響應面法優化果味納豆飲品制備工藝的研究

任錫雯，宋爽，韋恃怡，楊倩，，張偉，馬曉燕，徐慧，*

（1.河北農業大學理工學院，河北 黃驊 061100；2.河北農業大學高分集合隊創新工作室，河北 黃驊 061100；3.河北農業大學渤海校區渤海眾創，河北 黃驊 061100；4.河北農業大學食品生物技術創新工作室，河北 保定 071000；5.河北農業大學食品科技學院，河北 保定 071000；6.河北農業大學生命科學學院，河北 保定 071000）

納豆是一種依靠納豆芽孢菌發酵而來的豆類食品，具有良好的生理活性和應用前景[1-2]，但因其具有氨臭味而難以被大眾喜愛[3]。納豆發酵后表面產生的黏液中富含大量的納豆激酶[4-5]、納豆異黃酮、皂青素等營養物質[6-8]。其中納豆激酶中的纖溶活性具有保持骨質健康、預防血栓、調節胃腸道微生物菌群的功能[9-11]，經常食用對人體健康有益。為擴大納豆產品消費群體，充分利用納豆激酶功能性[12-13]，本文在保持納豆激酶活性的基礎上，摒棄傳統納豆概念，研發一種無氨臭味的果味納豆飲品，擴大納豆產品的食用范圍。

1 材料與方法

1.1 材料

大豆、白砂糖：市售；納豆菌粉（食品級）：善恩康生物科技有限公司；甜橙味、黑加侖味、菠蘿味菓珍粉：億滋食品（蘇州）有限公司；無水乙醇（分析純）：上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 設備

發酵機（BSY-10S）：中山市興洲電器有限公司；電子分析天平（JA1003A）：上海浦春計量儀器有限公司；高壓鍋（LM-02AF22）：珠海雙喜電器股份有限公司；冰箱（BCD-178TMPT）：青島海爾股份有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品處理

大豆的選擇和浸泡：選取顆粒飽滿優質大豆100 g，洗凈后加清水于室溫（25℃）下浸泡16 h。

蒸制稱取：濾掉水分，于高壓鍋內蒸30 min。稱取10 g白砂糖置于盤中，混合攪拌均勻，稍冷卻后加入0.8 g納豆菌粉，充分混合均勻，備用。

發酵：發酵機事先滅菌處理，將大豆平鋪在發酵盤中，盤下添加少許滅菌后的清水（避免發酵溫度過高使納豆干皺），于43℃下發酵18 h。

過濾：將發酵好后的納豆進行過濾，用400 mL純凈水，20 mL/次，分次沖洗納豆表面，收集過濾液，密封好后放于4℃冰箱內儲存備用。

調配：在納豆濾汁中按要求添加果珍粉，加水稀釋，所得果味納豆飲品靜置備用。

1.3.2 感官評價

參考朱俊雅等[14]對納豆的感官評價，從影響果味納豆飲品品質的氨臭味掩蔽程度、甜味、口味以及色澤4個方面，制定了評分標準，如表1所示。邀請10位具有感官評定培訓基礎的人員對果味納豆飲品進行感官評定，在評定過程中，彼此無交流，無外界環境干擾，嚴格遵循感官評價各項要求，評定結束后收集評分表并匯總分析評定數據結果。

表1 各指標評分標準Table 1 Scoring criteria for each index

1.3.3 權重分析法

在果味納豆飲品的實際飲用中，各個指標對最終感官評定的影響占有不同的比重，其中氨臭味的掩蔽會很大程度影響消費者對產品的接受性。依照層次分析法提出的1～9比例標度法[15-16]以及各指標重要性的定性評價，構建評判矩陣，如表2所示。

表2 評判矩陣Table 2 Judging matrix

采用SPSSAU分析軟件[17]，對影響果味納豆飲品品質的各指標權重進行分析，得到層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）的結果[18-19]，如表3 所示。得到4個指標的權重值后，需要進行一致性檢驗分析，該軟件得出的一致性檢驗結果如表4所示。結果中，一致性比率（consistent ratio，CR）值越小，判斷矩陣的一致性越好，一般情況下CR值小于0.1，則判斷矩陣滿足一致性檢驗；反之則說明不具有一致性。

表3 AHP層次分析結果Table 3 AHP hierarchical analysis results

表4 一致性檢驗結果匯總Table 4 Conformance inspection results summary

由表4可知，本結果的CR值為0.023＜0.1，說明本試驗的判斷矩陣滿足一致性檢驗，計算所得權重具有一致性，即在對果味納豆飲品的感官評價中，掩蔽臭味程度占總分比重的34.522%，甜味占21.011%，口味占34.522%，色澤占9.945%，是可靠的。

最終感官評分結果計算公式如下。

1.4 單因素試驗

考察不同果珍粉類型（甜橙味、黑加侖味、菠蘿味）、果珍粉添加量（0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5 g）、稀釋倍數（1.00、1.25、1.50、1.75、2.00、2.25、2.50）、靜置時間（5、10、15、20、30、60 min）對果味納豆飲品感官評分的影響。

1.5 響應面優化分析

結合單因素試驗結果，確定影響果味納豆飲品的顯著因素和最佳條件。利用Box-Behnken法[20]進行后續的響應面中心組合試驗，并進行優化。因素及水平見表5[21]。

表5 因素及水平設計Table 5 Design of factors and levels

1.6 數據處理與分析

每組數據平行測定3次，采用Excel進行數據統計分析，計算平均值和標準偏差。采用DPS v18.10對單因素組內差異顯著性進行分析。采用SPSSAU進行指標權重分析。采用Design-Expert 8.0.6進行響應面結果分析。

2 結果與分析

2.1 果珍粉類型對感官品質的影響

本試驗選取了黑加侖、菠蘿、橙子3種口味的果珍粉，以不同果珍粉添加量為變量進行比較，試驗結果如圖1所示。

圖1 果珍粉類型對感官品質的影響Fig.1 The influence of the fruit powder type on the sensory quality

由圖1可知，3種口味飲品的感官評分都是先升高后降低，但只有橙子味的果珍粉可以在短期內完全隱藏納豆濾汁原有的氨臭味，且添加了橙子味果珍粉的納豆濾汁飲品外觀呈現乳黃色，更能吸引消費者，當添加量為1.1 g時，感官評分高達88.66。因此，選用橙子味果珍粉對改善果味納豆飲品風味效果最佳。

2.2 果珍粉添加量對感官品質的影響

以添加橙子味的果珍粉為基礎，研究其添加量對感官評分的影響，結果見圖2。

圖2 果珍粉添加量對感官品質的影響Fig.2 The influence of the dosage of the fruit powder on the sensory quality

由圖2可知，橙子味果珍粉添加量為1.0 g～1.2 g范圍內口感較好、甜度適中。因此，選擇果珍粉添加量為1.0 g～1.2 g進行后續響應面試驗。

2.3 稀釋倍數對感官品質的影響

稀釋倍數對感官品質的影響如圖3所示。

圖3 稀釋倍數對感官品質的影響Fig.3 The influence of dilution ratio on sensory quality

由圖3可知，感官評分以1.50倍為分界點先升高后降低，當稀釋倍數為1.50時甜度適中、口感醇厚、無明顯氨臭味。因此，選擇稀釋倍數為1.25、1.50、1.75進行后續響應面試驗。

2.4 靜置時間對感官品質的影響

靜置時間對感官品質的影響見圖4。

圖4 靜置時間對感官品質的影響Fig.4 The influence of standing time on quality of fruit natto drinks

如圖4所示，當果珍粉添加量不同時，靜置15 min后均能達到感官評分最大值，但靜置時間在5 min～20 min內，差異不顯著，因此選擇靜置時間5.0、12.5、20.0 min進行后續試驗。

2.5 響應面優化分析

依據Box-Behnken中心組合設計試驗方案，對A果珍粉添加量、B靜置時間、C稀釋倍數進行三因素三水平優化試驗。以感官評分為響應值，試驗結果見表6，響應面方差分析及顯著性檢驗見表7。

表6 Box-Behnken中心組合試驗及結果Table 6 Box-Behnken center combination test and results

表7 響應面方差分析及顯著性檢驗Table 7 Response surface analysis of variance and significance test

續表7 響應面方差分析及顯著性檢驗Continue table 7 Response surface analysis of variance and significance test

運用Design-Expert 8.0.6對表6中的感官評分進行擬合，得以下回歸方程如下。

感官評分=94.81+1.29A+0.53B-4.90C+0.57AB+1.73AC+1.31BC-6.40A2-9.21B2-6.90C2。

由表7可知，模型P＜0.000 1，差異極顯著；失擬項P=0.123 3＞0.05，表明模型具有較高說服力。因此可根據上述模型，分析果珍粉添加量、靜置時間和稀釋倍數對果味納豆飲品的感官評分影響。

經方差分析可知，3個因素對果味納豆飲品感官評分影響程度依次為C＞A＞B，即稀釋倍數＞果珍粉添加量＞靜置時間。其中C對結果影響極顯著（P＜0.01），二次項 A2、B2、C2對結果影響極顯著（P＜0.01），AB、AC、BC交互作用不顯著。

響應面分析法通過采用多元二次回歸方程的方法，將因素與響應值之間的函數關系進行擬合，從響應面的分析圖上可清晰、形象的發現最佳參數及各參數之間的相互作用[22]。各因素交互作用響應面圖見圖5～圖7。

圖5 果珍粉添加量和靜置時間交互影響的響應面Fig.5 Response surface methodology for interaction between fruit powder addition and standing time

圖6 靜置時間和稀釋倍數交互影響的響應面Fig.6 Response surface methodology for interaction between standing time and dilution ratio

圖7 果珍粉添加量和稀釋倍數交互影響的響應面Fig.7 Response surface methodology for interaction between fruit powder addition and dilution ratio

由圖5可知，A果珍粉添加量與B靜置時間兩者之間所形成的響應面曲面坡度較為陡峭，呈凸型。在稀釋倍數一定時，隨著果珍粉添加量的增多和靜置時間的延長，果味納豆飲品的感官評分均呈現先上升后下降的趨勢，靜置時間在11 min～14 min且果珍粉添加量在1.08 g～1.12 g的范圍內較合適。

由圖6可知，當果珍粉添加量一定時，隨著靜置時間的延長與稀釋倍數的增加，果味納豆飲品的感官評分均先上升后下降，靜置時間在11 min～14 min且稀釋倍數在1.45～1.55的范圍內較合適。

由圖7可知，當靜置時間一定時，隨著果珍粉添加量與稀釋倍數的增加，果味納豆飲品的感官評分均先上升后下降，果珍粉添加量在1.08 g～1.12 g且稀釋倍數為1.45～1.55的范圍內較為合適。

通過響應面分析得出最佳模擬組合為果珍粉添加量1.10 g、稀釋倍數1.50、靜置時間12.5 min時，果味納豆飲品的感官評分最佳。為驗證模型的可靠性，選擇優化參數為試驗組，進行了3次平行試驗，得到果味納豆飲品感官評分平均值為96.083，結果穩定，說明模型準確可靠。

3 結論

本文以納豆為原料提取納豆濾汁，以感官評分作為響應值。在單因素試驗基礎上，使用響應面法確定了果味納豆飲品制備工藝的最佳參數：橙子味的果珍粉添加效果最佳，當果珍粉添加量為1.10 g、稀釋倍數為1.50、靜置時間為12.5 min時，果味納豆飲品的感官評分最佳，為96.083分。在該條件下制成的果味納豆飲品呈乳白色、色澤均一、無特殊異味、口感細膩純正、甜度適中，老少皆宜，為納豆的新型加工工藝提供了合理依據。該飲品適用于家庭式制備和現代工業化生產，發展前景廣闊。