響應(yīng)面法優(yōu)化富含L- 乳酸小米發(fā)酵飲料的工藝研究

張麗萍，劉成果，張東杰，修福建，于長(zhǎng)青，劉妍妍，王憲青，孔 杰，卞 春，張志一

（1. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江大慶 163319；2. 黑龍江省成果食品有限責(zé)任公司，黑龍江密山 158305；3. 東北石油大學(xué)，黑龍江大慶 163319；4. 哈爾濱學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150086；5. 蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)） 股份有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 011500）)

0 引言

谷物發(fā)酵飲料是一種新型的發(fā)酵飲品，既能保持谷物原有的營(yíng)養(yǎng)，又可以通過發(fā)酵產(chǎn)生更多利于人體健康的活性物質(zhì)[1-2]。小米是我國(guó)重要的谷物之一，具有悠久的種植及食用歷史，小米富含膳食纖維、黃色素、多酚、油脂、功能肽等活性成分[3-5]，具有降血糖、降血脂、抗氧化、抗疲勞、抗癌、增強(qiáng)免疫力等生物功能[6-13]。試驗(yàn)在前期菌種研究的基礎(chǔ)上，以小米為原料，采用復(fù)合發(fā)酵劑對(duì)小米漿進(jìn)行發(fā)酵，以L- 乳酸含量和感官評(píng)定為指標(biāo)，研制富含L- 乳酸的小米發(fā)酵飲料。

1 材料與方法

1.1 材料

小米，北大荒糧食集團(tuán)提供；淀粉酶Sigma；嗜酸乳桿菌，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院提供。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

小米→磨漿→糖化、液化→滅菌→接種→發(fā)酵→滅菌→發(fā)酵飲料成品。

1.2.2 單因素試驗(yàn)方法

（1） 發(fā)酵時(shí)間對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響。取一定預(yù)處理后的小米漿，復(fù)合發(fā)酵劑接種量4%，大豆分離蛋白4%，發(fā)酵溫度42 ℃，分別發(fā)酵1～9 h，采用液相分析小米發(fā)酵飲料中L - 乳酸的產(chǎn)量，以L- 乳酸產(chǎn)量及感官評(píng)分為指標(biāo)，研究不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)富含L - 乳酸小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響，最終確定富含L- 乳酸小米發(fā)酵飲料的最佳發(fā)酵時(shí)間。

（2） 發(fā)酵劑接種量對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響。選取一定預(yù)處理后的小米漿，大豆分離蛋白4%，發(fā)酵溫度42 ℃，發(fā)酵時(shí)間6 h，復(fù)合發(fā)酵劑接種量分別為1%，2%，3%，4%，5%，6%，7%，采用液相分析小米發(fā)酵飲料中L- 乳酸的產(chǎn)量，以L- 乳酸產(chǎn)量及感官評(píng)分為指標(biāo)，研究不同發(fā)酵劑接種量對(duì)富含L - 乳酸小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響，最終確定富含L- 乳酸小米發(fā)酵飲料的最佳發(fā)酵劑接種量。

（3） 發(fā)酵溫度對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響。選取一定預(yù)處理后的小米漿，復(fù)合發(fā)酵劑接種量4%，大豆分離蛋白4%，發(fā)酵時(shí)間6 h，分別在35～41 ℃7 個(gè)溫度下恒溫培養(yǎng)，采用液相分析小米發(fā)酵飲料中L- 乳酸的產(chǎn)量，以L- 乳酸和感官評(píng)分為指標(biāo)，研究不同溫度對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響，最終確定富含L- 乳酸小米發(fā)酵飲料的最佳發(fā)酵溫度。

（4） 大豆分離蛋白添加量對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響。選取一定預(yù)處理后的小米漿，復(fù)合發(fā)酵劑接種量4%，發(fā)酵溫度42 ℃，發(fā)酵時(shí)間6 h，大豆分離蛋白分別為1%，2%，3%，4%，5%，6%，7%，采用液相分析小米發(fā)酵飲料中L - 乳酸的產(chǎn)量，以L- 乳酸產(chǎn)量及感官評(píng)分為指標(biāo)，研究不同大豆分離蛋白添加量對(duì)富含L - 乳酸小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響，最終確定富含L - 乳酸小米發(fā)酵飲料的最佳大豆分離蛋白添加量[14-16]。

1.2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)方法

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以L - 乳酸含量和感官評(píng)分為指標(biāo)，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)，確定富含L-乳酸小米發(fā)酵飲料的發(fā)酵工藝參數(shù)。

1.2.4 分析方法

（1） L- 乳酸的測(cè)定。采用高效液相色譜法測(cè)定L - 乳酸的含量，色譜條件：C18色譜柱，紫外檢測(cè)器，波長(zhǎng)210 nm，進(jìn)樣量20 μL，流動(dòng)相0.01 mol/L磷酸水溶液（pH 值2.5），流速1.0 mL/L[17]。

（2） 感官評(píng)定方法。采用均衡非完全分塊設(shè)計(jì)，根據(jù)外觀（20%）、組織狀態(tài)（30%）、風(fēng)味（50%）等3 個(gè)方面進(jìn)行打分，打分范圍為0～100 分。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 發(fā)酵時(shí)間對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響

發(fā)酵時(shí)間對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 發(fā)酵時(shí)間對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響

由圖1 可知，隨著發(fā)酵時(shí)間的不斷增加，小米發(fā)酵飲料中的L - 乳酸含量呈不斷上升趨勢(shì)，初期上升較快，當(dāng)發(fā)酵時(shí)間超過7 h 后，L- 乳酸含量上升減緩；同時(shí)感官評(píng)分可以看出，發(fā)酵飲料在7 h 的評(píng)分較高，發(fā)酵初期酸度不足、后期發(fā)酵過酸影響口感，并綜合生產(chǎn)成本等因素，選擇發(fā)酵時(shí)間為6～8 h進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

2.1.2 發(fā)酵劑接種量對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響

發(fā)酵劑接種量對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 發(fā)酵劑接種量對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響

由圖2 可知，隨著發(fā)酵劑添加量的不斷增加，小米發(fā)酵飲料中的L- 乳酸含量呈不斷上升的趨勢(shì)，初期上升較快，當(dāng)發(fā)酵劑添加量超過4%后，L - 乳酸含量上升減緩；同時(shí)感官評(píng)分可以看出，發(fā)酵劑添加量在4%的評(píng)分較高，發(fā)酵劑添加量不足時(shí)酸度不足，添加量過多時(shí)發(fā)酵飲料過酸影響口感，并綜合生產(chǎn)成本等因素，選擇發(fā)酵劑添加量為3%～5%進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

2.1.3 發(fā)酵溫度對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響

發(fā)酵溫度對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響見圖3。

由圖3 可知，隨著發(fā)酵溫度的不斷增加，小米發(fā)酵飲料中的L - 乳酸含量呈不斷上升的趨勢(shì)，初期上升較快，當(dāng)發(fā)酵溫度超過42 ℃后，L- 乳酸含量上升減緩；同時(shí)感官評(píng)分可以看出，發(fā)酵飲料在

圖3 發(fā)酵溫度對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響

42 ℃的評(píng)分較高，發(fā)酵溫度較低時(shí)酸度不足，當(dāng)溫度過高時(shí)發(fā)酵迅速，小米飲料過酸影響口感，并綜合生產(chǎn)成本等因素，選擇發(fā)酵溫度為37～39 ℃進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

2.1.4 大豆分離蛋白添加量對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響

大豆分離蛋白添加量對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響見圖4。

圖4 大豆分離蛋白添加量對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響

由圖4 可知，隨著大豆分離蛋白添加量的不斷增加，小米發(fā)酵飲料中的L - 乳酸含量呈不斷上升的趨勢(shì)，初期上升較快，當(dāng)大豆分離蛋白添加量超過4%后，L- 乳酸含量上升減緩；同時(shí)感官評(píng)分可以看出，大豆分離蛋白添加量在4%的評(píng)分較高，大豆分離蛋白添加量不足時(shí)酸度不足，添加量過多時(shí)發(fā)酵飲料過酸，影響口感，并綜合生產(chǎn)成本等因素，選擇大豆分離蛋白添加量3%～5%進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 L- 乳酸含量為指標(biāo)最優(yōu)工藝參數(shù)的確定

以L - 乳酸產(chǎn)量為指標(biāo)，進(jìn)行響應(yīng)面分析，模型p≤0.01，失擬項(xiàng)p≥0.05，說明模型構(gòu)建良好，一次項(xiàng)、二次項(xiàng)及交互項(xiàng)p≤0.05，說明存在交互作用，利用SAS 軟件分析后得到，以L - 乳酸為指標(biāo)的四元二次回歸方程為：

采用SAS 軟件對(duì)回歸方程進(jìn)行分析，最終確定的最佳參數(shù)為發(fā)酵溫度36.9 ℃，發(fā)酵劑接種量3.24%，氮源添加量2.84%，發(fā)酵時(shí)間7.8 h，L- 乳酸含量極大值為10.76 mg/mL。

2.2.2 以感官評(píng)分為指標(biāo)最優(yōu)工藝參數(shù)的確定

以L - 乳酸產(chǎn)量為指標(biāo)，進(jìn)行響應(yīng)面分析，模型p≤0.01，失擬項(xiàng)p≥0.05，說明模型構(gòu)建良好，一次項(xiàng)、二次項(xiàng)及交互項(xiàng)p≤0.05，說明存在交互作用，利用SAS 軟件分析后得到，以感官評(píng)分為指標(biāo)的四元二次回歸方程為：

采用SAS 軟件對(duì)回歸方程進(jìn)行分析，最終確定的最佳參數(shù)為發(fā)酵溫度36.53 ℃，發(fā)酵劑接種量3.46%，氮源添加量2.88%，發(fā)酵時(shí)間7.62 h，感官評(píng)分極大值為89.48 分。

2.2.3 2 個(gè)指標(biāo)綜合的最優(yōu)工藝參數(shù)的確定

令2 個(gè)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)均為0.5，采用SAS 軟件構(gòu)建一個(gè)新的函數(shù)，令Y=0.5Y1+0.5Y2（取權(quán)重系數(shù)各為0.5）。

采用SAS 軟件對(duì)回歸方程進(jìn)行分析，最終確定最佳參數(shù)為發(fā)酵溫度36.6 ℃，發(fā)酵劑接種量3.15%，氮源添加量2.86%，發(fā)酵時(shí)間7.76 h。由此得到Y(jié)1的最大值為10.53 mg/mL，Y2的最大值為88.3。

3 結(jié)論

以L - 乳酸含量和感官評(píng)分為指標(biāo)，研究了多種因素對(duì)富含L - 乳酸小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響，通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)，確定了最佳的工藝參數(shù)，為富含L - 乳酸小米發(fā)酵飲料的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)奠定了實(shí)踐基礎(chǔ)。