響應面法與迭代算法結合的豆腐乳成分特性分析

徐香勤

(河南牧業經濟學院，鄭州 450011)

豆腐乳的種類繁多，生產遍布各個地域。根據豆腐乳生產過程中添加物的不同，可將豆腐乳分為紅、白兩種[1]。紅豆腐乳在發酵過程中常用添加物為紅曲和面曲，其中紅曲用于豆腐乳表面著色，兩種曲內含有豐富的酶，可促進豆腐乳中淀粉的分解[2]。

豆腐乳的發酵過程是一種綜合的生物化學變化過程，發酵過程對于豆腐乳風味物質的形成起決定性作用，在發酵過程中形成多種酶，促進豆腐乳獨特風味物質的形成[3]。

現階段對豆腐乳的感官評價和綜合分析缺少有效的理論方法，豆腐乳的品質評價是需要進行綜合考慮的多因素關系[4-6]。有關豆腐乳的品質評價需要對其差異性進行分析。

在豆腐乳發酵過程中，發酵溫度、食鹽添加量和酒精添加量決定了發酵過程的產物種類和含量，因此可采用響應面法優化的方法進行豆腐乳發酵過程優化。同時對豆腐乳進行成分測定，對豆腐乳的品質和理化指標進行分析，采用迭代法進行豆腐乳品質成分分析，得到各成分物質的綜合評價[7-9]，其分析方法可用于豆腐乳生產過程的優化及成分特性的分析。

1 豆腐乳發酵影響因子

1.1 溫度對發酵過程的影響

對豆腐乳發酵原材料進行處理后，分別在10，20，30，40，50 ℃條件下進行發酵。發酵完成后，采用綜合評定的方式對豆腐乳的品質進行評價，評價結果見圖1。

圖1 溫度對豆腐乳品質的影響

1.2 食鹽添加量對發酵過程的影響

在豆腐乳發酵原材料中加入食鹽，食鹽重量分別占原材料重量的5%、8%、10%、12%、15%，在30 ℃條件下進行發酵。發酵完成后，采用綜合評定的方式對豆腐乳品質進行評價，評價結果見圖2。

圖2 食鹽添加量對豆腐乳品質的影響

1.3 酒精添加量對發酵過程影響

在豆腐乳發酵原材料中加入酒精，酒精重量分別占原材料重量的4%、8%、12%、16%、20%，在30 ℃條件下進行發酵。發酵完成后，采用綜合評定的方式對豆腐乳的品質進行評價，評價結果見圖3。

圖3 酒精添加量對豆腐乳品質的影響

2 響應面法對發酵條件的優化

基于響應面法進行豆腐乳發酵條件優化時，以豆腐乳的品質綜合評價為目標函數。按照響應面試驗方法要求，共設有17個響應試驗點，其中包含12個原因分析點和5個中心點[10]，響應面法試驗結果見表1。

表1 豆腐乳發酵響應面試驗設計及試驗結果

通過對表1中數據進行分析，可擬合出豆腐乳發酵過程中，豆腐乳綜合評分與溫度(X1)、食鹽添加量(X2)和酒精添加量(X3)之間的回歸模型，回歸方程可表示為：

Y=9.08-0.087X1-0.1X2+0.16X3+0.25X1X2-0.38X12-0.3X22-0.43X32。

對上述回歸方程進行綜合分析后可以得出，為使豆腐乳品質綜合評分最高，其工藝條件組合方式為溫度29 ℃、食鹽添加量10%、酒精添加量11.5%，此時豆腐乳發酵過程綜合評分為9.06分。

3 豆腐乳成分測定

豆腐乳的品質構成包括感官品質和理化品質，采用成分分析的方法對豆腐乳中的主要成分進行分析。在進行豆腐乳理化特性分析時，對不同的成分類別采用不同的測定方法，每種成分需進行5次測定，分析測定的豆腐乳成分及各成分含量見表2。

表2 豆腐乳理化特性測定結果

4 迭代法成分分析與評價

豆腐乳成分可以看成一種非線性系統的數學模型，進行迭代預測計算，得出預測方程[11]：

xk=Φ(xk,k-1)+Γ(xk-1,k-1)ωk，

通過對豆腐乳理化特性測定結果進行迭代分析可以看出，豆腐乳的理化成分主要包含四部分：第1成分特征值大于6，迭代變異百分比為32%；第2成分特征值為4～6，迭代變異百分比為21%；第3成分特征值為3～4，迭代變異百分比為17%；第4成分特征值小于3，迭代變異百分比為8%。豆腐乳成分特征向量表見表3。

表3 豆腐乳成分特征向量表

采用迭代法對豆腐乳成分進行分析后，可得出豆腐乳理化特性中，各主要成分特征向量綜合評價公式為：

Y=0.368Y1+0.213Y2+0.178Y3+0.071Y4+60。

將表3所示數據代入公式，可得出豆腐乳成分特性綜合評分，見表4。

表4 豆腐乳成分特性綜合評分

5 結論

通過分析豆腐乳生產過程的相關影響因素，采用單因素測定的方法得出單個影響因素對豆腐乳發酵過程的影響。

運用響應面分析，綜合各影響因素對豆腐乳品質的影響權重，得出在豆腐乳品質最高時，發酵溫度29 ℃、食鹽添加量10%、酒精添加量11.5%，此時豆腐乳發酵過程綜合評分為9.06分。

對豆腐乳成分進行分析，采用迭代法分析各成分的特征向量，并進行豆腐乳成分綜合評價分析，得出豆腐乳成分特性綜合評分。