響應面法優化紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳的發酵工藝

關正萍，徐 欣，關 正，關正君，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，在我國比較普遍，許多地方都有栽種。花生中含有許多對人體有利的營養物質，比如脂肪酸、胡蘿卜素及一些無機鹽離子[1-2]。花生富含球蛋白，其成分還富含人體必需的氨基酸，可以加速幼兒生長發育[3]。花生中的不飽和脂肪酸可改善血液循環。花生中維生素含量較高，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育，維B6能增強人體記憶力[4-5]。花生紅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，經特殊的萌發處理后，生長出能夠食用的嫩芽。花生芽苗菜的培育有2 種方法：①基質栽培，將發芽后的種子移植到特殊的基質中使其生長；②水培法，將發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]。發芽可使種子中的營養成分更好地發揮作用[10]，大分子的蛋白質在相關酶的作用下被分解，并且人體更易于吸收其分解所產生的氨基酸[9-10]。此外，花生芽中的營養成分和活性物質會隨著萌發階段不同而有所差異，如酚類物質含量增加，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防心腦血管疾病，而白藜蘆醇的這些益處則與它在腸道內的生理活動相關[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品。酸乳憑借獨特的口感和豐富的營養成分獲得了消費者的喜愛和認可，并且牛奶經過發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生不良反應[15]。將花生芽苗菜與酸乳進行結合，其中所含的氨基酸比例合適，并且與市售酸奶相比，蛋白質含量更為豐富，因而可以作為人體每日所需蛋白質的優質來源[16]。

近年來，“雙發”食品逐漸引起人們的注意[17]，食品原料經過發芽與發酵之后，其中的營養成分有所提高，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，補充市場上相關的空白，為相關功能性食品的規范生產提供借鑒，擴大“雙發”食品的市場規模。

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，均購自當地超市。酸奶發酵劑，安琪酵母公司提供；花生育苗盤，購自水生田園旗艦店；乳酸菌瓊脂培養基，奧博星生物技術有限公司提供；平板計數瓊脂，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，天津市光復科技有限公司提供；濃鹽酸，學校設備處統一提供。所用試劑均為分析純。

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

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→預處理→浸泡→催芽→發芽→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） →預熱→均質→滅菌→冷卻→接種→發酵→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比例調配后均質。在去除雜菌后加入酸奶發酵劑，在合適的溫度下進行發酵。發酵完成后在冰箱冷藏室進行后熟，后熟時間為24 h。最后對最終產品進行質量檢驗，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） 調配。經過多次預試驗可知，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。將調配好的牛奶在30 MPa 下進行均質，防止脂肪上浮，使乳濁液保持穩定。

（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成分。

（4） 接種、發酵、后熟。經過多次預試驗可知，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%的酸奶發酵劑，上述操作均需在無菌條件下進行。于43 ℃下發酵6.5 h，冷藏后熟方可飲用[18]。

1.2.4 感官評價

由15 名具有感官評價經驗豐富的專業人員組成品鑒小組，根據GB 19302—2010 從組織狀態、滋味、口感以及凝乳狀態，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的影響

紅皮花生芽苗菜添加量共設計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%） 和酸奶發酵劑（添加量為0.1%），在溫度為42 ℃時發酵6 h，每個處理組分別設計3 個重復。然后，通過具有感官評價經驗的15 名專業人員進行感官品嘗后獲得試驗結果。

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的影響

白砂糖添加量共設計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酵劑（添加量為0.1%），在溫度為42 ℃時發酵6 h，每個處理組分別設計3 個重復。然后，通過具有感官評價經驗的15 名專業人員進行感官品嘗后獲得試驗結果。

1.3.3 發酵溫度對紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳感官品質的影響

發酵溫度共設計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，酸奶發酵劑（添加量為0.1%），并進行6 h 的發酵，每個處理組設計3 個重復；通過具有感官評價經驗的15 名專業人員進行感官品嘗后獲得試驗結果。

1.3.4 發酵時間對紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳感官品質的影響

發酵時間共設計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%的酸奶發酵劑，在溫度為42 ℃時進行發酵，每個處理組設計3 個重復，然后，通過具有感官評價經驗的15 名專業人員進行感官品嘗后獲得試驗結果。

1.4 響應面法優化試驗

根據上述4 個單因素的感官評分結果，選出每個因素中感官得分較高的3 個處理組，進行響應面法試驗，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酵工藝。

原輔料響應面法的試驗因素及水平設計見表2。

表2 原輔料響應面法的試驗因素及水平設計

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法[23]。

2 結果與分析

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的影響

白砂糖不僅可以中和乳酸菌產生的酸，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，使產品特色不突出。而當白砂糖含量過低時，則表現為乳酸菌產生的酸味較為突出，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的影響見圖2。

圖2 不同白砂糖添加量對酸乳感官品質的影響

由圖2 可知，白砂糖添加量與感官評分聯系較為緊密。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 不同發酵溫度對酸乳感官品質的影響

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

不同發酵溫度對酸乳感官品質的影響見圖3。

圖3 不同發酵溫度對酸乳感官品質的影響

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

2.4 不同發酵時間對酸乳感官品質的影響

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

不同發酵時間對酸乳感官品質的影響見圖4。

圖4 不同發酵時間對酸乳感官品質的影響

2.5 響應面法試驗結果

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

表3 響應面法試驗結果

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.

響應面法試驗結果見表3，響應面法回歸模型的方差分析見表4。

表4 響應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。以上結果表明該模型極具統計學意義。根據表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） >發酵溫度（D） >發酵時間（C） >花生芽添加量（A），綜上所述，此模型可較好地預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，采用響應面分析法優化得到的紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳最佳發酵工藝參數可靠。

2.6 響應面法最優結果

運用Design Expert 11.0 軟件，得到了對應二次回歸方程響應面圖。響應面圖通過各個影響因素A、B、C、D 影響響應值大小所繪制的三維立體曲面圖，從響應面3D 圖中，可以直觀、形象地看出最優參數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面（a） 和等高線圖（a） 見圖5，紅皮花生芽苗菜添加量和發酵時間交互作用的響應面圖（a）和等高線圖（b） 見圖6，紅皮花生芽苗菜和發酵溫度交互作用的響應面圖（a） 和等高線圖（b） 見圖7，白砂糖添加量和發酵時間交互作用的響應面圖（a） 和等高線圖（b） 見圖8，白砂糖添加量和發酵溫度交互作用的響應面圖（a） 和等高線圖（b） 見圖9，發酵溫度和發酵時間交互作用的響應面圖（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面（a） 和等高線圖（b）

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

圖7 紅皮花生芽苗菜和發酵溫度交互作用的響應面圖（a）和等高線圖（b）

圖8 白砂糖添加量和發酵時間交互作用的響應面圖（a）和等高線圖（b）

圖9 白砂糖添加量和發酵溫度交互作用的響應面圖（a）和等高線圖（b）

圖10 發酵溫度和發酵時間交互作用的響應面圖（a）和等高線圖（b）

響應面曲面走勢陡立，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]。依據響應面方程及其響應面3D 圖可預測出加工紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳的最優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。在此條件下生產的紅皮花生芽苗菜酸乳，由具有感官評價經驗的15 名食品專業人員進行感官評分，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，與預測值（85.528） 相差很小，從而可以用所得的回歸方程及其響應面3D 圖來預測其余條件下的感官評分。并且在最優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規定，可以放心飲用補充人體所需的營養。

紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳微生物檢測結果見表6。

表6 紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳微生物檢測結果/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） 的相關規定，可放心食用。

3 結論

采用Box-behnken 中心組合試驗設計，探究了紅皮花生芽苗菜凝固型酸乳的發酵工藝條件與產品感官品質之間的關系。在進行了單因素試驗后，選取合適的水平設計響應面試驗。以感官評分為響應值，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 ℃的條件下發酵6.5 h。經測定，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的空白，因而擁有較大的市場。在此條件下生產出的凝固型酸乳，各項指標均在國家要求的范圍之內。且酸奶口感綿密、質地均勻、濃稠，有紅皮花生芽苗菜特有的香味。