基于豆清發(fā)酵液點(diǎn)漿的二次漿渣共熟生產(chǎn)豆腐的工藝優(yōu)化

劉海宇,范 柳,趙良忠,*,鄧雅欣,謝春平,沈國(guó)祥,歐紅艷,林最奇,庾 坤,莫 鑫

(1.邵陽(yáng)學(xué)院食品與化學(xué)工程學(xué)院,湖南邵陽(yáng) 422000;2.豆制品加工技術(shù)湖南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究基地,湖南邵陽(yáng) 42200;3.湖南省果蔬清潔加工工程技術(shù)研究中心,湖南邵陽(yáng) 422000;4.北京康得利智能科技有限公司,北京 100074)

擁有2000多年歷史的傳統(tǒng)大豆制品—豆腐是大豆蛋白的高度膠凝型食品,具有極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[1]。100 g豆腐中水分含量約70%,膳食纖維0.1 g,碳水化合物4.3 g,脂肪8.6 g,蛋白質(zhì)15.7 g,熱量611.2 kJ[2-3]。Takahashi等[4]認(rèn)為,豆腐具有防癌效果,并減少許多疾病發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)如高血壓、高脂血癥、高膽固醇血癥、動(dòng)脈硬化、冠狀動(dòng)脈心臟病。豆腐作為高蛋白制品的營(yíng)養(yǎng)功效致使其在國(guó)民日常膳食中起著舉足輕重的作用[5],豆腐也被稱為“植物肉”。

傳統(tǒng)的豆腐加工包括大豆的浸泡、研磨、豆?jié){的加熱、過(guò)濾、凝固和壓榨等,是一個(gè)受眾多因素影響的復(fù)雜過(guò)程[6-7]。制漿工序是豆腐生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵工序。根據(jù)過(guò)濾與熱處理的先后順序不同,將豆?jié){制備工藝分為生漿工藝與熟漿工藝[8],生漿工藝是將磨好的豆糊過(guò)濾所得的豆?jié){加熱煮熟的一種方法;熟漿工藝是將豆糊先煮熟[9],再過(guò)濾得到豆?jié){的一種方法。二次漿渣共熟制漿工藝是“湘派”豆干中具有特色的制漿工藝,是后來(lái)在生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用中發(fā)展起來(lái)的熟漿工藝[10]。二次漿渣共熟工藝是經(jīng)三次煮漿,增加豆糊中纖維素的脹潤(rùn)度,使其分子體積增大,從而減少豆?jié){中粗纖維含量,使豆腐口感細(xì)膩;同時(shí)二次漿渣共熟能時(shí)豆?jié){中蛋白質(zhì)形成更穩(wěn)定的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),提高豆腐的持水性和產(chǎn)品得率。

豆清發(fā)酵液是豆腐生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的豆清液經(jīng)多菌種協(xié)同發(fā)酵生產(chǎn)的一種新型豆腐凝固劑,豆清液的循環(huán)利用及其發(fā)酵條件研究[11-14]是目前國(guó)內(nèi)外豆制品工藝研究熱點(diǎn),趙貴麗等[15]優(yōu)化了豆清液的最適自然發(fā)酵條件,得到用于生產(chǎn)豆腐生物凝固劑的豆清發(fā)酵液,張影等[16]用利用豆清液自然發(fā)酵制備豆清發(fā)酵液凝固劑,確定了酸漿豆腐生產(chǎn)工藝的最佳條件,喬明武等[17]用響應(yīng)曲面法優(yōu)化發(fā)酵豆清液制備豆腐凝固劑,制得的豆腐質(zhì)地細(xì)膩,硬度、彈性最佳,豆腐香味濃。

通過(guò)二次漿渣共熟法制備豆清發(fā)酵液豆腐,產(chǎn)品韌性好、保水性高,豆腐風(fēng)味獨(dú)特,深受廣大消費(fèi)者歡迎[18],同時(shí)也會(huì)提高豆腐蛋白質(zhì)的提取率及豆?jié){中多糖的含量,使豆腐的品質(zhì)得到了很大提升[19]。本研究采用二次漿渣共熟加工方法,以豆腐水分含量、保水性得率和蛋白質(zhì)含量為評(píng)定指標(biāo),研究水豆比、煮漿溫度、煮漿時(shí)間以及豆清發(fā)酵液添加量對(duì)豆腐品質(zhì)的影響,以期為提高豆腐的產(chǎn)量及蛋白質(zhì)含量,也為豆清發(fā)酵液豆腐標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)生產(chǎn)提供有效的技術(shù)支持和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆 加拿大非轉(zhuǎn)基因豆(蛋白質(zhì)含量38%),岳陽(yáng)市萬(wàn)越進(jìn)出口貿(mào)易有限公司;豆清發(fā)酵液 豆制品加工技術(shù)湖南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究基地提供;消泡劑(食品級(jí)) 南京金鑰匙生物科技有限公司;其他試劑 均為國(guó)產(chǎn)分析純。

MZJJ-1 0.2噸熟漿集成 北京康得利智能科技有限公司;EL204型電子天平 梅特勒-托利多儀器有限公司;UV-1780型紫外可見分光光度計(jì) 上海美譜達(dá)儀器有限公司;UDK139型凱氏定氮儀 意大利VELP公司;VELOCITY18R型臺(tái)式冷凍離心機(jī) 澳大利亞達(dá)卡米公;GZX-9140MBE型電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 二次漿渣共熟工藝流程

1.2.2 豆清發(fā)酵液標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一 取澄清的豆清液,過(guò)濾掉豆花殘?jiān)?將加工好的豆清液加入菌液發(fā)酵,分別在不同時(shí)間條件下,測(cè)定豆清發(fā)酵液酸度、pH、蛋白酶酶活,研究出在豆清發(fā)酵液最佳酸度、pH、蛋白酶活性條件下的發(fā)酵時(shí)間。

1.2.3 豆清發(fā)酵液豆腐的制備 挑選5 kg飽滿且無(wú)霉變的大豆,清洗,添加3倍水在常溫條件下浸泡8～12 h,根據(jù)二次漿渣共熟法生產(chǎn)豆腐,加入一定豆清發(fā)酵液后蹲腦,壓制成型,冷卻制成豆清發(fā)酵液豆腐。

1.2.4 單因素實(shí)驗(yàn) 固定水豆質(zhì)量比6∶1 kg/kg、煮漿溫度105 ℃、煮漿時(shí)間6 min、豆清發(fā)酵液添加量為30%配比,以豆腐得率、蛋白質(zhì)含量、水分含量以及保水性為評(píng)價(jià)指標(biāo),依次對(duì)水豆比、煮漿溫度、煮漿時(shí)間、豆清發(fā)酵液添加量進(jìn)行考察,實(shí)驗(yàn)水平分別選擇水豆質(zhì)量比為3∶1、4∶1、5∶1、6∶1、7∶1 kg/kg;煮漿溫度分別為95、100、105、110、115 ℃;煮漿時(shí)間為 0、3、6、9、12 min;豆清發(fā)酵液添加量為15%、20%、25%、30%、35%。

1.2.5 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì) 根據(jù)以上單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定水豆比、煮漿溫度、煮漿時(shí)間和豆清發(fā)酵液添加量為實(shí)驗(yàn)因素,選取四者較優(yōu)水平,采用四因素三水平進(jìn)行響應(yīng)面分析。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平編碼

1.2.6 豆腐得率的測(cè)定 豆清發(fā)酵液豆腐的得率參照Cai等[20]方法進(jìn)行測(cè)定。

濕豆腐得率(%)=樣品制成豆腐的濕重/大豆樣品風(fēng)干重×100

1.2.7 豆腐蛋白質(zhì)及水分含量的測(cè)定 蛋白質(zhì)含量的測(cè)定參照GB 5009.5-2016[21];水分含量的測(cè)定參照GB 5009.3-2016[22]。

1.2.8 豆腐保水性的測(cè)定 保水性(WHC)參照 Puppo 等[23]的方法進(jìn)行測(cè)定,稍加修改。精確稱取2.0000 g(精確到0. 0001 g)豆腐,放于底部有脫脂棉的 50 mL 離心管中,以1000 r/min 轉(zhuǎn)速離心10 min后稱重并記錄(W1),置于105 ℃下干燥至恒重(W0)。

式(1)

式中:WHC代表豆腐的保水性,%;W0代表干燥至恒重的質(zhì)量,g。

1.3 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用IBM SPSS Statistics 22、軟件Origin 9.0軟件以及Design-Expert 8.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析,且每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 豆清發(fā)酵液參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一

隨著發(fā)酵時(shí)間的梯增,豆清發(fā)酵液pH逐漸下降,酸度慢慢上升(圖2),而蛋白酶酶酶活先增加后減少(圖3)。因?yàn)殡S著發(fā)酵時(shí)間的增長(zhǎng),菌種在培養(yǎng)過(guò)程中產(chǎn)生了的大量的酸性代謝物,其在豆發(fā)酵液中大量囤積,致豆清發(fā)酵液pH的降低,酸度上升;菌種迅速生長(zhǎng),從而要提高大量的營(yíng)養(yǎng)成分,即菌種會(huì)分泌出大量的蛋白酶[24],基質(zhì)分解速度加快,蛋白酶酶活性隨之升高,12 h后,菌絲生長(zhǎng)速度減緩,蛋白酶酶活性也隨之呈下降趨勢(shì)。綜上,豆清發(fā)酵液應(yīng)發(fā)酵在12 h左右,其酸度、pH、蛋白酶酶活達(dá)到最佳點(diǎn)漿要求,本文所用豆清發(fā)酵液在酸度、pH、蛋白酶酶活均為統(tǒng)一的。

圖2 發(fā)酵時(shí)間對(duì)豆清發(fā)酵液pH和酸度的影響

圖3 發(fā)酵時(shí)間對(duì)豆清發(fā)酵液蛋白酶酶活的影響

2.2 水豆質(zhì)量比對(duì)豆清發(fā)酵液豆腐品質(zhì)的影響

隨著磨漿水豆質(zhì)量比的增加,豆腐的得率、蛋白質(zhì)含量呈先增加然后減少的趨勢(shì)(圖4),保水性先升后降(圖5)。因?yàn)槟{水量較低時(shí),豆?jié){中蛋白質(zhì)濃度較高,而添加一定量的豆清發(fā)酵液時(shí),豆清發(fā)酵液中氫離子和蛋白酶的含量不能完全和豆?jié){反應(yīng),致使蛋白質(zhì)凝膠形成不完全,豆腐中三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不致密,從而導(dǎo)致豆腐網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)鎖定的水分較低,故豆腐的水分含量和保水性較低。隨著磨漿水豆質(zhì)量比的增加,豆清發(fā)酵液中氫離子和蛋白酶的含量逐漸上升,可以和豆?jié){反應(yīng)逐漸完全,使豆腐保水性上升[25-26]。但磨漿水豆質(zhì)量比超過(guò)一定范圍時(shí),豆?jié){中蛋白質(zhì)含量太低,從而不能形成較多的蛋白質(zhì)凝膠和空間三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),豆腐的水分含量及保水性也隨之降低。張玉靜[27]表明豆腐蛋白質(zhì)含量與得率、豆腐水分含量、豆腐保水性呈極顯著正相關(guān),與本研究相符。

圖4 水豆質(zhì)量比對(duì)豆腐得率和蛋白質(zhì)含量的影響

圖5 水豆質(zhì)量比對(duì)豆腐水分含量和保水性的影響

2.3 煮漿溫度對(duì)豆清發(fā)酵液豆腐品質(zhì)的影響

豆腐的得率及蛋白質(zhì)含量隨著煮漿溫度的升高而遞增(圖6),同時(shí)其水分含量和保水性也隨之提高(圖7)。因?yàn)橹鬂{溫度上升,大豆蛋白分子的構(gòu)象改變,從天然的β折疊狀態(tài)變?yōu)檎归_狀態(tài)[28],大豆蛋白的親水基團(tuán)更多暴露,從而有利于大豆蛋白溶于水[29],使豆?jié){中的蛋白顆粒增加[30-31],豆渣中殘留的蛋白質(zhì)含量減少,從而使豆腐的得率和蛋白質(zhì)含量提高。溫度過(guò)高時(shí)豆腐的得率、蛋白質(zhì)含量、水分含量及保水性會(huì)隨之降低,因?yàn)闇囟冗^(guò)高會(huì)使豆?jié){中的蛋白質(zhì)過(guò)度變性,使其導(dǎo)致暴露出疏水基團(tuán)和其他活性基團(tuán)失活,豆腐不能形成緊密的網(wǎng)絡(luò)凝膠結(jié)構(gòu)。

圖6 煮漿溫度對(duì)豆腐得率和蛋白質(zhì)含量的影響

圖7 煮漿溫度對(duì)豆腐水分含量和保水性的影響

2.4 煮漿時(shí)間對(duì)豆清發(fā)酵液豆腐品質(zhì)的影響

由圖8、圖9可知,隨著煮漿時(shí)間的增加,豆腐的得率、蛋白質(zhì)含量、水分含量以及保水性先增加后減少,由于隨著煮漿時(shí)間延長(zhǎng),蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的巰基和疏水性基團(tuán)被暴露出來(lái),這些暴露的基團(tuán)之間通過(guò)二硫鍵以及疏水相互作用等形成聚集體[32],可形成凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變性蛋白質(zhì)分子逐漸增多,使制得的豆腐凝膠的強(qiáng)度增大,失水率減小,得率、蛋白質(zhì)含量增加,而隨著時(shí)間的增加,豆?jié){中蛋白質(zhì)分子上的疏基發(fā)生氧化,從而使豆腐中各項(xiàng)指標(biāo)隨之降低。

圖8 煮漿時(shí)間對(duì)豆腐得率和蛋白質(zhì)含量的影響

圖9 煮漿時(shí)間對(duì)豆腐水分含量和保水性的影響

2.5 豆清發(fā)酵液添加量對(duì)豆清發(fā)酵液豆腐品質(zhì)的影響

如圖10、圖11所示,隨著豆清發(fā)酵液添加量的增多,豆腐各項(xiàng)指標(biāo)先增加后減少,且呈現(xiàn)顯著性相關(guān),由圖可知,添加量達(dá)到25%時(shí),豆腐的得率、蛋白質(zhì)含量、水分含量及保水性均為最高,因?yàn)槎骨灏l(fā)酵液中有機(jī)酸主要為乳酸,其產(chǎn)生的H+使豆?jié){的pH下降,弱酸性的蛋白質(zhì)負(fù)離子易獲取這種H+,使蛋白質(zhì)表明帶電量降低而呈電中性,形成致密、有序和穩(wěn)定的三維蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),構(gòu)成了宏觀豆腐凝膠[33],即豆腐的各項(xiàng)指標(biāo)隨之增加,而隨著添加量的繼續(xù)增加,豆腐各項(xiàng)指標(biāo)隨之下降,這是因?yàn)殡S著H+濃度的增大,會(huì)破環(huán)豆?jié){中蛋白質(zhì)分子之間的平衡力,豆腐的膠凝三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變的松散[34]。

圖1 二次漿渣共熟工藝流程圖

圖10 豆清發(fā)酵液對(duì)豆腐得率和蛋白質(zhì)含量的影響

圖11 豆清發(fā)酵液對(duì)豆腐水分含量和保水性的影響

2.6 二次漿渣共熟工藝響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

2.6.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2,通過(guò) Design-expert 8.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合,得到豆清發(fā)酵液豆腐得率(Y1)和蛋白質(zhì)含量(Y2)的二次多項(xiàng)式回歸模型為:

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

Y1=250.00-1.83A+6.25B-2.17C+12.58D-3.75AB-3.00AC+2.25AD+BC+6.50BD-6.00CD-25.25A2-26.13B2-23.25C2-30.87D2

式(1)

Y2=10.53-0.17A+0.45B-0.22C+1.02D+0.46AB+0.22AC-0.27AD+0.43BC-0.08BD+0.01CD-0.56A2-1.47B2-1.17C2-1.87D2

式(2)

表3 豆腐得率試驗(yàn)方差分析結(jié)果

表4 豆腐蛋白質(zhì)含量試驗(yàn)方差分析結(jié)果

通過(guò)對(duì)兩個(gè)模型的回歸方程及方程分析可知:各因素影響豆腐得率大小依次為:D(豆清發(fā)酵液添加量)>C(煮漿溫度)>B(煮漿時(shí)間)>A(水豆質(zhì)量比);影響豆腐蛋白質(zhì)含量大小依次:D(豆清發(fā)酵液添加量)>C(煮漿溫度)>A(水豆質(zhì)量比)>B(煮漿時(shí)間),說(shuō)明D(豆清發(fā)酵液添加量)對(duì)豆腐得率、蛋白質(zhì)含量的影響最大,A(水豆質(zhì)量比)對(duì)豆腐得率的影響最小,而B(煮漿時(shí)間)對(duì)豆腐蛋白質(zhì)含量影響最小;兩個(gè)回歸模型中,豆清發(fā)酵液添加量均起主要作用,這可能是因?yàn)槎骨灏l(fā)酵液決定了豆腐能否凝膠成型,添加量較少時(shí),豆?jié){不能充分反應(yīng),豆腐不能完全成型,而添加量過(guò)度時(shí),會(huì)析出大量豆清液,使豆腐中有效營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流出,即豆腐得率、蛋白質(zhì)含量隨之減少。

在回歸模型Y1中,由各偏回歸系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果可知,B(煮漿時(shí)間)和D(豆清發(fā)酵液添加量)之間的交互效應(yīng)極顯著(P<0.01),D(豆清發(fā)酵液添加量)和C(煮漿溫度)之間的交互效應(yīng)極顯著(P<0.01),而A(水豆質(zhì)量比)和D(豆清發(fā)酵液添加量)之間的交互效應(yīng)不顯著(P>0.05),B(煮漿時(shí)間)和C(煮漿溫度)之間的交互效應(yīng)不顯著(P>0.05)。在回歸模型Y2中,A(水豆質(zhì)量比)和D(豆清發(fā)酵液添加量)之間的交互效應(yīng)極顯著(P<0.01),B(煮漿時(shí)間)和C(煮漿溫度)之間的交互效應(yīng)極顯著(P<0.01),而B(煮漿時(shí)間)和D(豆清發(fā)酵液添加量)之間的交互效應(yīng)不顯著(P>0.05),D(豆清發(fā)酵液添加量)和C(煮漿溫度)之間的交互效應(yīng)不顯著(P>0.05)。

2.6.2 交互作用分析 根據(jù)上述回歸方程及回歸模型方差分析表,分別選取對(duì)兩個(gè)指標(biāo)影響極顯著的因素繪出雙因子效應(yīng)分析圖,如圖12、圖13。兩因素之間的影響基本呈拋物線型關(guān)系,且均有一個(gè)極大值點(diǎn),變化趨勢(shì)是先增大后減小。

圖12 各兩因素交互作用對(duì)豆腐得率影響的響應(yīng)曲面

圖13 各兩因素交互作用對(duì)豆腐蛋白質(zhì)含量的影響的響應(yīng)曲面

2.6.3 最優(yōu)條件及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 根據(jù)Design Expert 8. 0軟件提供的優(yōu)化方案,可知豆腐得率最佳時(shí)最佳配比為:水豆質(zhì)量比為5.9∶1 kg/kg,煮漿時(shí)間為5.79 min,煮漿溫度為105.7 ℃,豆清發(fā)酵液添加量為26.13%;蛋白質(zhì)含量最佳配比為:水豆質(zhì)量比為5.8∶1 kg/kg,煮漿時(shí)間為5.88 min,煮漿溫度為105.7 ℃,豆清發(fā)酵液添加量為26.23%。通過(guò)R2大小的比較以及考慮到實(shí)際操作將加工條件改為水豆質(zhì)量比為6∶1 kg/kg,煮漿時(shí)間為5.8 min,煮漿溫度為106 ℃,豆清發(fā)酵液添加量為26.3%。在最佳的組合條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次,最終測(cè)定的豆清發(fā)酵液豆腐得率和蛋白質(zhì)含量分別為255%±3%、11.12%±0.3%吻合預(yù)測(cè)值,比實(shí)驗(yàn)優(yōu)化前(水豆質(zhì)量比為5∶1 kg/kg,煮漿時(shí)間為5 min,煮漿溫度為105 ℃,豆清發(fā)酵液添加量為30%。)得率提高4.45%,蛋白質(zhì)含量提高5.30%;與盧義伯等[35]用其他加工工藝制備的豆腐相比,本研究制備的豆腐在各項(xiàng)理化指標(biāo)上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。說(shuō)明得到的回歸模型與實(shí)際情況擬合較好,進(jìn)一步驗(yàn)證了該模型的可行性,具有實(shí)用價(jià)值。

3 結(jié)論

在單因素的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,利用響應(yīng)曲面法建立二次回歸模型,得出豆清發(fā)酵液豆腐二次漿渣共熟漿工藝最佳工藝條件為水豆比為6∶1 kg/kg,煮漿時(shí)間為5.8 min,煮漿溫度為106 ℃,豆清發(fā)酵液添加量為26.3%,得率和蛋白質(zhì)含量分別為255%、11.12%。通過(guò)優(yōu)化二次漿渣共熟加工工藝制備豆清發(fā)酵液豆腐,可以為豆清發(fā)酵液在豆制品生產(chǎn)中作為一種新型的良好凝固劑的運(yùn)用提供可靠的理論依據(jù)和試驗(yàn)基礎(chǔ),有利于擴(kuò)大二次漿渣共熟工藝豆腐的生產(chǎn)規(guī)模,促進(jìn)豆腐市場(chǎng)的發(fā)展,對(duì)我國(guó)豆制品發(fā)展具有重大意義。