸提液添加量為 1.6（mL/mL）時，感官評定分值、持水率和含水量較高。隨著浸提液添加量增加，游水豆腐的持水率降低，薄葉山礬浸提液添加量增加可能會引起豆漿pH值迅速下降，導致大豆蛋白不易凝膠，持水率下降。綜上所述，最佳浸提液添加量為1.6，浸提液添加量最優區間應在1.5～1.7。

圖3 不同浸提液添加量對游水豆腐感官評定分、 持水率及含水量的影響圖

2.1.4 點漿溫度對游水豆腐品質的影響

由圖4可知，隨著點漿溫度的增加，游水豆腐感官評定分值呈現增減交替的趨勢。點漿溫度為75 ℃和90 ℃的感官評定分值和含水量均較高。隨著點漿溫度的升高，游水豆腐的持水率持續下降，溫度過高可能使大豆蛋白過度變性，導致游水豆腐的持水率大幅度降低[9]。綜上所述，最佳點漿溫度為75 ℃，因此，點漿溫度應在70～80 ℃。

圖4 不同點漿溫度對游水豆腐感官評定分值、持水率及含水量的影響圖

2.1.5 蹲腦時間對游水豆腐品質的影響

由圖5可知，隨著蹲腦時間的增加，游水豆腐感官評定分值逐漸減小。蹲腦時間增加，可能會導致薄葉山礬浸提液中酚類和生物類堿[4]等物質在口腔中產生苦味，影響口感。隨著蹲腦時間增加，游水豆腐的持水率先降低后增加。考慮到游水豆腐口感與經濟因素，蹲腦時間不宜過長。綜合考慮各因素的影響，最終蹲腦時間選定為15 min。

圖5 不同蹲腦時間對游水豆腐感官評定分值、 持水率及含水量的影響圖

2.2 響應面試驗結果分析

2.2.1 響應面優化結果

游水豆腐綜合評分的方差分析結果見表3。

表3 游水豆腐綜合評分的方差分析結果表

2.2.2 回歸方程的建立

經過多元回歸擬合獲得游水豆腐的綜合評分Y值與各個因素之間的回歸程式[18]如下：

Y=-1 258.126+1 066.360A+797.903B+17.120C+ 1 432.000AB+5.840AC-0.555BC-34 803.200A2-256.950B2-0.108C2。

從回歸方程中可以看出二次項系數A2、B2、C2都為負值，拋物面的開口均朝下，模型存在極大值，可以確定最佳工藝條件。模型中F值為25.02，P值為0.000 2， 則該模型顯著，見表3。失擬項為0.084 7＞0.05，失擬項不顯著，模型中R2=0.969 9，說明方程可以很好的預測游水豆腐各個工藝因素對其的影響[19]。3個因素對游水豆腐的綜合評分影響次序為點漿溫度＞浸提液添加量＞大豆料液比。

2.2.3 交互作用分析

由圖6、圖7和圖8可知，浸提液添加量（B，mL/mL）和點漿溫度（C，℃）差異十分顯著，大豆料液比（A，g/mL）差異顯著。大豆料液比與浸提液添加量交互作用差異顯著，而大豆料液比與點漿溫度，浸提液添加量與點漿的溫度交互作用差異不顯著[20]。兩兩因素之間對游水豆腐的綜合評分影響次序：大豆料液比和浸提液添加量交互作用＞浸提液添加量和點漿溫度交互作用＞大豆料液比和點漿溫度交互作用。

圖6 大豆料液比與浸提液添加量對游水豆腐綜合評分的影響圖

圖7 大豆料液比與點漿溫度對游水豆腐綜合評分的影響圖

圖8 浸提液添加量與點漿溫度對游水豆腐綜合評分的影響圖

2.3 最佳工藝確定與驗證

大豆料液比、浸提液添加量和點漿溫度對游水豆腐的感官評定分值影響顯著。在大豆浸泡時間8 h及蹲腦時間15 min條件下，經模型預測獲得最佳工藝條件為：大豆料液比1∶18（g∶mL），浸提液添加量為1.64（mL/mL），點漿溫度76.52 ℃，綜合評分為71.08分。為驗證響應面模型的可靠性，也為方便操作，將工藝條件修正為大豆浸泡時間8 h，蹲腦時間15 min，大豆料液比1∶18（g∶mL），浸提液添加量1.7（mL/mL），點漿溫度77 ℃。在此條件下，進行3次驗證試驗，平均綜合評分為71.74分，相對誤差為0.92%，與理論預測值基本吻合。因此，利用響應面法優化游水豆腐制作工藝真實可靠。

3 結論

本文確定了薄葉山礬游水豆腐制作工藝的影響因素，選定了大豆最佳浸泡時間8 h，最佳蹲腦時間15 min。 在此基礎上，以綜合評分為響應值，利用響應面的Box-Behnken模型研究大豆料液比、浸提液添加量和點漿溫度對游水豆腐綜合評分的影響,建立二次多項式模型（P＜0.001），通過試驗最終確定最佳工藝參數：大豆浸泡時間8 h，蹲腦時間15 min，大豆料液比 1∶18（g∶mL），浸提液添加量1.7（mL/mL），點漿溫度77 ℃，綜合評分為71.74分。該工藝時間短、效率高、簡單易行，解決了豆腐含鈣量高的問題。此研究為新型天然凝固劑薄葉山礬的開發和利用提供新的思路和參考，也為游水豆腐的工業化生產奠定了基礎，更有利于傳承中國飲食文化，使中國豆腐文化與世界飲食文化接軌。