响应面优化百香果豆腐的加工工艺及品质研究

农双宁，谢文佩，郭茵，卢定环，严晓敏，陈超恒，施明月，班红玲

（广西中医药大学 食品科学系，广西 南宁 530000）

百香果（Passiflora edulis Sims）学名西番莲，是隶属于西番莲科西番莲属多年生常绿藤本植物的果实，广泛分布在热带及亚热带地区[1-2]，在我国种植面积较广。广西是最大的百香果种植基地，2017年广西北流市被授予“中国百香果之乡”的称号，百香果产业作为广西精准扶贫特色水果产业，在助力广西乡村振兴战略中发挥了重要作用[3]。百香果汁中含有多种芳香物质，香气独特且出汁率高，具有安神、抗焦虑、化痰生津等功效，被誉为“果汁之王”[4-5]。果汁的有机酸含量丰富，纯果汁有效酸度pH值为2.5，主要为柠檬酸[6]，常被用于复合果汁饮料的生产[4]。

豆腐是中国饮食文化中的传统食物，最常见的豆制品之一。豆腐由大豆蛋白凝胶形成，富含优质蛋白以及多种活性成分，易被人体吸收，营养价值高，享有“植物肉”的美誉[7]。目前常用于制作豆腐的凝固剂类型有盐类及酸类[8]。由于凝固剂的不同，豆腐风味及感官特点有较大差别[9]。关于新型豆腐凝固剂的研发，李健等[10]、Li等[11]分别提取山楂、五味子中的酸性物质，制作山楂酸豆腐及五味子豆腐。思旭平等[12]利用沙棘果汁的酸性成分研制出营养豆腐。Sitanggang等[13]利用三敛和酸橙汁制成混合凝固剂生产豆腐。本研究使用百香果汁作为凝固剂，利用百香果汁中的酸性物质使大豆蛋白形成凝胶，制作天然健康的豆腐。以天然有机酸物质替代目前常用化学凝固剂，在保留豆腐浓郁豆香和营养价值的前提下，减少食品添加剂的使用，增加百香果特有的风味，非常符合在大健康背景下人们对绿色食品的追求，同时拓宽了广西精准扶贫产品百香果的深加工途径。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

百香果：产自广西北流百香果种植基地；大豆：市售。

1.2 仪器与设备

电子天平（京制00000246号）：赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；低速多管架自动平衡离心机（TDZ5-WS）：湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；电热恒温鼓风干燥箱（DHG-9053A）：上海精宏实验设备有限公司；雷磁pH计（PHS-3E）：上海仪电科学仪器股份有限公司；电子水分测定仪（DSH-50-1）：上海越平科学仪器（苏州）制造有限公司。

1.3 工艺流程

工艺流程如下。

1.4 操作方法

1.4.1 黄豆预处理

挑选无虫害、无霉变、无破瓣、无豆荚等杂质、颗粒均匀饱满的黄豆，按豆水质量比1∶4加入饮用水（符合GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》）浸泡10 h左右。黄豆吸水膨胀后豆皮不破裂，具有黄色光泽，质量约为干豆的2.3倍。

1.4.2 百香果汁的制备

选用无破损、无霉变、无虫害、香气浓郁的百香果，去壳，用100目过滤袋滤去百香果籽后打浆，过滤，所得的百香果原汁pH值约为2.5，加水稀释并用雷磁pH计测定pH值，直到将pH值调节至3.0左右，制得点浆用的百香果汁。

1.4.3 制备豆浆

将浸泡好的黄豆按豆水质量比1∶8加水打浆，采用两段式加热的方式煮浆，煮浆温度在70℃维持10 min，快速升温煮沸5 min[14]。采用热过滤的方法[15-16]，将熟豆浆用150目过滤袋趁热滤去豆渣，制得的豆浆豆腥味消失，无焦味及苦味，具有浓郁宜人的豆香味。

1.4.4 点浆及蹲脑

将百香果汁加入豆浆中，稍加搅拌后放入水浴中保温蹲脑30 min，等待豆腐凝胶的形成。

1.4.5 压榨成型

将豆腐凝胶转移至豆腐模具中，在模具上以重物施加压力静置压榨45 min后取出，测定豆腐得率、持水性、含水量及感官评分。

1.5 检测方法

1.5.1 感官评分

豆腐制作完成后，参考思旭平等[12]、江振桂等[17]的研究制定百香果豆腐的感官评分标准。邀请10名无特殊偏好的感官评价员，对百香果豆腐的成品进行感官评分，百香果豆腐感官评分标准见表1。

表1 百香果豆腐感官评分标准Table 1 Sensory evaluation of passion fruit tofu

1.5.2 成品豆腐得率的测定

以重物加压泄水后的鲜豆腐在室温25℃下静置8 min后称量，计算出每100 g黄豆所得鲜豆腐的质量，豆腐得率公式如下。

1.5.3 持水性

豆腐的持水性又称保水性，持水性的测定方法参照刘海宇等[18]的方法稍加修改。将干燥的离心管（15 mL）底部1/3处塞满脱脂棉，称取2.000 0 g（精确至0.000 1 g）的豆腐放入离心管中，1 000 r/min离心10 min，记录离心后豆腐的质量（W1），置于105℃下干燥至恒重（W0）。每组样品以同样的方法，进行3次重复平行试验，计算其平均值，持水性公式如下。

1.5.4 含水量

采用电子水分测定仪测定豆腐的水分含量，即含水量w（%）。

1.6 试验设计

1.6.1 单因素试验设计

单因素试验固定工艺条件：干黄豆按豆水质量比1∶4浸泡10 h左右；制备豆浆时所用的饮用水为干黄豆的8倍；每份样品过滤后，熟豆浆的质量为1 080 g；点浆时百香果汁的pH值为3.0；蹲脑保温时间30 min；压榨成型时间45 min。在保持上述工艺条件不变的情况下，以豆腐得率、含水量、感官评分及持水性为评价指标，依次进行加压泄水压力、蹲脑保温温度、点浆后溶液pH值3个单因素试验，探究其对百香果豆腐品质的影响。单因素的试验水平分别为加压泄水压力5、7、9、11、13 g/cm2（加压泄水模具面积为152 cm2）；蹲脑保温温度 40、50、60、70、80 ℃；点浆后溶液 pH 值 4.0、4.5、5.0、5.5、6.0。

1.6.2 响应面试验设计

在单因素试验的基础上，应用Desgin-Expert10.0.4，选取加压泄水压力（A）、蹲脑保温温度（B）、点浆后溶液pH值（C）3个影响因素，以感官评分为响应值，运用响应面优化法进行中心组合（Box-Behnken）设计试验，其因素与水平见表2。

表2 百香果豆腐工艺优化响应面试验因素水平编码Table 2 Level code of response surface test factors for process optimization of passion fruit tofu

1.7 数据处理分析

运用Desgin-Expert 10.0.4、Origin2018软件进行数据处理与分析作图。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 加压泄水压力对百香果豆腐品质的影响

加压泄水压力对百香果豆腐品质的影响见图1。

图1 加压泄水压力对百香果豆腐品质的影响Fig.1 Effect of pressure and drainage pressure on the quality of passion fruit tofu

由图1可知，随着加压泄水压力的增加，豆腐得率下降趋势明显，含水量与持水性的变化不大。这是因为随着压力的增加，失水量增多，豆腐中的水分减少，从而导致豆腐得率减少，含水量及持水性均呈下降的趋势。感官评分随着压力的增加先上升后下降，当压力为9 g/cm2时，豆腐软硬适宜，表面呈均匀的浅黄色泽，豆香及果香味相对浓郁，因此感官评分较高。综合以上分析，在加压泄水压力为7 g/cm2～11 g/cm2时，百香果豆腐品质相对较好。

2.1.2 蹲脑保温温度对百香果豆腐品质的影响

蹲脑保温温度对百香果豆腐品质的影响见图2。

图2 蹲脑保温温度对百香果豆腐品质的影响Fig.2 Effect of temperature on the quality of passion fruit tofu

由图2可知，随着蹲脑保温温度的升高，豆腐得率、含水量及持水性均呈平缓下降趋势。感官评分先上升后下降，在蹲脑保温温度为60℃时，豆腐品质最佳。这是因为在保温蹲脑时，升高温度会加快蛋白质的凝集速率[12]，从而影响凝胶效果致使豆腐含水量、持水性逐渐下降，豆腐得率也随之降低。蹲脑保温温度的变化也可能会影响果汁中有机酸H+的解离，温度升高，解离速率加快，H+浓度增加。因此，当温度升高，溶液酸化速率加快，蛋白质聚集，凝胶刚性增强[19]。豆腐的口感发生明显变化，蹲脑保温温度为40℃豆腐过软，60℃时软硬适宜，80℃时较硬。综合以上分析，当蹲脑保温温度在50℃～70℃时，百香果豆腐品质相对较好。

2.1.3 点浆后溶液pH值对百香果豆腐品质的影响

点浆后溶液pH值对百香果豆腐品质的影响见图3。

图3 点浆后溶液pH值对百香果豆腐品质的影响Fig.3 Effect of pH value on the quality of passion fruit tofu

由图3可知，随着点浆后溶液pH值的增大，豆腐得率、含水量、持水性均呈先下降后上升的趋势，感官评分则是先升高后降低。点浆后溶液pH值较低时，溶液中的H+浓度较高，蛋白质聚集过快，点浆后可观察到明显的凝胶颗粒，制得的豆腐过酸。可能是豆腐压榨成型时，颗粒之间的空隙可保持一些水分，从而导致持水性较高，豆腐得率及含水量也随之升高。点浆后溶液pH值较高时，溶液中的H+浓度较低，蛋白质凝胶逐渐形成，但豆腐质软，久置易有水分渗出，豆香果香较淡，浅黄色变淡。可能是因为凝胶结构松散，水分较多的存在于疏松的结构中，致使持水性较高，从而导致豆腐得率、含水量随其增加。说明蛋白凝胶的持水性与蛋白质分子的网络结构相关[20-21]。当点浆后溶液pH值为5.0时形成的蛋白凝胶效果较好，豆腐感官评分最高。综合以上分析，点浆后溶液pH值在4.5～5.5范围内制作的百香果豆腐品质较好。

2.2 响应面优化百香果豆腐最优加工工艺

2.2.1 响应面试验设计结果与方差分析

根据表2中的因素与水平，使用Design-Expert10.0.4软件的中心组合（Box-Behnken）设计试验，试验结果见表3，方差结果见表4。

表3 响应面试验分析方案与结果Table 3 Analysis scheme and results of response surface test

表4 方差分析结果Table 4 Results of variance analysis

运用Design-Expert 10.0.4对表3的试验数据进行回归拟合分析，得到百香果豆腐感官评价的二次多项式回归模型为感官评分=83.08－0.11A－0.12B＋4.89C＋0.050AB＋0.18AC－0.55BC－1.93A2－0.55B2－4.73C2。

由表 4可知，该回归模型极显著（P＜0.000 1），失拟项（P=0.863 1＞0.05），可知此模型可靠性高，试验误差小。回归系数R2=0.980 3，校正决定系数R2Adj=0.955 1，说明模型的拟合程度较高，该模型95.51%的可变性可在解释范围内。百香果豆腐感官评分的影响因子主次顺序为点浆后溶液pH值（C）＞蹲脑保温温度（B）＞加压泄水压力（A）。其中一次项C和二次项C2影响极显著（P＜0.000 1），二次项A2（P＜0.05）影响显著，各因素之间的交互效应不显著（P＞0.05）。

2.2.2 响应面交互作用分析

由方差分析可知点浆后溶液pH值对百香果豆腐的感官评价影响显著。根据回归方程绘制出的等高线及响应曲面，可反映各试验因素的交互作用对响应值的影响趋势。若等高线越密集，形状为椭圆，响应曲面越陡，说明因素间的交互作用对响应值影响越大。若等高线稀疏，形状为圆形，响应曲面平缓，说明因素间的交互作用对响应值影响不大[22-23]。各因素对百香果豆腐的感官评分响应值影响的等高线及响应曲面见图4。

图4 各因素交互作用对百香果豆腐的感官评价影响的等高线及响应曲面图Fig.4 Contour and response surface of the interaction of various factors on sensory evaluation of passion fruit tofu

由图4可知，随着加压泄水压力和蹲脑保温温度的升高，感官评分先增大后减小，等高线呈椭圆形，但响应曲面较平缓，说明这两个因素之间交互作用不显著；随着加压泄水压力和点浆后溶液pH值的升高，感官评分先增大后减小，响应曲面较陡峭，但等高线呈圆形，说明这两个因素之间的交互作用不显著；随着蹲脑保温温度和点浆后溶液pH值的升高，感官评分先增大后减小，等高线呈椭圆形，但响应曲面较平缓，说明这两组因素之间的交互作用不显著，这与表4的方差分析结果一致。

2.2.3 最佳工艺条件验证试验

响应面优化得出最佳的百香果豆腐加工工艺参数为加压泄水压力8.98 g/cm2、蹲脑保温温度56.70℃、点浆后溶液pH5.26，其感官评分预测值为84.42。根据实际情况及操作便利性，将最优的加工工艺条件修改为加压泄水压力9 g/cm2、蹲脑保温温度60℃、点浆后溶液pH5.0，在此条件下进行验证试验，感官评分为85分，与预测值接近，得到的百香果豆腐成块完整，呈浅黄色，豆香浓郁，具有百香果特有果香味，无豆腥味，表面无黏性，弹性好，软硬适宜。

3 结论

根据单因素和响应面优化的试验结果，以豆腐得率、含水量、持水性及感官评分作为评价指标，确定最佳的百香果豆腐加工工艺参数为加压泄水压力9 g/cm2、蹲脑保温温度60℃、点浆后溶液pH5.0。对最佳工艺参数进行验证试验，得到的豆腐感官评分与模型理论值接近，证明其工艺条件可行。本研究以天然有机酸作为生产豆腐的凝固剂，在保留豆腐原有营养的基础上赋予其百香果特殊风味，为探究制作豆腐的天然凝固剂提供参考依据。除了单独使用一种凝固剂生产豆腐之外，也可探究几种天然凝固剂复配组成的混合凝固剂对豆腐品质的影响。