TG酶凝固豆腐的工艺配方研究

刘张菊， 乔明武， 宋莲军， 黄现青， 赵秋艳

(1.河南农业大学食品科学技术学院，河南 郑州 450002； 2.河南省食品加工与流通安全控制工程技术研究中心，河南 郑州 450002； 3.郑州市大豆深加工重点实验室，河南 郑州 450002)

豆腐是中国传统的大豆制品，在全球已经成为颇受欢迎的食品[1-2]。作为植物蛋白质的最佳来源之一，豆腐富含有益的脂质、维生素和矿物质，以及其他生物活性化合物，如异黄酮和大豆皂甙等，可以有效降低包括高血压、高脂血症、高胆固醇血症、动脉硬化、冠心病和乳腺癌等疾病给人类健康带来的风险[3-4]。近年来，豆腐产品种类形式逐渐多样化。郭萌等[5]采用鸡蛋和大豆研发了软、硬鸡蛋豆腐，质地均匀，光滑细腻，口感优异；侯临平等[6]将南瓜、核桃加入豆浆制作南瓜核桃复合豆腐，具有较高的感官特性、营养价值和特殊的南瓜核桃风味；李翔等[7]制作猪血豆腐，极大增加了豆腐营养价值和品种类型。但是，这些豆腐产品仍采用包括原料处理、磨豆、滤浆、煮浆、点浆和成型等步骤的传统豆腐制作工艺。传统豆腐制作虽然工艺成熟，但是在制作尤其是点浆过程中有黄浆水排放，严重污染环境。黄浆水是在点浆过程添加凝固剂后产生的，目前常用的凝固剂有盐类凝固剂、酸类凝固剂和混合凝固剂，对产品的安全性影响较大[8]，处理起来经济成本高，产品附加值大。因此，研发低成本、无污染的新型豆腐工艺就显得十分重要。谷氨酰胺转氨酶(transglutaminase，TG)是食品加工中常见的添加剂，可以催化酰基转移使蛋白质以及肽和各种伯胺之间发生交联，从而提高蛋白质的凝胶能力，改善食品结构，对人体十分安全，目前多用于肉类制品加工[9-12]。江程明等[13]按照内酯豆腐的加工方法，向豆浆中加入TG酶与内酯混合凝固豆腐，提高了内酯豆腐的凝胶强度。木薯是世界3大薯类作物之一，原料易得，具有丰富的营养成分和生物活性物质[14-15]。木薯淀粉在50 ℃即达到糊化温度，与TG酶作用温度接近，且淀粉凝胶黏性大，可有效改善产品质构特性[16]，将其应用在豆腐中可填充在蛋白分子形成的骨架结构中，起着填充剂的作用。大豆分离蛋白(soy protein isolate, SPI)是以低温脱脂大豆粕为原料生产的全价蛋白，营养丰富不含胆固醇，且具有较强的凝胶性，可用来提高产品营养价值与功能特性。大豆油是较为常见的食用油，由较高含量的亚油酸、亚麻酸和较低含量的硬脂肪酸等组成，能够促进人体生长且对人体有益[17]。大豆油与蛋白质之间能够形成乳化稳定体系，SPI在豆腐制作过程中作为天热乳化剂提高分子间键合作用，形成稳定的空间三维网络结构，促进产品内部的凝胶质量和结构。因此，本试验以豆浆为原料，用TG酶凝固豆腐，以乳化代替传统制作中的点浆步骤，通过低温静置使豆腐成型、高温煮制使豆腐熟化，同时加入木薯淀粉、SPI和大豆油，在单因素试验基础上，采用响应面优化TG酶凝固豆腐工艺配方，为新型豆腐产品的开发利用及工业化生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大豆，东农一号，购自郑州丹尼斯超市；木薯淀粉，购自河南恩苗食品有限公司；SPI，禹王大豆分离蛋白，购自亿嘉食品配料商城；TG酶，TG-A1，购自河南长久生物科技有限公司；金龙鱼大豆油，购自益海粮油工业有限公司；老豆腐、嫩豆腐，购自郑州丹尼斯超市。

1.2 仪器设备

K1301半自动定氮仪(上海晟声自动化分析仪器有限公司)；ZF-06A脂肪仪(上海瑞正仪器设备有限公司)；T-30磨浆机(上海田岗机械制造有限公司)；J106破壁机(深圳市康神生物科技有限公司)；FA2204B电子天平(上海精科天美科学仪器有限公司)；HH-501数显超级恒温水浴(河南智成科技发展有限公司)；TA-XT plus质构仪(英国SNS公司)；CR-5色差仪(柯尼卡美能达中国投资有限公司)。

1.3 试验方法

1.3.1 TG酶凝固豆腐工艺流程及操作要点 TG酶凝固豆腐工艺流程如图1所示。豆浆制作：大豆清洗2遍，按照V(水/mL)∶m(大豆/g)=1∶4泡豆，20 ℃浸泡12 h，V(水/mL)∶m(大豆/g)=1∶8打浆，煮沸保持5 min[18]。参考范柳等[19]方法测得每100 g豆浆中含有蛋白质2.51 g、脂肪1.03 g。

图1 TG酶凝固豆腐工艺流程Fig.1 Process flow of TG enzymatic solidified tofu

乳化处理：以豆浆为基准，加入质量分数8%SPI，搅打至无明显干粉，均匀加入质量分数5%大豆油，搅打均匀，最后加入质量分数0.5%TG酶、质量分数8%木薯淀粉，进行打浆，使用破壁机进行乳化处理，使浆液细腻且无小气泡，过程温度控制在12 ℃以下[20]。

静置处理：将打好的浆液倒入250 mL烧杯中，铺4 cm厚度，表面裹上保鲜膜。在水浴中50 ℃，90 min处理，使产品静置成型。

煮制：于80 ℃水浴中进行煮制40 min。放冰水中冷却至25 ℃后切块。

1.3.2 单因素试验 在乳化处理的基本配方基础上，以感官评定、质构分析(texture profile analysis,TPA)以及色差分析结果为评价指标，分别考察木薯淀粉质量分数(4%、6%、8%、10%、12%)、SPI质量分数(6%、8%、10%、12%、14%)、TG酶质量分数(0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%)、大豆油质量分数(3%、5%、7%、9%、11%)对TG酶凝固豆腐品质的影响。

1.3.3 响应面优化试验设计 利用Design-Expert 8.0.6.1软件进行响应曲面优化设计，设计4因素3水平的响应面试验，试验因素水平如表1所示。

表1 Box-Behnken响应曲面试验设计因素和水平表Table 1 Box-Behnken response surface test design factors and level table

1.4 豆腐品质测定方法

1.4.1 质构测定 参考刘茜等[21]的方法，利用质构仪进行TPA测定豆腐的硬度、弹性、黏聚性和咀嚼性。样品规格为1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm，测定时探头下压速度为测前5.0 mm·s-1，测中2.0 mm·s-1，测后2.0 mm·s-1，压缩比为50%，2次下压的间隔时间为5 s，触发力设置为5 g，选择探头的类型为P50探头。在25 ℃下进行检测，每组取3个样品测定，结果取平均值。

1.4.2 感官评定 由10名具有感官评定经验的食品专业人员组成感官评定小组，对产品进行评分[22]。评分标准如表2所示。

表2 豆腐感官质量评分标准Table 2 Sensory quality score criteria for tofu

1.4.3 色差测定 使用色差仪测定样品的亮度(L*)、红绿度(a*)、黄蓝度(b*)。其中，L*值表示明度；a*值越大，颜色越接近纯红色，相反a*值越小，颜色越接近纯绿色；而b*值越大，颜色越接近纯黄色，相反b*值越小，颜色越接近纯蓝色[23]。测定前用标准白板校正仪器。每个样品测定5次,取平均值。

1.5 新型豆腐与传统豆腐质构特性对比

按照1.4.1方法对市面上传统的老豆腐与嫩豆腐进行质构测定，并与通过TG酶凝固豆腐工艺优化得到的新型豆腐进行对比，重复3次，取平均值。

1.6 数据统计分析

试验数据采用Microsoft Office Excel 、SPSS 23.0、Origin 2020和Design-Expert 8.0.6.1软件处理分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 木薯淀粉质量分数对豆腐品质的影响 木薯淀粉质量分数对豆腐品质的影响如表3所示。随着木薯淀粉质量分数增加，产品的硬度、咀嚼性呈现逐渐增大的趋势，弹性呈现先增后降趋势，在质量分数为6%时达到最高，黏聚性无显著差异。随着淀粉质量分数增加，产品L*值呈现先增加后降低的趋势，在质量分数为6%时，L*值达到最高，a*、b*值呈现逐渐降低趋势。感官评分呈现先增后降趋势，质量分数为6%时感官评分达到最高，为84.70分。综合考虑，选取木薯淀粉质量分数为6%。

表3 木薯淀粉质量分数对产品品质的影响Table 3 Effect of mass fraction of cassava starch on product quality

2.1.2 SPI质量分数对豆腐品质的影响 SPI质量分数对豆腐品质的影响如表4所示。随着SPI质量分数的增加，硬度、黏聚性、咀嚼性指标均呈逐渐增大趋势，弹性呈现先增后降趋势。当SPI质量分数为8%时，弹性最大。L*值随SPI质量分数的增加呈降低趋势，a*、b*呈现逐渐升高趋势。感官评分呈现先升后降趋势，当质量分数为8%时，感官评分最高。综合考虑，选取SPI质量分数为8%。

表4 SPI质量分数对产品品质的影响Table 4 Effect of SPI mass fraction on product quality

2.1.3 大豆油质量分数对豆腐品质的影响 大豆油质量分数对豆腐品质的影响如表5所示。随着大豆油质量分数的增加，弹性、黏聚性、咀嚼性呈先缓慢降低再升高的趋势，硬度无显著性差异。L*、a*、b*值随大豆油质量分数的增加逐渐升高。感官评分呈现先增后降趋势，且当质量分数为5%时，感官评分最高。综合考虑，选取大豆油质量分数为5%。

表5 大豆油质量分数对产品品质的影响Table 5 Effect of soybean oil mass fraction on product quality

2.1.4 TG酶质量分数对豆腐品质的影响 TG酶质量分数对豆腐品质影响如表6所示。随着TG酶质量分数的增加，硬度呈现不断增大趋势，而弹性、咀嚼性呈现先增后降趋势。当质量分数为0.5%时弹性与咀嚼性均最高，黏聚性变化不显著。L*值随TG酶质量分数的增加逐渐升高，a*值逐渐降低，b*值无显著差异。感官评分呈先增后降趋势。当TG酶质量分数为0.5%，感官评分最高。综合考虑，选取TG酶质量分数为0.5%。

表6 TG酶质量分数对产品品质的影响Table 6 Effects of TG enzyme mass fraction on product quality

2.2 响应面试验结果及分析

2.2.1 响应面试验结果及显著性分析

根据Box-Benhnken的中心组合试验设计的原理[24]，利用Design-Expert 8.0.6软件中进行设计，试验方案及结果见表7。对表7的试验数据进行二次多元回归拟合。二次多项回归模拟方程为：

Y感官评分=-219.858+6.267A+34.133B+222.5C+35.083D+2.5AB+7.5AC+0.25AD+17.5BC+0BD+10CD-2.758A2-3.383B2-450.833C2-4.133D2

表7 Box-Behnken试验方案及结果Table 7 Box-Behnken design arrangement and experimental results

2.2.2 响应面试验图形分析 木薯淀粉质量分数、SPI质量分数、大豆油质量分数、TG酶质量分数4个因素之间交互作用对感官评分的影响如图2所示。响应面显示出来的坡度越陡峭，就表明该因素质量分数的改变对响应值影响越大，其变化也越明显，反之则表明该因素的改变对感官评分的影响越小[26-27]。木薯淀粉、SPI质量分数的曲线比较陡峭，表明木薯淀粉、SPI质量分数对感官评分的影响较为显著，其次为大豆油、TG酶质量分数，表现为曲线较平缓。利用Design-Expert 8.0.6软件进行优化，得到TG酶凝固豆腐的工艺条件为木薯淀粉质量分数5.96%、SPI质量分数8.59%、TG酶质量分数0.52%、大豆油质量分数5.05%，感官评分为91分，考虑到实际情况，在木薯淀粉质量分数6%、SPI质量分数8.6%、TG酶质量分数0.5%、大豆油质量分数5%的条件下验证该模型的有效性，最终得到TG酶凝固豆腐的感官评分为92分，与预测结果吻合度较好，说明此模型可以很好地预测出TG酶凝固豆腐的感官评分，优化出来的制作工艺参数可靠。

续表 Continuing table

图2 TG酶凝固豆腐工艺各因素交互作用影响的响应面Fig.2 Response surface diagram of interaction of different factors in TG enzyme solidification Tofu technology

2.3 新型豆腐与传统豆腐质构对比

对市面上传统的老豆腐与嫩豆腐进行质构测定，与本试验通过TG酶凝固豆腐工艺优化得到的新型豆腐进行对比，如表9所示。新型豆腐的硬度为(828.445±12.872)g，介于老豆腐和新豆腐之间，表现适中；弹性为0.974±0.003，显著优于老豆腐(P<0.05)；黏聚性为0.897±0.006、咀嚼性为724.681±16.829，均显著优于传统豆腐(P<0.05)。因此，通过TG酶凝固豆腐工艺优化得到的新型豆腐的质构品质整体优于传统豆腐。

表9 新型豆腐与传统豆腐质构特性对比Table 9 Comparison of texture characteristics of new tofu and traditional tofu

3 结论与讨论

豆腐工艺的优化对豆腐品质的改善极其重要，最大限度挖掘各种营养元素的应用价值，得到高品质的豆腐产品，赋予产品更好的弹性、韧性、细腻度、光滑性、咀嚼性等感官品质，才能满足消费者对更高的感官享受和心理享受的要求。本研究以豆浆为原料，通过使用TG酶凝固豆腐，以乳化代替传统豆腐制作过程中的点浆步骤，通过静置使豆腐成型，煮制使豆腐熟化，同时加入木薯淀粉、SPI和大豆油，在单因素试验基础上，采用响应面优化TG酶法凝固豆腐的工艺配方。结果表明，TG酶法凝固豆腐最佳工艺条件为木薯淀粉质量分数6%、SPI质量分数8.6%、TG酶质量分数0.5%、大豆油质量分数5%，得到的新型豆腐产品感官评分为92分。通过与市场上传统老豆腐与嫩豆腐进行质构比较发现，该产品表现出适中的硬度以及较好的弹性、黏聚性和咀嚼性，效果较好。

食物的口感状态与其质构有着紧密联系，质构指标包括硬度、弹性、黏聚性以及咀嚼性。适当的硬度、咀嚼性可以增加豆腐的口感，但超过一定范围会使其口感降低[28]。本研究中，由于淀粉分子会在吸水溶胀的作用下，加热糊化交联形成具有连续相的三维网状立体结构，冷却后老化变硬，所以随着木薯淀粉质量分数的增加，新型豆腐的硬度、咀嚼性呈现逐渐增大的趋势。淀粉填充在蛋白分子形成的骨架结构中，起着填充剂的作用，使蛋白质结构更加稳固饱满[16]，进而改善新型豆腐的弹性。此外，由于淀粉老化后颜色会变深，所以加入木薯淀粉会使新型豆腐亮度呈降低趋势。SPI是天然植物蛋白源，包含着良好的必需氨基酸组成，易于人体消化和吸收，且蛋白分子之间形成的三维空间网络结构维持体系的结构与稳定性，蛋白含量越多，形成的蛋白凝胶增多[29-30]，因此本研究中新型豆腐的硬度、黏聚性和咀嚼性指标随着SPI质量分数的增加呈逐渐增大趋势。当SPI质量分数达到8%后，弹性达到最高之后便开始缓慢降低，同时L*值随SPI质量分数的增加呈降低趋势，推测是因为大豆分离蛋白与大豆油发生乳化反应，从而改善产品色泽。当SPI质量分数高于8%时，感官评分下降，推测是由于过量的SPI会造成新型豆腐口感硬，颜色深，感官体验差。大豆油参与蛋白质凝胶体系的形成，构成脂质与蛋白质交联的乳化体系，相互之间的作用通过影响蛋白质凝胶性能进而影响食品的品质特性。该作用受脂质含量的影响，油脂含量越多，形成的蛋白质凝胶网络结构更细致，同时也能填充凝胶基质中的空隙固定蛋白质，但是含量过高则会对凝胶结构不利，使结构变得无序，对产品品质产生不利影响。本研究中随着大豆油质量分数的增加，弹性、黏聚性和咀嚼性呈先缓慢降低后逐渐升高的趋势，L*、a*和b*值随大豆油质量分数的增加逐渐升高，推测是由于适量添加大豆油使产品内部结构更好结合从而改善外观色泽[31]。TG酶可使蛋白质之间发生交联形成稳定致密的三维网络结构，提高产品硬度[32]，但是TG酶含量过高会影响产品的品质与口感，所以本研究中新型豆腐的硬度随TG酶质量分数的增加呈现增大趋势，弹性、咀嚼性以及感官评分则在TG酶质量分数0.5%时达到最高，之后缓慢降低。本工艺在豆腐制作过程中无黄浆水排放，顺应经济社会绿色发展趋势，符合现代社会对食品企业生产低消耗、污染零排放、产品高品质的要求，丰富豆制品市场，为素食产品产业发展提供新思路。