全籽粒大豆制备油豆腐工艺参数优化

王喜波，刘竞男，崔　强，李　瑞，张　旭，江连洲

（东北农业大学食品学院，哈尔滨 150030）

0　引　言

油豆腐表皮酥脆，内部细腻且具有弹性，充满豆香味与焦香味，是受各个年龄段人群喜爱的传统食品。油豆腐中蛋白质、维生素和不饱和脂肪酸含量丰富。

全豆制品是将大豆全籽粒的成分加以利用，提高产率和营养价值、减少环境污染。目前，国内外学者对全豆制品研究主要集中在全豆豆腐、全豆饮品、全豆腐乳。Joo等[1]等以全脂豆粉为原料，经均质处理，谷氨酰胺转氨酶（glutamine transaminase，TG酶）和明胶分别作为凝固剂和品质改良剂得到硬度和弹性更好的全豆豆腐。怀丽华等[2]研究发现胶体磨细磨2遍，高压均质机均质3遍，制作的豆腐口感较好。芦鑫等[3]以CaCl2豆腐为对照，对全豆豆腐凝胶性质进行研究，结果表明全豆豆腐具有较高的产率和持水力，但其弹性、硬度和咀嚼性弱于普通豆腐。吴金鋆等[4]采用均质处理，得到高稳定性、低粘度、低离心沉淀率的全豆豆浆。刘成梅等[5]将大豆磨浆后，经高压均质和动态超高压微射流技术处理制得全豆营养型豆浆。Rosenthal等[6]在研究发现纤维使用水解酶能将豆浆中的纤维素进行水解，得到风味更好的全豆豆浆。冉春霞等[7]对全豆腐乳的加工工艺进行了研究，通过胶体磨对全豆豆浆进行湿法粉碎的微细化处理，得到了全豆豆腐乳白坯。胡井祥等[8]考察了凝固条件对全豆豆腐干质构特性的影响，得到质地以及感官评分都处于较好水平的全豆豆腐干。国内外关于油豆腐的研究很少，专利报道的油豆腐制作工艺都是按照传统豆腐加工方式制作，通过湿法处理后除渣得到豆腐再进行油炸[9]，关于全籽粒油豆腐的研究还未见报道。

与传统油豆腐加工工艺相比，全籽粒油豆腐的特点是：1）干法制浆，基本上保留大豆中所有营养成分，缩短生产周期，减少微生物繁殖，提高品质的同时也增长保质期。2）匀浆和酶法降解相结合处理豆渣，降低豆浆中不溶性膳食纤维颗粒的大小，同时也对不溶性膳食纤维进行水解，降低其聚合度或转化为单糖，得到的无豆渣的全籽粒豆腐，增加了豆腐中的还原糖含量及豆腐稳定性。3）使用复合凝固剂--石膏和谷氨酰胺转氨酶，得到质构与传统豆腐接近的全籽粒豆腐，其保水性显著增加。4）对全籽粒油豆腐的油炸工艺进行研究，开发具有较好感官品质的全籽粒油豆腐，为实际生产提供技术理论支持。

1　材料与方法

1.1　材料与试剂

大豆（市售）；豆油（市售 九三集团）；纤维素酶（食品级 深圳市恒生生物有限公司）；硫酸钙（食品级 市售）；谷氨酰胺转氨酶（一鸣生物制品有限公司）；3,5-二硝基水杨酸、染料木素、焦性没食子酸、福林-酚（天津市博迪化工厂有限公司）

1.2　仪器与设备

DFY-400中药粉碎机（大德机械有限公司）；79-1磁力搅拌器（双捷实验仪器厂）；IKA-T18高速匀浆机（IKA公司）；N24120型电子天平（瑞士Ohaus公司）；友田多功能油炸锅（容声电器股份有限公司）；ZE-6000色差仪（日本电色）；TA-XT2PLUS物性测定仪（英国StableMicroSystem公司）；TU-1800型紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）；HH-4恒温数显水浴锅（赛普实验仪器厂）；KDN-102C半自动定氮仪（上海纤检仪器有限公司）；LNK-872型多功能快速消化器（江苏省宜兴市科教仪器研究所）

1.3　工艺流程和操作要点

1.3.1全籽粒油豆腐工艺流程

大豆→磨粉→全籽粒豆粉→调浆→匀浆→酶解→全籽粒豆浆→凝固→成型→全籽粒豆腐→切块→油炸→全籽粒油豆腐

1.3.2操作要点

干法制浆：大豆除杂洗净后晾干，粉碎，过 100目筛得到全籽粒豆粉。豆粉与水按质量体积比1∶8调浆，搅拌均匀。

匀浆、酶解：使用匀浆机匀浆处理，加入食品级纤维素酶酶解，酶解后沸水浴加热10 min灭酶，得到全籽粒豆浆（煮浆期间加入消泡剂）。

凝固、成型：将干豆粉质量的3.5%的石膏加入全籽粒豆浆中，然后加入干豆粉质量的4.0%的谷氨酰胺转氨酶后置于50 ℃水浴锅中保温60 min，取出后80 ℃保温20 min。将豆腐凝胶取出破脑，倒入模具中压制脱水30 min成型，得到全籽粒豆腐。

制作全籽粒油豆腐：将制成的全籽粒豆腐切成3 cm×3 cm×3 cm的小块，进行油炸（油炸时使用恒温炸锅）。

1.4　试验方法

1.4.1酶解豆浆工艺优化

取干法粉碎的全籽粒豆粉与水以 1∶8混合，搅拌30 min后匀浆处理，煮沸得到全籽粒豆浆，置于水浴锅中加入食品级纤维素酶进行酶解，酶解结束后于沸水浴10 min灭酶。待样品冷却至室温后，测量酶解后的还原糖浓度。根据Box–Benhnken中心组合试验设计原理，采用食品级纤维素酶添加量（以干豆粉质量分数计）、酶解时间、酶解温度为三因素三水平的响应面分析方法优化工艺参数，试验因素与水平设计编码如表1所示。

表1　试验因素及编码水平Table 1　Experimental factors and levels

1.4.2全籽粒油豆腐油炸工艺

以感官评分为主要指标，研究油炸温度（150、170、190 ℃）和油炸时间（2、3、4、5、6、7 min）对全籽粒油豆腐色泽、含油率和质构特性的影响。

1.4.3还原糖质量体积分数测定

酶解进行的程度可以用溶液中还原糖的浓度间接反映。使用 3,5-二硝基水杨酸法（3,5-dinitrosalicylic acid，DNS法）测定全籽粒豆浆中还原糖质量体积分数[10]。

1.4.4感官评价方法

采用用单纯描述性的方法对样品进行感官评价，感官评分标准见表2。

表2　感官评价标准Table 2　Standard for sensory evaluation

1.4.5色泽测定

色差的测定参照Moyano等[11]的方法，用ZE6000色差仪分别测定全籽粒油豆腐的L*（亮度）、a*（红色度）、b*（黄色度）。用D65光源，2°视角，30 mm聚光镜测定。样品顺时针转动3个角度，计算其平均值。

1.4.6含油率测定

参照GB/T14772-2008《食品中脂肪的测定》[12]的索氏提取法。

1.4.7硬度测定

用物性分析仪测定全籽粒油豆腐的硬度。采用P/100探头，测前速度2.0 mm/s，测量速度1.0 mm/s，测后速度1.0 mm/s，测量距离10.0 mm，测量时间5.0 s，测量力5.0 g。

1.4.8蛋白质质量分数测定

参照 GB.5009.5-2010《食品中蛋白质的测定》[13]的凯氏定氮法。

1.4.9含水率测定

参照 GB.5009.3-2010《食品中水分的测定》[14]的直接干燥法。

1.4.10灰分质量分数测定

参照GB 5009.4-2010《食品中灰分的测定》[15]。

1.4.11总酚测定

采用Folin-Phenol比色法[16]。准确称量25 mg没食子酸，于 250 mL容量瓶中加去离子水进行定容。分别取0.00，0.20，0.40，0.60，0.80，1.00和1.20 mL没食子酸溶液，加入1 mL Folin-Phenol试剂，2 mL质量分数为10%的Na2CO3溶液，加去离子水水定容到25 mL，混匀。避开光照，在阴暗条件下放置2 h，于760 nm处以试剂空白液做调零，测定吸光值[17]重复 3次，取平均值，得到标准曲线回归方程。

样品烘干后，置于研钵中研碎，取研碎的样品 2 g，加60%体积分数的乙醇60 mL，超声20 min，4 500 r/min离心15 min，上清液过滤后，取待测样品液1 mL，按以上过程测定样品吸光度，由标准曲线回归方程，计算得出样品总酚质量分数，以没食子酸当量计算，单位为mg/g。.

1.4.12黄酮测定

以染料木素为标准品，准确称取标准品1.31 mg，加入体积分数为95%的乙醇溶解，并定容至10 mL。准确吸取0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 mL标准溶液置于5个10 mL容量瓶内，各加1.0 mL体积分数95%的乙醇，加水定容到10.00 mL。用1.0 mL体积分数为95%的乙醇，加水定容至10 mL作为对照，于260 nm处测量溶液的吸光度[18]，重复3次，取平均值，得到标准曲线回归方程。

式（2）的R2=0.998 8.

称取已处理样品粉2.0 g，溶于40 mL80%的乙醇溶液中，超声提取15 min，过滤提取液并收集在50 mL容量瓶中，加入95%乙醇定容。精密吸取待测样品液1.0 mL于10 mL的容量瓶中，加1.0 mL 95%乙醇，蒸馏水定容至刻度。于260 nm波长处测量吸光度。通过标准曲线回归方程，计算得出样品中异黄酮质量分数，以染料木素当量计算，单位为mg/g。

2　结果与分析

2.1　酶解豆浆工艺优化

2.1.1响应面试验设计与结果

以还原糖浓度为响应值进行响应面分析方案及试验结果见表3。

表3　Box-Behnken 设计方案及试验结果Table 3　Box-Behnken design matrix and experimental results

运用Design-expert 8.0.6软件对试验数据进行回归拟合分析，得到响应值Rsc(还原糖浓度，mg/mL）对试验因素加酶量A，%；酶解温度B，℃；酶解时间C，min的回归方程为式（3）。

2.1.2回归方程方差分析

酶解条件响应面模型的回归方差分析结果见表4。从表4可以看出，模型失拟项的P值为0.741，不显著，说明模型选择合适。模型的的P值小于0.000 1，说明二次响应面回归模型是极显著的，表明响应面模型合理，可以用此模型来分析和预测酶解条件对酶解效果的影响。

在此模型中，一次项B、C，二次项A2、B2、C2以及交互项 AC均为极显著（P<0.01），模型的决定系数R2=0.998 5>0.95，说明其他因素对试验结果干扰较小，试验误差小，该回归方程与实测值拟合度高，模型拟合程度良好。校正决定系数R2adj为0.996 6，表示预测值与实测值之间具有高度相关性。

2.1.3酶解工艺参数对酶解效果的影响

根据表4中P值与F值可知试验中3个因素对酶解后还原糖浓度的影响关系为B、C影响较显著（P<0.01）；食品级纤维素酶加酶量和酶解时间的交互作用最为显著。由图 1可见，随着酶解各因素水平增大，还原糖浓度呈现出先增加后降低的趋势，最大值集中在中心区域。

表4　酶解条件响应面模型的回归方差分析Table 4　Analysis of variance of regression equation for response surface quadratic model

响应面模型预测的最优酶解条件为加酶量0.53%、酶解温度49.53℃、酶解时间161.98 min，在此条件下预测还原糖浓度可达到2.946 5 mg/mL。为检验得到的优化结果，对以上试验结果进行了近似验证试验，考虑到试验可操作性，适当调整了反应时间，最终选择加酶量0.53%、酶解温度50 ℃、酶解时间160 min条件下进行3次平行验证试验，实际测定还原糖浓度为2.943 3±0.001 7 mg/mL，验证试验测得数据与预测值无显著差异（P>0.05），再次证明Box-Behnken模型适用于优化该反应条件，试验结果准确可靠，具有实用价值。酶解后全籽粒豆浆还原糖浓度增加了76.3%，说明了酶解效果良好。

图1　酶解时间、加酶量的响应面分析Fig.1　Response surface analysis of time and enzyme addition

2.2　油炸对全籽粒油豆腐品质的影响

2.2.1油炸对全籽粒油豆腐感官评分的影响

感官评分值是感官评价人员对产品整体的综合评价，是评价其品质的重要指标。油炸过程中油脂及物料本身共同作用，发生了脂肪的氧化降解、美拉德反应、焦糖化反应及氨基酸降解反应[19]，这有助于全籽粒油豆腐色泽和香味的形成。油炸过程中全籽粒油豆腐品质不断改善：外形收缩变硬变脆，表面形成金黄色，散发出诱人的香味，品尝时酥脆可口，感官得分增高。不同条件处理的全籽粒油豆腐感官评分如图2所示。

图2　油炸对全籽粒油豆腐感官评分的影响Fig.2　Effect of frying on sensory score of oil frying whole-soybean tofu

从图2可以看出，油炸温度为150 ℃时，随油炸时间的增加，感官评分也在升高，但始终低于 170 ℃的感官评分。这可能是因为美拉德反应是热反应，反应进行程度随着反应温度和时间的增加而增加[20]，此时油炸温度较低，美拉德反应、焦糖化反应等一系列反应发生的程度较低，全籽粒油豆腐的风味和色泽较差。在油炸温度为170和190 ℃时，感官评分随着油炸时间的延长均呈现先升高后降低的趋势，颜未来[21]在研究中也得到相同结果。这是由于在较高的温度下，食品中蛋白质、糖类和脂肪发生一系列反应形成香味和色泽，延长油炸时间会提高全籽粒油豆腐表面的酥脆程度以及油炸的香气，而油炸时间过长时会使全籽粒油豆腐表面过于干硬，色泽变黑，从而降低了感官评分。因此在油炸温度为170 ℃，炸制时间为4 min时，感官评分较高，为95分。这与Seyed等[22]的研究结果一致。

2.2.2油炸对全籽粒油豆腐色泽的影响

全籽粒油豆腐的色泽特征为金黄色，不泛白、无焦糊后的红褐色，能引起消费者的食欲。由表 5可知，随着油炸温度和油炸时间的递增，全籽粒油豆腐的白度L*值呈下降趋势，红度 a*值则呈现升高的变化趋势。L*值和 a*值随时间而变化，最可能是美拉德褐变和焦糖化的结果，影响美拉德反应的主要因素有温度、水份活性、pH值和底物浓度等[23]，然而，影响反应速度最主要的因素是温度[24]。此外，豆腐表面的脂质氧化和吸油对L*值和a*值的变化也有影响[25]。因此，随着油炸温度和油炸时间的增加，美拉德反应趋于强烈，豆腐的色泽变深，所以白度值减少，红度值增加。这与Baik等[25]的研究油炸温度在 147～172℃时，随着油炸温度的升高和油炸时间延长，豆腐的 L*值变低，a*值升高，b*值先升高后降低的结果相似。

表5　油炸对全籽粒油豆腐色差的影响Table 5　Effect of frying on colorimetric of oil frying whole-soybean tofu

在油炸温度为150 ℃时，黄度b*值呈上升趋势，这说明当温度较低时，随着油炸时间的增加，全籽粒油豆腐黄度 b*增加，色泽趋向令人满意的状态。在油炸温度为170 ℃时，黄度b*值先增加后减小，油炸3 min时达到最大值 40.67。然而，当油炸温度为 190 ℃时，黄度b*值减少，可能是由于油炸温度过高，全籽粒油豆腐呈红褐色，掩盖了全籽粒油豆腐的黄色[26]。当油炸温度为190 ℃，油炸处理6 min时，a*和b*值均减少，可能是油炸时间过长和温度过高，全籽粒油豆腐转为褐色甚至黑色，红色和黄色均被掩盖。张晨芳等[27]在研究中发现类似结果。在170和190 ℃下油炸4 min时，全籽粒油豆腐亮度以及焦黄程度均适中，接受度较高，考虑感官评分及节省能源，选择油炸温度为 170 ℃，油炸时间为4 min，此条件下得到的全籽粒油豆腐的白度 L*值为60.22，红度a*值为10.85，黄度b*值为37.80。

2.2.3油炸对全籽粒油豆腐含油率的影响

低含油率是健康食品追求的目标，故含油率也作为评价油炸食品品质的一个指标。研究表明随油炸时间延长，油炸食品含油率也随之增加[28]。由图 3可以看出，全籽粒油豆腐的含油率均在10%到20%范围内，且随着油炸时间和温度的增加而呈增加趋势，这一变化趋势与孙洋等[29]研究结果相一致。Fan等[30]研究发现，油炸过程中吸油量随着油炸温度的升高而增加。油炸时间在2～4 min时，3个油炸温度下的全籽粒油豆腐含油率较低且变化趋势相差较小。油炸过程中传热、传质同时进行，油相向食品的传热，使水分汽化、蛋白质变性[31]，油炸初期和温度较低时，传热过程进行缓慢，此时食品水分蒸发较少，因此含油率较低。当油炸时间为6 min时，全籽粒油豆腐的含油率显著上升，这可能因为随着时间和温度的增加，食品表面的水分蒸发形成的外皮壳变厚，孔隙增多增大，水蒸汽压对油脂的阻滞作用减弱，致使越来越多油脂进入食品内部的孔洞结构[32]。当食物油炸后取出进行冷却时，食物里面压力降低[33]，也会导致吸油量增加。因此，在保证其品质的前提下，控制油炸温度和油炸时间，节省能源的同时也降低了产品含油率。因此结合感官评分，选择170 ℃下油炸4 min，其全籽粒油豆腐含油率为15.6%。

图3　油炸对全籽粒油豆腐含油率的影响Fig.3　Effect of frying on oil content of oil frying whole-soybean tofu

2.2.4油炸对全籽粒油豆腐硬度的影响

油炸食品酥脆的口感是人们喜爱它的原因之一，油炸食品质构的形成分为 2个阶段，第一阶段是水分蒸发阶段，在此过程中，水分迅速蒸发，温度越高，时间越长，食品中水分蒸发越快，食品表面形成硬壳，硬度增大；第二阶段是微孔形成阶段，在食品内部会形成微孔，这些微孔为油脂的进入提供“通道”[34]。这也解释了全籽粒油豆腐含油率随着时间和温度的增加而增加这一变化趋势。

从图 4可知，随着油炸时间和温度的增加，全籽粒油豆腐硬度增加，这与宋福香等[35]研究结果一致。在油炸初期（2～3 min）和油炸温度较低（150 ℃）时，此时食品内部水分蒸发，形成比较均匀的气孔，结构疏松，断裂力较小[36]，因此硬度较低。随着油炸时间和油炸温度的递增，全籽粒豆腐的水分蒸发速度加快，外壳层厚度增加，产品破裂力增大，硬度增大。油炸温度在190 ℃时，全籽粒油豆腐的硬度较大，其中油炸时长为5和6 min时，硬度显著增大，此时分别为5 506 g和6 259 g。此时全籽粒油豆腐外壳层过厚，影响口感，综合考虑选择170 ℃下油炸4 min，其全籽粒油豆腐硬度为2 972 g。

图4　油炸对全籽粒油豆腐硬度的影响Fig.4　Effect of frying on hardness of oil frying whole-soybean tofu

2.3　全籽粒油豆腐成分测定

传统豆腐、全籽粒豆腐以及全籽粒油豆腐各组分含量见表6。

表6　传统豆腐、全籽粒豆腐以及全籽粒油豆腐各组分含量Table 6　Component content of traditional tofu, whole soybean tofu and fried whole-soybean tofu

从表 6可以看出，全籽粒油豆腐的含水率最低，灰分没有显著变化，蛋白、脂肪、总酚和黄酮质量分数均高于传统豆腐和全籽粒豆腐。与传统豆腐相比，全籽粒豆腐和全籽粒油豆腐中总黄酮和总酚等生物活性成分含量均有提高，总黄酮质量分数分别提高14.53%和7.93%，总酚质量分数分别提高18.95%和82.11%。油炸时高温使豆腐表面温度迅速升高，水分蒸发导致含水率降低，因此全籽粒油豆腐含水率最低，这也是蛋白质和脂肪质量分数升高的原因之一[37]。豆渣中含有蛋白质、脂肪、大豆异黄酮等多种营养成分[38]，而全籽粒豆腐和全籽粒油豆腐保留豆渣，从而影响了蛋白、脂肪、总酚和黄酮含量。在油炸高温条件下，部分黄酮会被氧化或分解[39]，因此全籽粒油豆腐的黄酮质量分数较全籽粒豆腐略有降低，而其总酚质量分数高于传统豆腐和全籽粒豆腐，可能是由于酚类物质的前体酚醛分子的非酶转化，形成了酚类化合物[40]。

3　结　论

1）以全籽粒豆浆的还原糖浓度为响应值，利用响应面试验研究纤维素酶添加量、酶解温度、酶解时间对全豆豆浆酶解工艺的影响。研究发现酶解时间以及酶解温度对全豆豆浆酶解效果有显著影响，且随着酶解各因素水平增大，还原糖浓度呈现出先增加后降低的趋势。得出最佳酶解条件为：食品级纤维素酶的酶加入量0.53%、酶作用温度50 ℃、酶作用时间160 min，在此条件下全籽粒豆浆中还原糖含量预测值为2.95 mg/mL，经验证试验得出实际全豆豆浆中还原糖含量为2.9433 mg/mL，说明本工艺具有可行性。全籽粒豆浆还原糖浓度由酶解前的1.67 mg/mL提高到了酶解后的2.9433 mg/mL，说明酶解效果良好。

2）本试验综合考虑油炸时间和温度对全籽粒油豆腐感官评分、色泽、含油率、硬度等品质的影响，从降低成本以及追求健康的角度出发，选择油炸温度在170 ℃，油炸时间为4 min的条件下，对全籽粒豆腐进行油炸，此时全籽粒油豆腐的感官评分最佳为95分，L*值、a*值、b*值分别为60.22、10.85、37.80，含油率为15.6%，硬度为2 972 g，产品接受度较高，品质较好。

3）通过比较传统工艺豆腐、全籽粒豆腐和全籽粒油豆腐的组成发现，全籽粒油豆腐的蛋白、脂肪、黄酮和总酚质量分数显著高于传统豆腐，水分质量分数低于传统豆腐和全籽粒豆腐，灰分质量分数无显著性差异。

本试验开发的全籽粒油豆腐在保证较好感官品质的同时，提高了原料利用率，保留了大豆中的营养成分。

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