高纤维酸浆豆干制作配方优化及品质分析

杨春华，齐 文，任丽琨，孙亚东，张 光，杨 杨，张 娜

（哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江哈尔滨 150028）

豆干是中国传统豆制品之一，因其丰富的营养元素受到世界各国消费者的喜爱。酸浆豆干是利用自然条件下发酵的黄浆液加乳酸菌制备的酸浆作为凝固剂[1]。酸浆中含有丰富的乳酸菌，能分解蛋白质、脂肪和多糖，作为豆腐凝固剂已有四百多年的历史[2-3]，与外来凝固剂相比更绿色健康[4]。酸浆豆干在微观结构、质构特性和感官评价等方面都表现良好[5]，具有很大的研究前景。

豆干生产过程中副产物资源的浪费是目前较为严重的问题，豆渣是豆干加工的副产物[6]，其膳食纤维含量高达60%以上，是优质的膳食纤维来源。膳食纤维具有预防糖尿病、高血压、冠心病、肥胖症等多种慢性疾病和促进肠胃蠕动、降低血浆胆固醇、预防便秘与肠癌等功效[7]。但高膳食纤维产品口感粗糙、豆腥味重，存在一定的弊端，因此，本文在蹲脑过程添加TG酶改善豆干的口感。TG酶可以催化蛋白质发生交联反应形成高分子量生物聚合物，从而提高食品的热稳定性、质构特性、持水性和凝胶能力等[8-9]。Tang[10]等研究发现经TG酶诱导的豆腐凝胶强度更高、内部结构更均匀致密。Kwan等[11]认为TG酶能够减少内酯豆腐因蒸馏引起的脱水，可以利用其生产耐蒸煮豆腐。

目前，豆干的研究热点和待解决难题主要集中在副产物再利用、绿色安全的凝固剂的制备和品质特性的提高等方面。且我国对于豆干的研究主要集中在最适生产工艺及产品品质改良方面[12]，对酸浆豆干生产的研究甚少。本实验在豆干生产中添加豆渣、酸浆和TG酶，利用单因素实验及正交试验确定最适生产工艺，并对其结构进行表征，以期确定高纤维酸浆豆干的最佳制备工艺参数，为日后豆制品生产副产物的应用及高纤维豆干的生产提供科学指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

黄豆 黑龙江牡丹江市售；谷氨酰胺转氨酶（简称TG酶） 酶活8300 U/g，食品级；HCUL 1.1801-1912德式乳杆菌德式亚种 云南自然发酵酸浆中分离，现保藏于哈尔滨商业大学食品工程学院实验室；CGMCC: 1.2718嗜热链球菌、CGMCC: 1.2472乳酸链球菌乳亚种 中国普通微生物菌种保藏管理中心。

HH-4恒温水浴锅 常州智博睿仪器制造有限公司；LDZX-50FBS高压灭菌锅 上海申安医疗器械厂；DM-Z100A自分渣磨浆机 沧州铁狮民用机械厂；SX-12型电磁炉 九阳股份有限公司；TDZ5AWS台式高速离心机 中科华辰实业有限公司；Universal TA质构仪 上海腾拨仪器科技有限公司；BS224S型分析天平 赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；Spestrum Two傅里叶红外光谱 美国珀金埃尔默股份有限公司；ES-2030冷冻干燥仪、E-1010离子溅射镀膜仪、Hitachi-3400扫描电镜 日本日立仪器（上海）有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 高纤维酸浆豆干制作技术路线 豆干的一般制作工艺为泡豆、磨浆、分离豆渣、煮浆、点浆、蹲脑和压制[13]。本试验工艺路线如图1所示，分别在煮浆、点浆和蹲脑过程加入豆渣、酸浆和TG酶，以达到制备优质高纤维酸浆豆干的目的。传统酸浆豆干除了不添加豆渣和TG酶，其余步骤与下文一样，豆水比为1:4.5，酸浆添加量21%。

图1 工艺路线图Fig.1 Process roadmap

a.泡豆：挑选颜色光亮、颗粒饱满、无杂质的大豆浸泡12 h，换水3次后清洗干净。

b.磨浆：磨浆时均匀控制加豆量、水流速度和水量，选择豆水比。

c.滤浆：使用120目纱布过滤，除去豆渣。

d.煮浆：煮浆时采用转速300 r/min的搅拌器搅拌，防止豆浆糊锅粘底，此时添加豆渣（哈尔滨商业大学食品工程学院实验室自制，水溶性膳食纤维含量为19.97%），待豆浆温度到达95 ℃后计时10 min。

e.点浆：将豆浆置于85 ℃水浴锅内降温，温度降到85 ℃时加入酸浆点脑（哈尔滨商业大学食品工程学院实验室自制，pH4.0），边加酸浆用勺子顺时针在锅壁边上匀速推着豆浆搅拌，当锅内呈现凝固的大块豆脑花时停止搅拌。

f.蹲脑：豆浆降温至60 ℃时将其移入60 ℃恒温水浴锅，添加TG酶（TG酶液以37 ℃水浴保温10 min）蹲脑，用勺子轻轻顺时针搅拌两圈，盖上盖子蹲脑25 min。

g.压制：破脑，1000 MPa 下压制 30 min。

1.2.2 高纤维酸浆豆干制作配方优化

1.2.2.1 豆水比例对高纤维酸浆豆干感官评分的影响 设置豆渣添加量15%（w/w）、酸浆添加量20%（w/w）、TG 酶添加量 0.3%（w/w），豆水比例为 1:3.5、1:4、1:4.5、1:5、1:5.5（w/w）的条件下制备豆干，探究不同豆水比例对高纤维酸浆豆干感官评分的影响。

1.2.2.2 豆渣添加量对高纤维酸浆豆干感官评分的影响 设置豆水比例1:4.5、酸浆添加量20%、TG酶添加量0.3%，豆渣添加量为10%、12.5%、15%、17.5%、20%的条件下制备豆干，探究不同豆渣添加量对高纤维酸浆豆干感官评分的影响。

1.2.2.3 酸浆添加量对高纤维酸浆豆干感官评分的影响 设置豆水比例1:4.5、豆渣添加量15%、TG酶添加量0.3%，酸浆添加量为18%、19%、20%、21%、22%的条件下制备豆干，探究不同酸浆添加量对高纤维酸浆豆干感官评分的影响。

1.2.2.4 TG酶添加量对高纤维酸浆豆干感官评分的影响 设置豆水比例1:4.5、豆渣添加量15%、酸浆添加量20%，TG酶添加量为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的条件下制备豆干，探究不同TG酶添加量对高纤维酸浆豆干感官评分的影响。

1.2.2.5 响应面优化高纤维酸浆豆干工艺 根据单因素实验结果，以感官评分为响应值，设计四因素三水平的Box-Benhnken试验，优化高纤维酸浆豆干的制备工艺条件，响应面试验因素水平见表1。

表1 响应面试验因素水平设计Table 1 Response surface test factor level design

1.2.3 高纤维酸浆豆干指标的测定

1.2.3.1 感官评价的测定 由20位经过感官标准培训人员对豆干的色泽、气味、口感、组织状态和总体可接受度评分，四舍五入取整数，总分100分。评分标准在Zhang等[14]的基础上进行了改进，如表2所示。

表2 豆干感官评分标准Table 2 Sensory assessment form of tofu

1.2.3.2 膳食纤维含量的测定 参照GB 5009.88-2014的方法对样品总膳食纤维含量进行测定。

1.2.3.3 凝胶强度的测定 参考岳文婷等[15]的方法，将刚制作完的豆干冷却至室温，切成2 cm×2 cm×2 cm的立方块置于测试台。探头型号：P/0.5探头；测试前中后速度：1 mm/s；应变：30%。凝胶强度为凝胶破裂时最大感应力（g）。

1.2.3.4 质构特性的测定 参考黄宝玲等[16]的方法，将冷却至室温的豆干切成2.5 cm×2.5 cm×2.5 cm大小的立方块置于质构仪测试台测定。探头型号：P/35；测试前中后速度：1 mm/s；下压高度：40%；触发力：5 g。分别取豆干样品5个点测定，取测定的平均值。

1.2.3.5 红外光谱的测定 取冻干的豆干样品，研磨过80目筛，使用傅里叶变换红外光谱仪对蛋白二级结构进行分析。分辨率：4 cm-1；扫描次数：32次；扫描范围：400～4000 cm-1。

1.2.3.6 扫描电镜的测定 用小刀片将豆干切成2 mm×4 mm的小条备用，采用固定、冲洗、脱水、置换、干燥等预处理，最后进行喷金镀膜，使用扫描电镜观察豆干的微观结构。

1.3 数据处理

利用SPSS 22.0对数据进行标准差分析；利用Origin Pro 8.5对相应数据进行作图；使用Design-Expert 10.0.3软件进行Box-Behnken试验设计。

2 结果与分析

2.1 高纤维酸浆豆干工艺条件的单因素实验

2.1.1 豆水比例对高纤维酸浆豆干凝胶强度和感官品质的影响 不同豆水比例对豆干凝胶强度和感官评分的影响如图2所示。豆干的凝胶强度在豆水比1:3.5时最好，为776 g，然后逐渐降低。这可能与豆浆浓度有关，高水量可以提高豆干出品率，但会对产品的蛋白凝胶结构造成不良影响。当豆水比例为1:4.5时与传统酸浆豆干的凝胶强度相近。豆水比例1:4.5的高纤维酸浆豆干在感官各个方面均得分最高，此时的口感最佳、弹性好、有嚼劲。豆水比过高会破坏豆干的内部组织状态，总体接受性差。因而确定制备高纤维酸浆豆干的最适豆水比例为1:4.5。

图2 不同豆水比例对高纤维酸浆豆干品质的影响Fig.2 Effects of different soybean-water ratios on the quality of high-fiber acid slurry tofu

2.1.2 豆渣添加量对高纤维酸浆豆干凝胶强度和感官品质的影响 不同豆渣添加量对豆干凝胶强度和感官评分的影响如图3所示。豆干凝胶强度随着豆渣添加量的提高逐步升高，当添加量高于17.5%后凝胶强度变化趋于平稳。豆渣添加量为15%时，高纤维酸浆豆干与传统酸浆豆干的凝胶强度最为相近，为726 g。少量膳食纤维的添加不会影响豆干凝胶结构，而添加过多会导致产品硬度提高，从而增加凝胶强度。感官评定结果显示豆渣添加量较低不会对豆干感官评定造成影响，产品仍颜色均一、组织质地均匀。当豆渣添加量超过15%时，豆干颜色偏黄、不均一，结构粗糙，口感变差。因而确定制备高纤维酸浆豆干的最适豆渣添加量为15%。

图3 不同豆渣添加量对高纤维酸浆豆干品质的影响Fig.3 Effects of different addition amounts of bean dregs on the quality of high-fiber acid slurry tofu

2.1.3 酸浆添加量对高纤维酸浆豆干凝胶强度和感官品质的影响 不同酸浆添加量对豆干凝胶强度和感官评分的影响如图4所示。高纤维酸浆豆干的凝胶强度随着酸浆添加量的增加呈现先上升后下降的趋势，当添加量为21%时，凝胶强度达到最高738 g，且此时的凝胶强度与传统酸浆豆干相近。随着酸浆添加量的增加，蛋白质的凝固速度加快，网络结构变差致使豆干凝胶强度减弱[17-18]。酸浆添加量为21%的高纤维酸浆豆干总体接受度得分最高，此时的豆干呈现均一白色，具有浓郁的豆香味，组织细腻均匀。酸浆添加量较低时，豆干的弹性较小，且豆香味不明显。酸浆添加量大于21%时，豆干产生明显酸味，口感变粗糙。因而确定制备高纤维酸浆豆干的最适酸浆添加量为21%。

图4 不同酸浆添加量对高纤维酸浆豆干品质的影响Fig.4 Effects of different addition amounts of slurry on the quality of high-fiber acid slurry tofu

2.1.4 TG酶添加量对高纤维酸浆豆干胶凝强度和感官品质的影响 不同TG酶添加量对豆干凝胶强度和感官评分的影响如图5所示。随着TG酶添加量的提高，豆干的凝胶强度呈现先升高后平稳的趋势，与刘张菊等[19]结果一致。0.3%TG酶添加量的豆干凝胶强度为735 g，与传统酸浆豆干的凝胶强度最相近。TG酶会改变食品系统中的蛋白质功能特性，是部分或完全变性蛋白之间共价交联及非共价共同作用的结果，聚合致使分子疏水性发生变化。凝胶强度后期的平稳趋势说明豆浆体系内底物有限，所能交联的共价键已接近饱和状态[20-21]。当TG酶添加量为0.3%时感官分数最高，口感、色泽和可接受性均19分，此时豆干颜色偏白且均一，具有淡淡的豆香味，组织状态结构紧密。TG酶添加量较高会导致豆干的组织状态不紧密，口感略微粗糙。因而确定制备高纤维酸浆豆干的最适TG酶添加量为0.3%。

图5 不同TG酶添加量对高纤维酸浆豆干品质的影响Fig.5 Effects of different addition amounts of transglutaminase on the quality of high-fiber acid slurry tofu

2.2 响应面试验优化高纤维酸浆豆干配方

2.2.1 响应面试验结果 运用Design-Expert8.0.6对表3进行多元回归拟合，得到高纤维酸浆豆干感官评分（Y）对自变量豆水比例（A）、豆渣添加量（B）、酸浆添加量（C）、TG酶添加量（D）的多元回归方程：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试验设计及结果Table 3 Design and results of Box-Behnken experiment

对回归模型进行方差分析，结果见表4。由表4可知，该模型中模型项F值为227.31，建立的二次项模型具有极显著性（P＜0.01），方差分析中失拟项P值为0.3887＞0.05，差异不显著，模型与数据拟合度良好，实验误差小。回归模型系数的显著性检验结果R2为0.9956，R2Adj=0.9912，说明方程因变量和自变量之间回归效果显著，可以用来进行高纤维酸浆豆干的感官评分Y（响应值）的预测。

表4 回归模型和方差分析Table 4 Regression model and analysis of variance

通过比较各项P值，可以确定C为显著因素（P＜0.05），B、D、A2、B2、C2、D2极显著（P＜0.01），AB的交互作用最明显。通过F值的大小可以判定各因素对高纤维酸浆豆干感官评分影响的重要性，F值越大代表影响程度越大，其影响大小为B＞D＞C＞A，即豆渣添加量＞TG酶添加量＞酸浆添加量＞豆水比例。

图7 豆水比例和酸浆添加量交互作用对高纤维酸浆豆干感官评分的影响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

图8 豆水比例和TG酶添加量交互作用对高纤维酸浆豆干感官评分的影响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 各因素交互因子效应分析 响应面可直接反映各因素与响应值之间的关系以及各因素间的交互作用，响应面的坡度越陡则表明2个因素的交互作用的影响就越大。各因素间的交互作用见图6～图11，响应面均呈凸形曲线表明最优配方在所设计因素范围之内。由图可知，在交互关系中，各因素对规范化综合得分的影响B＞D＞C＞A。

图6 豆水比例和豆渣添加量交互作用对高纤维酸浆豆干感官评分的影响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

图9 豆渣添加量和酸浆添加量交互作用对高纤维酸浆豆干感官评分的影响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

图10 豆渣添加量和TG酶添加量交互作用对高纤维酸浆豆干感官评分的影响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

图11 酸浆添加量和TG酶添加量交互作用对高纤维酸浆豆干感官评分的影响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 条件优化及验证 按照Design-expert软件分析优化后得出高纤维酸浆豆干的最佳工艺条件为豆水比例1:4.57、豆渣添加量14.92%、酸浆添加量20.98%、TG酶添加量0.32%，预测高纤维酸浆豆干的感官评分为91.74分。为验证响应面法所得结果的可靠性，在此最优条件下做三次平行实验，将工艺条件参数修约为：豆水比例1:4.6、豆渣添加量15%、酸浆添加量为21%、TG酶添加量为0.3%，得到的感官评分为92.21分，和理论分数的相对误差为0.51%，误差较小，说明该模型合理可行。

2.3 高纤维酸浆豆干与传统酸浆豆干的品质比较分析

2.3.1 膳食纤维含量 经测定，传统酸浆豆干的膳食纤维含量为0.26%±0.15%，本试验制得的高纤维酸浆豆干膳食纤维含量为2.15%±0.28%。

2.3.2 质构测定 如表5所示，高纤维酸浆豆干的各质构指标比传统酸浆豆干略低，其中弹性无显著差异（P＞0.05），其硬度和咀嚼性的降低说明二种豆干品质相似，前者在提高膳食纤维摄取量的同时避免了品质裂化现象。

表5 豆干质构比较Table 5 Comparison of tofu texture

2.3.3 红外光谱分析 图12是两种酸浆豆干凝胶样品的傅里叶红外光谱（fourier transform infrared spectrometer, FTIR）图。FTIR是分析蛋白质结构的重要方法，其高灵敏度、高分辨率、高信噪比和准确的频率精度能将酰胺I带（1600～1700 cm-1光谱区间）的子峰进一步分解，并对二级结构定量分析。酰胺I带的宽吸收峰与蛋白质二级结构的对应关系为：1610～1640 cm-1为β-折叠，1640～1650 cm-1为无规则卷曲，1650～1660 cm-1为α-螺旋，1660～1700 cm-1为β-转角[22]。

图12 豆干FTIR光谱图Fig.12 FTIR spectra of tofu

如表6所示，与传统酸浆豆干相比，高纤维酸浆豆干的α-螺旋和β-转角含量明显减少，β-折叠和无规则卷曲含量明显增加。这可能是由于添加豆渣后，豆渣中膳食纤维的羟基（-OH）与蛋白质结合，形成蛋白-纤维聚集体，阻碍β-转角中氢键的形成，使β-转角发生解体。由于豆渣膳食纤维具有较多的氢键集合位点，影响了蛋白网络中氢键与氢键的连接，使其形成了无规则构象，因此无规则卷曲含量增加[23]。蛋白质二级结构中的α-螺旋结构主要依靠氢键维持稳定，TG酶催化谷氨酸残基的γ-羧基酰胺基团与各种伯胺的氨基间形成异肽键，致使蛋白质发生聚集，增强蛋白质与蛋白质之间的交联，所以α-螺旋结构内部的氢键解螺旋后展开，转变为β-折叠[24]。

表6 不同豆干的二级结构含量Table 6 The secondary structure content of different tofu

2.3.4 扫描电镜分析 如图13和图14所示，传统酸浆豆干的切面图呈现出细密、均匀的网状结构，有少部分出现较小的空洞。而添加了豆渣的高纤维酸浆豆干质地并没有比其粗糙，反而更均匀、细腻，说明TG酶起到了很好的交联膳食纤维与蛋白质结构的作用，使豆干结构更加致密有序。

图13 传统酸浆豆干的扫描电镜图Fig.13 Scanning electron micrograph of traditional acid slurry tofu

图14 高纤维酸浆豆干的扫描电镜图Fig.14 Scanning electron micrograph of high-fiber acid slurry tofu

3 结论

本实验采用单因素和响应面试验优化了高纤维酸浆豆干的工艺，满足了人们对豆干高纤维、高品质、高弹性的需求，在提高膳食纤维摄取量的同时避免了豆干因膳食纤维过多而引起的品质裂化。最终确定的最优工艺如下：豆水比例1:4.6、豆渣添加量15%、酸浆添加量21%、TG酶添加量0.3%，此时感官评分为92.21分，各方面均优良。影响高纤维酸浆豆干感官评分的大小顺序依次为：豆渣添加量＞TG酶添加量＞酸浆添加量＞豆水比例。与传统酸浆豆干对比，此工艺条件下高纤维酸浆豆干的膳食纤维含量由0.26%提升至2.15%；豆干豆香味浓郁、内部组织均一，接受度明显提升；由FTIR光谱图可知TG酶增强了蛋白质与蛋白质之间的交联，且微观结构更加致密、有序；质构特性没有明显变化，说明豆干膳食纤维含量的提升并没有裂化其品质。本实验不仅为开发酸浆豆干的多样性做出理论参考，还为豆渣深加工和酸浆豆干工业化的发展提供了科学依据。