基于模糊數學感官評價-TOPSIS法的花生粕發酵乳優良乳酸菌篩選

摘要：為促進花生粕的綜合利用，以13株乳酸菌發酵花生粕乳，采用逼近理想解排序（TOPSIS）法分別從酸度、黏度、氨基酸態氮濃度、持水力、活菌數和感官屬性等方面進行綜合評價，探究乳酸菌在花生粕乳中的發酵性能。結果表明，植物乳桿菌植物亞種（L6）的產酸速率最高，達到9.57°T/h，其次是植物乳桿菌（X2），為9.26°T/h。植物乳桿菌（X2）和副干酪乳桿菌（X5）的后酸化能力較弱，貯藏期間酸度變化量分別為10.84°T和9.58°T，且這兩株菌產氨基酸態氮濃度較高，分別為589.87 μg/mL和562.28 μg/mL。嗜熱鏈球菌（S2）的產黏能力和持水力最強，分別為1 227.33 mPa·s和42.62%，且其綜合感官評分最高，為89.75分。發酵乳桿菌（FYa1）和植物乳桿菌（MDb2）的活菌數最高，分別為8.89 lg CFU/mL和8.80 lg CFU/mL。采用TOPSIS法綜合評價，得出嗜熱鏈球菌（S2）為綜合發酵性能較優良的菌株，以其為核心菌株輔以乳酸桿菌作為發酵劑應用于花生粕乳的發酵，可為花生粕乳發酵產品的開發提供有效路徑。

關鍵詞：花生粕乳；乳酸菌；模糊數學；TOPSIS法

中圖分類號：TS201.1文獻標志碼：A文章編號：1000-9973（2025）03-0076-08

Screening of Excellent Lactic Acid Bacteria in Fermented Peanut Meal Milk

Based on Fuzzy Mathematics Sensory Evaluation-TOPSIS Method

LU Kai-xiang1， CHEN Zhong-ai1， LIU Li-jing1， XUE Qiao-li2， HU Yong-jin^1*

（1.College of Food Science and Technology， Yunnan Agricultural University， Kunming 650201， China;

2.Editorial Department of Journal of Yunnan Agricultural University， Kunming 650201， China）

Abstract： In order to promote the comprehensive utilization of peanut meal， thirteen strains of lactic acid bacteria are used to ferment peanut meal milk. Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution （TOPSIS） method is used to explore the fermentation performance of lactic acid bacteria in peanut meal milk by comprehensively evaluating from the aspects of acidity， viscosity， amino acid nitrogen concentration， water holding capacity， viable bacterial count and sensory attributes. The results show that Lactobacillus plantarum subsp. plantarum （L6） has the highest acid production rate of 9.57°T/h， followed by Lactobacillus plantarum （X2） with 9.26°T/h. Lactobacillus plantarum （X2） and Lactobacillus paracasei （X5） have weaker acid production capacity at the later stage， with the acidity change of 10.84°T and 9.58°T respectively during the storage. Moreover， these two strains produce high concentrations of amino acid nitrogen， which are 589.87 μg/mL and 562.28 μg/mL respectively. Streptococcus thermophilus （S2） has the strongest viscosity production capacity and water holding capacity， which are" 1 227.33 mPa·s and "42.62% respectively， and it has the highest comprehensive sensory score of 89.75 points." Lactobacillus fermentum （FYa1） and Lactobacillus plantarum（MDb2） have the highest viable" bacterial"" counts of 8.89 lg CFU/mL and 8.80 lg CFU/mL respectively. TOPSIS method is used for comprehensive evaluation， and it is concluded that Streptococcus thermophilus （S2） is the strain with superior comprehensive fermentation performance. It can be used as the core strain for the fermentation of peanut meal milk， supplemented by Lactobacillus as fermentation agent， which can provide an effective path for the development of peanut meal milk fermentation products.

Key words： peanut meal milk; lactic acid bacteria; fuzzy mathematics; TOPSIS method

收稿日期：2024-09-09

基金項目：云南省科技人才與平臺計劃（202105AF150049）；云南省高校食品微生物資源與利用重點實驗室（云教發[2018]135號）

作者簡介：陸開祥（1997—），男，碩士，研究方向：食品微生物與發酵。

*通信作者：胡永金（1971—），男，教授，博士，研究方向：食品微生物學。

花生是重要的油料作物，中國是世界上花生種植面積和年產量最大的國家，現今我國的花生種植面積已經超過400萬公頃，年產量超過1 700萬噸^[1-2]。花生粕是在花生油提取中獲得的高蛋白副產物，其蛋白質含量高達40%～50%，且花生粕富含纖維素、糖類、黃酮類和植酸等物質^[3]。但花生粕傳統上多用作飼料，少量的精深加工主要集中于花生蛋白、多肽、多糖的提取等方面^[4]。當今由于蛋白產品需求的不斷增長與傳統畜禽來源蛋白生產對環境帶來的污染問題之間的矛盾，尋找動物源蛋白的替代蛋白成為研究熱點，因此植物源蛋白成為最佳選擇，同時其環境友好性也要被考慮，花生粕的利用就是一個典型的例子。

乳酸菌作為益生菌被廣泛應用于發酵乳制品、調味品、肉制品和谷物制品中，通過乳酸發酵，可使產品的風味^[5]、營養和功能特性^[6]等得以改善。利用乳酸菌發酵改性是發酵產品開發的一種重要途徑，花生蛋白具有良好的凝膠性能、發泡性能、乳化性能等^[7]，可為花生蛋白基產品的開發提供有效依據。利用乳酸菌發酵改性花生蛋白主要涉及酸化、蛋白質水解、產生胞外多糖等過程，這些過程可賦予乳酸菌發酵蛋白產品良好的生物可及性^[8-9]、抗氧化性^[10]、凝膠特性^[11-12]和風味特性^[13]等，此外，產品的貯藏特性^[14-16]和降低蛋白致敏性也得到改善^[17]。本研究篩選出適合花生粕乳發酵的具有良好發酵特性的優良乳酸菌，旨在提高花生粕的綜合利用并為花生粕蛋白產品的開發提供基礎依據。

1材料與方法

1.1材料

花生：購自山東省臨沂市瑞杰糧行；植物乳桿菌植物亞種L6（Lactobacillus plantarum subsp.plantarum）、發酵乳桿菌（Lactobacillus fermentum）FYa1、植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）MDb2、棉子糖乳球菌（Lactococcus raffinolactis）Y2、鉛黃腸球菌（Enterococcus casseliflavus）Y4、植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）X2、副干酪乳桿菌（Lactobacillus paracasei）X5：來源于云南傳統發酵食品；植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）ATCC8014、植物乳桿菌植物亞種（Lactobacillus plantarum subsp. plantarum）ATCC14917：來源于美國菌種保藏中心；清酒乳桿菌清酒亞種（Lactobacillus sakei subsp. sakei）CICC22728：來源于中國工業微生物菌種保藏管理中心；嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus）S1：安琪酵母股份有限公司；保加利亞乳桿菌（Lactobacillus bulgaricus）B、嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus）S2：陜西西安米先爾生物科技有限公司。

1.2試驗試劑

氯化鈉、氫氧化鈉、鄰苯二甲酸氫鉀、酚酞（均為分析純）：天津市致遠化學試劑有限公司；三氯乙酸（分析純）：青島青藥生物工程有限公司；四硼酸鈉（分析純）：上海國藥集團化學試劑有限公司；鄰苯二甲醛、二硫蘇糖醇、十二烷基硫酸鈉（SDS）（均為分析純）、瓊脂粉（生物試劑）：北京蘭杰柯科技有限公司；L-亮氨酸（色譜純）：上海源葉生物科技有限公司；MRS肉湯培養基、MRS培養基（改良MRS培養基基礎）（均為生物試劑）：廣東環凱微生物科技有限公司；M17液體培養基（生物試劑）：北京索萊寶科技有限公司。

1.3儀器與設備

NN-K586WS微波爐松下電器（中國）有限公司；RG-006榨油機九陽股份有限公司；HR2101攪拌機珠海經濟特區飛利浦家庭電器有限公司；GJJ-0.06/70高壓均質機上海諾尼輕工機械有限公司；D-1-70高壓蒸汽滅菌鍋湖北永大換熱設備有限公司；HI8424便攜式pH計漢鈉儀器（上海）有限公司；UV-1800紫外可見分光光度計上海元析儀器有限公司；NDJ-8S黏度計青海勝利儀器有限公司；TG220M高速冷凍離心機湖南湘立科學儀器有限公司；LRH-250F恒溫培養箱上海一恒科學儀器有限公司；SW-CJ-2FD雙人單面凈化工作臺蘇州凈化設備有限公司。

1.4方法

1.4.1花生粕的制備

脫皮花生經過900 W微波處理2 min，倒入榨油機中65 ℃螺旋壓榨，收集花生粕備用。

1.4.2花生乳的制備

花生粕與蒸餾水按1∶4浸泡3 h充分水合，倒入攪拌機中攪拌5 min，過200目濾網除渣，花生乳經高壓均質機（30 MPa）循環2次后分裝于三角瓶內，95 ℃滅菌5 min，冷卻至常溫備用。

1.4.3發酵花生粕乳工藝

花生粕→浸泡（料液比1∶4）→打漿（5 min）→過濾（200目）→均質（30 MPa）→殺菌（95 ℃，5 min）→冷卻→接種→發酵8 h→后熟24 h（4 ℃）→成品。

1.4.4生長曲線的測定

將嗜熱鏈球菌接種于M17液體培養基中，其他乳酸菌接種于MRS液體培養基中，37 ℃恒溫靜置培養24 h，從0 h開始取樣，間隔2 h取樣至24 h，測其OD600值，每個樣品平行測定3次，以OD600值為縱坐標、時間為橫坐標繪制各菌株的生長曲線。

1.4.5花生粕乳發酵試驗

乳酸菌經活化和擴大培養后，以6 000 r/min離心10 min，棄上清液，用滅菌生理鹽水（0.85%）洗菌體2次后再用生理鹽水重懸至菌懸液濃度為1×10⁸ CFU/mL，菌懸液按2%接種于冷卻后的花生粕乳中，37 ℃恒溫靜置發酵8 h。

1.4.6pH和酸度的測定

pH用pH計直接測定，酸度的測定參考GB 5009.239—2016《食品安全國家標準 食品酸度的測定》，每個樣品平行測定3次。

1.4.7花生粕乳持水力的測定

參考Pang等^[18]的方法并略作修改，取20 g發酵花生粕乳于50 mL離心管中，轉速為4 000 r/min，時間為10 min，離心后除去上清液，將離心管倒置于濾紙上30 min吸去殘留水分，每個樣品平行測定3次，持水力按下式計算：

持水力（%）=M2-M0M1-M0×100%。（1）

式中：M0為離心管的質量，g；M1為離心前樣品和離心管的總質量，g；M2 為離心棄上清液后樣品和離心管的總質量，g。

1.4.8黏度的測定

采用NDJ-8S數顯黏度計進行測定，其中轉子為3號，轉速為60 r/min，測定時間為40 s，每個樣品平行測定3次。

1.4.9活菌數的測定

取10 g發酵花生粕乳樣品于90 mL滅菌生理鹽水中充分混勻，梯度稀釋至一定倍數后，采用稀釋涂布平板法于37 ℃培養48 h后進行菌落計數。

1.4.10氨基酸態氮含量的測定

游離氨基氮含量參考馬雨璇等^[19]的方法，采用鄰苯二甲醛（OPA）衍生比色法測定，在340 nm處采用紫外可見分光光度計測定。采用梯度稀釋的L-亮氨酸溶液（0～600 μg/mL）繪制標準曲線。空白以超純水代替樣品進行測定。

1.4.11感官評價

參考張洪禮等^[20]的方法，由10名食品專業同學（5名男生和5名女生）組成感官評價小組。感官評價內容包括發酵花生粕乳的色澤、香氣、滋味、組織狀態，采用模糊數學綜合評價法進行。

1.4.11.1建立評判集

對各菌種發酵得到的花生粕乳樣液分別編號后，根據表1對發酵花生粕乳的品質要求進行模糊綜合評判，建立評判集。

因素集U={色澤u1，香氣u2，滋味u3，組織狀態u4}。

評語集V={優v1，良v2，中v3，差v4}；對應分值分別為95，85，75，65分。

評判因素集R=｛色澤，香氣，滋味，組織狀態｝。

1.4.11.2權重的確定

權重集X=｛0.25，0.25，0.30，0.20｝，即色澤25分，香氣25分，滋味30分，組織狀態20分，共100分。

1.4.11.3模糊關系綜合評判集

模糊關系綜合評判集Y=X×R，其中X為權重集，R為模糊矩陣。

1.4.12優良乳酸菌的篩選

采用逼近理想解排序（TOPSIS）法對乳酸菌發酵花生粕乳性能進行綜合評價。其正理想解D+即本研究篩選的最優菌株，負理想解D-與正理想解相反，若某菌株的綜合評價值接近正理想解而遠離負理想解，則認為該菌株為所篩選的最優菌株，反之則為較差菌株。

1.4.12.1建立決策矩陣

U=（afg）xy，afg為第f個菌株的第g個指標的值，f∈（1，2，3…13），g∈（1，2，3…13）。

1.4.12.2指標的正向化處理

本研究中乳酸菌發酵花生粕乳的后酸能力為極小型指標，即該指標的性質越小越好，除該指標外，其余指標都為極大型指標，性質與極小型指標相反。所以，先將產后酸能力指標值正向化，其方法按下式計算：

H=（Ximax-Xi），其中Ximax為產后酸能力指標中的最大值，Xi為某個菌株產后酸能力的值，i∈（1，2，3…13）。

1.4.12.3正向化矩陣的標準化

正向化矩陣如下：

X=Ai1Bj1

Ai2Bj2

AinBjn。（2）

其中in表示第n個菌株的第i個指標的值，jn表示第n個菌株的第j個指標的值，且i～j包含所有指標（下同）。

Xin=Ain∑ni=1Ain2。（3）

1.4.12.4確定正理想解

正理想解D+和負理想解D-，其中D+=（Xmax1，Xmax2…Xmax），D-=（Xmin1，Xmin2…Xmin）。

計算每個菌株與正理想解D+的距離D+i及與負理想解D-的距離D-i：

D+i=∑ni=1Dmaxi-Dij2。（4）

D-i=∑ni=1（Dmini-Dij）2。（5）

1.4.12.5確定各個指標的綜合評價值

Ci=D-iD+i+D-i。（6）

Ci值越大表示該菌株的發酵性能越好，反之則越差。

1.5數據統計與分析

感官數據采用模糊數學綜合評價法進行分析，其他試驗數據采用SPSS 26.0軟件進行統計學分析，多組數據采用單因素方差分析（ANOVA）中的Duncan's進行兩兩比較分析，設置顯著水平為P＜0.05。采用DPS數據處理系統進行TOPSIS法多指標綜合分析，采用Origin 2021作圖。

2結果與分析

2.1不同乳酸菌生長曲線

不同乳酸菌生長過程中時間與吸光度的關系曲線見圖1。13株乳酸菌在培養基中的生長趨勢相似，延滯期為0～2 h，對數生長期為2～10 h，穩定期為10～24 h，且每個菌株都有明顯的延滯期、對數期和穩定期的時間特點。

2.2不同乳酸菌發酵對花生粕乳pH和總酸變化的影響

不同菌株在花生粕乳中的產酸能力變化見圖2和圖3。

由圖2和圖3可知，不同菌株發酵花生粕乳pH的變化情況與總酸含量變化情況呈現相反的趨勢，且菌株產酸曲線與生長曲線相似，球菌的產酸能力較桿菌弱，這與何玉婷^[21]的研究結果一致。在桿菌中L6、X2、X5、B都表現出較強的產酸能力，其中L6的產酸速率最高，達到9.57°T/h，其次是X2，為9.26°T/h。較高的產酸速率可使發酵產品的發酵時間縮短，從而提高生產效率。

2.3不同乳酸菌發酵對花生粕乳產后酸能力的影響

由圖4和圖5可知，不同菌株在4 ℃下貯藏7 d，其pH隨著時間的延長而下降，酸度變化趨勢與之相反。在貯藏期間所有菌株的pH在前3 d降幅較大，3 d后該趨勢趨于平緩，而酸度呈現出與pH相反的趨勢。菌株X2和X5的產后酸能力最弱（P＜0.05），貯藏期間酸度變化量分別為10.84°T和9.58°T，研究表明貯藏期間后酸增加10°T左右即可作為優良菌株應用于產品中^[22]，酸度在70°T～110°T范圍內都可被人們接受^[23]，因此，除菌株L6、FYa1、ATCC8014和B外，其他菌株發酵花生粕乳的酸度在7 d內都可被人們接受。產后酸主要是因為耐酸能力強的菌株在發酵花生粕乳貯藏過程中仍然能夠不斷產生β-半乳糖苷酶，表現出良好的活性，使整個發酵體系能夠不斷產生乳酸，使體系pH下降，酸度上升^[24]。而有研究表明在乳酸菌發酵乳過程中可監測到酸度下降，其原因可能是貯藏時間長，大量酸的積累和營養物質的不斷減少使大量菌體裂解暴露出胞內堿性物質，體系酸度下降^[25]。但是本研究在7 d的貯藏過程中均未發現酸度下降的情況，這可能是由于貯藏時間較短。

2.4不同乳酸菌發酵對花生粕乳產黏能力的影響

不同菌株發酵花生粕乳的產黏能力見圖6。在酸乳發酵過程中乳酸菌胞外多糖的產生可以填充凝膠于蛋白凝膠三維網絡中，從而使酸乳呈現均一和連續的黏稠狀態^[26-27]。乳酸菌胞外多糖被研究者證實具備生物活性，從而能夠賦予產品功能性^[28]。

由圖6可知，發酵花生粕乳在發酵8 h且后熟24 h后，S2表現出較顯著的產黏能力（P＜0.05）。L6雖然表現出較高的產酸能力，但其產黏能力較低，這可能是由于酸度過高使pH偏離等電點，使酸乳的凝膠結構不穩定，引起乳清析出，黏度下降^[29]。

2.5不同乳酸菌發酵對花生粕乳活菌數的影響

活菌數是衡量活菌型發酵乳產品品質的重要指標。對發酵8 h且置于4 ℃后熟24 h后的不同乳酸菌發酵花生粕乳進行活菌數的測定，結果見圖7。

所有菌株發酵的花生粕乳活菌數均高于1.0×10⁶ CFU/mL，高于食品安全國家標準對活菌型發酵乳的活菌數要求^[30]，FYa1、MDb2發酵花生粕乳的活菌數都顯著高于其他菌株，分別為8.89 lg CFU/mL和8.80 lg CFU/mL（P＜0.05）。

2.6不同乳酸菌發酵對花生粕乳持水力的影響

酸乳持水力是衡量乳酸菌發酵誘導蛋白凝膠形成能力以及乳清析出量的重要指標，持水力也能反映出蛋白凝膠與水分子的結合能力，過低的持水力會導致凝膠體系大量乳清析出，組織狀態不穩定，蛋白凝膠的持水力也會受到酸化速率和乳酸菌胞外多糖的影響^[31]。不同乳酸菌發酵花生粕乳的持水力見圖8。S2表現出較強的持水力（P＜0.05），且該菌株表現出優良的產黏特性，可能是該菌株產生的胞外多糖與蛋白相互作用的結果^[32]。

2.7不同乳酸菌發酵對花生粕乳氨基酸態氮濃度的影響

酸乳在發酵過程中，乳酸菌分泌的蛋白酶和肽酶可作用于蛋白質，使其分解成氨基酸和小分子肽，這些物質是產品風味和風味形成前體物的重要組成部分，而一些小分子肽被研究者證實具備生物活性^[33]。蛋白質亞基的水解程度也會對蛋白凝膠質地和微觀結構造成影響，水解能力并非越強越好，乳酸菌的過度水解會使酸乳的黏度下降，組織狀態受到影響^[34]。不同乳酸菌發酵花生粕乳的氨基酸態氮濃度見圖9。X2和X5表現出顯著的蛋白質水解能力（P＜0.05），其氨基酸態氮濃度分別為589.87 μg/mL和562.28 μg/mL。

2.8不同乳酸菌發酵對花生粕乳感官品質的影響

2.8.1感官評價結果

具備理想的感官屬性是植物性產品納入主流的關鍵一步^[35]，10名評價員對13株不同乳酸菌發酵花生粕乳進行感官評價，采用模糊數學綜合評價法進行打分，結果見表2。

2.8.2感官評價模糊矩陣的建立

以表1中第1株乳酸菌發酵花生粕乳為例，可建立色澤、香氣、滋味和組織狀態4個因素的模糊評價矩陣：U色澤=（0.5，0.4，0.1，0.0），U香氣=（0.1，0.2，0.6，0.1），U滋味=（0.0，0.3，0.6，0.1），U組織狀態=（0.0，0.8，0.2，0.0），則第一個花生粕乳樣品的因素評價矩陣如下：

R1=0.50.40.10.00.10.20.60.10.00.30.60.10.00.80.20.0。

同理可得另外12株乳酸菌發酵花生粕乳樣品的因素評價矩陣R2～R13。

2.8.3確定模糊關系綜合評判集

Y1=X×R1=（0.25 0.25 0.30 0.20）×0.50.40.10.00.10.20.60.10.00.30.60.10.00.80.20.0=（0.15，0.4，0.395，0.055）。

第一個樣品模糊綜合評價矩陣為（0.15，0.4，0.395，0.055）。

2.8.4模糊綜合評判總分

第一個樣品的模糊感官評價總分：Y1×95857565=81.45。

所以，得出第一個樣品綜合評判總分為81.45分。

同理可得其他12株菌株發酵花生粕乳樣品的模糊綜合評價矩陣和綜合評價總分，見表3。

由表3可知，S2的綜合感官評分最高，為89.75分。

2.9基于TOPSIS法對多因素綜合評價篩選適合花生粕乳發酵的優良菌種

以菌株產酸速率、后酸能力、持水力、活菌數、產黏能力、蛋白質水解能力和感官評價結果作為數據來源，采用TOPSIS法對13株菌株進行發酵性能綜合評價，根據每個指標的特征，本研究設置菌株后酸能力為低優指標，其余指標為高優指標。設置活菌數和感官評分權重為2，其余各指標的權重均為1。CI值可反映各菌株的綜合發酵性能。

由表4可知，菌株S2的綜合發酵性能最好，排名第一，菌株X5排名第二，菌株X2排名第三。采用多菌株聯合發酵可使產品品質和生產效率得到提高^[36]，X2、X5和S2聯合使用可以發揮各自優勢，應用于花生粕乳的發酵中。

3結論

通過對13株乳酸菌在花生粕乳中的發酵特性進行研究，結果表明，在產酸能力方面，植物乳桿菌植物亞種（L6）和植物乳桿菌（X2）表現出較高的產酸速率，分別為9.57°T/h和9.26°T/h，植物乳桿菌（X2）和副干酪乳桿菌（X5）表現出較弱的產后酸能力和較強的產氨基酸態氮能力，貯藏期間酸度變化量分別為10.84°T和9.58°T，氨基酸態氮濃度分別達到589.87 μg/mL和562.28 μg/mL。嗜熱鏈球菌（S2）的產黏能力和持水能力較強，分別為1 227.33 mPa·s和42.62%，且感官評分最高，達到89.75分。發酵乳桿菌（FYa1）和植物乳桿菌（MDb2）活菌數較高，分別為8.89 lg CFU/mL和8.80 lg CFU/mL。通過TOPSIS法對13株菌株進行多因素綜合評價，得出嗜熱鏈球菌（S2）為綜合發酵性能較優良的菌株，但是該菌株單獨發酵花生粕乳的產酸能力較弱，不能快速酸化使蛋白凝膠形成，利用植物乳桿菌（X2）和副干酪乳桿菌（X5）與其聯合使用，將其作為發酵劑應用于花生粕乳產品中，不僅能提高花生粕的綜合利用，而且能為植物性乳制品替代品的開發提供現實基礎。

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