響應面法優(yōu)化豆奶發(fā)酵工藝的研究

余 飛

（南昌泰康食品科技有限公司項目部，泰康食品專家工作站，南昌 330100）

黃豆在我們的日常飲食中占據了非常重要的地位，我們喜歡飲用的豆?jié){就由黃豆制作而成，黃豆還可以用來制作發(fā)酵食品，比如：豆豉、豆汁、黃豆醬及各種豆腐乳等。黃豆的營養(yǎng)豐富，其內含有大量的蛋白質、脂肪與氨基酸等營養(yǎng)成分，并且還富含維生素A、B、D、E 及鈣、磷、鐵等礦物質，具有美白護膚、提高記憶力、減肥瘦身和通便等功效與作用，以至于被民間稱為豆中之王以及植物牛奶等。 黃豆中含有的大豆異黃酮，食用后可使肌膚保持紅潤有光澤，并富有彈性，起到延緩更年期的作用。黃豆中大量的植物蛋白以及豐富的磷脂和甾醇等營養(yǎng)成分， 能夠起到滋養(yǎng)神經、促進大腦發(fā)育并幫助記憶力的作用。這些物質可以增強人體免疫功能，提高免疫水平。

豆奶是常見的一類飲料，容易被人體吸收。在現(xiàn)實生活中，豆奶發(fā)酵的產品較少，發(fā)酵豆奶主要特點是促進消化，在發(fā)酵的過程當中，微生物發(fā)酵產生很多酶，能夠幫助人體消化和吸收大量有益菌。食物在發(fā)酵的過程當中會產生很多有益菌， 這些有益菌能夠保持人體菌群的穩(wěn)定，增強人體的免疫能力，促進消化，能夠調節(jié)人的食欲，有利于減肥，有利于營養(yǎng)物質的吸收。發(fā)酵食物里含有一些礦物質成分，可以提高人體的抵抗力，還可以延緩衰老、抗腫瘤和預防動脈硬化、降解有害物質。發(fā)酵類食物可以把食物中部分有害物質分解掉，從而保護機體免受危害[2-6]。

研究采用丹尼斯克復合菌種發(fā)酵大豆原料，并應用響應面分析法（RSM）[7]來優(yōu)化發(fā)酵工藝，最后通過調制、均質、發(fā)酵、滅菌制備得到發(fā)酵豆奶。

1 材料、儀器和方法

1.1 材料

黃豆（市購）；菌種，丹尼斯克(中國)有限公司；酸奶香精，南昌朵美生物有限公司；復合穩(wěn)定劑，南昌泰康食品科技有限公司。

1.2 儀器

恒溫水浴鍋， 江蘇金壇市中大儀器廠； 均質機60-6S 型，上海東華高壓均質機廠；膠體磨JM30 型，溫州市鹿城精益膠體磨廠； 超高溫瞬時滅菌機YTG-1 型，鹽城億天機械設備有限公司。

1.3 工藝流程

大豆→清洗→蒸煮→磨漿→過濾→煮漿→配料→均質→滅菌→冷卻→接種→發(fā)酵→調和→均質→UHT 滅菌→灌裝→包裝→質檢→成品

1.4 技術要點

（1）清洗：選取顆粒完整均勻、無霉變腐爛、蛋白質含量高的大豆，用清水清洗去除表面雜質。

（2）蒸煮：將潔凈的飲用水燒開，倒入清洗好的大豆，大豆與水的比例為1:2，不加蓋沸水煮制，將大豆煮至完全膨脹開（時間1 h 左右）。

（3）磨漿：將蒸煮好的大豆先用豆?jié){機磨碎，再用膠體磨反復研磨3 遍，大豆與水的比例為1:5。

（4）過濾：將磨好的豆?jié){用200 目振動篩過濾，濾渣放入85 ℃以上的水（濾渣與水的比例為1:1）中攪拌均勻，水浴加熱30 min，然后200 目振動篩過濾，濾液一并收集。

（5）煮漿：將過濾好的豆?jié){通過水浴85 ℃以上加熱加蓋蒸煮40 min。

（6）配料：將稱量好的大豆分離蛋白倒入熱水中，攪拌均勻，乳化剪切0.5 h 以上，在煮好的豆?jié){中加入葡萄糖以及溶解好的大豆分離蛋白。

（7）均質：將配好的料液在60 ℃、35 MPa 條件下均質1 遍。

（8）滅菌：將均質好料液水浴加熱至80~85 ℃，加熱30 min 滅菌， 將滅菌好的料液冷水浴冷卻至43 ℃以下。

（9）接菌種：按料液量百分比加菌種，攪拌均勻。

（10）發(fā)酵：放入37~43 ℃恒溫培養(yǎng)箱中。

（11）調配：稱取豆奶穩(wěn)定劑，倒入50 倍的熱料液中， 攪拌均勻， 發(fā)酵豆奶攪拌破碎， 水浴加熱至60℃左右， 加入溶解好的穩(wěn)定劑濃液再乳化剪切0.5h 以上，攪拌均勻。

（12）均質：35 MPa 條件下均質1 遍。

（13）UHT：溫度為117 ℃，時間為15 s。

（14）檢驗：對成品的理化指標（蛋白質）和衛(wèi)生指標（細菌總數(shù)、大腸菌群數(shù)）進行檢測，兩者均合格則產品視為合格。

1.5 試驗設計

根據Box -Benhnken 模型的中心組合試驗設計原理選取菌種添加量、發(fā)酵時間、發(fā)酵溫度，為自變量, 分別以X1、X2、X3來表示, 并以+1、0、- 1 分別代表自變量的高、中、低水平。 按方程xi=(Xi- X0) /△X對自變量進行編碼，料液DE 值為響應值，試驗因素及水平設計見表1。

1.6 感官評定

表1 響應面法因素設計水平

對制備的飲料口感測試。

感官評定參考中國乳品工業(yè)行業(yè)規(guī)范牛乳感官質量評鑒細則。 感官評分時，選取12 人，其中6 男6女，按評分標準進行評分，每一試樣評分2 次，然后通過數(shù)據的處理與分析，確定出感官評分結果，滿分100 分。 感官評分標準見表2。

2 結果與分析

2.1 響應面實驗結果

根據表1 因素水平進行響應面優(yōu)化試驗， 試驗結果見表3。

表2 豆奶飲料感觀評分標準 分

表3 響應面法試驗結果

2.2 模型方程的建立與顯著性檢驗

應用Design Expert 軟件，對表3 中的數(shù)據進行多元回歸擬合， 選擇對響應值顯著的各項, 可得菌種添加量(X1) 、發(fā)酵時間(X2) 和發(fā)酵溫度(X3) 與綜合評分（R1）之間的二次多項回歸方程:

回歸模型方差分析結果如表4 所示, 由此可以看出本實驗所選用模型高度顯著,擬合優(yōu)度好,預測值與試驗值之間具有高度相關性， 相關系數(shù)R=0.999 1 ,僅有約1%的變異不能由該模型解釋。

表4 回歸模型的方差分析

由表5 可以看出， 本試驗所建立的模型中， X1對口感評分的影響顯著； X22、X32為極顯著。

表5 回歸方程系數(shù)及其顯著性檢驗

2.3 豆奶發(fā)酵的響應面分析

由回歸方程所作的響應曲面圖及其等高線圖如圖1~3 所示。 菌種添加量(X1) 影響DE 值的最顯著因素，表現(xiàn)為等高曲線陡峭；發(fā)酵溫度(X3) 對其影響較小, 表現(xiàn)為等高曲線較為平滑。

由圖1～圖3 可以看出，綜合評分隨菌種添加量的上升而增加, 到達一定比例時， 綜合評分幾乎不變。從實驗結果也可知，得分在85 以上的發(fā)酵豆奶，菌種添加量和發(fā)酵時間具有很好的協(xié)調性。 菌種添加量過高，產品的原料成本就會上升，而發(fā)酵時間太長的話，嚴重影響車間的出品率，造成每日產品的得率不足，導致工廠生產利潤率會降低。通過該組圖即可對任何兩因素交互影響抗性得率的效應進行分析與評價。 對回歸方程求導數(shù),并令其等于零，可以得到曲面的最大點，即三個主要因素的最佳水平值，分別為:X1= 0.12、X2= 0.132、X3=-0.365, 轉換后得到綜合評分的最佳條件為: 菌種添加量為0.0212%，發(fā)酵時間12.53 h，發(fā)酵溫度41 ℃。

圖1 菌種添加量與發(fā)酵時間的響應面和等高線圖

圖2 菌種添加量與發(fā)酵溫度的響應面和等高線圖

圖3 發(fā)酵時間與發(fā)酵溫度的響應面和等高線圖

2.4 最佳條件的論證

為了進一步驗證最優(yōu)復合飲料制作條件， 取響應面中得分較高的實驗組與計算結果最優(yōu)的實驗組進行對比實驗，以選擇該款飲料的人數(shù)為評價標準，評定結果如表6 所示。 評定方法：選取12 人，其中6男6 女，每一人選擇二款自己認為的最佳飲料，確定出每種飲料感官較優(yōu)人數(shù)結果。

表6 最優(yōu)條件驗證實驗結果表

從表6 可知， 實驗1 和實驗3 所選擇的人數(shù)最多，一共達到63%。 其中1 號實驗產品評分最高（98分）。 4、5 號實驗飲料選擇的人較少，因為4、5 號要么發(fā)酵時間不夠，要么就是菌種添加量不足，達不到發(fā)酵的最終口感要求。因此發(fā)酵豆奶的最佳條件為：菌種添加量為0.0212%，發(fā)酵時間12.53 h，發(fā)酵溫度41 ℃。 因此，采用響應面法優(yōu)化得到的發(fā)酵豆奶最優(yōu)條件準確可靠，具有實用價值。

3 結論

（1）實驗中以綜合評分為豆奶發(fā)酵指標,對豆奶發(fā)酵的條件進行了初步研究, 結果表明, 菌種添加量影響豆奶發(fā)酵程度顯著, 而發(fā)酵溫度對豆奶發(fā)酵程度影響較小。

（2） 將響應面分析法應用于豆奶發(fā)酵工藝中,通過對試驗結果的分析比較, 確定了最佳固定化條件為: 菌種添加量為0.0212%，發(fā)酵時間12.53 h，發(fā)酵溫度41 ℃，并在該條件下綜合評分達到98 分。