Box-Behnken響應(yīng)面法優(yōu)化薄葉山礬游 水豆腐工藝的研究

◎ 林 婕，陳 穩(wěn)，陳 云，楊 帆

（福州大學(xué)至誠學(xué)院，福建 福州 350002）

豆腐的藥理價(jià)值舉不勝舉，可以降低膽固醇含量，預(yù)防心血管疾病[1]，抗腫瘤[2-3]。傳統(tǒng)豆腐由于使用鹽類[4]、酸類[5]、酶類[6]等作為凝固劑，導(dǎo)致鈣含量較高，長期食用會(huì)增加患腎結(jié)石等疾病的風(fēng)險(xiǎn)，因此開發(fā)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)揮了薄葉山礬的藥理功效，同時(shí)也增加了豆腐的風(fēng)味。此研究解決了豆腐鈣含量高的問題，開發(fā)了新型天然凝固劑，促進(jìn)了傳統(tǒng)食品游水豆腐的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展和豆腐文化的進(jìn)步，有利于弘揚(yáng)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(fēng)干燥箱；SP525型破壁機(jī)；上海森信DK-S26型恒溫水浴鍋；DC-H88型電磁爐；PHS-25型pH計(jì)；奧豪斯MB25型快速水分測(cè)定儀；德國希格瑪3K15型臺(tái)式冷凍離心機(jī)；奧豪斯SE602F型電子天平。

1.2 試驗(yàn)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(cè)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(zhì)量的水，25 ℃浸泡9 h）→磨漿→煮漿→過濾→冷卻→點(diǎn)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(zhì)的測(cè)定方法

1.3.1 豆腐感官評(píng)定

成品豆腐冷卻切成1 cm方形，置于盤中。10名感官評(píng)定人員經(jīng)過1個(gè)月培訓(xùn)后，在外部環(huán)境一致的條件下，根據(jù)豆腐感官評(píng)價(jià)指標(biāo)[12-13]對(duì)豆腐色澤、氣味、組織結(jié)構(gòu)、口感及保水性進(jìn)行感官評(píng)定 （GB/T 22106—2008方法稍作修改），具體見表1。

表1 豆腐感官評(píng)價(jià)指標(biāo)表

1.3.2 豆腐水分測(cè)定

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

1.3.3 豆腐持水率測(cè)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(jì)算公式如下：

1.4 游水豆腐的單因素試驗(yàn)

分別以大豆料液比1∶12、1∶14、1∶16、1∶18和1∶20，大豆浸泡時(shí)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?jié){體積比，mL/mL），點(diǎn)漿溫度70 ℃、 75 ℃、80 ℃、85 ℃、90 ℃、95 ℃和100 ℃，蹲腦時(shí)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(jìn)行感官評(píng)定分值、持水率及含水量測(cè)定。兩組平行，取均值。

1.5 響應(yīng)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(diǎn)漿溫度為考察因素進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以綜合評(píng)分（感官評(píng)定分值85%，持水率10%，含水量5%）為響應(yīng)指標(biāo)，以各因素的最優(yōu)取值為中心點(diǎn)，進(jìn)行三因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)。兩組平行，取均值[15-17]，見表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office Excel 2013軟件計(jì)算試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用Sigmaplot Graph作圖，采用Design-Expert V8.0.6響應(yīng)面軟件Box-Behnken模型設(shè)計(jì)進(jìn)行線性回歸分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 大豆料液比對(duì)游水豆腐品質(zhì)的影響

由圖1可知，隨著大豆料液比減小，游水豆腐感官評(píng)定分值呈現(xiàn)先減后增再減的趨勢(shì)，在料液比1∶18時(shí)，感官評(píng)定分值、持水率及含水量均較高，在1∶20時(shí)感官評(píng)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(jié)時(shí)蛋白含量過高，凝結(jié)不充分導(dǎo)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(yōu)區(qū)間應(yīng)在1∶16～1∶20。

圖1 不同大豆料液比對(duì)游水豆腐感官評(píng)定分、 持水率及含水量的影響圖

2.1.2 大豆浸泡時(shí)間對(duì)游水豆腐品質(zhì)的影響

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

圖2 不同大豆浸泡時(shí)間對(duì)游水豆腐感官評(píng)定分、持水率及含水量的影響圖

2.1.3 浸提液添加量對(duì)游水豆腐品質(zhì)的影響

由圖3可知，增加浸提液添加量，游水豆腐感官評(píng)定分值先增加后趨于穩(wěn)定。浸提液添加量為 1.6（mL/mL）時(shí)，感官評(píng)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(huì)引起豆?jié){pH值迅速下降，導(dǎo)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(yōu)區(qū)間應(yīng)在1.5～1.7。

圖3 不同浸提液添加量對(duì)游水豆腐感官評(píng)定分、 持水率及含水量的影響圖

2.1.4 點(diǎn)漿溫度對(duì)游水豆腐品質(zhì)的影響

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

圖4 不同點(diǎn)漿溫度對(duì)游水豆腐感官評(píng)定分值、持水率及含水量的影響圖

2.1.5 蹲腦時(shí)間對(duì)游水豆腐品質(zhì)的影響

由圖5可知，隨著蹲腦時(shí)間的增加，游水豆腐感官評(píng)定分值逐漸減小。蹲腦時(shí)間增加，可能會(huì)導(dǎo)致薄葉山礬浸提液中酚類和生物類堿[4]等物質(zhì)在口腔中產(chǎn)生苦味，影響口感。隨著蹲腦時(shí)間增加，游水豆腐的持水率先降低后增加?？紤]到游水豆腐口感與經(jīng)濟(jì)因素，蹲腦時(shí)間不宜過長。綜合考慮各因素的影響，最終蹲腦時(shí)間選定為15 min。

圖5 不同蹲腦時(shí)間對(duì)游水豆腐感官評(píng)定分值、 持水率及含水量的影響圖

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果

游水豆腐綜合評(píng)分的方差分析結(jié)果見表3。

表3 游水豆腐綜合評(píng)分的方差分析結(jié)果表

2.2.2 回歸方程的建立

經(jīng)過多元回歸擬合獲得游水豆腐的綜合評(píng)分Y值與各個(gè)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(xiàng)系數(shù)A2、B2、C2都為負(fù)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(xiàng)為0.084 7＞0.05，失擬項(xiàng)不顯著，模型中R2=0.969 9，說明方程可以很好的預(yù)測(cè)游水豆腐各個(gè)工藝因素對(duì)其的影響[19]。3個(gè)因素對(duì)游水豆腐的綜合評(píng)分影響次序?yàn)辄c(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)漿溫度，浸提液添加量與點(diǎn)漿的溫度交互作用差異不顯著[20]。兩兩因素之間對(duì)游水豆腐的綜合評(píng)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(diǎn)漿溫度交互作用＞大豆料液比和點(diǎn)漿溫度交互作用。

圖6 大豆料液比與浸提液添加量對(duì)游水豆腐綜合評(píng)分的影響圖

圖7 大豆料液比與點(diǎn)漿溫度對(duì)游水豆腐綜合評(píng)分的影響圖

圖8 浸提液添加量與點(diǎn)漿溫度對(duì)游水豆腐綜合評(píng)分的影響圖

2.3 最佳工藝確定與驗(yàn)證

大豆料液比、浸提液添加量和點(diǎn)漿溫度對(duì)游水豆腐的感官評(píng)定分值影響顯著。在大豆浸泡時(shí)間8 h及蹲腦時(shí)間15 min條件下，經(jīng)模型預(yù)測(cè)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(diǎn)漿溫度76.52 ℃，綜合評(píng)分為71.08分。為驗(yàn)證響應(yīng)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(shí)間8 h，蹲腦時(shí)間15 min，大豆料液比1∶18（g∶mL），浸提液添加量1.7（mL/mL），點(diǎn)漿溫度77 ℃。在此條件下，進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，平均綜合評(píng)分為71.74分，相對(duì)誤差為0.92%，與理論預(yù)測(cè)值基本吻合。因此，利用響應(yīng)面法優(yōu)化游水豆腐制作工藝真實(shí)可靠。

3 結(jié)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(shí)間8 h，最佳蹲腦時(shí)間15 min。 在此基礎(chǔ)上，以綜合評(píng)分為響應(yīng)值，利用響應(yīng)面的Box-Behnken模型研究大豆料液比、浸提液添加量和點(diǎn)漿溫度對(duì)游水豆腐綜合評(píng)分的影響,建立二次多項(xiàng)式模型（P＜0.001），通過試驗(yàn)最終確定最佳工藝參數(shù)：大豆浸泡時(shí)間8 h，蹲腦時(shí)間15 min，大豆料液比 1∶18（g∶mL），浸提液添加量1.7（mL/mL），點(diǎn)漿溫度77 ℃，綜合評(píng)分為71.74分。該工藝時(shí)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(fā)和利用提供新的思路和參考，也為游水豆腐的工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，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。