超高压处理对奶豆腐冻藏品质特性及微观结构的影响

张小羽，成培芳，刘 博，陈文锦，董同力嘎

（内蒙古农业大学食品科学与工程学院，内蒙古 呼和浩特 010018）

奶豆腐，俗称“胡乳达”，是蒙古族传统美食，属于干酪的一种。其营养丰富，富含多种必需氨基酸，且比例平衡。早期奶豆腐通常是牧民的生活必需品或军队战需品。随着时代的发展，现已被越来越多的消费者知晓并喜爱。然而，鲜奶豆腐含水量高，易受外源微生物污染，且常温贮藏时易出现脂肪析出等问题，通常难以长时间保存。高鹏飞为延长奶豆腐的货架期，利用静电自组装技术在奶豆腐表面制备不同层数的亚麻籽胶-壳聚糖自组装膜，此技术可有效抑制奶豆腐中大肠杆菌、霉菌和酵母等微生物的生长，并且可以保持奶豆腐的基本理化性质，但自组装膜可能迁移至食品中，因此应用的安全性有待进一步分析。目前市售奶豆腐多采用真空冷冻包装来延长奶豆腐保质期，但随着冷冻时间的延长，不规则的冰晶会损伤奶豆腐内部结构，并且在解冻过程中容易造成奶豆腐的营养流失，质构特性下降，最终导致口感不佳等缺点，限制了奶豆腐的产业化发展。

超高压技术亦称高静水压技术，一种非热加工处理，通常是在室温或温和加热条件下利用水等传压介质在100～1 000 MPa环境中处理食品，从而达到钝化酶、杀菌和加工食品的目的。近年来，国内外学者对超高压作用于干酪制品的影响进行了大量研究。Voigt等将超高压技术应用于爱尔兰蓝纹干酪，并分析了干酪中蛋白质和脂肪分解以及非发酵剂乳酸菌、乳球菌、酵母和霉菌的数量进行测定，结果发现，相比于400 MPa处理组，600 MPa处理可更有效地降低微生物（尤其是霉菌）的活性；且有效缓解了蛋白质水解，无不良风味产生。Calzada等在布里干酪生产后的第21天用600 MPa超高压处理5 min，经4 ℃贮藏120 d测试可得，超高压处理后干酪中硫化物、吡嗪和生物胺的含量与对照组相比分别降低了96.9%、99.3%、99.4%，有效缓解了游离脂肪酸的脂解，但却使干酪外观受损，亮度降低，颜色略偏红和偏黄，可能会降低消费者对其的接受度。不仅如此，一些学者还将超高压技术应用于冻藏食品的研究。朱兆娜等对超高压处理冻藏草鱼糜进行研究，发现草鱼糜在-18 ℃贮藏期间，盐溶蛋白含量和持水性随着压强的升高均先上升后下降。李秀霞等以500 MPa处理5、10、20 min的南美对虾为对象，研究其在-18 ℃贮藏过程品质的变化，结果表明未经超高压处理的对虾头胸部出现黑化现象，超高压处理组改善了对虾的外观和色泽，并且保压5、10 min两组对虾水分损失更小，肌肉纤维排列较为致密。当前研究人员主要通过超高压技术处理产品来实现抑制微生物生长、延长货架期和改善风味等，但对于将超高压技术应用于改善冻藏奶豆腐品质特性及微观结构方面还鲜有报道。

本研究分别以100、200、300、400、500 MPa处理奶豆腐20 min，考察超高压处理对冻藏奶豆腐的食用品质（解冻损失率、pH值、色差、质构）、营养品质（水分、蛋白质、脂肪及灰分质量分数）、感官品质以及微观结构的影响，并优选最佳处理条件，为超高压技术在奶豆腐加工贮藏提供新的理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

奶豆腐为本课题组自制。

戊二醛（质量分数50%） 上海麦克林生化科技有限公司；磷酸二氢钠、磷酸氢二钠（均为分析纯）国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

HPP600/5L超高压食品加工设备 包头科发食品机械厂；SX2-4-10箱式电阻炉 上海一恒科技有限公司；TA.XT Plus质构仪 英国Stable Micro Systems公司；TM4000 plus台式扫描电子显微镜 日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 奶豆腐的制备与预处理

奶豆腐的制备：原料乳→杀菌（72 ℃、15 s）→冷却至22 ℃→添加0.05 g/L发酵剂（科汉森CHN-11）→22 ℃发酵12.5 h后进行凝乳→除奶皮→60 ℃水浴加热静置→排乳清→压制成型→室温晾晒→真空包装→成品奶豆腐。

将实验室自制的奶豆腐在无菌条件下分割成6 cm×6 cm×4 cm的长方体，共分为6 组，每组5 块，用无菌PA/PE密封袋进行真空包装。

1.3.2 超高压处理奶豆腐和冻藏条件

将奶豆腐分别在100、200、300、400、500 MPa下处理20 min，处理结束后迅速冻藏于-18 ℃，以未经超高压处理直接冻藏的奶豆腐为对照组（CK组），冻藏30 d后取出各组样品进行相应指标测定。

1.3.3 食用品质的测定

解冻时间的测定：将冻藏奶豆腐从冰箱中取出，放在干净无热源的操作台中（约25 ℃）进行解冻，把K型热电偶分别插入奶豆腐上面、左面、前面的中心，每10 min观察并记录电子数显温度计的变化，以平均值表征中心温度，奶豆腐中心温度达到4 ℃为解冻终点，绘制解冻曲线。解冻时间指中心温度从解冻起点（-18 ℃）上升至解冻终点（4 ℃）所需时间。

解冻损失率的测定：参考文献[12]的方法，将冻藏的奶豆腐从冰箱取出后立即称量质量，待解冻结束后，用滤纸吸干奶豆腐表面残留的冰水，并再次称质量，按下式计算解冻损失率。

式中：为解冻前奶豆腐质量/g；为解冻后奶豆腐质量/g。

pH值的测定：称取1 g解冻后奶豆腐样品，切碎后置于盛有10 mL蒸馏水的研钵，研磨成浆状后用滤纸过滤，取滤液用pH计测定pH值，每组奶豆腐平行测定3 次后取平均值。

色泽的测定：将奶豆腐从冷冻柜中取出，待其温度恢复至室温，用滤纸擦干表面残留冰水，将色差仪与奶豆腐尽可能完全接触，选取3个方向分别测定样品的*（亮度）、*（红绿度）、*（黄蓝度）值。

质构特性的测定：参考文献[13]的方法稍作修改。采用两次压缩法对奶豆腐进行质构分析。将奶豆腐解冻后分割成2 cm×2 cm×2 cm的正方体，放置在压缩盘中心，每个样品平行测定10 次。质构仪测定参数如下：探头规格P36R；触发力5 g；测前速率1 mm/s；测中速率1 mm/s；测后速率1 mm/s；压缩比50%。

1.3.4 营养品质的测定

水分质量分数测定参考GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》。脂肪质量分数的测定参考GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》。灰分质量分数测定参考GB 5009.4—2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》。蛋白质量分数的测定参考文献[14]并稍作修改，采用凯氏定氮法测定奶豆腐的蛋白质量分数。称取0.5 g奶豆腐样品、0.3 g硫酸铜、1 g硫酸钾和10 mL浓硫酸（质量分数98%）于消化管中，将其放在消化炉中，消化温度为400 ℃，待管内物质消化至蓝绿色透明液体即可，整个过程需在通风橱中操作。消化好的样品冷却至室温后，使用全自动凯氏定氮仪测定蛋白质量分数。每组样品重复3 次，结果取平均值。

1.3.5 感官评价

参考文献[15]制定感官评分细则（表1），邀请10 名食品专业研究人员（5男5女，年龄在24～35 周岁），分别对奶豆腐的外观色泽、滋味、气味以及组织状态进行评分。

表1 感官评分细则Table 1 Criteria for sensory evaluation of hurood

续表1

1.3.6 微观结构的测定

参考文献[16]的方法并进行修改，将奶豆腐切成小块（厚度为1 mm，直径约为3～5 mm）放入扫描电子显微镜专用2.5%（质量分数）戊二醛固定液中进行固定，4 ℃静置4 h，然后用pH 6.8、0.2 mol/L磷酸缓冲液冲洗3 次，接着依次用40%（均为体积分数，后同）、60%、80%的乙醇脱水30 min，95%、100%的乙醇脱水1 h。观测时将脱水后的奶豆腐放入液氮中脆断，用导电胶固定在载物台上，通过扫描电子显微镜观察其断面结构，电压15 kV，放大倍数800 倍。

1.4 数据处理与分析

实验设置3个平行，实验结果以平均值±标准差表示。采用Origin 2019b软件和AutoCAD 2018软件作图，采用SPSS 26软件进行数据处理和单因素方差分析、皮尔逊相关性分析，采用Duncan检验进行显著性分析，＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同超高压处理奶豆腐冻藏后的食用品质

2.1.1 超高压处理对冻藏奶豆腐解冻时间的影响

各组样品解冻过程中的温度变化如图1所示。对照组及100、200、300、400、500 MPa处理组奶豆腐的解冻时间分别为298、284、270、254、240、240 min，400、500 MPa处理组奶豆腐的解冻时间最短，均比对照组缩短了19.46%，由此可知不同处理组的解冻速率存在明显的差异。相关研究表明，在高压处理时，冷冻食品内部结构相对致密，生成了细小均匀的冰晶，由于这些冰晶体积较小，因此解冻速率较快。由此可知，随着处理压强的增加，奶豆腐解冻速率呈现明显加快的趋势。

由图1可知，解冻分为3个阶段。第一阶段，奶豆腐中心温度从-18 ℃迅速上升到-10 ℃，之后上升趋势较缓。这一阶段，各处理组的中心温度快速升高，且几乎没有差异。第二阶段，中心温度从-10 ℃上升至2 ℃消耗大量时间，呈现缓慢上升趋势，处理组400 MPa和500 MPa所用时间最短，在解冻200 min左右到达2 ℃，而对照组在270 min时才到达2 ℃，消耗时间最长。李贺强等的研究表明，在解冻的第二阶段，食品内部冰晶开始融化，热量为潜热，温升速率减慢，且所用时间越短，越能够缓解冰晶对蛋白网络结构的破坏，对食品品质损害越小。在第三阶段，中心温度变化趋势又逐渐增大，从2 ℃逐渐上升至4 ℃，迅速完成解冻。

图1 超高压处理奶豆腐解冻时中心温度的变化Fig. 1 Effect of UHP treatment on the thawing rate of hurood

此外，由图1可知，当解冻时间一定时，不同处理组中心温度变化差异明显。解冻60 min时，未处理组中心温度为-5.9 ℃，而500 MPa处理组中心温度已达到-0.9 ℃；解冻240 min时，400、500 MPa条件下的奶豆腐已完成解冻，而未处理组解冻温度才达到-1 ℃，说明超高压处理后可有效缩短冻藏奶豆腐的解冻时间。

2.1.2 超高压处理对冻藏奶豆腐解冻损失率的影响

食品的保水性通常与其质量有着密切的关系，冻藏食品的解冻损失率是衡量食品中冰晶破坏组织结构程度的重要指标，一般可用于表示食品保水性。不同压强下冻藏奶豆腐的解冻损失率如图2所示。

图2 超高压处理对奶豆腐解冻损失率的影响Fig. 2 Effect of UHP treatment on the thawing loss rate of frozen hurood

从图2可以看出，300、400、500 MPa处理组的解冻损失率显著低于其他处理组（＜0.05），分别为3.5%、3.6%和3.6%，表明不同压强处理对冻藏奶豆腐的解冻损失率有明显影响。其中对照组的解冻损失率最大，为5.3%，这是因为将奶豆腐直接在-18 ℃冻藏，形成了大小各异、分布不均匀的冰晶，并且因冻结速率慢，生成较多较大体积的冰晶，对奶豆腐的内部结构造成破坏。实验过程中发现，经高压处理的奶豆腐会自动排出很多乳清，这部分乳清保留在包装袋中，但在冻藏30 d后，高压强处理的奶豆腐仍比对照组的解冻损失率低，这意味着在冻藏及解冻过程，经过超高压处理的奶豆腐失水率远低于对照组。

2.1.3 超高压处理对冻藏奶豆腐pH值的影响

由表2可知，对照组奶豆腐的pH值为5.11，随着处理压强的增加，100、200、300、400、500 MPa处理组的pH值分别比对照组增加了0.20%、0.59%、0.98%、1.57%、1.57%。Ozturk等研究表明，超高压处理会在一定条件下提高pH值，原因可能是超高压处理导致不溶性磷酸钙发生溶解，释放出磷酸根离子并与氢离子结合，最终提高pH值。还可能是促进了非酸性分解产物和游离氨基酸形成以及蛋白质分解产生碱性物质的综合效应导致。除此以外，Koca等发现超高压处理对干酪pH值的影响取决于干酪的类型和处理压强，随着压强的增加，这种效应更加明显。在加压后，胶束磷酸钙发生部分解离，导致pH值进一步升高，酪蛋白胶束或酪蛋白乳清蛋白聚集体解体。

表2 超高压处理对奶豆腐pH值的影响Table 2 Effect of UHP treatment on the pH of hurood

2.1.4 超高压处理对冻藏奶豆腐色泽的影响

色泽是衡量食品品质的重要指标，也是影响消费者购买欲的重要因素。不同处理组奶豆腐的*、*、*值如表3所示。实验过程中观察发现，较低强度超高压处理的奶豆腐与对照组颜色相近，且在200 MPa和300 MPa高压下处理20 min的奶豆腐颜色几乎没有差别。另外，奶豆腐在500 MPa下加压20 min，奶豆腐颜色变化明显，呈淡黄色，*值的变化与观察结果一致，对照组和500 MPa处理组*值分别为14.33和17.40。超高压处理对奶豆腐的*值无显著影响，而对*和*值有显著影响，这与Okpala、Juan等的研究结果相一致。Juan等的研究发现，高压处理马苏里拉干酪的光吸收特性由于微观结构的变化而发生了改变。事实上，与低压处理（0～300 MPa）相比，经400 MPa和500 MPa处理的奶豆腐具有更致密的结构。因此，颜色的变化可能与奶豆腐的结构变化有关。并且在不同干酪品种中，相同压强下得到的结果也有可能相反，超高压引起颜色变化的程度也取决于干酪类型。

表3 超高压处理对奶豆腐色泽的影响Table 3 Effect of UHP treatment on the color of hurood

2.1.5 超高压处理对冻藏奶豆腐质构特性的影响

干酪的质构特性与风味均是区分干酪品种以及消费者选择干酪的重要指标之一。由图3可知，与对照组相比，超高压处理组奶豆腐的硬度，弹性，咀嚼度和内聚性均成上升趋势，且随着压强增加，100～500 MPa各处理组奶豆腐硬度依次增加了1.05%、8.55%、52.79%、116.72%、93.66%，咀嚼度依次增加了5.40%、40.80%、62.70%、150.75%、145.65%，总的来说，与对照组相比，300 MPa及以上压强处理的奶豆腐质地紧密、较硬、不易发散掉渣，略带弹性，口感筋道更有嚼劲。Juan、Evert-Arriagada等也得出类似的结论。Okpala等发现超高压处理后的干酪呈现比较规则的微观结构，大小均匀的脂肪球分布在致密的蛋白网络结构中。在超高压的作用下，蛋白质的体积减小并且形成了紧密的蛋白网络结构。但100 MPa压强水平下奶豆腐的质地与对照组相似，差异不显著（＞0.05）。Ozturk等研究结果表明500 MPa和600 MPa处理下的低钠、低水分、半脱脂马苏里拉奶酪样品明显变软，与本研究结果略有不同，一方面可能是由于高压加快了不溶性钙的溶解速率；另一方面可能是超高压处理破坏了较弱的疏水间相互作用。由此可知，超高压对干酪制品质构特性的影响不仅取决于压强，也取决于干酪制品的种类。此外，干酪制品的质地也由蛋白质网络结构和脂肪滴的分布决定，通过一定强度的超高压处理可有效保持其质地。

图3 超高压处理对奶豆腐质构特性的影响Fig. 3 Effect of UHP treatment on the textural characteristics of hurood

2.2 不同超高压处理奶豆腐冻藏后的营养品质

2.2.1 超高压处理对冻藏奶豆腐水分质量分数的影响

水分是影响干酪制品口感和货架期的重要因素，适当的水分可以有效提高消费者对其喜爱程度。自制奶豆腐水分质量分数为57.44%，由图4可知，随着压强的增加，奶豆腐的水分质量分数也依次增加，400 MPa和500 MPa超高压处理奶豆腐样品的水分质量分数显著高于对照组（＜0.05）；与对照组相比，经超高压处理的奶豆腐具有更好的保水性，冻藏结束后，其水分质量分数均高于未经处理的奶豆腐，与Koca等的研究结果一致。水分质量分数增加的原因可能是，压强的增加导致蛋白质发生变性，将奶豆腐中的部分结合水转化为自由水。说明适当的压强引起蛋白质网络结构的变化，增强蛋白质和水分子之间的相互作用，使水的流动性减弱，延缓了冻藏过程中水分流失。

图4 超高压对冻藏奶豆腐水分质量分数的影响Fig. 4 Effect of UHP treatment on the water content of hurood

2.2.2 超高压处理对冻藏奶豆腐脂肪、灰分、蛋白质量分数的影响

各处理组奶豆腐脂肪、灰分、蛋白质量分数如表4所示，超高压处理可较好地维持奶豆腐脂肪、灰分、蛋白质量分数。不同压强处理的奶豆腐蛋白质和脂肪质量分数与对照组差异不显著（＞0.05），表明超高压处理没有造成营养物质损失，但也有研究表明，超高压处理可以促进Feta干酪的成熟，加速Feta干酪成熟期间脂肪和蛋白质的降解，改善其风味。由表4可知，随着压强的增大，奶豆腐的灰分质量分数较对照组明显提升，其中500 MPa处理组的灰分质量分数最高，这与Evert-Arriagada等的研究结果一致，500 MPa超高压处理后的盐水奶酪与未处理组在相同条件下贮藏1 d，不同处理组脂肪和蛋白质量分数均没有显著性差异（＞0.05），但在贮藏7 d后总固体质量分数增加。对照组奶豆腐的灰分质量分数较低的原因可能是直接冻藏形成的大冰晶严重破坏奶豆腐结构，使部分物质随着乳清流出。

表4 超高压处理对奶豆腐脂肪、灰分、蛋白质量分数的影响Table 4 Effect of UHP treatment on the fat, ash and protein contents of hurood

2.3 不同超高压处理奶豆腐冻藏后的感官品质

对奶豆腐样品进行感官评价，由图5可以看出，对照组和100 MPa处理组奶豆腐的感官评分显著低于其他处理组（＜0.05），说明超高压处理对冻藏奶豆腐风味及组织状态有显著改善。评定人员发现400 MPa和500 MPa处理组的奶豆腐中有轻微的苦味，奶豆腐中的苦味是蛋白质水解生成短疏水肽造成的。这种轻微的苦味在人们可接受的范围，不会对其感官评分造成影响。对照组及100 MPa处理组的奶豆腐味道发酸，且质地松散、口感较差，可能是因过度的脂肪分解而导致形成酸味；200 MPa和300 MPa处理组的奶豆腐味道也发酸，但松散程度没有对照组及100 MPa处理组严重。300 MPa及以上压强处理的奶豆腐更有弹性，质地没有那么松散，相比对照组表面更光滑，因此可通过一定强度的超高压处理来提高奶豆腐的感官特性。

图5 超高压处理对奶豆腐感官品质的影响Fig. 5 Effect of UHP treatment on the sensory quality of hurood

2.4 压强与冻藏奶豆腐各品质指标的相关性分析结果

将压强、解冻时间、水分质量分数、*值、质构特性及pH值间进行皮尔逊相关性分析。由表5可知，压强与解冻时间呈极显著负相关（＜0.01），相关系数为-0.982，与*值也呈极显著负相关（＜0.01）；此外，压强与水分质量分数、硬度、弹性、内聚性、咀嚼度和pH值均极显著正相关（＜0.01）。并且奶豆腐的硬度和弹性与咀嚼度间也有极显著的正相关性（＜0.01），这表明奶豆腐的硬度和弹性增加时其咀嚼度也增大。这些结果进一步表明，通过改变压强可有效调控冻藏奶豆腐的品质特性。

表5 压强与冻藏奶豆腐各品质指标的相关性分析结果Table 5 Correlation analysis between UHP treatment at different pressures and chemical and textural properties of hurood

2.5 不同超高压处理奶豆腐冻藏后的微观结构

不同压强对冻藏奶豆腐微观结构的影响不同。由图6可知，800 倍视野下观察发现100 MPa处理组的微观结构几乎与未加压奶豆腐相似，结构较松散且分布不均匀、不同大小和形状的孔洞无规则分布。然而，经过超高压处理的奶豆腐微观结构显示出一种聚合的蛋白网络结构，并且孔洞直径范围变窄，当压强从200 MPa增加到500 MPa，孔洞直径变小且分布越来越均匀，结构变得紧密，300 MPa处理后的SEM图像孔洞直径明显变小，继续增加压强到500 MPa时，表面孔洞直径更小且密集，这与Serrano等的研究结果类似。

图6 超高压处理对奶豆腐微观结构的影响Fig. 6 Effect of UHP treatment on the microstructure of hurood

奶豆腐在排乳清和搅拌的过程中挤入部分空气导致内部形成大小不一的孔洞，使蛋白网络结构较松散，但随着压强的增加，内部空气被排出，较大的孔洞逐渐消失或形成了较小的孔洞，奶豆腐结构变得连续而紧密。另外，姜妹等的研究表明，超高压处理可能诱导蛋白发生变性、蛋白结构破坏及蛋白质分子内和分子间作用力发生改变，二级结构中主要是-螺旋结构被破坏，导致其蛋白质与脂肪间结构边界模糊，相互之间结合得更加紧密。综上，对照组和100 MPa处理组奶豆腐的蛋白网络结构间隙较大且破坏程度较严重，400 MPa和500 MPa处理组奶豆腐的蛋白间隙较小，对其保护作用较好。

3 结 论

通过研究不同压强处理奶豆腐冻藏后品质特性的变化，得出以下结论：随着压强的升高，处理组奶豆腐的解冻速率明显增快，400、500 MPa所需解冻时间最短；与对照相比300、400、500 MPa解冻损失率显著降低；超高压处理不会对奶豆腐的营养物质造成损失，且会一定程度提高保水性；同时，超高压处理压强与奶豆腐硬度、咀嚼度、弹性和内聚性各参数呈极显著正相关（＜0.01），处理后色泽整体呈白色，具有奶豆腐特有的奶香味且乳香浓郁、口感微酸，质地紧密、较硬，略带弹性，与对照组相比更光滑平整且有嚼劲；分析微观结构可知，随着处理压强的提升，奶豆腐结构更致密。

综上，400、500 MPa超高压处理组整体上对改善冻藏奶豆腐的品质有较显著的效果，本研究结果可为超高压处理奶豆腐提供一定的理论依据及数据参考。