響應(yīng)面法與線性回歸方程在豆腐乳風(fēng)味物質(zhì)形成過程分析

陳欣華，朱清坤

(鄭州幼兒師范高等?？茖W(xué)校，鄭州 450099)

豆腐乳品種較多，在發(fā)酵生產(chǎn)過程中添加不同的輔助物質(zhì)，即可形成不同風(fēng)味特征的豆腐乳，按照豆腐乳顏色劃分，主要分為紅豆腐乳和白豆腐乳。經(jīng)過多次的改進(jìn)，豆腐乳的發(fā)酵工藝已達(dá)到成熟水平，但對于豆腐乳成分及品質(zhì)進(jìn)行綜合評價分析的數(shù)據(jù)較少。豆腐乳品質(zhì)特性的影響因素較多，主要包括豆腐乳的理化特性和豆腐乳的感官特性。本文采用實驗分析獲取豆腐乳的風(fēng)味物質(zhì)成分，并采用響應(yīng)面與迭代算法結(jié)合的方式進(jìn)行豆腐乳的感官評價。同時對豆腐乳的成分特性進(jìn)行分析，建立豆腐乳發(fā)酵過程中的發(fā)酵時間、發(fā)酵劑添加量以及發(fā)酵溫度對豆腐乳的總糖含量、還原糖含量、總酸含量、pH以及菌落總數(shù)的影響關(guān)系。

1 實驗方法及目的

在豆腐乳發(fā)酵過程中，提取15 mL發(fā)酵液置于頂空瓶內(nèi)，并加入0.4 g氯化鈉，擰緊頂空瓶瓶蓋，放入40 ℃恒溫水浴鍋中進(jìn)行加熱。將活化萃取插頭插入頂空瓶中，平衡10 min后開始40 min吸附倒計時。萃取吸附完成后，利用氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用分析的方法進(jìn)行豆腐乳香氣成分鑒定[1-3]。氣相色譜分析過程中，溫度在40 ℃保持2 min，并以1 ℃/min的升溫速率將溫度均勻升高至100 ℃。再次以4.5 ℃/min的升溫速率將溫度均勻升高至240 ℃，溫度保持4 min，使樣品入口處的溫度為240 ℃，檢測容器內(nèi)的溫度為250 ℃。

質(zhì)譜分析條件：采用電子電離源，電子能量要求達(dá)到70 eV，離子溫度為230 ℃，同時確保質(zhì)譜掃描范圍為45～650 m/z[4]。

以豆腐乳中的總糖含量、還原糖含量、總酸含量、pH以及乳酸菌菌落總數(shù)為檢測指標(biāo)，將豆腐乳發(fā)酵時間、發(fā)酵劑使用量及發(fā)酵溫度中某一項作為單一影響因素變量，其余兩項固定，進(jìn)行豆腐乳發(fā)酵過程影響因素實驗[5]。單一因素及其水平見表1。

2 豆腐乳發(fā)酵過程單因素實驗

表2 發(fā)酵時間對豆腐乳發(fā)酵效果影響數(shù)據(jù)Table 2 The influencing data of fermentation time on the fermentation effect of sufu

由表2可知，隨著發(fā)酵時間的增長，豆腐乳中總糖含量和還原糖含量逐漸降低；在發(fā)酵初始24 h內(nèi)，微生物最大程度地利用豆腐乳中的糖來進(jìn)行生長繁殖，隨著總糖及還原糖含量的降低，乳酸菌的發(fā)酵能力降低；微生物生長繁殖過程中，豆腐乳中的總酸含量不斷增加，因此豆腐乳中pH值逐漸減??；發(fā)酵初期，由于豆腐乳中含有較多的營養(yǎng)物質(zhì)，因此菌落生長繁殖快，隨著營養(yǎng)物質(zhì)的減少，豆腐乳中菌落總數(shù)逐漸降低[6-8]。對豆腐乳發(fā)酵過程及檢測指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，最終選取24 h為豆腐乳發(fā)酵時間。

表3 發(fā)酵劑添加量對豆腐乳發(fā)酵效果影響數(shù)據(jù)

由表3可知，當(dāng)豆腐乳中發(fā)酵劑添加量為0.15 g時，豆腐乳中乳酸菌菌落總數(shù)達(dá)到最大值，同時總糖含量及還原糖含量逐漸降低。當(dāng)豆腐乳中發(fā)酵劑添加量較少時，菌體的含量少，無法有效地利用豆腐乳的營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行發(fā)酵，當(dāng)菌體含量較多時，豆腐乳的營養(yǎng)成分消耗快，菌體快速進(jìn)入生長末期[9]。對豆腐乳發(fā)酵過程及檢測指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，最終確定豆腐乳發(fā)酵劑添加量為0.15 g。

表4 發(fā)酵溫度對豆腐乳發(fā)酵效果影響數(shù)據(jù)Table 4 The influencing data of fermentation temperature on the fermentation effect of sufu

由表4可知，當(dāng)發(fā)酵溫度較低時，豆腐乳中微生物代謝能力較弱，微生物無法大量繁殖，豆腐乳中營養(yǎng)成分無法得到有效發(fā)酵。在42 ℃條件下，豆腐乳中的菌落總數(shù)達(dá)到最大值，總酸含量達(dá)到最大值，總糖及還原糖含量最低[10]。由此表明，在42 ℃條件下微生物最大程度地利用豆腐乳中的糖類營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行發(fā)酵。

3 豆腐乳發(fā)酵過程三因素實驗

利用組合實驗原理，選擇豆腐乳發(fā)酵過程中的發(fā)酵時間、發(fā)酵劑添加量以及發(fā)酵溫度為豆腐乳發(fā)酵過程自變量，以豆腐乳中的總糖含量R1、還原糖含量R2、總酸含量R3、pH R4以及菌落總數(shù)R5為響應(yīng)值，設(shè)計豆腐乳發(fā)酵過程中的三因素三水平實驗。豆腐乳發(fā)酵過程三因素三水平實驗結(jié)果見表5。

表5 豆腐乳發(fā)酵過程三因素三水平實驗結(jié)果Table 5 The experimental results of three factors and three levels in the fermentation process of sufu

對表5中實驗結(jié)果進(jìn)行二次線性回歸，得到豆腐乳中R1、R2、R3、R4以及R5的回歸方程。

總糖含量R1=5.08+1.54A+0.24B-0.72C-0.35AB+0.27AC+0.68BC-1.42A2-0.96B2-0.027C2；

還原糖含量R2=4.20-0.76A-0.16B+0.12C+0.21AB-0.21AC-0.18BC+0.40A2+0.023B2+0.003C2；

總酸含量R3=0.13-0.0056A+0.0065B+0.01C-0.009AB-0.011AC-0.0000075BC+0.024A2+0.0008B2+0.01C2；

pH R4=0.12+0.00088A-0.0038B+0.0075C+0.0028AB+0.00016AC-0.011BC+0.0018A2+0.009B2+0.006C2；

菌落總數(shù)R5=8.53+0.048A+0.3B-0.09C-0.02AB-0.15AC-1.06BC-0.85A2-0.2B2-0.47C2。

利用豆腐乳發(fā)酵過程回歸方程確定豆腐乳發(fā)酵過程的最佳工藝參數(shù)，并對回歸方程數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析得出發(fā)酵條件因素對發(fā)酵工藝的影響顯著性[11]。在豆腐乳發(fā)酵過程中，pH因素對發(fā)酵工藝的影響最明顯，菌落總數(shù)對發(fā)酵工藝的影響最不明顯。各影響因素對發(fā)酵過程效應(yīng)分析結(jié)果見表6。

表6各影響因素對發(fā)酵過程效應(yīng)分析結(jié)果

4 響應(yīng)面分析

根據(jù)發(fā)酵過程二次線性回歸方程得出不同因素的響應(yīng)面分析圖，見圖1～圖5。從響應(yīng)面分析圖中可以直觀得出不同發(fā)酵條件相互作用時豆腐乳發(fā)酵參數(shù)變化過程。當(dāng)圖中曲線坡度較大時，說明該發(fā)酵條件對豆腐乳的發(fā)酵過程影響越顯著；當(dāng)圖中曲線坡度較平滑時，說明該發(fā)酵條件對豆腐乳的發(fā)酵過程影響顯小。

圖1 各因素對豆腐乳總糖含量影響的3D響應(yīng)面Fig.1 Effects of various factors on total sugar content in sufu by 3D response surface diagrams

圖2 各因素對豆腐乳還原糖含量影響的3D響應(yīng)面Fig.2 Effects of various factors on reducing sugar content in sufu by 3D response surface diagrams

圖4 各因素對豆腐乳pH影響的3D響應(yīng)面Fig.4 Effects of various factors on pH values sufu by 3D response surface diagrams

5 實驗驗證及成分分析檢測

根據(jù)響應(yīng)面分析結(jié)果及實驗?zāi)M分析，確定豆腐乳發(fā)酵過程達(dá)到最佳工藝條件時，發(fā)酵時間為27 h，發(fā)酵劑添加量為0.15 g，發(fā)酵溫度為40 ℃。經(jīng)過發(fā)酵實驗后，測得豆腐乳中總酸含量為5.5 g/L，pH為4，總糖含量為0.13 g/L，還原糖含量為0.12 g/L，豆腐乳中乳酸菌菌落總數(shù)達(dá)到8.8 CFU/mL。與二次線性回歸方程模型數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，二者之間具有較好的擬合度。

發(fā)酵完成后，對豆腐乳中的各類成分進(jìn)行檢測，并與發(fā)酵前豆腐乳發(fā)酵液中的各類成分進(jìn)行對比，豆腐乳中各種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)成分?jǐn)?shù)據(jù)見表7，數(shù)量用有效個數(shù)進(jìn)行表示。

表7 豆腐乳發(fā)酵前后風(fēng)味物質(zhì)對比數(shù)據(jù)(有效個數(shù))Table 7 The comparative data (effective number) of flavor compounds before and after fermentation of sufu

由表7可知，發(fā)酵前后，豆腐乳中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量發(fā)生明顯的變化，在發(fā)酵前豆腐乳發(fā)酵液中含有較多的烯類物質(zhì)，醇類物質(zhì)含量較低。豆腐乳發(fā)酵完成后，部分風(fēng)味物質(zhì)消失，烯類物質(zhì)含量明顯降低，同時生成新的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。

6 結(jié)論

豆腐乳的獨特風(fēng)味是由各種風(fēng)味物質(zhì)之間相互作用形成的，并非一種風(fēng)味物質(zhì)或一類風(fēng)味物質(zhì)單獨形成。在豆腐乳的發(fā)酵過程中，在各種發(fā)酵條件因素的影響作用下，發(fā)生一系列的生化反應(yīng)，同時豆腐乳中的微生物也不斷地代謝，形成各種不同的風(fēng)味物質(zhì)。生化反應(yīng)和微生物代謝使豆腐乳中的部分物質(zhì)消失，同時生成其他新的物質(zhì)，從而形成新的風(fēng)味物質(zhì)。