響應(yīng)面法優(yōu)化紅皮花生芽菜制備工藝研究

關(guān)正萍，祈愉歡，關(guān) 正，關(guān)正君，廖同兵

（1.山西師范大學食品科學學院，山西太原 030000；2.山西師范大學生命科學學院，山西太原 030000；3.運城學院生命科學系，山西運城 044000；4.杭州北千科技有限公司，浙江杭州 310000）

花生是一種多株小喬木或二年生小喬木類的草本植物，原名落花生，是我國重要的油料作物和出口農(nóng)作物之一，為我國經(jīng)濟帶來巨大收益[1]?；ㄉ鸂I養(yǎng)價值豐富，含有脂肪、蛋白質(zhì)、維C 和白藜蘆醇等營養(yǎng)物質(zhì)[2]，且對人體有多種滋養(yǎng)保健補益作用，可延年益壽，又被稱為“長生果”[3]。

花生品種繁多，各有不同特點。紅皮花生含有大量不飽和脂肪酸和亞油酸，可有效清除體內(nèi)膽固醇、降低血脂、改善動脈粥樣硬化。

花生紅衣是花生殼和花生肉之間紅色花生皮。營養(yǎng)價值很豐富，含有大量維E 和維C，具有很好抗氧化作用，在一定程度上延緩皮膚衰老，起到降血壓、降血脂的作用。花生紅衣的植物纖維比較豐富，不僅能夠促進腸道蠕動、血液循環(huán)、血管軟化，對于一些瘀血癥狀有很好改善作用[3]。

芽苗菜指谷物、豆類等植物在經(jīng)過適當萌發(fā)處理步驟后長出嫩芽，再經(jīng)過一段時間培養(yǎng)后所制得食品。種子發(fā)芽后，營養(yǎng)品質(zhì)和加工特性均會發(fā)生一定程度改變，可通過改變種子中氨基酸組成進而提高蛋白質(zhì)綜合利用率，增加B 族維生素含量并減少抗營養(yǎng)因子水平，可改善人類的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)?；ㄉ棵绮耸怯擅摎ず笾话N皮的花生在合適條件下萌芽，經(jīng)過一段時間的生長發(fā)育成長為芽苗。花生芽苗菜培育有2 種方法：①基質(zhì)栽培，將萌芽后種子栽種在特殊基質(zhì)上生長發(fā)育；②水培法，無需土壤或基質(zhì)，只需要在放置萌芽種子容器底部加水便可生長的栽培方式。

種子萌發(fā)過程產(chǎn)生新一代植物，在胚乳和隨后發(fā)芽過程中會發(fā)生復(fù)雜的生化反應(yīng)。紅皮花生芽苗菜是其養(yǎng)分經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)化以供自身生長發(fā)育，且無需外界營養(yǎng)物質(zhì)供給，自身所含雜質(zhì)非常少，不僅具有較高營養(yǎng)價值，還具備良好生理功能。在較多芽苗菜食品中，花生芽苗菜因為所含營養(yǎng)成分而備受消費者廣泛關(guān)注[4]。

研究發(fā)現(xiàn)，紅皮花生萌芽后大分子物質(zhì)逐漸被降解為小分子物質(zhì)，脂肪含量也隨之降低，具有重要作用的功能性成分含量迅速增加，各種營養(yǎng)物質(zhì)更易被人體吸收[5-6]，還有降脂、抗氧化和通便功效，保健效果顯著。由于其營養(yǎng)豐富、綠色無污染，且種植過程耗費精力較少，不受季節(jié)影響、廉價易得，所以備受我國消費者青睞。因此，專家預(yù)測，花生芽苗菜將成為21 世紀健康綠色食品新時尚[7]。運用響應(yīng)面法優(yōu)化紅皮花生芽苗菜的制備工藝條件，推動芽苗菜產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展，同時為以花生為主的芽苗菜類等食品的深入研究和開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅皮花生，品種為四粒紅，河南豫香果果食品有限公司提供；乙醇（95 %）、葡萄糖，天津光復(fù)科技有限公司提供；磷酸（85 %)、抗壞血酸，科密歐化學試劑有限公司提供；氫氧化鈉、氯化鈣，天津市大茂化學試劑廠提供；濃鹽酸、濃硫酸，由學校設(shè)備處統(tǒng)一提供。所用試劑均為分析純。

303-0 型臺式培養(yǎng)箱，北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司產(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；超凈工作臺，蘇州凈化設(shè)備有限公司產(chǎn)品；TDZS-WS 型臺式低速離心機，上海儀電分析儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗方法

1.2.1 紅皮花生芽苗菜的水培法制備

（1） 紅皮花生芽苗菜工藝流程[8-9]。紅皮花生→預(yù)處理→浸泡→催芽→發(fā)芽→采收。

（2） 操作要點。選取當年成熟顆粒圓潤飽滿、色澤鮮艷、表皮無破損的優(yōu)質(zhì)紅皮花生種子。試驗前用0.3%的次氯酸鈉溶液將紅皮花生種子浸泡30 min，育苗盤用75%酒精消毒。之后用適量水將紅皮花生種子完全浸沒，在室溫下浸泡。浸泡完畢后，在適量水中淘洗2 次，去除些許雜質(zhì)及次氯酸鈉殘液。最后，將浸泡好的紅皮花生仁置于育苗盤上，適宜溫度下進行催芽。催芽結(jié)束后，將萌芽的紅皮花生種子插于孔眼育苗盤中進行遮光發(fā)芽。

在不同浸種時間、不同CaCl2溶液濃度、不同干燥時間、不同催芽溫度下進行發(fā)芽，花生每天澆水4 次左右，每次澆水要將花生芽苗菜淋透，避免種子產(chǎn)生熱量過多而發(fā)生腐爛。催芽結(jié)束后第2 天計算發(fā)芽率，第8 天后測其根長、芽長、鮮質(zhì)量。

1.2.2 浸種時間對紅皮花生芽苗菜生長性能的影響

將紅皮花生種子用0.3%的次氯酸鈉溶液加入育苗盤浸泡30 min，育苗盤用75%酒精進行滅菌消毒，挑選顆粒飽滿、色澤鮮艷、表皮無破損紅皮花生種子，倒入適量水將其浸沒，分別在室溫下浸泡6，12，24，30，36，42 h，置于23 ℃恒溫培養(yǎng)箱中催芽，第2 天計算發(fā)芽率，第8 天測其芽長、根長及鮮質(zhì)量。

1.2.3 干燥時間對紅皮花生芽苗菜生長性能的影響

將紅皮花生種子用0.3%次氯酸鈉溶液加入育苗盤浸泡30 min，育苗盤用75%酒精進行滅菌消毒，挑選顆粒飽滿、色澤鮮艷、表皮無破損的紅皮花生種子，倒入適量水將其浸沒，浸泡18 h 后將其取出，分別于室溫通風處干燥0，15，30，45，60，75，90 min，置于23 ℃恒溫培養(yǎng)箱中催芽，第2 天計算發(fā)芽率，第8 天測其芽長、根長及鮮質(zhì)量。

1.2.4 CaCl2質(zhì)量濃度對紅皮花生芽苗菜生長性能的影響

將紅皮花生種子用0.3%的次氯酸鈉溶液加入育苗盤浸泡30 min，育苗盤用75%酒精進行滅菌消毒，挑選顆粒飽滿、色澤鮮艷、表皮無破損的紅皮花生種子，分別配置質(zhì)量濃度為30，60，90，120，150，180，210 mg/L 的CaCl2溶液將其浸沒，另設(shè)空白對照，浸泡18 h 后取出，放于恒溫培養(yǎng)箱23 ℃下恒溫催芽，第2 天計算發(fā)芽率，第8 天測其芽長、根長及鮮質(zhì)量。

1.2.5 催芽溫度對紅皮花生芽苗菜生長性能的影響

將紅皮花生種子用0.3%的次氯酸鈉溶液加入育苗盤浸泡30 min，育苗盤用75%酒精進行滅菌消毒，挑選顆粒飽滿、色澤鮮艷、表皮無破損紅皮花生種子，倒入適量水浸沒，浸泡18 h 后取出，置于恒溫培養(yǎng)箱中在20，23，26，29，32 ℃、晝26 ℃夜20 ℃、夜26 ℃晝20 ℃共7 個不同溫度下恒溫催芽，第2 天計算發(fā)芽率，第8 天測其芽長、根長及鮮質(zhì)量。

1.2.6 響應(yīng)面法試驗

根據(jù)單因素試驗結(jié)果進行分析比較，并考查發(fā)芽率高低，選取浸種時間、CaCl2溶液濃度、催芽溫度3 個主要影響因素，運用響應(yīng)面法，以發(fā)芽率為響應(yīng)值擬合響應(yīng)曲面進行后續(xù)試驗。

響應(yīng)面法試驗的因素與水平設(shè)計見表1。

表1 響應(yīng)面法試驗的因素與水平設(shè)計

1.2.7 理化指標檢測

采用直接干燥法測定水分含量[10]，采用考馬斯亮藍法測定蛋白質(zhì)含量[11]，采用蒽酮比色法測定糖類含量[8]，采用紫外分光光度法測定維C 含量[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同浸種時間對紅皮花生芽苗菜生長性能的影響

不同浸種時間對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量的影響見表2。

表2 不同浸種時間對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量的影響

浸種對種子萌芽有著極其重要的影響，浸種的目的在于通過吸收水分激發(fā)種子結(jié)束休眠期進入萌發(fā)期，對種子的發(fā)芽率及其營養(yǎng)成分有著極大的影響。由表2 可知，隨著浸種時間的變化，紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量均發(fā)生不同程度的變化。由于浸種時間36 h 和42 h 所需浸種時間過長而將2 個梯度剔除。由表2 可知，發(fā)芽率隨著時間的延長而增高，浸種18 h 時達到峰值，為95.0%；根長、芽長、鮮質(zhì)量均變化趨勢不明顯，根長在浸泡時間為18 h 時達到峰值為8.42 cm，但之后隨著時間的延長不明顯，可能是因為當根能夠觸及水面之后，根長對紅皮花生芽苗菜的生長影響力下降。芽長在浸泡時間18 h 時達到峰值，為8.68 cm，鮮質(zhì)量在浸泡時間18 h 時達到峰值，為212.77 g。綜上確定最優(yōu)浸種時間為18 h。

2.2 不同干燥時間對紅皮花生芽苗菜生長性能的影響

不同干燥時間對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量的影響見表3。

表3 不同干燥時間對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量的影響

水分對種子萌發(fā)有著及其重要的影響，通過干燥處理可減少種子內(nèi)部水分含量。種子內(nèi)部水分含量過高會使紅皮花生種子發(fā)生霉變，進而導(dǎo)致種子壞死，降低種子的品質(zhì)。由表3 可知，隨著干燥時間的增長，紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量均在一定范圍內(nèi)波動，發(fā)芽率與根長均在干燥90 min 時達到峰值。發(fā)芽率為95.67%，根長為9.23 cm。芽長與鮮質(zhì)量均在干燥時間為45 min 時最佳，芽長為9.20 cm，鮮質(zhì)量為228.40 g。

2.3 不同CaCl2 質(zhì)量濃度對紅皮花生芽苗菜生長性能的影響

不同CaCl2質(zhì)量濃度對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量的影響見表4。

表4 不同CaCl2 質(zhì)量濃度對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量的影響

鈣調(diào)蛋白能夠影響紅皮花生種子活力，進而影響種子的品質(zhì)。Ca2+在種子萌發(fā)過程中起著十分重要的作用, 能夠緩解種子萌發(fā)過程中所受到的抑制作用，從而促進植株的生長發(fā)育。Ca2+可通過與受體蛋白結(jié)合形成復(fù)合體而體現(xiàn)出對植株生長起作用的調(diào)控能力。加入外源Ca2+后，通過減少Na+積累使種子內(nèi)外物質(zhì)的運輸提高卻不改變α - 淀粉酶的活性,從而緩解抑制種子萌發(fā)作用的效應(yīng)[13]。由表4 可知，低濃度的CaCl2溶液對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量均有一定的抑制作用，在CaCl2質(zhì)量濃度為120 mg/L 時發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量均為最高，發(fā)芽率為95.67%，根長為9.16 cm，芽長為10.34 cm，鮮質(zhì)量為213.60 g，綜上確定最優(yōu)CaCl2溶液質(zhì)量濃度為120 mg/L。

2.4 不同催芽溫度對紅皮花生芽苗菜生長性能的影響

不同催芽溫度對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量的影響見表5。

表5 不同催芽溫度對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量的影響

種子萌發(fā)是一個復(fù)雜的過程，需要內(nèi)部多種反應(yīng)和酶作用，酶在適宜溫度下活力最大，從而促進種子萌發(fā)。由表5 可知，催芽溫度對紅皮花生芽苗菜發(fā)芽率有明顯變化，23 ℃時發(fā)芽率達到最高值為99.67%，之后隨著溫度的升高發(fā)芽率下降，可能是因為溫度過高酶活力下降；根長、芽長變化不明顯，但均在23 ℃時達到峰值。根長為9.65 cm，芽長為9.73 cm。鮮質(zhì)量隨著溫度的升高呈現(xiàn)逐步降低趨勢。由2 個變溫試驗可知，白晝溫度為26 ℃時與夜間溫度為26 ℃時差距不大，發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量都十分接近，可知晝夜變溫對紅皮花生芽苗菜的制備工藝影響較小。綜上所述，得出最佳催芽溫度為23 ℃。

2.5 響應(yīng)面法試驗結(jié)果

紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率相對于其他生長特性（如根長、芽長、鮮質(zhì)量） 等更能體現(xiàn)芽苗菜的品質(zhì)，是重要指標之一，且根據(jù)單因素試驗數(shù)據(jù)所得，根長、芽長、鮮質(zhì)量變化不顯著，最終選取發(fā)芽率為響應(yīng)值。另外，單因素試驗中干燥處理對紅皮花生芽苗菜的生長特性指標作用變化不明顯，將其剔除，最終選取浸種時間、CaCl2溶液質(zhì)量濃度、催芽溫度為3 個最終影響因素。

Bex-behnken 試驗設(shè)計與結(jié)果見表6。

表6 Bex-behnken 試驗設(shè)計與結(jié)果

由表6 可知，在此基礎(chǔ)上，利用Design Expert 11 軟件對表6 的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，以發(fā)芽率為響應(yīng)值，以浸種時間（A)、CaCl2質(zhì)量濃度（B）、催芽溫度（C） 為自變量，對各因素進行回歸擬合，建立二次響應(yīng)面回歸方程為：

為了檢驗紅皮花生芽苗菜的制備工藝條件的回歸模型的有效性，檢驗該模型是否顯著。

回歸模型方差分析見表7。

表7 回歸模型方差分析

由表7 可知，回歸模型的p＜0.01，表明該回歸模型極顯著，表明該模型對數(shù)據(jù)有很好的擬合作用，具有統(tǒng)計學意義，而失擬項p=0.096 7＞0.05，結(jié)果不顯著，說明該模型成立。試驗回歸模型具有較好的相關(guān)系數(shù)R2=0.949 4，意味著94.94%以上的變化由自變量解釋，只有5.06%的總變化沒有被模型描述，好的相關(guān)系數(shù)除了證實模型的意義外，還表明所提出的回歸模型對數(shù)據(jù)有很好的擬合作用，試驗數(shù)據(jù)與預(yù)測值之間的誤差較小。模型的CV 值為3.97%＜10%，說明試驗的可信度與精確度高，擬合程度較好，試驗操作可行，可以用此模型來優(yōu)化紅皮花生芽苗菜的制備工藝條件。

該回歸模型中的一次項C和二次項B2，C2對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率的影響極顯著，二次項A2對紅皮花生芽苗菜發(fā)芽率的影響呈現(xiàn)顯著性。根據(jù)F值越大影響越大的規(guī)律可得各因素對發(fā)芽率的影響大小順序為催芽溫度（C） ＞浸種時間（A） ＞CaCl2質(zhì)量濃度（B）。

2.6 響應(yīng)面法最優(yōu)結(jié)果

曲線的走勢越陡，則說明2 個因素交互后對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率影響越大，而曲線的走勢越平緩則說明交互后因素對紅皮花生發(fā)芽率的影響較小[14]。

催芽溫度與CaCl2質(zhì)量濃度的響應(yīng)面圖（a） 與等高線圖（b） 見圖1，浸種時間與CaCl2質(zhì)量濃度的響應(yīng)面圖（a） 與等高線圖（b） 見圖2，催芽溫度與浸種時間的響應(yīng)面圖（a） 與等高線圖（b） 見圖3。

圖1 催芽溫度與CaCl2 質(zhì)量濃度的響應(yīng)面圖（a） 與等高線圖（b）

圖2 浸種時間與CaCl2 質(zhì)量濃度的響應(yīng)面圖（a） 與等高線圖（b）

圖3 催芽溫度與浸種時間的響應(yīng)面圖（a） 與等高線圖（b）

由圖1 ～圖3 可知，對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率影響較大的因素是催芽溫度，其次是CaCl2溶液質(zhì)量濃度和浸種時間。由回歸模型預(yù)測的最優(yōu)紅皮花生芽苗菜的制備工藝為浸種時間17.925 h，CaCl2溶液質(zhì)量濃度131.308 mg/L，催芽溫度為23.632 ℃，最大發(fā)芽率預(yù)測值為97.779%。在試驗時為了方便操作，將紅皮花生芽苗菜的制備工藝優(yōu)化的條件改為浸種時間為18 h，CaCl2溶液質(zhì)量濃度為120 mg/L，催芽溫度為23 ℃，在此優(yōu)化條件下進行試驗，紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率為97.4%，與預(yù)測值較接近，因此該模型可以較好地預(yù)測和模擬3 個影響因素紅皮花生芽苗菜發(fā)芽率之間的關(guān)系。

2.7 理化指標結(jié)果

紅皮花生與其芽苗菜營養(yǎng)成分含量比較見表8。

由表8 可知，紅皮花生未發(fā)芽之前所含蛋白質(zhì)含量為26.9%，紅皮花生芽苗菜的蛋白質(zhì)含量下降為17.0%，可能是由于種子萌發(fā)過程中大分子物質(zhì)在酶的作用下被分解為小分子物質(zhì)，萌芽后的花生芽苗菜中所含的營養(yǎng)物質(zhì)相比花生更有利于人體吸收。水分含量未發(fā)芽時含量為7.7%，紅皮花生芽苗菜的含量為80.1%，幾乎為原來的10 倍；維C 含量未發(fā)芽時為5.82 mg/100 g，紅皮花生芽苗菜的維C 含量增長為原來的2 倍多，為12.26 mg/100 g；總糖含量在紅皮花生種子未發(fā)芽時為69.9 μg/g，芽苗菜為69.7 μg/g，基本保持不變。

3 結(jié)論

通過Box-benhnken 響應(yīng)面法優(yōu)化了紅皮花生芽苗菜的制備條件的工藝參數(shù)為浸種時間18 h，CaCl2溶液質(zhì)量濃度120 mg/L，催芽溫度23 ℃，在此條件下紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率可達97.4%。紅皮花生芽苗菜所含蛋白質(zhì)含量下降，水分含量升高，維C 含量升高，總糖含量基本保持不變。