采用低温等离子体处理对豆腐保鲜效果的影响

毛智恒 田 媛 颜 悦 卢阳阳 田文欣 王梦寒 赵武奇

（陕西师范大学食品工程与营养科学学院，西安 710119）

豆腐是我国传统豆制品，因其富含糖类、脂肪、优质蛋白以及人体所必需的多种微量元素，深受人们的青睐[1]。但其丰富的营养也为微生物的生长提供了理想的基质，从而导致豆腐在加工、运输及销售过程中品质易发生劣变，食用价值降低，甚至引起人食物中毒[2]。因此，豆腐保鲜成为豆腐工业化生产关注的重点。

目前，利用辐照[3]、高压[4]、化学防腐剂[5]和生物杀菌[6]等处理方法来延长豆腐保质期，但这些处理技术在一定程度上存在安全隐患或可能影响豆腐品质。如：经辐照处理的食品内部分子结构发了改变，可能会产生新物质，对人体健康的影响尚无明确结论[7]；高压处理成型豆腐会降低其持水性，在包装材料中豆腐可能有豆浆水析出，严重影响其外观及风味[4]；复配化学防腐剂浸泡的方法使用广泛，但易引起豆腐色泽变化；天然生物防腐剂浸泡液杀菌常常使豆腐的口感发生变化，影响人们食用[8]。

等离子体作为一种新兴的食品非热杀菌技术，具有低温、短时、破坏性小、无残留等优点，已被食品领域广泛关注。与传统的热杀菌技术相比，等离子体技术基本不影响食品物理、化学、营养及感官特性或影响较小[9]，能够极大地减少食品杀菌过程中营养物质的损失，改善产品的色泽和风味，可有效地解决热敏性食品的杀菌难题[10]。有学者将等离子体技术应用到谷类[11]、禽蛋[12]、乳[13]、鸡胸肉[14]、猪肉[15]和果蔬[16]等领域，均取得了良好的杀菌效果，但其在豆腐保鲜中的应用尚鲜见报道。将低温等离子体技术应用于豆腐保鲜是探究豆腐保鲜的新思路，可有效解决现有豆腐保鲜方法存在的问题，可为推进豆腐产业工业化发展提供一定技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

豆腐，品种为新鲜老豆腐，陕西师范大学后勤集团提供，选取同一批次生产的豆腐，试验前将样品置于（4±0.5）℃条件下贮藏；平板计数琼脂，北京奥博星生物技术有限责任公司；氯化钠，天津市天力化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

PHENIXBK130/36 介质阻挡放电型等离子体设备；TA.XT.Plus 质构仪，英国stablemicrosystem 公司；BS224Sx 电子天平，北京赛多利斯系统有限公司；LDZX-30KBS 立式压力蒸汽灭菌器，上海申安医疗器械厂；SW-CJ-1FD 新苗超净工作台。

1.3 试验方法

1.3.1 样品处理

案板、刀具、塑料盒等实验用具经乙醇消毒后置于超净工作台上，豆腐切成三种尺寸的长方体，长、宽均为70 mm、40 mm，厚度分别为15 mm、35 mm、55 mm，分装于塑料盒（112×77×60）mm 中，并密封好。样品预处理后，分别在不同电压（60 kV、70 kV、80 kV）和不同时间（1 min、2 min、3 min）下进行等离子体处理，处理时长一半时翻转塑料盒，测定处理组与空白对照组豆腐的相关指标，研究不同参数条件下等离子体处理对豆腐保鲜效果的影响。各试验组平行测定3 次，取平均值。

1.3.2 响应面试验设计

在预实验基础上，利用Box-behnken 响应面优化技术设计试验方案，以处理电压（A）、处理时间（B）、豆腐厚度（C）为试验因素，以豆腐表面菌落降低对数值（R1）为响应值，进行三因素三水平响应面试验，试验方案设计见表1。

表1 响应面试验设计与因素水平表

1.3.3 豆腐菌落总数降低对数值测定

菌落总数参照GB 4789.2—2016[17]测定，菌落总数降低对数值按式（1）计算：

其中：N0、N1为未处理组、处理组豆腐表面的菌落总数，lg（CFU/g）。

1.3.4 豆腐质构测定

使用TA.XT Plus 质构仪进行豆腐质构测定，主要分析硬度、弹性、粘聚性、胶着度4 项指标，了解豆腐处理前后质构的变化。测定参数设置为：探头型号P75，压缩比50%，测前速率3.0 mm/s，返回速率3.0 mm/s，触发力0.05 N[18]。

1.3.5 数据分析

采用SPSS20.0 软件对数据进行统计学分析；采用Design-Expert10 软件设计Box-Behnken 试验，建立数学模型，进行方差分析，显著性水平取0.05。

2 结果与分析

2.1 响应面试验结果

豆腐经不同参数条件下的等离子体处理，对豆腐表面菌落总数降低值及其相关质量指标进行测定。1～17 号是按响应面设计处理的17 组试验豆腐样品，其中4、8、12、16、17 号处理组为中心试验组，响应面试验结果见表2。

表2 响应面试验设计与结果

续 表

由表2 可知，除菌落总数降低对数值外，其余各项指标变异系数皆小于0.05，说明等离子体处理参数对硬度、弹性、粘聚性及胶着度影响不显著，对菌落总数降低对数值影响显著。

2.2 响应面回归模型的建立与分析

应用Design Expert 将试验结果进行回归拟合分析，结果见表3，选择模型显著、失拟项不显著的可信度较高模型，可得到豆腐表面菌落降低对数值（R1）测定与等离子体处理参数之间的二次多项式回归模型：

表3 菌落总数降低对数值回归方程系数显著性检验结果

由表3 可知，菌落总数降低对数值回归方程因变量与自变量之间的线性关系明显，该模型回归极显著（P<0.01），失拟项P 值大于0.05，表明该模型失拟不显著，说明其他因素对模型的影响程度较低，试验结果与回归模型拟合程度良好，可以反应实际情况。且该模型的决定系数R2=0.900 6，调整决定系数R2Adj=0.772 7，说明预测值与试验值相关性较好，试验误差较小，可信度较高，可用此模型分析和预测等离子体处理参数对豆腐保鲜效果的影响。因子A 处理电压对菌落总数降低对数值影响显著，因子A2、B2、C2对菌落总数降低对数值影响极显著。

2.3 因子间交互作用分析

根据各因素间互交作用的响应面三维曲面图对因子间交互作用进行分析。

图1 为豆腐厚度为35 mm 时，等离子体处理电压和处理时间的交互作用对豆腐表面菌落总数降低值的影响。当处理时间一定时，菌落总数降低对数值随电压的增大而增大。处理电压越高，电离产生的活性物质越多，能够灭活更多的微生物。当处理电压一定时，处理时间大于2 min 时，菌落总数降低对数值随处理时间的增大而增大。

图1 等离子体处理电压和时间对豆腐表面菌落总数降低值的影响（豆腐厚度35 mm）

图2 为处理时间为2 min 时，处理电压和豆腐厚度的交互作用对豆腐表面菌落总数降低值的影响。处理电压一定时，当豆腐厚度大于35 mm 时，菌落总数降低对数值随豆腐厚度的增大而减小。豆腐厚度越大，豆腐包装盒中可电离气体体积越小，杀菌效果越差。当处理厚度一定时，菌落总数降低对数值随处理电压的增大而增大。

图2 等离子体处理电压和豆腐厚度对豆腐表面菌落总数降低值的影响（处理时间为2 min）

图3 为处理电压为70 kV 时，处理时间和豆腐厚度的交互作用对豆腐表面菌落总数降低值的影响。当豆腐厚度一定时，菌落总数降低对数值随处理时间的增大而增大。当处理时间一定时，豆腐厚度为30 mm 时，菌落总数降低对数值最大。

图3 等离子体处理时间和豆腐厚度对豆腐表面菌落总数降低值的影响（处理电压为70 kV）

2.4 等离子体处理豆腐最佳工艺参数的确定

利用响应面分析方法对回归模型进行分析，得到等离子体处理豆腐最优工艺参数为：处理电压73.66 kV，处理时间4.51 min，豆腐厚度29.4 mm，此条件下豆腐表面菌落总数降低对数值预测值为2.603 2lg（CFU/g）。

3 讨论

3.1 等离子体对豆腐的杀菌效果

本研究优化得到的最佳工艺条件下豆腐菌落总数降低对数值为2.603 2lg（CFU/g），说明等离子体处理可有效降低豆腐表面微生物的数量，这与黄明明等[19]利用低温等离子体冷杀菌技术处理生鲜牛肉、Lacombe 等[20]处理蓝莓的研究结果相似。随着处理电压和处理时间的增加，作用于豆腐样品包装盒内空气的电离能量增大，导致空气电离产生的活性氧、自由基、带电离子等活性物质的含量增多，从而引起更多微生物的死亡，菌落总数降低对数值升高。随着处理的豆腐样品厚度的增加，一定大小包装盒内的空气含量减少，在相同的处理电压和处理时间条件下，包装盒内产生等离子体活性物质减少，微生物死亡的数量减少，菌落总数降低对数值降低。由等离子体处理电压、处理时间、豆腐厚度与豆腐表面菌落总数降低对数值的回归模型可分析得出等离子体处理豆腐最优工艺参数为：处理电压73.66 kV，处理时间4.51 min，豆腐厚度294 mm。

3.2 等离子体处理对豆腐品质的影响

本研究中等离子体处理参数对硬度、弹性、粘聚性、胶着度等豆腐品质指标影响均不显著，P 值均大于0.05。等离子体中由空气电离产生的活性成分及产生的紫外线在处理样品过程中，对豆腐表面的蛋白质及脂质等成分影响较小。Tappi 等[21]在15 kV 电压下处理鲜切柠檬发现等离子处理后柠檬的酸度、可溶性固形物含量、干物质、颜色和质地均无变化。Ziuzina 等[22]在100 kV 电压下处理圣女果150 s 的条件下，圣女果的颜色、硬度、pH 值及总可溶性固形物均无显著差异。豆腐在等离子体60～80 kV 处理电压及1～3 min 处理时间的条件下，其硬度、弹性、粘聚性、胶着度等质构特性均变化不显著，豆腐可保持良好的营养品质及口感特性。等离子体作为一种新型的冷杀菌技术，经过处理后的豆腐品质未发生明显变化，明显优于传统热杀菌技术。

4 结论

本文建立的等离子体处理电压、处理时间和豆腐厚度与豆腐表面菌落总数降低对数值的回归模型显著（P＜0.05），失拟项不显著（P＞0.05），模型可以用于分析和预测等离子体处理参数对豆腐保鲜效果的影响。等离子体处理老豆腐最优工艺参数为：处理电压73.66 kV，处理时间4.51 min，豆腐厚度29.4 mm。在最优参数下，豆腐表面菌落总数降低对数值预测值为2.603 2lg（CFU/g）。高压电离豆腐包装盒中的空气所产生的活性成分能有效抑制豆腐表面上的微生物的生长，将其应用于豆腐保鲜，可在一定程度上降低豆腐表面微生物数量。此外，等离子体处理对豆腐质构特性等品质指标影响不显著，可保持良好的营养与感官品质。与此同时，低温等离子体技术可实现带包装处理，可避免豆腐在包装、转运过程中受到微生物侵染和交叉污染，在一定程度上延长了保质期。本研究对推进豆腐保鲜工艺发展具有一定参考意义。