响应面法优化红皮花生芽苗菜凝固型酸乳的发酵工艺

关正萍，徐 欣，关 正，关正君，廖同兵（.山西师范大学食品科学学院，山西 太原 00000；.山西师范大学生命科学学院，山西 太原 00000；.运城学院生命科学系，山西 运城 0000；.杭州北千科技有限公司，浙江 杭州 0000）

0 引言

花生，隶属豆科一年生植物，别名番豆、泥豆等。亚洲是栽培花生最广泛的地区，在我国比较普遍，许多地方都有栽种。花生中含有许多对人体有利的营养物质，比如脂肪酸、胡萝卜素及一些无机盐离子[1-2]。花生富含球蛋白，其成分还富含人体必需的氨基酸，可以加速幼儿生长发育[3]。花生中的不饱和脂肪酸可改善血液循环。花生中维生素含量较高，所含有的维E 不仅对衰老有一定的抵抗作用，而且还可以促进人体体细胞发育，维B6能增强人体记忆力[4-5]。花生红衣具有很好的补血效果，因为花生红衣会增加血液中血小板的数量、促进毛细管的吸收，同时也会阻碍纤维蛋白的溶解，从而提高红细胞的造血能力[6]。

花生芽苗菜是以脱壳后的花生为原料，经特殊的萌发处理后，生长出能够食用的嫩芽。花生芽苗菜的培育有2 种方法：①基质栽培，将发芽后的种子移植到特殊的基质中使其生长；②水培法，将发芽后种子移植到底部可以加水的特制容器中使其生长[7-8]。发芽可使种子中的营养成分更好地发挥作用[10]，大分子的蛋白质在相关酶的作用下被分解，并且人体更易于吸收其分解所产生的氨基酸[9-10]。此外，花生芽中的营养成分和活性物质会随着萌发阶段不同而有所差异，如酚类物质含量增加，抗氧化活性增强，游离氨基酸含量不断增加[11-12]，甘油三酯则被分解代谢产生热量，从而使脂肪含量降低[13]。白藜芦醇是花生芽苗菜中一类具有强大保健作用的天然活性成分，在延缓衰老的同时还可预防心脑血管疾病，而白藜芦醇的这些益处则与它在肠道内的生理活动相关[14]。而且消费者食用花生芽苗菜来补充身体所需的微量元素。

酸乳是以牛乳为原料，在乳酸菌的作用下制得的产品。酸乳凭借独特的口感和丰富的营养成分获得了消费者的喜爱和认可，并且牛奶经过发酵后其中乳糖含量减少，容易被人体吸收，乳糖不耐症患者饮用时不会产生不良反应[15]。将花生芽苗菜与酸乳进行结合，其中所含的氨基酸比例合适，并且与市售酸奶相比，蛋白质含量更为丰富，因而可以作为人体每日所需蛋白质的优质来源[16]。

近年来，“双发”食品逐渐引起人们的注意[17]，食品原料经过发芽与发酵之后，其中的营养成分有所提高，而且还含有一定的药用功效[18]。试验以红皮花生芽苗菜和牛乳为原料将其制成酸乳，补充市场上相关的空白，为相关功能性食品的规范生产提供借鉴，扩大“双发”食品的市场规模。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

红皮花生品种四粒红，河南豫香果果食品有限公司提供；伊利纯牛奶和白砂糖，均购自当地超市。酸奶发酵剂，安琪酵母公司提供；花生育苗盘，购自水生田园旗舰店；乳酸菌琼脂培养基，奥博星生物技术有限公司提供；平板计数琼脂，海博生物科技有限公司提供；氢氧化钠，考马斯亮蓝G-250 染料，95%乙醇和磷酸（85%），洛阳市化学试剂厂提供；酚酞，天津市光复科技有限公司提供；浓盐酸，学校设备处统一提供。所用试剂均为分析纯。

303-0 型的培养箱，北京市永光明医疗仪器有限公司产品；均质机，温州桑田流体自控设备有限公司产品；752N 型紫外- 可见分光光度计，湖南湘仪实验室仪器开发有限公司产品；立式压力蒸汽灭菌器等，上海博讯实业有限公司医疗设备厂产品；超净工作台，苏州净化设备有限公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 红皮花生芽苗菜的水培法制备

红皮花生芽苗菜工艺流程[7]为：红皮花生→预处理→浸泡→催芽→发芽→采收。

选择颜色均一、颗粒圆润的花生，将0.3%的次氯酸钠加入育苗盘中消毒，然后再将花生表面的次氯酸钠冲洗干净。在水中浸泡12 h，使花生充分吸水膨胀，然后将花生在遮光条件下催芽48 h，待芽长到2 mm 左右时，移入育苗盘中进行生长。在生长过程中，每天用温水给花生芽浇水4 次，并每天给育苗盘换水。当花生芽的长度为8 cm 时，从育苗盘移出，去掉花生红衣，切碎后放入沸水中，煮沸6 min备用[15]。

1.2.2 红皮花生芽苗菜凝固型酸乳工艺流程

纯牛奶→配料（花生芽苗菜+ 白砂糖） →预热→均质→灭菌→冷却→接种→发酵→后熟→成品。

将花生芽切碎煮沸，断生后，盛在玻璃器皿中备用，再将伊利纯牛奶和白砂糖按照相关比例调配后均质。在去除杂菌后加入酸奶发酵剂，在合适的温度下进行发酵。发酵完成后在冰箱冷藏室进行后熟，后熟时间为24 h。最后对最终产品进行质量检验，判断是否符合国家标准可供消费者食用[18]。

1.2.3 操作要点

（1） 调配。经过多次预试验可知，向伊利纯牛奶中加入灭菌后的花生芽苗菜（8%） 和白砂糖（9%），搅拌至白砂糖充分溶解即可。

（2） 均质。将调配好的牛奶在30 MPa 下进行均质，防止脂肪上浮，使乳浊液保持稳定。

（3） 杀菌。对牛奶采用巴氏杀菌的方法进行灭菌，让牛奶在30 min 内处于62~65 ℃的条件下即可杀灭能引起人类疾病的细菌，同时又不破坏牛奶中的营养成分。

（4） 接种、发酵、后熟。经过多次预试验可知，为防止乳酸菌酵母失活，牛奶杀菌后需要冷却至40 ℃，方可加入0.1%的酸奶发酵剂，上述操作均需在无菌条件下进行。于43 ℃下发酵6.5 h，冷藏后熟方可饮用[18]。

1.2.4 感官评价

由15 名具有感官评价经验丰富的专业人员组成品鉴小组，根据GB 19302—2010 从组织状态、滋味、口感以及凝乳状态，对红皮花生芽酸奶进行打分[21]。

花生芽苗菜凝固型酸乳感官评价标准见表1。

表1 花生芽苗菜凝固型酸乳感官评价标准

根据15 名品鉴组成员的打分情况，去掉最高分与最低分，然后求得其余13 人的平均成绩，作为每个样品的最终得分[22]。

1.3 单因素试验设计

1.3.1 红皮花生芽苗菜添加量对红皮花生芽苗菜凝固型酸乳感官品质的影响

红皮花生芽苗菜添加量共设计5 个梯度，分别为6%，7%，8%，9%，10%，分别向每个处理组的牛奶中加入白砂糖（添加量为8.5%） 和酸奶发酵剂（添加量为0.1%），在温度为42 ℃时发酵6 h，每个处理组分别设计3 个重复。然后，通过具有感官评价经验的15 名专业人员进行感官品尝后获得试验结果。

1.3.2 白砂糖添加量对红皮花生芽苗菜凝固型酸乳感官品质的影响

白砂糖添加量共设计5 个梯度，分别为8.0%，8.5%，9.0%，9.5%，10.0%，分别向每处理组牛奶中加入添加量为7% 的红皮花生芽苗菜和酸奶发酵剂（添加量为0.1%），在温度为42 ℃时发酵6 h，每个处理组分别设计3 个重复。然后，通过具有感官评价经验的15 名专业人员进行感官品尝后获得试验结果。

1.3.3 发酵温度对红皮花生芽苗菜凝固型酸乳感官品质的影响

发酵温度共设计5 个梯度，分别为40，41，42，43，44 ℃，分别向每处理组牛奶中加入7%的红皮花生芽苗菜，添加量为8%的白砂糖，酸奶发酵剂（添加量为0.1%），并进行6 h 的发酵，每个处理组设计3 个重复；通过具有感官评价经验的15 名专业人员进行感官品尝后获得试验结果。

1.3.4 发酵时间对红皮花生芽苗菜凝固型酸乳感官品质的影响

发酵时间共设计5 个梯度，分别为5.5，6.0，6.5，7.0，7.5 h，向每处理组牛奶中加入7%的红皮花生芽苗菜，白砂糖的添加量为8%，添加量为0.1%的酸奶发酵剂，在温度为42 ℃时进行发酵，每个处理组设计3 个重复，然后，通过具有感官评价经验的15 名专业人员进行感官品尝后获得试验结果。

1.4 响应面法优化试验

根据上述4 个单因素的感官评分结果，选出每个因素中感官得分较高的3 个处理组，进行响应面法试验，探究在4 个因素共同影响下的红皮花生芽苗菜凝固型酸乳的最佳发酵工艺。

原辅料响应面法的试验因素及水平设计见表2。

表2 原辅料响应面法的试验因素及水平设计

1.5 理化指标及微生物指标检测

运用考马斯亮蓝法对牛奶中的蛋白质进行检测，并运用酸碱滴定法对牛奶中的酸度进行检测。微生物指标检测采用平板计数法[23]。

2 结果与分析

2.1 不同红皮花生芽苗菜添加量对酸乳感官品质的影响

红皮花生芽苗菜凝固型酸乳中的特征成分是花生芽苗菜，红皮花生芽苗菜的含量直接影响产品的滋味，花生芽苗菜添加量过低，酸乳中没有花生芽苗菜的滋味，没有特色，红皮花生芽苗菜含量过高会掩盖酸乳的味道。

红皮花生芽苗菜的添加量对酸乳感官品质的影响见图1。

图1 红皮花生芽苗菜的添加量对酸乳感官品质的影响

由图1 可知，红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变化较为明显，当花生芽苗菜的添加量为8%时，花生芽苗菜和酸乳滋味融合较好，此时得分较高。

2.2 不同白砂糖添加量对酸乳感官品质的影响

白砂糖不仅可以中和乳酸菌产生的酸，而且还可改善酸乳风味，增加酸乳的适口性。白砂糖含量超标时，甜味会掩盖花生芽苗菜凝固型酸乳的风味，使产品特色不突出。而当白砂糖含量过低时，则表现为乳酸菌产生的酸味较为突出，起不到中和酸味的作用。

不同白砂糖添加量对酸乳感官品质的影响见图2。

图2 不同白砂糖添加量对酸乳感官品质的影响

由图2 可知，白砂糖添加量与感官评分联系较为紧密。当白砂糖添加量为9 %时，红皮花生芽苗菜凝固型酸乳的酸甜适中。

2.3 不同发酵温度对酸乳感官品质的影响

环境温度影响着酸乳中菌种的活性，若环境温度过高会使乳酸菌失活，导致酸乳无法成型，温度过低，由于乳酸菌不在适宜温度，因此在一定时间内酸乳无法成型，需要延长发酵时间。

不同发酵温度对酸乳感官品质的影响见图3。

图3 不同发酵温度对酸乳感官品质的影响

由图3 可知，红皮花生芽苗菜凝固型酸乳感官评分结果受发酵温度的影响，而由感官评分结果表明，在43 ℃下进行发酵所得到的产品评分最高，酸乳口味较好。

2.4 不同发酵时间对酸乳感官品质的影响

酸乳的凝乳状况由发酵时间的长短来决定。若发酵时间过久，乳酸菌大量产酸，酸味突出而导致适口性差；而发酵时间过短会导致酸乳不成型，凝乳性差，红皮花生芽苗菜凝固型酸乳的感官评分与发酵时间密切相关。发酵时间过久或不足均会使感官评分下降。而由15 名专业人员的评分结果表明，当发酵6.5 h 时，酸乳质地均匀，口感绵润。

不同发酵时间对酸乳感官品质的影响见图4。

图4 不同发酵时间对酸乳感官品质的影响

2.5 响应面法试验结果

应用响应面软件进行试验设计，通过表2 原辅料响应面法试验因素和水平，得出表3 响应面法最佳试验结果。在试验中，采用响应面软件进行了试验数据的多元回归，获得综合评分结果。红皮花生芽的添加量（A）、白砂糖添加量（B）、发酵时间（C）、发酵温度（D） 的二次多项回程：

表3 响应面法试验结果

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.

响应面法试验结果见表3，响应面法回归模型的方差分析见表4。

表4 响应面法回归模型的方差分析

由表4 可知，模型的p<0.01，表示该模型的置信度高于99%，说明回归模型极显著。失拟项（p=0.439 3） >0.05，即失拟项不显著，表示自然误差不显著。以上结果表明该模型极具统计学意义。根据表4 中的F 值来判断4 种因素对红皮花生芽苗菜凝固型酸乳感官得分影响程度依次为白砂糖添加量（B） >发酵温度（D） >发酵时间（C） >花生芽添加量（A），综上所述，此模型可较好地预测不同配比的红皮花生芽苗菜凝固型酸乳的感官评分。试验所建立模型的拟合度较好，采用响应面分析法优化得到的红皮花生芽苗菜凝固型酸乳最佳发酵工艺参数可靠。

2.6 响应面法最优结果

运用Design Expert 11.0 软件，得到了对应二次回归方程响应面图。响应面图通过各个影响因素A、B、C、D 影响响应值大小所绘制的三维立体曲面图，从响应面3D 图中，可以直观、形象地看出最优参数和影响因素的变化情况[24]。

红皮花生芽苗菜添加量和白砂糖添加量交互作用的响应面（a） 和等高线图（a） 见图5，红皮花生芽苗菜添加量和发酵时间交互作用的响应面图（a）和等高线图（b） 见图6，红皮花生芽苗菜和发酵温度交互作用的响应面图（a） 和等高线图（b） 见图7，白砂糖添加量和发酵时间交互作用的响应面图（a） 和等高线图（b） 见图8，白砂糖添加量和发酵温度交互作用的响应面图（a） 和等高线图（b） 见图9，发酵温度和发酵时间交互作用的响应面图（a）和等高线图（b） 见图10。

图5 红皮花生芽苗菜添加量和白砂糖添加量交互作用的响应面（a） 和等高线图（b）

图6 红皮花生芽苗菜添加量和发酵时间交互作用的响应面图（a） 和等高线图（b）

图7 红皮花生芽苗菜和发酵温度交互作用的响应面图（a）和等高线图（b）

图8 白砂糖添加量和发酵时间交互作用的响应面图（a）和等高线图（b）

图9 白砂糖添加量和发酵温度交互作用的响应面图（a）和等高线图（b）

图10 发酵温度和发酵时间交互作用的响应面图（a）和等高线图（b）

响应面曲面走势陡立，则表明2 个因素交互作用后对红皮花生芽苗菜凝固型酸乳的感官评分的影响越大，而响应曲面走势平缓，则表明2 个因素交互作用后对红皮花生芽苗菜凝固型酸乳的感官评分影响较小[25]。依据响应面方程及其响应面3D 图可预测出加工红皮花生芽苗菜凝固型酸乳的最优条件为花生芽苗菜添加量8%，白砂糖添加量9%的前提下，在43 ℃下发酵6.5 h，可以制作出感官评价较好的红皮花生芽苗菜凝固型酸乳。在此条件下生产的红皮花生芽苗菜酸乳，由具有感官评价经验的15 名食品专业人员进行感官评分，去掉1 个最高分和1 个最低分，其余13 名学生的感官得分平均值为85.3分，与预测值（85.528） 相差很小，从而可以用所得的回归方程及其响应面3D 图来预测其余条件下的感官评分。并且在最优条件下加工出来的红皮花生芽苗菜凝固型酸乳色泽白润、入口丝滑、味道甘甜，且未见乳清析出，花生芽苗菜香味与酸乳酸味融合较好，可获得消费者的喜爱。

2.7 理化指标及其微生物指标结果

红皮花生芽苗菜凝固型酸乳理化指标检测见表5。

表5 红皮花生芽苗菜凝固型酸乳理化指标检测

由表5 可知，红皮花生芽酸奶的理化指标符合国家标准的相关规定，可以放心饮用补充人体所需的营养。

红皮花生芽苗菜凝固型酸乳微生物检测结果见表6。

表6 红皮花生芽苗菜凝固型酸乳微生物检测结果/CFU·mL-1

由表6 可知，红皮花生芽苗菜凝固型酸乳的微生物指标完全符合国标（GB 19302—2010） 的相关规定，可放心食用。

3 结论

采用Box-behnken 中心组合试验设计，探究了红皮花生芽苗菜凝固型酸乳的发酵工艺条件与产品感官品质之间的关系。在进行了单因素试验后，选取合适的水平设计响应面试验。以感官评分为响应值，可由拟合出的回归方程确定红皮花生芽苗菜凝固型酸乳的最佳发酵工艺为红皮花生芽苗菜添加量8%，白砂糖添加量9%，于43 ℃的条件下发酵6.5 h。经测定，在此条件下加工的红皮花生芽苗菜凝固型酸乳感官评分较高，深受消费者喜欢，可以很好地弥补市场上相关的空白，因而拥有较大的市场。在此条件下生产出的凝固型酸乳，各项指标均在国家要求的范围之内。且酸奶口感绵密、质地均匀、浓稠，有红皮花生芽苗菜特有的香味。