響應(yīng)面法優(yōu)化紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳的發(fā)酵工藝

關(guān)正萍，徐 欣，關(guān) 正，關(guān)正君，廖同兵（.山西師范大學食品科學學院，山西 太原 00000；.山西師范大學生命科學學院，山西 太原 00000；.運城學院生命科學系，山西 運城 0000；.杭州北千科技有限公司，浙江 杭州 0000）

0 引言

花生，隸屬豆科一年生植物，別名番豆、泥豆等。亞洲是栽培花生最廣泛的地區(qū)，在我國比較普遍，許多地方都有栽種?；ㄉ泻性S多對人體有利的營養(yǎng)物質(zhì)，比如脂肪酸、胡蘿卜素及一些無機鹽離子[1-2]?；ㄉ缓虻鞍祝涑煞诌€富含人體必需的氨基酸，可以加速幼兒生長發(fā)育[3]。花生中的不飽和脂肪酸可改善血液循環(huán)?；ㄉ芯S生素含量較高，所含有的維E 不僅對衰老有一定的抵抗作用，而且還可以促進人體體細胞發(fā)育，維B6能增強人體記憶力[4-5]?；ㄉt衣具有很好的補血效果，因為花生紅衣會增加血液中血小板的數(shù)量、促進毛細管的吸收，同時也會阻礙纖維蛋白的溶解，從而提高紅細胞的造血能力[6]。

花生芽苗菜是以脫殼后的花生為原料，經(jīng)特殊的萌發(fā)處理后，生長出能夠食用的嫩芽?；ㄉ棵绮说呐嘤? 種方法：①基質(zhì)栽培，將發(fā)芽后的種子移植到特殊的基質(zhì)中使其生長；②水培法，將發(fā)芽后種子移植到底部可以加水的特制容器中使其生長[7-8]。發(fā)芽可使種子中的營養(yǎng)成分更好地發(fā)揮作用[10]，大分子的蛋白質(zhì)在相關(guān)酶的作用下被分解，并且人體更易于吸收其分解所產(chǎn)生的氨基酸[9-10]。此外，花生芽中的營養(yǎng)成分和活性物質(zhì)會隨著萌發(fā)階段不同而有所差異，如酚類物質(zhì)含量增加，抗氧化活性增強，游離氨基酸含量不斷增加[11-12]，甘油三酯則被分解代謝產(chǎn)生熱量，從而使脂肪含量降低[13]。白藜蘆醇是花生芽苗菜中一類具有強大保健作用的天然活性成分，在延緩衰老的同時還可預(yù)防心腦血管疾病，而白藜蘆醇的這些益處則與它在腸道內(nèi)的生理活動相關(guān)[14]。而且消費者食用花生芽苗菜來補充身體所需的微量元素。

酸乳是以牛乳為原料，在乳酸菌的作用下制得的產(chǎn)品。酸乳憑借獨特的口感和豐富的營養(yǎng)成分獲得了消費者的喜愛和認可，并且牛奶經(jīng)過發(fā)酵后其中乳糖含量減少，容易被人體吸收，乳糖不耐癥患者飲用時不會產(chǎn)生不良反應(yīng)[15]。將花生芽苗菜與酸乳進行結(jié)合，其中所含的氨基酸比例合適，并且與市售酸奶相比，蛋白質(zhì)含量更為豐富，因而可以作為人體每日所需蛋白質(zhì)的優(yōu)質(zhì)來源[16]。

近年來，“雙發(fā)”食品逐漸引起人們的注意[17]，食品原料經(jīng)過發(fā)芽與發(fā)酵之后，其中的營養(yǎng)成分有所提高，而且還含有一定的藥用功效[18]。試驗以紅皮花生芽苗菜和牛乳為原料將其制成酸乳，補充市場上相關(guān)的空白，為相關(guān)功能性食品的規(guī)范生產(chǎn)提供借鑒，擴大“雙發(fā)”食品的市場規(guī)模。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅皮花生品種四粒紅，河南豫香果果食品有限公司提供；伊利純牛奶和白砂糖，均購自當?shù)爻?。酸奶發(fā)酵劑，安琪酵母公司提供；花生育苗盤，購自水生田園旗艦店；乳酸菌瓊脂培養(yǎng)基，奧博星生物技術(shù)有限公司提供；平板計數(shù)瓊脂，海博生物科技有限公司提供；氫氧化鈉，考馬斯亮藍G-250 染料，95%乙醇和磷酸（85%），洛陽市化學試劑廠提供；酚酞，天津市光復(fù)科技有限公司提供；濃鹽酸，學校設(shè)備處統(tǒng)一提供。所用試劑均為分析純。

303-0 型的培養(yǎng)箱，北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司產(chǎn)品；均質(zhì)機，溫州桑田流體自控設(shè)備有限公司產(chǎn)品；752N 型紫外- 可見分光光度計，湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司產(chǎn)品；立式壓力蒸汽滅菌器等，上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠產(chǎn)品；超凈工作臺，蘇州凈化設(shè)備有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗方法

1.2.1 紅皮花生芽苗菜的水培法制備

紅皮花生芽苗菜工藝流程[7]為：紅皮花生→預(yù)處理→浸泡→催芽→發(fā)芽→采收。

選擇顏色均一、顆粒圓潤的花生，將0.3%的次氯酸鈉加入育苗盤中消毒，然后再將花生表面的次氯酸鈉沖洗干凈。在水中浸泡12 h，使花生充分吸水膨脹，然后將花生在遮光條件下催芽48 h，待芽長到2 mm 左右時，移入育苗盤中進行生長。在生長過程中，每天用溫水給花生芽澆水4 次，并每天給育苗盤換水。當花生芽的長度為8 cm 時，從育苗盤移出，去掉花生紅衣，切碎后放入沸水中，煮沸6 min備用[15]。

1.2.2 紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳工藝流程

純牛奶→配料（花生芽苗菜+ 白砂糖） →預(yù)熱→均質(zhì)→滅菌→冷卻→接種→發(fā)酵→后熟→成品。

將花生芽切碎煮沸，斷生后，盛在玻璃器皿中備用，再將伊利純牛奶和白砂糖按照相關(guān)比例調(diào)配后均質(zhì)。在去除雜菌后加入酸奶發(fā)酵劑，在合適的溫度下進行發(fā)酵。發(fā)酵完成后在冰箱冷藏室進行后熟，后熟時間為24 h。最后對最終產(chǎn)品進行質(zhì)量檢驗，判斷是否符合國家標準可供消費者食用[18]。

1.2.3 操作要點

（1） 調(diào)配。經(jīng)過多次預(yù)試驗可知，向伊利純牛奶中加入滅菌后的花生芽苗菜（8%） 和白砂糖（9%），攪拌至白砂糖充分溶解即可。

（2） 均質(zhì)。將調(diào)配好的牛奶在30 MPa 下進行均質(zhì)，防止脂肪上浮，使乳濁液保持穩(wěn)定。

（3） 殺菌。對牛奶采用巴氏殺菌的方法進行滅菌，讓牛奶在30 min 內(nèi)處于62~65 ℃的條件下即可殺滅能引起人類疾病的細菌，同時又不破壞牛奶中的營養(yǎng)成分。

（4） 接種、發(fā)酵、后熟。經(jīng)過多次預(yù)試驗可知，為防止乳酸菌酵母失活，牛奶殺菌后需要冷卻至40 ℃，方可加入0.1%的酸奶發(fā)酵劑，上述操作均需在無菌條件下進行。于43 ℃下發(fā)酵6.5 h，冷藏后熟方可飲用[18]。

1.2.4 感官評價

由15 名具有感官評價經(jīng)驗豐富的專業(yè)人員組成品鑒小組，根據(jù)GB 19302—2010 從組織狀態(tài)、滋味、口感以及凝乳狀態(tài)，對紅皮花生芽酸奶進行打分[21]。

花生芽苗菜凝固型酸乳感官評價標準見表1。

表1 花生芽苗菜凝固型酸乳感官評價標準

根據(jù)15 名品鑒組成員的打分情況，去掉最高分與最低分，然后求得其余13 人的平均成績，作為每個樣品的最終得分[22]。

1.3 單因素試驗設(shè)計

1.3.1 紅皮花生芽苗菜添加量對紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳感官品質(zhì)的影響

紅皮花生芽苗菜添加量共設(shè)計5 個梯度，分別為6%，7%，8%，9%，10%，分別向每個處理組的牛奶中加入白砂糖（添加量為8.5%） 和酸奶發(fā)酵劑（添加量為0.1%），在溫度為42 ℃時發(fā)酵6 h，每個處理組分別設(shè)計3 個重復(fù)。然后，通過具有感官評價經(jīng)驗的15 名專業(yè)人員進行感官品嘗后獲得試驗結(jié)果。

1.3.2 白砂糖添加量對紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳感官品質(zhì)的影響

白砂糖添加量共設(shè)計5 個梯度，分別為8.0%，8.5%，9.0%，9.5%，10.0%，分別向每處理組牛奶中加入添加量為7% 的紅皮花生芽苗菜和酸奶發(fā)酵劑（添加量為0.1%），在溫度為42 ℃時發(fā)酵6 h，每個處理組分別設(shè)計3 個重復(fù)。然后，通過具有感官評價經(jīng)驗的15 名專業(yè)人員進行感官品嘗后獲得試驗結(jié)果。

1.3.3 發(fā)酵溫度對紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳感官品質(zhì)的影響

發(fā)酵溫度共設(shè)計5 個梯度，分別為40，41，42，43，44 ℃，分別向每處理組牛奶中加入7%的紅皮花生芽苗菜，添加量為8%的白砂糖，酸奶發(fā)酵劑（添加量為0.1%），并進行6 h 的發(fā)酵，每個處理組設(shè)計3 個重復(fù)；通過具有感官評價經(jīng)驗的15 名專業(yè)人員進行感官品嘗后獲得試驗結(jié)果。

1.3.4 發(fā)酵時間對紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳感官品質(zhì)的影響

發(fā)酵時間共設(shè)計5 個梯度，分別為5.5，6.0，6.5，7.0，7.5 h，向每處理組牛奶中加入7%的紅皮花生芽苗菜，白砂糖的添加量為8%，添加量為0.1%的酸奶發(fā)酵劑，在溫度為42 ℃時進行發(fā)酵，每個處理組設(shè)計3 個重復(fù)，然后，通過具有感官評價經(jīng)驗的15 名專業(yè)人員進行感官品嘗后獲得試驗結(jié)果。

1.4 響應(yīng)面法優(yōu)化試驗

根據(jù)上述4 個單因素的感官評分結(jié)果，選出每個因素中感官得分較高的3 個處理組，進行響應(yīng)面法試驗，探究在4 個因素共同影響下的紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳的最佳發(fā)酵工藝。

原輔料響應(yīng)面法的試驗因素及水平設(shè)計見表2。

表2 原輔料響應(yīng)面法的試驗因素及水平設(shè)計

1.5 理化指標及微生物指標檢測

運用考馬斯亮藍法對牛奶中的蛋白質(zhì)進行檢測，并運用酸堿滴定法對牛奶中的酸度進行檢測。微生物指標檢測采用平板計數(shù)法[23]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同紅皮花生芽苗菜添加量對酸乳感官品質(zhì)的影響

紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳中的特征成分是花生芽苗菜，紅皮花生芽苗菜的含量直接影響產(chǎn)品的滋味，花生芽苗菜添加量過低，酸乳中沒有花生芽苗菜的滋味，沒有特色，紅皮花生芽苗菜含量過高會掩蓋酸乳的味道。

紅皮花生芽苗菜的添加量對酸乳感官品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 紅皮花生芽苗菜的添加量對酸乳感官品質(zhì)的影響

由圖1 可知，紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳的感官得分受花生芽苗菜添加量變化較為明顯，當花生芽苗菜的添加量為8%時，花生芽苗菜和酸乳滋味融合較好，此時得分較高。

2.2 不同白砂糖添加量對酸乳感官品質(zhì)的影響

白砂糖不僅可以中和乳酸菌產(chǎn)生的酸，而且還可改善酸乳風味，增加酸乳的適口性。白砂糖含量超標時，甜味會掩蓋花生芽苗菜凝固型酸乳的風味，使產(chǎn)品特色不突出。而當白砂糖含量過低時，則表現(xiàn)為乳酸菌產(chǎn)生的酸味較為突出，起不到中和酸味的作用。

不同白砂糖添加量對酸乳感官品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 不同白砂糖添加量對酸乳感官品質(zhì)的影響

由圖2 可知，白砂糖添加量與感官評分聯(lián)系較為緊密。當白砂糖添加量為9 %時，紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳的酸甜適中。

2.3 不同發(fā)酵溫度對酸乳感官品質(zhì)的影響

環(huán)境溫度影響著酸乳中菌種的活性，若環(huán)境溫度過高會使乳酸菌失活，導(dǎo)致酸乳無法成型，溫度過低，由于乳酸菌不在適宜溫度，因此在一定時間內(nèi)酸乳無法成型，需要延長發(fā)酵時間。

不同發(fā)酵溫度對酸乳感官品質(zhì)的影響見圖3。

圖3 不同發(fā)酵溫度對酸乳感官品質(zhì)的影響

由圖3 可知，紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳感官評分結(jié)果受發(fā)酵溫度的影響，而由感官評分結(jié)果表明，在43 ℃下進行發(fā)酵所得到的產(chǎn)品評分最高，酸乳口味較好。

2.4 不同發(fā)酵時間對酸乳感官品質(zhì)的影響

酸乳的凝乳狀況由發(fā)酵時間的長短來決定。若發(fā)酵時間過久，乳酸菌大量產(chǎn)酸，酸味突出而導(dǎo)致適口性差；而發(fā)酵時間過短會導(dǎo)致酸乳不成型，凝乳性差，紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳的感官評分與發(fā)酵時間密切相關(guān)。發(fā)酵時間過久或不足均會使感官評分下降。而由15 名專業(yè)人員的評分結(jié)果表明，當發(fā)酵6.5 h 時，酸乳質(zhì)地均勻，口感綿潤。

不同發(fā)酵時間對酸乳感官品質(zhì)的影響見圖4。

圖4 不同發(fā)酵時間對酸乳感官品質(zhì)的影響

2.5 響應(yīng)面法試驗結(jié)果

應(yīng)用響應(yīng)面軟件進行試驗設(shè)計，通過表2 原輔料響應(yīng)面法試驗因素和水平，得出表3 響應(yīng)面法最佳試驗結(jié)果。在試驗中，采用響應(yīng)面軟件進行了試驗數(shù)據(jù)的多元回歸，獲得綜合評分結(jié)果。紅皮花生芽的添加量（A）、白砂糖添加量（B）、發(fā)酵時間（C）、發(fā)酵溫度（D） 的二次多項回程：

表3 響應(yīng)面法試驗結(jié)果

Y=85.36+0.008 3A-0.966 7B-0.591 7C+0.591 7D-1.42AB+0.5AC+0.25AD+0.575 0BC+0.7BD-0.525CD-1.69A2-3.23B2-1.98C2-1.84D2.

響應(yīng)面法試驗結(jié)果見表3，響應(yīng)面法回歸模型的方差分析見表4。

表4 響應(yīng)面法回歸模型的方差分析

由表4 可知，模型的p<0.01，表示該模型的置信度高于99%，說明回歸模型極顯著。失擬項（p=0.439 3） >0.05，即失擬項不顯著，表示自然誤差不顯著。以上結(jié)果表明該模型極具統(tǒng)計學意義。根據(jù)表4 中的F 值來判斷4 種因素對紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳感官得分影響程度依次為白砂糖添加量（B） >發(fā)酵溫度（D） >發(fā)酵時間（C） >花生芽添加量（A），綜上所述，此模型可較好地預(yù)測不同配比的紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳的感官評分。試驗所建立模型的擬合度較好，采用響應(yīng)面分析法優(yōu)化得到的紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳最佳發(fā)酵工藝參數(shù)可靠。

2.6 響應(yīng)面法最優(yōu)結(jié)果

運用Design Expert 11.0 軟件，得到了對應(yīng)二次回歸方程響應(yīng)面圖。響應(yīng)面圖通過各個影響因素A、B、C、D 影響響應(yīng)值大小所繪制的三維立體曲面圖，從響應(yīng)面3D 圖中，可以直觀、形象地看出最優(yōu)參數(shù)和影響因素的變化情況[24]。

紅皮花生芽苗菜添加量和白砂糖添加量交互作用的響應(yīng)面（a） 和等高線圖（a） 見圖5，紅皮花生芽苗菜添加量和發(fā)酵時間交互作用的響應(yīng)面圖（a）和等高線圖（b） 見圖6，紅皮花生芽苗菜和發(fā)酵溫度交互作用的響應(yīng)面圖（a） 和等高線圖（b） 見圖7，白砂糖添加量和發(fā)酵時間交互作用的響應(yīng)面圖（a） 和等高線圖（b） 見圖8，白砂糖添加量和發(fā)酵溫度交互作用的響應(yīng)面圖（a） 和等高線圖（b） 見圖9，發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間交互作用的響應(yīng)面圖（a）和等高線圖（b） 見圖10。

圖5 紅皮花生芽苗菜添加量和白砂糖添加量交互作用的響應(yīng)面（a） 和等高線圖（b）

圖6 紅皮花生芽苗菜添加量和發(fā)酵時間交互作用的響應(yīng)面圖（a） 和等高線圖（b）

圖7 紅皮花生芽苗菜和發(fā)酵溫度交互作用的響應(yīng)面圖（a）和等高線圖（b）

圖8 白砂糖添加量和發(fā)酵時間交互作用的響應(yīng)面圖（a）和等高線圖（b）

圖9 白砂糖添加量和發(fā)酵溫度交互作用的響應(yīng)面圖（a）和等高線圖（b）

圖10 發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間交互作用的響應(yīng)面圖（a）和等高線圖（b）

響應(yīng)面曲面走勢陡立，則表明2 個因素交互作用后對紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳的感官評分的影響越大，而響應(yīng)曲面走勢平緩，則表明2 個因素交互作用后對紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳的感官評分影響較小[25]。依據(jù)響應(yīng)面方程及其響應(yīng)面3D 圖可預(yù)測出加工紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳的最優(yōu)條件為花生芽苗菜添加量8%，白砂糖添加量9%的前提下，在43 ℃下發(fā)酵6.5 h，可以制作出感官評價較好的紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳。在此條件下生產(chǎn)的紅皮花生芽苗菜酸乳，由具有感官評價經(jīng)驗的15 名食品專業(yè)人員進行感官評分，去掉1 個最高分和1 個最低分，其余13 名學生的感官得分平均值為85.3分，與預(yù)測值（85.528） 相差很小，從而可以用所得的回歸方程及其響應(yīng)面3D 圖來預(yù)測其余條件下的感官評分。并且在最優(yōu)條件下加工出來的紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳色澤白潤、入口絲滑、味道甘甜，且未見乳清析出，花生芽苗菜香味與酸乳酸味融合較好，可獲得消費者的喜愛。

2.7 理化指標及其微生物指標結(jié)果

紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳理化指標檢測見表5。

表5 紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳理化指標檢測

由表5 可知，紅皮花生芽酸奶的理化指標符合國家標準的相關(guān)規(guī)定，可以放心飲用補充人體所需的營養(yǎng)。

紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳微生物檢測結(jié)果見表6。

表6 紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳微生物檢測結(jié)果/CFU·mL-1

由表6 可知，紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳的微生物指標完全符合國標（GB 19302—2010） 的相關(guān)規(guī)定，可放心食用。

3 結(jié)論

采用Box-behnken 中心組合試驗設(shè)計，探究了紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳的發(fā)酵工藝條件與產(chǎn)品感官品質(zhì)之間的關(guān)系。在進行了單因素試驗后，選取合適的水平設(shè)計響應(yīng)面試驗。以感官評分為響應(yīng)值，可由擬合出的回歸方程確定紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳的最佳發(fā)酵工藝為紅皮花生芽苗菜添加量8%，白砂糖添加量9%，于43 ℃的條件下發(fā)酵6.5 h。經(jīng)測定，在此條件下加工的紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳感官評分較高，深受消費者喜歡，可以很好地彌補市場上相關(guān)的空白，因而擁有較大的市場。在此條件下生產(chǎn)出的凝固型酸乳，各項指標均在國家要求的范圍之內(nèi)。且酸奶口感綿密、質(zhì)地均勻、濃稠，有紅皮花生芽苗菜特有的香味。