齐宝坤1，李杨1*，王中江1，冯丽丽2，王春颖2，姜剑2
1．东北农业大学食品学院（哈尔滨150030）；2．九三粮油工业集团有限公司(哈尔滨150090)
摘要在传统豆腐加工工艺过程中引进超声处理步骤，对超声处理工艺进行研究。结果表明，超声处理能够显著提高豆腐凝胶强度和持水性，并改善豆腐品质。在单因素试验基础上，通过响应面分析法对豆腐加工过程中超声处理工艺条件进行优化，确定超声处理最优工艺：超声功率295 w、超声温度50℃、超声pH 9和超声时间30 min。在最优工艺条件下，可制得凝胶强度高、持水性及感官品质好的豆腐。
关键词超声；豆腐品质；工艺优化
豆腐是中国的传统美食，因其口感细腻、绿色健康而深受人们喜爱。豆腐的营养价值很高，富含8种氨基酸和多种不饱和脂肪酸，且易于消化吸收。豆腐还具有一定的保健功效，其中含有的植物雌激素和异黄酮，利于女性更年期症状的克服，并对乳腺癌具有预防作用。目前，对豆腐的研究主要集中在凝固剂、豆腐凝胶的形成及加工工艺等方面。胡耀辉等以壳聚糖一乙酸溶液做豆腐的凝固剂，利用壳聚糖能使大豆蛋白发生凝胶的机理，研究新型豆腐制作工艺。杨芳等研究表明，豆腐凝胶的网络结构与蛋白质的二级结构关系紧密，胶体的质构特性受水分含量影响。大豆蛋白、脂肪与豆腐硬度、破断性和弹性的关系。Liua等采用两步加热法煮浆，有效提高了豆浆黏度及豆腐弹性，同时改善了豆腐凝胶的微观结构。Noha等对黄豆进行冷冻处理，显著促进豆浆的凝固，并改善豆腐的品质。
超声波是频率超过人类听觉范围的声波，是一种有弹性的机械振荡。超声处理过程中的空化效应和热效应利于蛋白质分子的进一步修饰，用来改善物料蛋白的理化性质及功能特性。超声波对豆浆处理后，超声产生的强烈振动引起蛋白粒子的摩擦和碰撞，利于大豆蛋白的凝固，可有效改善豆腐品质。
近年来，对超声处理改善豆腐品质的研究鲜有报道。试验以新鲜大豆为主要原料，在传统豆腐加工工艺过程中引进超声处理步骤，研究超声处理对豆腐品质的影响，并对超声处理工艺进行优化，为高品质豆腐的研发及工业化生产奠定理论基础。
1材料与方法
1.1材料与仪器
新鲜大豆：黑龙江农业科学院培植的垦农42;盐卤：实验室配制波美度为200 Be的MgCl2溶液；其他试剂均为国产分析纯。
ALC-110.4电子分析天平：梅勒特一托利多仪器（上海）有限公司；FDM-280豆浆机：上海伟业仪器厂；PHS-3C型酸度计：上海安亭科学仪器厂；JY92-2D超声探头发生器：宁波新芝生物科技有限公司；TA-XT21质构仪：上海申科有限公司。
1.2试验方法
1.2.1工艺流程
将新鲜的大豆原料清理后用蒸馏水浸泡过夜，将浸泡好的大豆用开水烫漂10 min，按豆水比1：6g/m L的比例添加弱碱水进行磨浆，将浆渣混合物调节温度和pH后进行超声处理，浆渣分离得生豆浆，对生豆浆进行加热煮浆，再加入适量的卤水进行点浆，边滴加边搅拌，点浆后静置一段时间使蛋白完全凝固，然后包装即得豆腐。
1.2.2超声处理的单因素试验
基本工艺为：超声功率300 W、超声温度40℃、超声pH 9和超声时间30 min。在其他条件不变的情况下，以豆腐的凝胶强度和持水性为指标，选取超声功率为0，100，200，300，400和500 W，超声温度为20℃，30 ℃，40℃，50℃和60℃，超声pH为7，8，9，10和11，超声时间为0，10，20，30，40和50mm，进行单因素试验，每组试验进行3次平行。
1.2.3超声处理的响应面优化试验
在单因素试验的基础上，利用Design-Expert软件对试验进行过程优化，以感官评分（R）为响应值，选取超声功率、超声温度、超声pH和超声时间4个因素为自变量，根据中心组合设计原理，设计响应面分析试验，每个因素设定5个水平进行试验，其因素水平编码表见表1。
1.3测定方法
1.3.1凝胶强度的测定
采用TA-XT21质构仪（TPA测定）对凝胶强度进行测定。测前速度3.0 mm/s；测中速度2.0 mm/s；测后速度2.0 mm/s；测定距离，凝胶厚度的40%，两次下压间隔时间5.0 s，触发5.0 g；探头类型：P/0.5。每组试验重复3次取平均值。凝胶强度用探头下压过程中最大感应力表示，单位g。
1.3.2持水性的测定
应用离心法测定凝胶持水性。称取一定质量的凝胶体样品于离心管中，然后在转速4 500 r/min下离心20 min，取出离心管将上清液除去后称重，凝胶持水性计算公式为：
持水性=M2/M1×100% (1)
式中：M1——离心前凝胶质量，g；M2——吸去水分后凝胶质量，g。
1.3.3感官评价分析
由10人组成感官评价小组，根据感官评价评分标准主要对产品的弹韧性（30分）、口感（25分）、风味（25分）和色泽（20分）等进行综合评分（总分100分），取平均值，记录感官评分结果。
1.4数据处理
采用SPSS 17.0、Origin 85和Design-Expert进行统计分析及数据处理。
2结果与分析
2.1单因素试验结果与分析2.1.1超声功率对豆腐凝胶强度和持水性的影响
在豆腐加工过程中，控制超声温度为40℃，超声pH为9，超声时间为30 min，考察不同超声功率对豆腐凝胶强度和持水性的影响，结果见图1。由图1可以看出，超声处理能够显著增加豆腐的凝胶强度和持水性。随着超声功率的增加，凝胶强度和持水性呈先增加后降低的趋势。超声功率由100 W增加到300 W时，凝胶强度和持水性逐渐增加，当超声功率为300 W时达到最高；再继续增加超声功率，凝胶强度和持水性反而又会下降。综合考虑，选取超声功率为300 W。
2.1.2超声温度对豆腐凝胶强度和持水性的影响
在豆腐加工过程中，控制超声功率为300 W，超声pH为9，超声时间为30 min，考察不同超声温度对豆腐凝胶强度和持水性的影响，结果见图2。由图2可以看出，随着超声温度的增加，豆腐的凝胶强度和持水性逐渐增加，当超声温度增加到50℃时，凝胶强度和持水性达到最大；再继续增加超声温度，凝胶强度和持水性反而会下降。综合考虑，选取超声温度为50℃。
2.1.3 超声pH对豆腐凝胶强度和持水性的影响
在豆腐加工过程中，控制超声功率为300 W，超声温度为40℃，超声时间为30 min，考察不同超声pH对豆腐凝胶强度和持水性的影响，结果见图3。由图3可以看出，随着超声pH的增加，豆腐的凝胶强度和持水性呈先增加后降低的趋势。超声pH 7增加到pH 9时，凝胶强度和持水性逐渐增加，在pH为9时达到最高；再继续增加超声pH，凝胶强度和持水性反而又会下降。综合考虑，选取超声pH为9。
2.1.4超声时间对豆腐凝胶强度和持水性的影响
在豆腐加工过程中，控制超声功率为300 W，超声温度为40℃，超声pH为9，考察不同超声时间对豆腐凝胶强度和持水性的影响，结果见图4。由图4可以看出，随着超声时间的增加，豆腐的凝胶强度和持水性逐渐增加，当超声时间达到30 min后，再继续增加超声时间，凝胶强度和持水性也不再有明显增加。综合考虑，选取超声时间为30 min。
2.2响应面优化试验结果与分析
试验采用响应面法进行过程优化，试验设计与数据处理采用统计软件Design-ExpeIt来完成。以超声功率A、超声温度B、超声pH C和超声时间D为影响因素，以感官评分R为响应值，响应面试验方案及结果见表2。
感官评分R通过统计分析软件Design-Expert进行数据分析，建立二次响应面回归模型如下：
R=92.70-0.36 A+1.29 B+0.062C -0.74D-0.33AB+0.98AC+ 0.23AD+1.86BC+0.16BD+0.19CD-
2.12A2-3.42B2-4.37C2-4.54D2
采用Design-Expert软件对方程进行方差分析，感官评分R的方差分析结果见表3。
由表3可知，方程因变量与自变量之间的线性关系明显，该模型回归显著( p<0.000 1)，失拟项不显著(p>0.05)，并且该模型R2=98.43%，R2Adj=97.3 8%，说明该模型与试验拟合良好，自变量与响应值之间线性关系显著，可以用于该反应的理论推测。由F佥验可以得到因子贡献率为：B>D>A>C，即超声温度>超声时间>超声功率>超声pH。两因素交互作用（显著项）对感官评分R影响的响应面图见图5。
应用响应面寻优分析方法对回归模型进行分析，通过分析软件Design-Expert寻找最优响应结果。当超声功率、超声温度、超声pH和超声时间对应的编码值分别为-0.10、0.20、0.04和-0.08时，即超声功率为295W，超声温度为51℃，超声pH为9.02，超声时间为29.6 min，感官评分有最大值为92.8。考虑到实际生产的可操作性，将超声处理优化工艺条件修正为：超声功率295 W、超声温度50℃、超声pH 9和超声时间30 min。
为了验证模型预测的准确性，在修正后的最优工艺条件下，重复3次验证试验取平均值，在该工艺条件下产品感官评分平均值为93.5与预测值92.8较接近，说明响应值的试验值与回归方程预测值吻合良好。最终确定豆腐加工过程中超声处理最优工艺为：超声功率295 W、超声温度50℃、超声pH 9和超声时间30 min。
3结论
在传统豆腐加工工艺过程中引进超声处理步骤，研究超声处理对豆腐品质的影响，并对超声处理工艺进行了优化。结果表明，超声处理能够显著提高豆腐凝胶强度和持水性，并改善其品质。在单因素试验基础上，通过响应面分析法对豆腐加工过程中超声处理工艺条件进行优化，确定超声处理最优工艺为：超声功率295 W、超声温度50℃、超声pH 9和超声时间30min。在最优工艺条件下，可制得凝胶强度高、持水性及感官品质好的豆腐。
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