全 文 ：书江西农业学报 2014，26(3):85 ～ 89
Acta Agriculturae Jiangxi
用响应曲面法优化发酵黄浆水制备豆腐凝固剂的工艺
乔明武1，田 洁2，赵秋艳1，宋莲军1*
收稿日期:2013 － 09 － 20
基金项目:河南省科技攻关项目(092102210174)。
作者简介:乔明武(1979─)，男，实验师，研究方向:食品科学。* 通讯作者:宋莲军。
(1．河南农业大学 食品科学技术学院，河南 郑州 450002;2．河南农业职业学院，河南 郑州 451450)
摘 要:在单因素试验的基础上，采用响应曲面法对乳酸菌发酵黄浆水制作豆腐凝固剂的工艺进行了优化。结果表
明: 当黄浆水与牛乳体积比为 1∶ 4时，其对乳酸菌的驯化效果较好，适宜作为发酵剂; 制作豆腐凝固剂的最佳工艺参数为发
酵剂接种量 17． 5%、发酵时间 16 h、乳糖添加量 9%。利用此工艺制作的凝固剂所制成的豆腐，质地细腻，硬度、弹性最佳，
有香味。
关键词:响应曲面法; 乳酸菌; 发酵; 黄浆水; 豆腐凝固剂
中图分类号:S565． 1． 099 文献标志码:A 文章编号:1001 － 8581( 2014) 03 － 0085 － 05
Optimization of Technologies for Preparation of Tofu Coagulator with Fermented
Tofu Whey by Using Ｒesponse Surface Method
QIAO Ming － wu1，TIAN Jie2，ZHAO Qiu － yan1，SONG Lian － jun1*
( 1． College of Food Science and Technology，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002，China;
2． Henan Vocational College of Agriculture，Zhengzhou 451450，China)
Abstract: On the basis of single － factor experiments，the response surface method was used to optimize the technologies for
the preparation of tofu coagulator with tofu whey which was fermented by lactobacillus． The results showed that tofu whey plus cow＇s
milk ( 1∶ 4 in volume) had better domestic effect on lactobacillus，and this mixture was suitable to be used as leavening agent． The
optimum technological parameters for the preparation of tofu coagulator were obtained as follows: inoculums size of leavening agent
17． 5%，fermentation time 16 h，additive amount of lactose 9% ． The prepared tofu with the coagulator made by this technology had
fine and smooth texture and the best hardness and elasticity，and it had a light fragrance．
Key words: Ｒesponse surface method; Lactobacillus; Fermentation; Tofu whey; Tofu coagulator
黄浆水是豆腐生产过程中的一种主要副产物，具
有丰富的营养价值。黄浆水中流失的大豆皂苷占大豆
原料的 58%，流失的大豆异黄酮占原料的 50%，水苏
糖占 83%，棉籽糖占 94%，蛋白质占 17%［1 － 4］。目前
黄浆水主要作为工业废弃物被排放，其中丰富的营养
素未被利用。其化学耗氧量(COD)、生物耗氧量
(BOD)值较高，严重污染环境。据报道，生产 75 t 大豆
制品所排放的废水相当于 2． 5 万 ～ 3． 0 万人口的城市
1 d的生活污水［3 － 4］。我国豆腐制品加工量较大，因此
开发利用黄浆水意义重大。
在豆腐制作过程中，添加凝固剂点浆是关键工
艺［5 － 6］。目前，我国在豆腐生产过程中主要使用石膏、
盐卤、葡萄糖酸内酯等化学凝固剂。石膏豆腐一般有
苦涩味;盐卤豆腐持水率差，质地粗糙;葡萄糖酸内酯
豆腐质地松软，易碎，不宜煎炒［7 － 10］。因此，开发天然
凝固剂成为豆腐产业发展的新趋势。利用乳酸菌对黄
浆水进行发酵，会产生酸性物质，在达到大豆蛋白质等
电点时，通过氢键、二硫键、疏水基团等相互作用，将多
肽链连接起来，从而形成蛋白凝胶。此外，在利用乳酸
菌发酵黄浆水过程中产生的凝固酶可以使大豆蛋白产
生凝胶，并且在此过程中产生的微量醇、醛、酯类等风
味物质可以赋予豆腐更优良的风味。这与传统的盐卤
凝固剂相比有着无法比拟的优点。本研究利用响应曲
面分析法优化了乳酸菌发酵黄浆水制作新型豆腐凝固
剂的工艺条件，以期变废为宝，开发新的食品资源。
1 材料与方法
1． 1 材料与试剂 黄浆水，本实验室自制;黄豆、纯牛
奶，超市购置;Yo － FLEXDVS 系列直投式乳酸菌种，科
·汉森公司，由河南农业大学畜牧站酸奶厂提供。
1． 2 仪器与设备 DM － Z100A 分离式磨浆机，沧州
铁狮磨浆机有限公司;pH 213 酸度计，HANNA instru-
ments;TA － XA PLUS 物性测试仪，英国 Stable micro
systems公司;SW － CJ － 2F 型洁净工作台，苏州安泰空
气技术有限公司;培养箱，上海一恒科技有限公司。
1． 3 方法
1． 3． 1 乳酸菌的驯化与发酵剂的制备 取不同体积
比的黄浆水与牛乳 50 mL 作为驯化培养基，置于三角
瓶中，在 121 ℃下灭菌 15 min;冷却至室温后，将乳酸
菌菌种按 0． 1 g /100 mL接种;在 40 ℃下驯化培养 12 h
后，观察其组织状态并测定 pH 值;优选出驯化培养基
后，进行扩大培养［11 － 15］，扩大培养溶液经高速搅拌均
匀后即为发酵剂。
1． 3． 2 黄浆水凝固剂的制备
1． 3． 2． 1 单因素实验 将发酵剂按不同比例接种到
灭菌黄浆水中，分别以发酵时间、发酵温度和乳糖添加
量为单因素，制作黄浆水凝固剂，以 pH 值和风味来判
断各因素对黄浆水凝固剂的影响。
1． 3． 2． 2 响应曲面实验 综合单因素实验结果，将在
不同工艺参数条件下制备的豆腐凝固剂用于制作豆腐
产品，并根据豆腐的感官品质，采用响应面分析法中
Box － Behnken的中心组合试验设计原理优化出最佳工
艺参数。选取发酵剂接种量(A)、发酵时间(B)和乳糖
添加量(C)为变量因素，每一个变量按低、中、高 3 个水
平，分别以 －1、0、1 进行编码，以豆腐的感官评分(Y)
为响应值，采用软件 Design － Expert version 7． 1 中的
响应面分析法设计实验，优化发酵黄浆水制作豆腐凝
固剂的工艺条件。响应面实验因素及其编码水平见
表 1。
表 1 实验因素及其编码水平
因素 代码
编码水平
－ 1 0 1
发酵剂接种量 /% A 10 15 20
发酵时间 /h B 8 16 24
乳糖添加量 /% C 5 7 9
1． 3． 3 用黄浆水凝固剂制备豆腐的工艺 豆腐加工
采用传统方法［15］，具体工艺流程如图 1 所示。称取
100 g大豆，在 20 ℃下浸泡 12 h，清洗、沥水、磨浆、煮
浆，待豆浆温度冷却至 80 ℃，称取 500 g 熟豆浆，加入
黄浆水凝固剂进行点浆，并保温 30 min，破脑压榨，即
得豆腐成品，在 0 ～ 4 ℃下保存备用。
图 1 豆腐制作工艺流程
1． 3． 4 豆腐的感官评定 豆腐感官评定标准见表 2。
2 结果与分析
2． 1 发酵剂的制备
2． 1． 1 乳酸菌菌种的驯化 分别选择纯黄浆水和纯
牛乳为培养基，并将黄浆水与牛乳按不同的体积比(1∶
4，2∶ 3，1∶ 1，3∶ 2，4∶ 1)分别制成培养基。在不同培养基
上分别接种乳酸菌菌种，进行驯化培养，结果见表 3。
表 2 豆腐感官评定标准
评定指标 评定标准 评分
色泽(20) 白或者偏黄，均一，有光泽。 15 ～ 20
白或者偏黄，均一。 10 ～ 15
颜色发暗，无光泽。 0 ～ 10
气味(20) 具有浓郁的豆腐香味。 15 ～ 20
有香味，但略有酸味。 10 ～ 15
有香味，但有少量异味。 5 ～ 10
有较多异味。 0 ～ 5
组织状态(30) 完整、质地细腻、表面不粘。 25 ～ 30
完整、质地较细腻、表面不粘。 20 ～ 25
较完整、质地欠细腻、表面略粘。 10 ～ 20
不完整、质地差、表面粘。 0 ～ 10
口感(15) 细腻爽滑，无涩味。 10 ～ 15
较爽滑，有涩味。 5 ～ 10
粗糙或成浆糊状，涩味重。 0 ～ 5
断面结构(15) 断面整齐光滑，无孔。 10 ～ 15
断面较整齐，表面较光滑，有少量孔。 5 ～ 10
断面不整齐，表面粗糙。 0 ～ 5
注:括号中的数值为该指标的满分值。
表 3 乳酸菌驯化培养结果
黄浆水与牛乳体积比 发酵液的组织状态及风味 pH值
纯牛乳 细腻均匀，香味浓。 4． 3
纯黄浆水 有絮状沉淀，涩馊味明显，难接受。 5． 6
4∶ 1 浑浊、分层，有涩馊味。 5． 2
3∶ 2 浑浊、分层，略有异味。 5． 0
1∶ 1 浑浊，基本无异味。 4． 8
2∶ 3 浑浊，无异味。 4． 5
1∶ 4 浑浊，略有乳香味。 4． 3
从表 3 中可以看出，乳酸菌在纯黄浆水中虽然生
长、产酸，但其酸度远低于在纯牛乳中的发酵酸度，且
发酵液的风味很差，涩馊味明显且有沉淀，这说明纯黄
浆水虽然营养丰富［1 － 3］，但并不能完全满足乳酸菌的
生长需求。将此时的发酵液作为凝固剂制作豆腐，预
备实验证明所制得的豆腐块形不完整、粗糙，且涩馊味
重，豆腐品质较差。所以需要在纯黄浆水中添加适量
的牛乳对乳酸菌进行驯化，使其适应黄浆水环境。
由表 3 可知:当黄浆水与牛乳的体积比从 4∶ 1变化
至 1∶ 4时，发酵液的状态越来越好，pH 值也逐渐下降;
当黄浆水与牛乳的体积比为 1∶ 1、2∶ 3和 1∶ 4时，发酵液
中的异味基本消失，甚至还略有乳香味。
2． 1． 2 发酵剂的制备 为了使乳酸菌进一步适应黄
浆水培养基，选取黄浆水与牛乳体积比例分别为 1∶ 1、2
∶ 3和 1∶ 4的上述乳酸菌驯化后的发酵液，将它们作为发
酵剂，按照 10%体积的接种量接种到纯黄浆水中，在
40 ℃下培养，发酵 12 h，取出观察其风味并测定其 pH
值，以进行进一步优选。结果见表 4。
由表 4 可知，将驯化后的乳酸菌菌种接种到纯黄
68 江 西 农 业 学 报 26 卷
浆水中后，溶液中 pH 值变化不是很明显，但风味变化
很大，纯黄浆水的涩、馊味明显减轻。这可能是由于发
酵过程中黄浆水本身的风味组分部分被分解，或者发
酵产生的风味物质掩盖了黄浆水本身的风味。此时选
用黄浆水与牛乳体积比例为 1∶ 4的发酵液作为发酵剂，
发酵纯黄浆水后的溶液作为豆腐凝固剂，预备实验证
明所制得的豆腐块形完整，不粗糙，有豆香味，达到了
豆腐应有的品质。因此，本文后续试验选用黄浆水与
牛乳体积比例为 1∶ 4时的发酵液作为发酵剂，并在发酵
黄浆水制作豆腐凝固剂工艺中进一步优化参数。
表 4 黄浆水发酵液优选结果
黄浆水与牛
乳体积比
黄浆水发酵液
风味 pH值
1∶ 1 略有涩、馊味。 4． 4
2∶ 3 馊味不明显，略有涩味。 4． 4
1∶ 4 无馊味，略有异味，可接受。 4． 2
2． 2 黄浆水凝固剂的制备
2． 2． 1 发酵剂接种量对黄浆水凝固剂的影响 取经
过灭菌处理的黄浆水 200 mL，将制备的发酵剂按照
5%、10%、15%、20%、25%体积的接种量分别加入到
黄浆水中，在 40 ℃下发酵 12 h，得到黄浆水凝固剂。
测定其 pH值和感官指标，结果见图 2 及表 5。
图 2 发酵剂接种量对黄浆水凝固剂 pH值的影响
表 5 发酵剂接种量对黄浆水凝固剂感官评价的影响
项目
发酵剂接种量 /%
5 10 15 20 25
色泽 乳黄色 乳黄色 乳黄色 乳黄色 乳黄色
风味 有较多异味 有少量异味 无异味 有乳香味 乳香味浓
组织状态 略浑浊 略浑浊 爽滑，略浑浊 爽滑，浑浊 絮状沉淀较多
由图 2 及表 5 可以看出，发酵剂接种量对黄浆水
凝固剂的 pH值及感官指标的影响比较大。随着发酵
剂接种量的增大，凝固剂的 pH 值呈下降趋势，其中接
种 5%发酵剂制得的凝固剂的 pH 值略高于蛋白质等
电点，不利于蛋白凝固，不适合制作豆腐凝固剂。不同
接种量制备的凝固剂在色泽上没有明显变化，但其异
味随着接种量的增大而减少，香味逐渐呈现。可能的
原因是当接种量低时发酵液中黄浆水的风味成分未能
呈现出来或者异味成分未被掩盖，涩、馊味明显。在接
种量超过 20%后发酵液组织状态不均匀，易浑浊产生
沉淀。因此，发酵剂接种量除了 5%和 25%外，其它的
几种接种量均可以用于进一步制作豆腐，以确定凝固
剂的效果。
2． 2． 2 发酵时间对黄浆水凝固剂的影响 取经灭菌
的黄浆水 200 mL，将发酵剂按照 20%的量加入到黄浆
水中，在 40 ℃下分别发酵 4、8、12、24、36、48 h，得到不
同的黄浆水凝固剂。测定各黄浆水凝固剂的 pH 值和
感官指标，结果见图 3 及表 6。
图 3 发酵时间对黄浆水凝固剂 pH值的影响
表 6 发酵时间对黄浆水凝固剂感官评价的影响
项目
发酵时间 /h
4 8 12 24 36 48
色泽 乳黄色 乳黄色 乳黄色 乳黄色 乳黄色 乳黄色
风味 有较多异味 稍有异味 无异味 有乳香味 有乳香味 有乳香味
组织状态 悬浮液，涩味重 浑浊，略有涩味 浑浊 有沉淀 略有涩味，有沉淀 略有涩味，有沉淀
由图 3 及表 6 可以看出，当发酵时间从 0 h延长至
30 h时，黄浆水凝固剂的 pH 值下降较快，表明发酵剂
繁殖产酸主要集中在这段时间，且凝固剂的 pH值也符
合豆腐凝固剂的要求。但发酵时间过短，不利于乳酸
菌产香，黄浆水的苦涩味不易消除。发酵时间过长，凝
固剂的状态不稳定，易产生浑浊和沉淀。因此，适宜的
发酵时间为 8 ～ 24 h。
2． 2． 3 乳糖添加量对黄浆水凝固剂的影响 取经灭
菌的黄浆水 200 mL，分别加入 1%、3%、5%、7%、9%
的乳糖，将发酵剂按照 20%的量加入到黄浆水中，在
40 ℃下分别发酵 8 h，得到黄浆水凝固剂。测定各黄浆
水凝固剂的 pH值和感官指标，结果见图 4 及表 7。
783 期 乔明武等:用响应曲面法优化发酵黄浆水制备豆腐凝固剂的工艺
图 4 乳糖添加量对黄浆水凝固剂 pH值的影响
由图 4 和表 7 可以看出，添加乳糖可以明显促进
乳酸菌的发酵作用，随着乳糖添加量的增加，黄浆水凝
固剂的 pH值先降后升，在 7%的添加量时基本上达到
最低点。添加乳糖也缓解了黄浆水固有的苦涩等异
味，组织状态也趋于稳定，因此，乳糖的添加量选在 7%
左右比较合适。
2． 3 用响应曲面法优化发酵黄浆水凝固剂的工艺条
件 利用 Design － Expert 7． 1 统计软件中的 Box － Be-
hnken设计三因素三水平实验，实验以随机次序进行，
结果见表 8。
表 7 乳糖添加量对黄浆水凝固剂感官评价的影响
项目
乳糖添加量 /%
0 1 3 5 7 9
色泽 乳黄色 乳黄色 乳黄色 乳黄色 乳黄色 乳黄色
风味 有较多异味 有较多异味 有异味 有少量异味 有少量异味 有少量异味
组织状态 有絮状沉淀 浑浊，有稍许沉淀 浑浊 浑浊 浑浊 浑浊
表 8 响应曲面实验设计方案与结果
实验
序号
发酵剂接
种量 A /%
发酵时间
B /h
乳糖添加
量 C /% 感官评分
1 15． 00 24． 00 9． 00 70． 9
2 10． 00 16． 00 5． 00 66． 3
3 15． 00 16． 00 7． 00 87． 4
4 15． 00 8． 00 5． 00 69． 7
5 20． 00 16． 00 9． 00 85． 2
6 20． 00 24． 00 7． 00 65． 3
7 15． 00 16． 00 7． 00 89． 7
8 20． 00 8． 00 7． 00 86． 5
9 20． 00 16． 00 5． 00 85． 4
10 15． 00 24． 00 5． 00 73． 5
11 15． 00 16． 00 7． 00 90． 1
12 15． 00 8． 00 9． 00 89． 4
13 10． 00 24． 00 7． 00 66． 8
14 10． 00 16． 00 9． 00 88． 9
15 15． 00 16． 00 7． 00 87． 5
16 15． 00 16． 00 7． 00 78． 8
17 10． 00 8． 00 7． 00 72． 6
用 Design － Expert 7． 1 软件中的 ANOVA程序对实
验数据进行分析，计算出回归方程中各系数。各系数
经回归拟合后，检验各项的显著性，剔除不显著因子，
最终得到以下豆腐感官评价(Y)对发酵剂接种量(A)、
发酵时间(B)、乳糖添加量(C)的二次多项回归方程:
Y = +86． 70 + 3． 48A － 5． 21B + 4． 94C － 3． 85AB － 5． 70
AC －5． 57BC －4． 16A2 － 9． 74B2 － 1． 09C2。
由表 9 可见:上述模型的 P值为 0． 0035，表明所得
回归方程极显著;方程的一次项 A、B、C 对 Y 的影响均
显著，影响程度表现为 B ﹥ C ﹥ A;方程的二次项系数
均为负值，表明方程的抛物线开口朝下，具有极大值，
能够进行最优分析;失拟项不显著，Ｒ2 为 0． 9251，该模
型在被研究的整个回归区域拟合性很好。因此，可用
该回归方程代替试验真实点对实验结果进行分析。
将上述模型中的发酵剂接种量(A)、发酵时间(B)
和乳糖添加量(C)3 个因素中的任何 1 个因素固定在 0
水平，得到另外两个因素交互作用对豆腐感官评分影
响的子模型，并分别绘制等高线及三维曲面图，见图 5。
表 9 对豆腐感官评价模型的方差分析结果
因素 平方和 自由度 均方 F值 P值
Model 1328． 73 9 147． 64 9． 60 0． 0035
A 96． 61 1 96． 61 6． 28 0． 0406
B 217． 36 1 217． 36 14． 13 0． 0071
C 195． 03 1 195． 03 12． 68 0． 0092
AB 59． 29 1 59． 29 3． 86 0． 0903
AC 129． 96 1 129． 96 8． 45 0． 0228
BC 124． 32 1 124． 32 8． 08 0． 0249
A2 72． 95 1 72． 95 4． 74 0． 0658
B2 399． 24 1 399． 24 25． 96 0． 0014
C2 4． 98 1 4． 98 0． 32 0． 5871
残差 107． 65 7 15． 38
失拟项 23． 55 3 7． 85 0． 37 0． 7778
误差 84． 10 4 21． 02
总和 1436． 38 16
注:当 P ＜ 0． 05 时，回归显著;当 P ＜ 0． 01 时，回归极显著。
图 5 显示了 A、B 和 C 对豆腐感官指标的交互影
响。在本实验水平上，发酵剂接种量为 12． 5% ～
20． 0%时，豆腐的感官评分最高;发酵时间在 12 ～ 20 h
之间时豆腐的感官评分最高，而低于 12 h 或者高于 20
h时豆腐的感官评分较低;乳糖添加量越高，豆腐的感
官评分也越高，这可能是由于乳糖的存在能促进乳酸
菌的生长，使发酵液的 pH值降低，呈味物质更丰富，由
此凝固的豆腐品质也更佳。因此，优化得到由乳酸菌
发酵黄浆水制备豆腐凝固剂的最佳条件:发酵剂的接
种量为 17． 5%，发酵时间为 16 h，乳糖添加量为 9%。
在此最佳工艺条件下，所制得豆腐的感官评分理论值
为 89． 6。为了验证该模型的可靠性，在该最佳条件下，
做了 3 组验证实验，所得豆腐的感官评分平均值为
88． 3，模型的预测值与实际值比较接近，因此，基于响
88 江 西 农 业 学 报 26 卷
应面法所得的最佳工艺参数准确可靠。
图 5 豆腐感官评分的响应面及等高线
3 结论
以黄浆水与牛乳体积比 1∶ 4对乳酸菌进行驯化，效
果比较理想，适合扩大培养制作黄浆水发酵剂。在单
因素实验的基础上，采用响应曲面法设计实验，得到了
用发酵剂发酵黄浆水制作豆腐凝固剂的最佳工艺参
数:发酵剂接种量为 17． 5%、发酵时间为 16 h，乳糖添
加量为 9%。利用此工艺制作的凝固剂所制成的豆腐，
色泽均一，硬度、弹性适中，质地细腻，有豆腐香味。
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983 期 乔明武等:用响应曲面法优化发酵黄浆水制备豆腐凝固剂的工艺
3 小结与讨论
3． 1 小结 通过在培养料中添加配比不同的莲子壳
粉袋料栽培茶树菇的筛选研究，获得了莲子壳粉袋料
栽培茶树菇的较优配方 C，即莲子壳粉 52%、棉籽壳
26%、麦麸 20%、石灰 2%。配方 C 菌包菌丝生长较
快，34 d菌丝长满菌包，比棉籽壳为主的配方 CK 提前
4 d长满菌袋;出菇周期短，产量高，4 批茶树菇每个菌
包平均产量达到 341． 50 g 干菇，生物转化率达到
68． 30%，优于棉子壳袋栽茶树菇的产量，生物转化率
比棉子壳的 CK配方提高 1 个百分点左右。
3． 2 讨论 莲子壳为白莲产区的废弃物，本研究为莲
子壳袋栽茶树菇提供了有价值的试验数据，莲子壳可
以完全代替袋栽培茶树菇配方中的木屑，是栽培食用
菌的较好原料，莲农就地取材利用莲子壳生产茶树菇，
变废为宝，可大大降低生产成本，提高经济效益，拓展
莲农增收途径。从生态效益看，利用莲子壳栽培茶树
菇后的废菌糠，不仅是农作物的优质有机肥，且可改良
土壤，这样可防止因焚烧莲子壳而造成的空气污染，对
农村的可持续发展有积极的作用。本研究为莲子壳废
弃物的利用开辟了新用途。
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( 责任编辑: 周 军)
001 江 西 农 业 学 报 26 卷