Box-Behnken响应面法优化薄叶山矾游 水豆腐工艺的研究

◎ 林 婕，陈 稳，陈 云，杨 帆

（福州大学至诚学院，福建 福州 350002）

豆腐的药理价值举不胜举，可以降低胆固醇含量，预防心血管疾病[1]，抗肿瘤[2-3]。传统豆腐由于使用盐类[4]、酸类[5]、酶类[6]等作为凝固剂，导致钙含量较高，长期食用会增加患肾结石等疾病的风险，因此开发天然钙含量较低的凝固剂迫在眉睫。薄叶山矾Symplocos anomala（Brand）是传统的中草药，具有清热解毒、正血生肌、理气止痛、降低血脂等功效[7-8]。本研究使用薄叶山矾浸提液作为凝固剂，替代传统工艺中的钙剂制作游水豆腐，不仅解决了豆腐含钙量高的问题，还发挥了薄叶山矾的药理功效，同时也增加了豆腐的风味。此研究解决了豆腐钙含量高的问题，开发了新型天然凝固剂，促进了传统食品游水豆腐的产业化发展和豆腐文化的进步，有利于弘扬中国饮食文化。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料

薄叶山矾（福建省福州市闽侯县）；市售东北大豆。

1.1.2 仪器

上海一恒DHG-9245A型电热鼓风干燥箱；SP525型破壁机；上海森信DK-S26型恒温水浴锅；DC-H88型电磁炉；PHS-25型pH计；奥豪斯MB25型快速水分测定仪；德国希格玛3K15型台式冷冻离心机；奥豪斯SE602F型电子天平。

1.2 试验方法

1.2.1 山矾浸提液的制备

取新鲜的薄叶山矾叶片，洗净加热至沸腾20 min， 纱布过滤2次，测定pH值[9]（4.4左右）。

1.2.2 游水豆腐的加工工艺

大豆→清洗→浸泡（加入4倍质量的水，25 ℃浸泡9 h）→磨浆→煮浆→过滤→冷却→点浆（山矾浸提液）→蹲脑→压榨成型（压力为15 kg）→冷却→ 成品[10-11]。

1.3 豆腐品质的测定方法

1.3.1 豆腐感官评定

成品豆腐冷却切成1 cm方形，置于盘中。10名感官评定人员经过1个月培训后，在外部环境一致的条件下，根据豆腐感官评价指标[12-13]对豆腐色泽、气味、组织结构、口感及保水性进行感官评定 （GB/T 22106—2008方法稍作修改），具体见表1。

表1 豆腐感官评价指标表

1.3.2 豆腐水分测定

取5.0 g成品豆腐，使用快速水分测定仪（参数140 ℃，10 min）测定含水量。两组平行，取均值[14]。

1.3.3 豆腐持水率测定

取0.5 g成品豆腐，记重码W1，离心4 000 r·min-1，15 min，去除上清液，记重码W2，105 ℃下干燥 30 min，记重码W3。两组平行，取均值[10]。持水率的计算公式如下：

1.4 游水豆腐的单因素试验

分别以大豆料液比1∶12、1∶14、1∶16、1∶18和1∶20，大豆浸泡时间为4 h、5 h、6 h、7 h、8 h和9 h，浸提液添加量1.5、1.6、1.7、1.8和1.9（浸提液体积与豆浆体积比，mL/mL），点浆温度70 ℃、 75 ℃、80 ℃、85 ℃、90 ℃、95 ℃和100 ℃，蹲脑时间15 min、20 min、25 min、30 min和35 min作为考察因素，按上述方法分别进行感官评定分值、持水率及含水量测定。两组平行，取均值。

1.5 响应面法制备游水豆腐的工艺

以大豆料液比、浸提液添加量及点浆温度为考察因素进行响应面试验设计，以综合评分（感官评定分值85%，持水率10%，含水量5%）为响应指标，以各因素的最优取值为中心点，进行三因素三水平响应面试验。两组平行，取均值[15-17]，见表2。

表2 响应面试验因素水平表

1.6 数据处理

采用Microsoft Office Excel 2013软件计算试验数据，采用Sigmaplot Graph作图，采用Design-Expert V8.0.6响应面软件Box-Behnken模型设计进行线性回归分析处理。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 大豆料液比对游水豆腐品质的影响

由图1可知，随着大豆料液比减小，游水豆腐感官评定分值呈现先减后增再减的趋势，在料液比1∶18时，感官评定分值、持水率及含水量均较高，在1∶20时感官评定分值最低。大豆料液比1∶12持水率最高，但游水豆腐含水量不高，可能是大豆料液比过高，大豆磨浆不均匀，凝结时蛋白含量过高，凝结不充分导致的。综上所述，最佳大豆料液比为1∶18，所以大豆料液比最优区间应在1∶16～1∶20。

图1 不同大豆料液比对游水豆腐感官评定分、 持水率及含水量的影响图

2.1.2 大豆浸泡时间对游水豆腐品质的影响

由图2可知，随着大豆浸泡时间的增加，游水豆腐感官评定分值先增后减。大豆浸泡时间为8 h时，感官评定分值和持水率均较高，含水量在试验选定的参数范围内无明显差异。大豆泡时间为4 h时，含水量较高，但大豆浸泡不充分，会导致游水豆腐较难成型。大豆浸泡时间为6 h时，持水率和含水量均较低；大豆浸泡时间为9 h时，大豆中含水量最高，而感官评定分值和持水率较低，可能与大豆浸泡时间过长，大豆组织韧性降低有关。综合考虑3个指标以及时间效率，最终选定大豆浸泡时间为8 h。

图2 不同大豆浸泡时间对游水豆腐感官评定分、持水率及含水量的影响图

2.1.3 浸提液添加量对游水豆腐品质的影响

由图3可知，增加浸提液添加量，游水豆腐感官评定分值先增加后趋于稳定。浸提液添加量为 1.6（mL/mL）时，感官评定分值、持水率和含水量较高。随着浸提液添加量增加，游水豆腐的持水率降低，薄叶山矾浸提液添加量增加可能会引起豆浆pH值迅速下降，导致大豆蛋白不易凝胶，持水率下降。综上所述，最佳浸提液添加量为1.6，浸提液添加量最优区间应在1.5～1.7。

图3 不同浸提液添加量对游水豆腐感官评定分、 持水率及含水量的影响图

2.1.4 点浆温度对游水豆腐品质的影响

由图4可知，随着点浆温度的增加，游水豆腐感官评定分值呈现增减交替的趋势。点浆温度为75 ℃和90 ℃的感官评定分值和含水量均较高。随着点浆温度的升高，游水豆腐的持水率持续下降，温度过高可能使大豆蛋白过度变性，导致游水豆腐的持水率大幅度降低[9]。综上所述，最佳点浆温度为75 ℃，因此，点浆温度应在70～80 ℃。

图4 不同点浆温度对游水豆腐感官评定分值、持水率及含水量的影响图

2.1.5 蹲脑时间对游水豆腐品质的影响

由图5可知，随着蹲脑时间的增加，游水豆腐感官评定分值逐渐减小。蹲脑时间增加，可能会导致薄叶山矾浸提液中酚类和生物类碱[4]等物质在口腔中产生苦味，影响口感。随着蹲脑时间增加，游水豆腐的持水率先降低后增加。考虑到游水豆腐口感与经济因素，蹲脑时间不宜过长。综合考虑各因素的影响，最终蹲脑时间选定为15 min。

图5 不同蹲脑时间对游水豆腐感官评定分值、 持水率及含水量的影响图

2.2 响应面试验结果分析

2.2.1 响应面优化结果

游水豆腐综合评分的方差分析结果见表3。

表3 游水豆腐综合评分的方差分析结果表

2.2.2 回归方程的建立

经过多元回归拟合获得游水豆腐的综合评分Y值与各个因素之间的回归程式[18]如下：

Y=-1 258.126+1 066.360A+797.903B+17.120C+ 1 432.000AB+5.840AC-0.555BC-34 803.200A²-256.950B²-0.108C²。

从回归方程中可以看出二次项系数A²、B²、C²都为负值，抛物面的开口均朝下，模型存在极大值，可以确定最佳工艺条件。模型中F值为25.02，P值为0.000 2， 则该模型显著，见表3。失拟项为0.084 7＞0.05，失拟项不显著，模型中R²=0.969 9，说明方程可以很好的预测游水豆腐各个工艺因素对其的影响[19]。3个因素对游水豆腐的综合评分影响次序为点浆温度＞浸提液添加量＞大豆料液比。

2.2.3 交互作用分析

由图6、图7和图8可知，浸提液添加量（B，mL/mL）和点浆温度（C，℃）差异十分显著，大豆料液比（A，g/mL）差异显著。大豆料液比与浸提液添加量交互作用差异显著，而大豆料液比与点浆温度，浸提液添加量与点浆的温度交互作用差异不显著[20]。两两因素之间对游水豆腐的综合评分影响次序：大豆料液比和浸提液添加量交互作用＞浸提液添加量和点浆温度交互作用＞大豆料液比和点浆温度交互作用。

图6 大豆料液比与浸提液添加量对游水豆腐综合评分的影响图

图7 大豆料液比与点浆温度对游水豆腐综合评分的影响图

图8 浸提液添加量与点浆温度对游水豆腐综合评分的影响图

2.3 最佳工艺确定与验证

大豆料液比、浸提液添加量和点浆温度对游水豆腐的感官评定分值影响显著。在大豆浸泡时间8 h及蹲脑时间15 min条件下，经模型预测获得最佳工艺条件为：大豆料液比1∶18（g∶mL），浸提液添加量为1.64（mL/mL），点浆温度76.52 ℃，综合评分为71.08分。为验证响应面模型的可靠性，也为方便操作，将工艺条件修正为大豆浸泡时间8 h，蹲脑时间15 min，大豆料液比1∶18（g∶mL），浸提液添加量1.7（mL/mL），点浆温度77 ℃。在此条件下，进行3次验证试验，平均综合评分为71.74分，相对误差为0.92%，与理论预测值基本吻合。因此，利用响应面法优化游水豆腐制作工艺真实可靠。

3 结论

本文确定了薄叶山矾游水豆腐制作工艺的影响因素，选定了大豆最佳浸泡时间8 h，最佳蹲脑时间15 min。 在此基础上，以综合评分为响应值，利用响应面的Box-Behnken模型研究大豆料液比、浸提液添加量和点浆温度对游水豆腐综合评分的影响,建立二次多项式模型（P＜0.001），通过试验最终确定最佳工艺参数：大豆浸泡时间8 h，蹲脑时间15 min，大豆料液比 1∶18（g∶mL），浸提液添加量1.7（mL/mL），点浆温度77 ℃，综合评分为71.74分。该工艺时间短、效率高、简单易行，解决了豆腐含钙量高的问题。此研究为新型天然凝固剂薄叶山矾的开发和利用提供新的思路和参考，也为游水豆腐的工业化生产奠定了基础，更有利于传承中国饮食文化，使中国豆腐文化与世界饮食文化接轨。