高纖維酸漿豆干制作配方優化及品質分析

楊春華，齊 文，任麗琨，孫亞東，張 光，楊 楊，張 娜

（哈爾濱商業大學食品工程學院，黑龍江哈爾濱 150028）

豆干是中國傳統豆制品之一，因其豐富的營養元素受到世界各國消費者的喜愛。酸漿豆干是利用自然條件下發酵的黃漿液加乳酸菌制備的酸漿作為凝固劑[1]。酸漿中含有豐富的乳酸菌，能分解蛋白質、脂肪和多糖，作為豆腐凝固劑已有四百多年的歷史[2-3]，與外來凝固劑相比更綠色健康[4]。酸漿豆干在微觀結構、質構特性和感官評價等方面都表現良好[5]，具有很大的研究前景。

豆干生產過程中副產物資源的浪費是目前較為嚴重的問題，豆渣是豆干加工的副產物[6]，其膳食纖維含量高達60%以上，是優質的膳食纖維來源。膳食纖維具有預防糖尿病、高血壓、冠心病、肥胖癥等多種慢性疾病和促進腸胃蠕動、降低血漿膽固醇、預防便秘與腸癌等功效[7]。但高膳食纖維產品口感粗糙、豆腥味重，存在一定的弊端，因此，本文在蹲腦過程添加TG酶改善豆干的口感。TG酶可以催化蛋白質發生交聯反應形成高分子量生物聚合物，從而提高食品的熱穩定性、質構特性、持水性和凝膠能力等[8-9]。Tang[10]等研究發現經TG酶誘導的豆腐凝膠強度更高、內部結構更均勻致密。Kwan等[11]認為TG酶能夠減少內酯豆腐因蒸餾引起的脫水，可以利用其生產耐蒸煮豆腐。

目前，豆干的研究熱點和待解決難題主要集中在副產物再利用、綠色安全的凝固劑的制備和品質特性的提高等方面。且我國對于豆干的研究主要集中在最適生產工藝及產品品質改良方面[12]，對酸漿豆干生產的研究甚少。本實驗在豆干生產中添加豆渣、酸漿和TG酶，利用單因素實驗及正交試驗確定最適生產工藝，并對其結構進行表征，以期確定高纖維酸漿豆干的最佳制備工藝參數，為日后豆制品生產副產物的應用及高纖維豆干的生產提供科學指導。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黃豆 黑龍江牡丹江市售；谷氨酰胺轉氨酶（簡稱TG酶） 酶活8300 U/g，食品級；HCUL 1.1801-1912德式乳桿菌德式亞種 云南自然發酵酸漿中分離，現保藏于哈爾濱商業大學食品工程學院實驗室；CGMCC: 1.2718嗜熱鏈球菌、CGMCC: 1.2472乳酸鏈球菌乳亞種 中國普通微生物菌種保藏管理中心。

HH-4恒溫水浴鍋 常州智博睿儀器制造有限公司；LDZX-50FBS高壓滅菌鍋 上海申安醫療器械廠；DM-Z100A自分渣磨漿機 滄州鐵獅民用機械廠；SX-12型電磁爐 九陽股份有限公司；TDZ5AWS臺式高速離心機 中科華辰實業有限公司；Universal TA質構儀 上海騰撥儀器科技有限公司；BS224S型分析天平 賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；Spestrum Two傅里葉紅外光譜 美國珀金埃爾默股份有限公司；ES-2030冷凍干燥儀、E-1010離子濺射鍍膜儀、Hitachi-3400掃描電鏡 日本日立儀器（上海）有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 高纖維酸漿豆干制作技術路線 豆干的一般制作工藝為泡豆、磨漿、分離豆渣、煮漿、點漿、蹲腦和壓制[13]。本試驗工藝路線如圖1所示，分別在煮漿、點漿和蹲腦過程加入豆渣、酸漿和TG酶，以達到制備優質高纖維酸漿豆干的目的。傳統酸漿豆干除了不添加豆渣和TG酶，其余步驟與下文一樣，豆水比為1:4.5，酸漿添加量21%。

圖1 工藝路線圖Fig.1 Process roadmap

a.泡豆：挑選顏色光亮、顆粒飽滿、無雜質的大豆浸泡12 h，換水3次后清洗干凈。

b.磨漿：磨漿時均勻控制加豆量、水流速度和水量，選擇豆水比。

c.濾漿：使用120目紗布過濾，除去豆渣。

d.煮漿：煮漿時采用轉速300 r/min的攪拌器攪拌，防止豆漿糊鍋粘底，此時添加豆渣（哈爾濱商業大學食品工程學院實驗室自制，水溶性膳食纖維含量為19.97%），待豆漿溫度到達95 ℃后計時10 min。

e.點漿：將豆漿置于85 ℃水浴鍋內降溫，溫度降到85 ℃時加入酸漿點腦（哈爾濱商業大學食品工程學院實驗室自制，pH4.0），邊加酸漿用勺子順時針在鍋壁邊上勻速推著豆漿攪拌，當鍋內呈現凝固的大塊豆腦花時停止攪拌。

f.蹲腦：豆漿降溫至60 ℃時將其移入60 ℃恒溫水浴鍋，添加TG酶（TG酶液以37 ℃水浴保溫10 min）蹲腦，用勺子輕輕順時針攪拌兩圈，蓋上蓋子蹲腦25 min。

g.壓制：破腦，1000 MPa 下壓制 30 min。

1.2.2 高纖維酸漿豆干制作配方優化

1.2.2.1 豆水比例對高纖維酸漿豆干感官評分的影響 設置豆渣添加量15%（w/w）、酸漿添加量20%（w/w）、TG 酶添加量 0.3%（w/w），豆水比例為 1:3.5、1:4、1:4.5、1:5、1:5.5（w/w）的條件下制備豆干，探究不同豆水比例對高纖維酸漿豆干感官評分的影響。

1.2.2.2 豆渣添加量對高纖維酸漿豆干感官評分的影響 設置豆水比例1:4.5、酸漿添加量20%、TG酶添加量0.3%，豆渣添加量為10%、12.5%、15%、17.5%、20%的條件下制備豆干，探究不同豆渣添加量對高纖維酸漿豆干感官評分的影響。

1.2.2.3 酸漿添加量對高纖維酸漿豆干感官評分的影響 設置豆水比例1:4.5、豆渣添加量15%、TG酶添加量0.3%，酸漿添加量為18%、19%、20%、21%、22%的條件下制備豆干，探究不同酸漿添加量對高纖維酸漿豆干感官評分的影響。

1.2.2.4 TG酶添加量對高纖維酸漿豆干感官評分的影響 設置豆水比例1:4.5、豆渣添加量15%、酸漿添加量20%，TG酶添加量為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的條件下制備豆干，探究不同TG酶添加量對高纖維酸漿豆干感官評分的影響。

1.2.2.5 響應面優化高纖維酸漿豆干工藝 根據單因素實驗結果，以感官評分為響應值，設計四因素三水平的Box-Benhnken試驗，優化高纖維酸漿豆干的制備工藝條件，響應面試驗因素水平見表1。

表1 響應面試驗因素水平設計Table 1 Response surface test factor level design

1.2.3 高纖維酸漿豆干指標的測定

1.2.3.1 感官評價的測定 由20位經過感官標準培訓人員對豆干的色澤、氣味、口感、組織狀態和總體可接受度評分，四舍五入取整數，總分100分。評分標準在Zhang等[14]的基礎上進行了改進，如表2所示。

表2 豆干感官評分標準Table 2 Sensory assessment form of tofu

1.2.3.2 膳食纖維含量的測定 參照GB 5009.88-2014的方法對樣品總膳食纖維含量進行測定。

1.2.3.3 凝膠強度的測定 參考岳文婷等[15]的方法，將剛制作完的豆干冷卻至室溫，切成2 cm×2 cm×2 cm的立方塊置于測試臺。探頭型號：P/0.5探頭；測試前中后速度：1 mm/s；應變：30%。凝膠強度為凝膠破裂時最大感應力（g）。

1.2.3.4 質構特性的測定 參考黃寶玲等[16]的方法，將冷卻至室溫的豆干切成2.5 cm×2.5 cm×2.5 cm大小的立方塊置于質構儀測試臺測定。探頭型號：P/35；測試前中后速度：1 mm/s；下壓高度：40%；觸發力：5 g。分別取豆干樣品5個點測定，取測定的平均值。

1.2.3.5 紅外光譜的測定 取凍干的豆干樣品，研磨過80目篩，使用傅里葉變換紅外光譜儀對蛋白二級結構進行分析。分辨率：4 cm-1；掃描次數：32次；掃描范圍：400～4000 cm-1。

1.2.3.6 掃描電鏡的測定 用小刀片將豆干切成2 mm×4 mm的小條備用，采用固定、沖洗、脫水、置換、干燥等預處理，最后進行噴金鍍膜，使用掃描電鏡觀察豆干的微觀結構。

1.3 數據處理

利用SPSS 22.0對數據進行標準差分析；利用Origin Pro 8.5對相應數據進行作圖；使用Design-Expert 10.0.3軟件進行Box-Behnken試驗設計。

2 結果與分析

2.1 高纖維酸漿豆干工藝條件的單因素實驗

2.1.1 豆水比例對高纖維酸漿豆干凝膠強度和感官品質的影響 不同豆水比例對豆干凝膠強度和感官評分的影響如圖2所示。豆干的凝膠強度在豆水比1:3.5時最好，為776 g，然后逐漸降低。這可能與豆漿濃度有關，高水量可以提高豆干出品率，但會對產品的蛋白凝膠結構造成不良影響。當豆水比例為1:4.5時與傳統酸漿豆干的凝膠強度相近。豆水比例1:4.5的高纖維酸漿豆干在感官各個方面均得分最高，此時的口感最佳、彈性好、有嚼勁。豆水比過高會破壞豆干的內部組織狀態，總體接受性差。因而確定制備高纖維酸漿豆干的最適豆水比例為1:4.5。

圖2 不同豆水比例對高纖維酸漿豆干品質的影響Fig.2 Effects of different soybean-water ratios on the quality of high-fiber acid slurry tofu

2.1.2 豆渣添加量對高纖維酸漿豆干凝膠強度和感官品質的影響 不同豆渣添加量對豆干凝膠強度和感官評分的影響如圖3所示。豆干凝膠強度隨著豆渣添加量的提高逐步升高，當添加量高于17.5%后凝膠強度變化趨于平穩。豆渣添加量為15%時，高纖維酸漿豆干與傳統酸漿豆干的凝膠強度最為相近，為726 g。少量膳食纖維的添加不會影響豆干凝膠結構，而添加過多會導致產品硬度提高，從而增加凝膠強度。感官評定結果顯示豆渣添加量較低不會對豆干感官評定造成影響，產品仍顏色均一、組織質地均勻。當豆渣添加量超過15%時，豆干顏色偏黃、不均一，結構粗糙，口感變差。因而確定制備高纖維酸漿豆干的最適豆渣添加量為15%。

圖3 不同豆渣添加量對高纖維酸漿豆干品質的影響Fig.3 Effects of different addition amounts of bean dregs on the quality of high-fiber acid slurry tofu

2.1.3 酸漿添加量對高纖維酸漿豆干凝膠強度和感官品質的影響 不同酸漿添加量對豆干凝膠強度和感官評分的影響如圖4所示。高纖維酸漿豆干的凝膠強度隨著酸漿添加量的增加呈現先上升后下降的趨勢，當添加量為21%時，凝膠強度達到最高738 g，且此時的凝膠強度與傳統酸漿豆干相近。隨著酸漿添加量的增加，蛋白質的凝固速度加快，網絡結構變差致使豆干凝膠強度減弱[17-18]。酸漿添加量為21%的高纖維酸漿豆干總體接受度得分最高，此時的豆干呈現均一白色，具有濃郁的豆香味，組織細膩均勻。酸漿添加量較低時，豆干的彈性較小，且豆香味不明顯。酸漿添加量大于21%時，豆干產生明顯酸味，口感變粗糙。因而確定制備高纖維酸漿豆干的最適酸漿添加量為21%。

圖4 不同酸漿添加量對高纖維酸漿豆干品質的影響Fig.4 Effects of different addition amounts of slurry on the quality of high-fiber acid slurry tofu

2.1.4 TG酶添加量對高纖維酸漿豆干膠凝強度和感官品質的影響 不同TG酶添加量對豆干凝膠強度和感官評分的影響如圖5所示。隨著TG酶添加量的提高，豆干的凝膠強度呈現先升高后平穩的趨勢，與劉張菊等[19]結果一致。0.3%TG酶添加量的豆干凝膠強度為735 g，與傳統酸漿豆干的凝膠強度最相近。TG酶會改變食品系統中的蛋白質功能特性，是部分或完全變性蛋白之間共價交聯及非共價共同作用的結果，聚合致使分子疏水性發生變化。凝膠強度后期的平穩趨勢說明豆漿體系內底物有限，所能交聯的共價鍵已接近飽和狀態[20-21]。當TG酶添加量為0.3%時感官分數最高，口感、色澤和可接受性均19分，此時豆干顏色偏白且均一，具有淡淡的豆香味，組織狀態結構緊密。TG酶添加量較高會導致豆干的組織狀態不緊密，口感略微粗糙。因而確定制備高纖維酸漿豆干的最適TG酶添加量為0.3%。

圖5 不同TG酶添加量對高纖維酸漿豆干品質的影響Fig.5 Effects of different addition amounts of transglutaminase on the quality of high-fiber acid slurry tofu

2.2 響應面試驗優化高纖維酸漿豆干配方

2.2.1 響應面試驗結果 運用Design-Expert8.0.6對表3進行多元回歸擬合，得到高纖維酸漿豆干感官評分（Y）對自變量豆水比例（A）、豆渣添加量（B）、酸漿添加量（C）、TG酶添加量（D）的多元回歸方程：Y=+91.76-0.05A-0.89B-0.53C+0.81D+0.62AB+0.4AC+0.27AD-0.52BC-0.23BD+0.075CD-5.53A2-12.67B2-9.13C2-2.62D2

表3 Box-Behnken試驗設計及結果Table 3 Design and results of Box-Behnken experiment

對回歸模型進行方差分析，結果見表4。由表4可知，該模型中模型項F值為227.31，建立的二次項模型具有極顯著性（P＜0.01），方差分析中失擬項P值為0.3887＞0.05，差異不顯著，模型與數據擬合度良好，實驗誤差小。回歸模型系數的顯著性檢驗結果R2為0.9956，R2Adj=0.9912，說明方程因變量和自變量之間回歸效果顯著，可以用來進行高纖維酸漿豆干的感官評分Y（響應值）的預測。

表4 回歸模型和方差分析Table 4 Regression model and analysis of variance

通過比較各項P值，可以確定C為顯著因素（P＜0.05），B、D、A2、B2、C2、D2極顯著（P＜0.01），AB的交互作用最明顯。通過F值的大小可以判定各因素對高纖維酸漿豆干感官評分影響的重要性，F值越大代表影響程度越大，其影響大小為B＞D＞C＞A，即豆渣添加量＞TG酶添加量＞酸漿添加量＞豆水比例。

圖7 豆水比例和酸漿添加量交互作用對高纖維酸漿豆干感官評分的影響Fig.7 Effects of the interaction between the soybean-water ratio and the amount of acid slurry addition on the sensory of high-fiber acid slurry tofu

圖8 豆水比例和TG酶添加量交互作用對高纖維酸漿豆干感官評分的影響Fig.8 Effects of the interaction between the soybean-water ratio and the amount of transglutaminase addition on the sensory of high-fiber acid slurry tofu

2.2.2 各因素交互因子效應分析 響應面可直接反映各因素與響應值之間的關系以及各因素間的交互作用，響應面的坡度越陡則表明2個因素的交互作用的影響就越大。各因素間的交互作用見圖6～圖11，響應面均呈凸形曲線表明最優配方在所設計因素范圍之內。由圖可知，在交互關系中，各因素對規范化綜合得分的影響B＞D＞C＞A。

圖6 豆水比例和豆渣添加量交互作用對高纖維酸漿豆干感官評分的影響Fig.6 Effects of the interaction between the soybean-water ratio and the amount of soybean dregs addition on the sensory of high-fiber acid slurry tofu

圖9 豆渣添加量和酸漿添加量交互作用對高纖維酸漿豆干感官評分的影響Fig.9 Effects of the interaction between the amount of soybean dregs addition and the amount of acid slurry addition on the sensory of high-fiber acid slurry tofu

圖10 豆渣添加量和TG酶添加量交互作用對高纖維酸漿豆干感官評分的影響Fig.10 Effects of the interaction between the amount of soybean dregs addition and the amount of transglutaminase addition on the sensory of high-fiber acid slurry tofu

圖11 酸漿添加量和TG酶添加量交互作用對高纖維酸漿豆干感官評分的影響Fig.11 Effects of the interaction between the amount of acid slurry addition and the amount of transglutaminase addition on the sensory of high-fiber acid slurry tofu

2.2.3 條件優化及驗證 按照Design-expert軟件分析優化后得出高纖維酸漿豆干的最佳工藝條件為豆水比例1:4.57、豆渣添加量14.92%、酸漿添加量20.98%、TG酶添加量0.32%，預測高纖維酸漿豆干的感官評分為91.74分。為驗證響應面法所得結果的可靠性，在此最優條件下做三次平行實驗，將工藝條件參數修約為：豆水比例1:4.6、豆渣添加量15%、酸漿添加量為21%、TG酶添加量為0.3%，得到的感官評分為92.21分，和理論分數的相對誤差為0.51%，誤差較小，說明該模型合理可行。

2.3 高纖維酸漿豆干與傳統酸漿豆干的品質比較分析

2.3.1 膳食纖維含量 經測定，傳統酸漿豆干的膳食纖維含量為0.26%±0.15%，本試驗制得的高纖維酸漿豆干膳食纖維含量為2.15%±0.28%。

2.3.2 質構測定 如表5所示，高纖維酸漿豆干的各質構指標比傳統酸漿豆干略低，其中彈性無顯著差異（P＞0.05），其硬度和咀嚼性的降低說明二種豆干品質相似，前者在提高膳食纖維攝取量的同時避免了品質裂化現象。

表5 豆干質構比較Table 5 Comparison of tofu texture

2.3.3 紅外光譜分析 圖12是兩種酸漿豆干凝膠樣品的傅里葉紅外光譜（fourier transform infrared spectrometer, FTIR）圖。FTIR是分析蛋白質結構的重要方法，其高靈敏度、高分辨率、高信噪比和準確的頻率精度能將酰胺I帶（1600～1700 cm-1光譜區間）的子峰進一步分解，并對二級結構定量分析。酰胺I帶的寬吸收峰與蛋白質二級結構的對應關系為：1610～1640 cm-1為β-折疊，1640～1650 cm-1為無規則卷曲，1650～1660 cm-1為α-螺旋，1660～1700 cm-1為β-轉角[22]。

圖12 豆干FTIR光譜圖Fig.12 FTIR spectra of tofu

如表6所示，與傳統酸漿豆干相比，高纖維酸漿豆干的α-螺旋和β-轉角含量明顯減少，β-折疊和無規則卷曲含量明顯增加。這可能是由于添加豆渣后，豆渣中膳食纖維的羥基（-OH）與蛋白質結合，形成蛋白-纖維聚集體，阻礙β-轉角中氫鍵的形成，使β-轉角發生解體。由于豆渣膳食纖維具有較多的氫鍵集合位點，影響了蛋白網絡中氫鍵與氫鍵的連接，使其形成了無規則構象，因此無規則卷曲含量增加[23]。蛋白質二級結構中的α-螺旋結構主要依靠氫鍵維持穩定，TG酶催化谷氨酸殘基的γ-羧基酰胺基團與各種伯胺的氨基間形成異肽鍵，致使蛋白質發生聚集，增強蛋白質與蛋白質之間的交聯，所以α-螺旋結構內部的氫鍵解螺旋后展開，轉變為β-折疊[24]。

表6 不同豆干的二級結構含量Table 6 The secondary structure content of different tofu

2.3.4 掃描電鏡分析 如圖13和圖14所示，傳統酸漿豆干的切面圖呈現出細密、均勻的網狀結構，有少部分出現較小的空洞。而添加了豆渣的高纖維酸漿豆干質地并沒有比其粗糙，反而更均勻、細膩，說明TG酶起到了很好的交聯膳食纖維與蛋白質結構的作用，使豆干結構更加致密有序。

圖13 傳統酸漿豆干的掃描電鏡圖Fig.13 Scanning electron micrograph of traditional acid slurry tofu

圖14 高纖維酸漿豆干的掃描電鏡圖Fig.14 Scanning electron micrograph of high-fiber acid slurry tofu

3 結論

本實驗采用單因素和響應面試驗優化了高纖維酸漿豆干的工藝，滿足了人們對豆干高纖維、高品質、高彈性的需求，在提高膳食纖維攝取量的同時避免了豆干因膳食纖維過多而引起的品質裂化。最終確定的最優工藝如下：豆水比例1:4.6、豆渣添加量15%、酸漿添加量21%、TG酶添加量0.3%，此時感官評分為92.21分，各方面均優良。影響高纖維酸漿豆干感官評分的大小順序依次為：豆渣添加量＞TG酶添加量＞酸漿添加量＞豆水比例。與傳統酸漿豆干對比，此工藝條件下高纖維酸漿豆干的膳食纖維含量由0.26%提升至2.15%；豆干豆香味濃郁、內部組織均一，接受度明顯提升；由FTIR光譜圖可知TG酶增強了蛋白質與蛋白質之間的交聯，且微觀結構更加致密、有序；質構特性沒有明顯變化，說明豆干膳食纖維含量的提升并沒有裂化其品質。本實驗不僅為開發酸漿豆干的多樣性做出理論參考，還為豆渣深加工和酸漿豆干工業化的發展提供了科學依據。