富含小麦面筋蛋白的腐乳白坯工艺条件优化

张钰清，吴凤凤，苏雪倩，杨天，徐学明,2*

1(江南大学 食品学院，江苏 无锡，214122) 2(粮食发酵与技术国家工程实验室(江南大学)，江苏 无锡，214122)

小麦面筋蛋白(谷朊粉)主要用于食品和饲料工业，其自然资源丰富、物美价廉、食用安全，同时也是自然界中结构相对复杂的一类纯天然植物蛋白[1-2]。小麦面筋蛋白含有较高的钙、磷、铁等矿物质元素[3]，尤其钙含量远远超过鸡蛋、牛肉等食品，符合现代人对健康饮食结构的需求。谷朊粉吸水后形成面筋网络结构，具有良好的黏弹性、延展性、热凝固性和乳化性，被广泛应用于面筋、烤麸、素鸡、素鸭等传统食品中[4-6]。随着谷朊粉品质的改良，尤其是其独特的黏弹性，又被广泛应用于弹性加强物之中，如应用于香肠制品、鱼糕等以提高其弹性和保水性，其作为蛋白强化剂进行更深一步地开发利用[7]。

豆腐营养丰富，素有“植物肉”之美称，是生熟皆可，老幼皆宜的美食佳品。然而豆腐不足之处在于大豆蛋白缺乏蛋氨酸[8]。腐乳白胚即腐乳前发酵的原料，通常所用为豆腐类白坯[9]。腐乳前发酵即在豆腐上接种微生物使其生长繁殖形成一层坚韧的菌丝膜，为后期发酵奠定基础。腐乳白坯的品质直接影响腐乳成品的品质[10]。本研究拟在传统豆腐中加入谷朊粉以平衡大豆蛋白氨基酸组成，制得一种氨基酸含量高且均衡的腐乳白坯用于后期白方腐乳的发酵。对其工艺流程进一步优化，并比较了添加小麦面筋蛋白的腐乳白坯与传统腐乳白坯的品质差异。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大豆，上海何煜食品有限责任公司；谷朊粉，山东渠风有限责任公司；天然盐卤，四川自贡；NaOH、HCl等均为分析纯试剂，国药试剂上海有限公司。

1.2 仪器与设备

HWS-12电热恒温水浴锅，上海一恒科技有限公司；WK2102T电磁炉，美的集团；AL204数显电子天平，梅特勒仪器上海有限公司；豆浆机，九阳；TA.XTPlus质构分析仪，英国STABLE MICROSYSTEMS公司；FE20pH计，梅特勒仪器上海有限公司；RJ-TDL-50A台式低速大容量离心机，无锡市瑞江分析仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 白坯制备工艺[11-12]

干黄豆洗净浸泡后打豆浆，豆浆煮熟备用。谷朊粉悬浮液经NaOH调节pH至中性，与豆浆混合均匀后加热，达到80～85 ℃时保温5 min,加入提前稀释好的天然盐卤，混合均匀后蹲脑静置0.5 h，破脑上模具压榨，排出多余黄泔水。谷朊粉悬浮液浓度为20%。

1.3.2 质构特性测试

(1) 全质构(texture profile analysis, TPA)[13-15]

质构参数：探头P/0.5，前进速度5 mm/s、冲压速度1 mm/s，回撤速度5 mm/s，触发力5 g，压缩比30%，同一样品3次平行取平均值。

(2) 凝胶强度的测定[16-17]

采用探头P/0.5，测前速度1.5 mm/s，测中速度0.5 mm/s，后撤速度1 mm/s，前进距离6 mm，触发力10 g。凝胶强度的定义为探头穿刺样品4 mm时凝胶破裂所需应力，单位为g。样品块型4 cm×4 cm×1 cm。每个样品做3次平行。

1.3.3 出品率

如公式(1)所示。

(1)

1.3.4 保水率

参照MOLINA等[19-20]的方法。取一小块豆腐样品，称重记为W1，然后将其置于离心管中，在20 ℃, 10 000×g条件下离心10 min，滤去离心析出的水分后，称重记为W2，将豆腐样品置于105 ℃干燥6 h，再次对豆腐样品进行称重，记为W3。豆腐保水率按公式(2)计算。

(2)

1.3.5 感官评价

选取10名经验丰富的感官评价员，其中男女各5人，根据产品风味、色泽、组织状态、弹性和口感等5个方面进行评定，取10位评定员打分的平均值作为该样品感官评分最终得分(总分50分)，评定开始前，样品于25 ℃水浴中保温。评价要求见表1。

表1 感官评分表

1.4 单因素实验

按工艺流程方法选取谷朊粉添加量(50、60、70、80和90 g)、压榨时间(0.5、1.0、1.5、2.0和2.5 h)、凝固剂添加量(4%、6%、8%、10%和12%)以及蹲脑时间(0、10、20、30和40 min)4个因素进行单因素试验，以感官评分和保水率为考察指标，探究各因素对腐乳白坯的影响。

1.4.1 谷朊粉(小麦面筋蛋白)添加量的确定

分别选择谷朊粉添加量50、60、70、80和90 g 5个水平，凝固剂添加量6%，蹲脑时间20 min，压榨时间1.5 h，原料总量150 g，以保水率为评价指标进行单因素实验，确定谷朊粉最佳添加量。

1.4.2 压榨时间的确定

分别选择压榨时间0.5、1.0、1.5、2.0和2.5 h 5个水平，凝固剂添加量6%，蹲脑时间20 min，谷朊粉添加量70 g，原料总量150 g，以保水率为评价指标进行单因素实验，确定最佳压榨时间。

1.4.3 凝固剂添加量的确定

分别选择凝固剂添加量4%、6%、8%、10%和12% 5个水平，谷朊粉添加量70 g，蹲脑时间20 min，压榨时间1.5 h，原料总量150 g，以保水率为评价指标进行单因素实验，确定凝固剂最佳添加量。

1.4.4 蹲脑时间的确定

分别选择蹲脑时间0、10、20、30和40 min五个水平，凝固剂添加量6%，谷朊粉添加量70 g，压榨时间1.5 h，原料总量150 g，以保水率为评价指标进行单因素实验，确定最佳蹲脑时间。

1.5 响应面设计

响应面实验采用可旋转中心组合设计方法进行试验设计，在单因素实验的基础上，选择合适范围的谷朊粉量A(g)、卤水量B(%)、压榨时间C(h)为3个因素，每个因素3个水平，以保水率、凝胶强度和出品率为响应值设计实验做进一步优化，原料总质量150 g，因素水平编码如表2所示。

表2 响应面因素水平编码

1.6 数据处理方法

每个样品均做3次平行，结果取平均值。采用DESIGN EXPERT 8.0.2分析软件进行分析处理。响应值与自变量的关系用二级多项式回归模型由公式(3)表示。

(3)

式中：Yi，实验响应值；β0、βi、βij，模型的回归参数；Xi和Xj，自变量的编码值。模型的充分性用决定系数(R2)和失拟检验(lack of fit)表示。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 谷朊粉(小麦面筋蛋白)添加量对腐乳白坯的影响

考察总原料中谷朊粉添加量对腐乳白坯感官品质和保水率的影响，结果如图1所示。随着谷朊粉添加量不断增加，豆腐保水率呈现先上升后下降的趋势，在添加量为60 g时达到最大值，保水率为77.14%。随着谷朊粉添加量的继续增加，保水率显著降低，可能的原因为谷朊粉添加量过多导致腐乳白坯黏着性增大，凝胶强度降低，使白坯块型易破损。且谷朊粉添加过多会使白坯硬度减小，咀嚼性降低，因此选择合适的添加量为60 g。分析感官评分与保水率的关系可见，感官评分与保水率呈正相关关系。

图1 谷朊粉添加量对腐乳白坯感官品质和保水率的影响

Fig.1 Effect of the addition amount of gluten on the sensory quality and water-holding capacity of the soybean curd

2.1.2 压榨时间对腐乳白坯的影响

考察不同压榨时间对腐乳白坯感官品质和保水率的影响，结果如图2所示。压榨时间过短不利于腐乳白坯的成型，且含水量过大，质构松散。保水率随压榨时间的延长呈现先增大后减小趋势，在1.5 h时达到最大值，保水率为69.00%，感官评分与保水率呈正相关关系。随着压榨时间的延长，豆腐的凝胶强度不断增大，但压榨时间过长会导致保水率下降，原因是蛋白含量丰富的黄泔水由于压榨时间过长被过多排出，也使蛋白含量下降。因此选取1，1.5和2 h 3个水平作为后续响应面优化的条件。

图2 压榨时间对腐乳白坯感官品质和保水率的影响

Fig.2 Effect of the squeezing time on the sensory quality and water-holding capacity of the soybean curd

2.1.3 凝固剂添加量对腐乳白坯的影响

本实验凝固剂选择天然卤水，考察凝固剂添加量对腐乳白坯感官品质和保水率的影响，结果如图3所示。随着凝固剂添加量的增多，保水率先迅速上升，添加量超过6%后缓慢下降，当卤水添加量为6%时，保水率达到最大值，保水率为73.86%，同时感官评分达到最大值。凝固剂添加量过少，白坯中的蛋白质不能凝胶完全，凝胶强度过小，导致白坯质构硬度小，咀嚼性差。而卤水添加量过多又会使白坯中的黄泔水过量排出，使白坯弹性变差，又因氯离子的作用产生苦味，不利于感官品质。综合选取卤水量6%、8%、10% 3个水平作为后续进一步优化条件。

图3 凝固剂添加量对腐乳白坯感官品质和保水率的影响

Fig.3 Effect of the coagulation dose on the sensory quality and water-holding capacity of the soybean curd

2.1.4 蹲脑时间对腐乳白坯的影响

如图4所示，保水率总体随蹲脑时间的延长而逐渐增大趋势，在20 min时达到一个峰值，保水率为68.99%。点浆操作结束后，蛋白质与凝固剂的凝固过程仍在继续进行，若点浆后直接上模具压榨，蛋白质网状结构尚不牢固，且凝胶尚未完成使大量蛋白随黄泔水排出，导致白坯凝胶强度过小，影响感官品质[21]。在实际操作中蹲脑时间过长能耗大，延长生产周期且成本增加。蹲脑时间为20 min，蛋白的凝胶过程基本完成，组织结构趋于稳定。综合考虑最终选取蹲脑时间20 min进行后续优化。

图4 蹲脑时间对腐乳白坯保水率的影响

Fig.4 Effect of the standing time on the sensory quality and water-holding capacity of the soybean curd

2.2 响应面试验结果

2.2.1 响应面实验设计及结果

在单因素实验的基础上，选择合适范围的谷朊粉量A(g)、卤水量B(%)、压榨时间C(h)为自变量，每个变量3个水平，以保水率、凝胶强度和出品率为响应值，做进一步优化，优化试验共计20组，其中中心点重复6次来确保数据稳定性，为保障实验的序贯性，轴向点α选择1.682，实验设计及响应值结果如表3所示。6个中心点数据显示保水率74.19%，凝胶强度96.22 g，出品率175.05%，实验结果稳定性良好。

表3 中心组合试验设计与结果

2.2.2 模型建立与数据分析

利用DESIGN EXPERT 8.0.2对所得结果进行统计分析，分别得到3个响应值的拟合模型，预测回归模型系数和二次模型回归系数的方差分析如表4和表5所示。

表4 预测回归模型系数

注：方程的显著性水平均为P<0.0001；*P<0.05；**P<0.01；***P<0.001。

表5 预测响应面二次模型回归系数的方差分析

注：***表示显著性水平0.001；**表示显著性水平0.01；*表示显著性水平0.1。

拟合方程中各项系数的绝对值大小直接反映各因素对响应值的影响程度，系数的正、负反映了影响的方向。由于方程的二项系数均为负数，表明抛物线方程有极大值，可进行优化分析[22]。由方程的一次项系数可得出对于保水率，3个因素的影响主次顺序为：凝固剂量>谷朊粉量>压榨时间；对于凝胶强度，各项因素的影响主次顺序为：谷朊粉量>凝固剂量>压榨时间；对于出品率，各项因素的影响主次顺序为：谷朊粉量>压榨时间>凝固剂量。由表4、表5可知，所选模型的不同处理间差异极显著(P<0.000 1)，说明用该回归方程描述各自变量与响应值之间关系时，其应变量与全体自变量之间的线性关系显著，该试验方法可靠。

预测响应面二次回归模型的系数ANOVA分析，结果显示线性和二次系数均呈显著水平(P<0.01)，但交互作用并不是每个响应值都显著。因此，在交互因素不显著的响应中，各因素的线性和二次影响是造成显著差异的主要决定因素[23]。由总模型的显著性水平可知，所有模型都呈差异极显著(P<0.000 1)。相关系数R2>0.9，模型失拟项>0.05，差异不显著，说明模型拟合程度良好，预测值与实测值之间有较好的相关性，实验误差较小，实验结果可靠，可以用回归方程代替实验真实点对实验结果进行分析和预测[24]。

2.3 响应面分析

2.3.1 双因子效应分析

根据回归方程和回归模型方差分析考察三维响应曲面图，观察响应曲面和等高线形状，分析谷朊粉添加量、凝固剂添加量和压榨时间对响应值的影响。

2.3.1.1 保水率响应曲面图

各因素之间的交互作用对腐乳白坯保水率影响如图5所示。等高线的形状可反映出交互作用的强弱，等高线越趋近于圆形说明两因素的交互作用越弱[25]。等高线图呈椭圆形或马蹄形，说明因素之间交互作用显著。其中压榨时间与谷朊粉添加量的交互作用对保水率有显著影响，响应曲面图基本呈抛物线型，随谷朊粉添加量的增大，保水率先增大后减小，而压榨时间对保水率的影响相对不明显。

图5 各因素对保水率影响的响应曲面图

Fig.5 Three-dimensional plot and corresponding contour plot of the effect on water-holding capacity

2.3.1.2 出品率响应曲面图

各因素之间的交互作用对腐乳白坯出品率影响如图6所示。其中谷朊粉添加量和凝固剂添加量间的交互作用以及压榨时间与凝固剂添加量间的交互作用均对出品率有显著影响，等高线图呈马蹄形和椭圆形。与方差分析结果一致。而谷朊粉添加量与压榨时间之间的交互作用响应曲面图坡度陡峭，说明该交互作用对出品率影响较大，但等高线图趋近于圆形，说明不显著。

图6 各因素对出品率影响的响应曲面图

Fig.6 Three-dimensional plot and corresponding contour plot of the effect on yield

图7 各因素对凝胶强度影响的响应曲面图

Fig.7 Three-dimensional plot and corresponding contour plot of the effect on gel-strength

2.3.1.3 凝胶强度响应曲面图

各因素之间的交互作用对腐乳白坯凝胶强度影响如图7所示。压榨时间和谷朊粉添加量的交互作用呈抛物线性关系，有极大值点，等高线接近于圆形，说明交互作用不显著。压榨时间与谷朊粉添加量分别与凝固剂添加量之间的等高线图均为椭圆形，说明因素之间交互作用显著。

2.3.2 验证响应面模型

利用DESIGN-EXPERT 8.0.6软件进行数据寻优分析，第一限制条件出品率，第二限制条件凝胶强度，第三限制条件保水率，所有响应值均越大越好，得出回归模型的最优工艺条件为原料中谷朊粉添加量39.45%(59.18 g)，凝固剂添加量10%，压榨时间1.21 h，此时保水率预测值为75.18%，出品率183.55%，凝胶强度95.99 g。对最优结果进行修正为谷朊粉量60 g，即占原料总量40%，卤水添加了10%，压榨时间1.2 h进行验证试验，3次平行试验得保水率平均值为75.82%，出品率平均值为178.34%，凝胶强度平均值为97.16 g，相对误差在允许范围内，实际值与预测值之间拟合良好，该模型具有可靠性和重现性，说明利用响应面优化法对腐乳白坯的优化结果是可行的，有效的。

3 添加小麦面筋蛋白腐乳白坯与传统腐乳白坯品质比较

3.1 两种腐乳白坯质构特性比较

由表6可知，添加小麦面筋蛋白对腐乳白坯的质构特性有显著影响。添加小麦面筋蛋白后白坯硬度、咀嚼性明显下降，黏附性、弹性和内聚力均提高。不同于普通豆腐，人们在食用腐乳时并不是整块食用，因此对于腐乳白坯而言，过高的硬度会使成品腐乳过硬，涂抹性差，不利于其感官品质。而通过添加小麦面筋蛋白，降低了传统腐乳白坯的硬度和咀嚼性，有利于成品腐乳形成良好的流变特性，使其质地更加细腻，便于食用。而黏附性和内聚力提高可使成品腐乳易于涂抹，形成软糯的质构。

表6 两种腐乳白坯质构特性比较

3.2 两种腐乳白坯其他评价指标比较

两种腐乳出品率、保水率、凝胶强度和感官评分等指标比较见表7。

表7 两种腐乳白坯其他评价指标比较

添加小麦面筋蛋白使腐乳白坯的出品率大大提高，涨幅达38.36%，保水率提高8.39%。感官评分显示，添加小麦面筋蛋白后的腐乳白坯更容易被消费者接受。而添加小麦面筋蛋白使白坯凝胶强度显著降低，这与添加小麦面筋蛋白使其硬度和咀嚼性下降相关。一方面有利于成品腐乳的感官品质，另一方面又容易造成在运输途中块型破损，如何找到平衡点有待后续研究[26]。

4 结论

腐乳制作中添加小麦面筋有利于改善传统腐乳的氨基酸平衡。就白胚品质而言，适当添加小麦面筋蛋白，不仅提高了白坯质构特性，也提高了腐乳白坯出品率，保水率和感官品质。