響應面優化花生酸奶發酵工藝研究

白衛東，沈棚，錢敏，魯長海

（1.仲愷農業工程學院 輕工食品學院，廣州 510225；2.華南農業大學 食品學院，廣州510642）

響應面優化花生酸奶發酵工藝研究

白衛東1，2，沈棚1，錢敏1，魯長海1

（1.仲愷農業工程學院 輕工食品學院，廣州 510225；2.華南農業大學 食品學院，廣州510642）

采用Plackett-Burman設計法和響應面分析法對花生酸奶發酵工藝進行優化。 先用Plackett-Burman設計從5種原料中篩選出對花生酸奶品質有極顯著影響的因素，再用最陡爬坡實驗及Box-behnken設計進一步優化。 結果表明，花生乳質量分數，接種量和加糖量是影響花生酸奶品質的極顯著因素，優化后的發酵工藝：花生乳50%，接種量4.87%，加糖量5.50%（均為質量分數），發酵時間4 h，發酵溫度42℃。在此發酵工藝下可制得優質風味的凝固型花生酸奶。

響應面；花生；酸奶；發酵

0 引 言

花生是一種重要的植物蛋白質資源，其營養豐富全面。 每100 g花生含水分7.3 g，蛋白質24.6 g，脂肪48.7 g，碳水化合物15.3 g，粗纖維2.1 g，灰分2 g，鈣36 mg，磷383 mg，鐵2 mg，另花生仁中含有胡蘿卜素0.0 4 mg，硫胺素1.07 mg，核黃素0.11 mg，尼克酸9.5mg[1]。 在我國素有“長生果”之稱，經常食用花生確能起到滋補益壽作用。

花生酸奶屬于發酵乳中的一種。就是以牛奶，羊奶，馬奶等為主要原料添加花生乳經乳酸菌或酵母菌發酵而制成的產品[2]?；ㄉ崮滩粌H香味濃郁協調，口感細膩柔和，而且營養價值高?；ㄉ崮痰难兄茖樨S富了乳品市場，提高花生利用價值和增加企業經濟效益提供有效的途徑。

1 實 驗

1.1 材料

花生 （市售）,選擇顆粒飽滿,無蟲蛀,無霉變；奶粉（雀巢脫脂奶粉）；白砂糖（優級）。

菌種為嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌，NaHCO3為分析純，分子蒸餾單甘酯，耐酸CMC（食品級）。

1.2 儀器設備

YXQ-LS-50S11立式壓力蒸汽滅菌器，SW-GJ-1BU潔凈工作臺，DK-98-1型電熱恒溫水浴鍋，HL-2000型打漿機，DNP-9082型電熱恒溫培養箱，JML50C型膠體磨，SRH 60-70型均質機，BCD-188K/ANCJN冰箱。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 花生乳制備要點

（1）焙烤。選擇無毒變、無蟲蛀、顆粒飽滿、粒度均勻的新鮮花生仁為原料，經120℃、40 min焙烤，然后手工去紅衣。經過烘烤的花生容易脫皮，且產生多種令人愉快的芳香氣味。

（2）浸泡。將脫紅衣的花生仁倒入質量分數為0.10%的NaHCO3的水中，在60℃下水浴4 h左右，可以提高蛋白溶出率的同時保證花生乳為乳白色[3]。

（3）磨漿。用清水浸泡兩次，瀝干，然后加80℃熱水磨漿;先用打漿機打漿，然后再通過膠體磨磨漿，磨擊的顆?？刂圃?00目，加水量控制在水是干花生仁質量6倍為最佳[4]。

1.3.3 發酵劑的制備

選用保加利亞乳桿菌和嗜熱乳鏈球菌以1∶1的比例接種到滅菌后的質量分數為10%脫脂奶粉中，42℃發酵3 h，置于4℃下保存，待用。

1.3.4 牛奶的配制

按照每100 mL水加入15 g脫脂奶粉的比例配制13%的容液。

1.3.5 優化方法

Plackett-Burma設計[5]：本研究在前期單因素實驗的基礎上選用N=12的Plackett-Burman設計法，對培養基的5個因素的重要性進行考查，每個因素取高低兩種水平，凝固型花生酸奶綜合評價得分為響應值，實驗設計如表2所示。用Minitab15軟件對實驗數據進行處理，比較各因素重要性。

最陡爬坡實驗：根據Plackett-Burman實驗結果，以各顯著因素的正負效應確定最陡爬坡實驗的路徑（包括變化方向和變化步長），快速的逼近最大響應區域。而其他因素的取值則根據正效應因素均取較高值，負效應因素均取較低值的原則。找到下一步響應面分析的中心點。

Box-behnken設計[6]：響應面分析實驗方法根據PB實驗設計和最陡爬坡實驗結果，以最陡爬坡實驗得出中心點，設計三因素三水平的優化實驗。用minitab軟件設計Box-Behnken響應面實驗并進行數據處理。

1.3.6 花生酸奶檢驗方法

乳酸菌檢驗采用GB4789.35-2010中方法進行；大腸桿菌檢驗采用GB4789.3-2010中方法進行；脂肪檢驗采用GB5413.3-2010中方法進行。

酸奶評價指標[4,7]如表1所示。

表1 感官評價標準

2 結果與討論

2.1 影響因素的篩選

按照Plackett-Burman設計，在凝固型酸奶發酵好后對其綜合評價，Plackett-Burman實驗設計及結果如表2所示。

表2 Plackett-Burman實驗設計與結果

對表1進行回歸分析，所得結果如表3所示。由表3可看出，接種量、加糖量、發酵時間、花生乳質量分數表現為正效應，發酵溫度為負效應。可信度大于95%的水平上，因素接種量、加糖量、花生乳質量分數對酸奶品質影響顯著，其中發酵時間和發酵溫度對酸奶品質影響不顯著，因此確定接種量、加糖量、花生乳質量分數主要影響因素進行下一步實驗。

表3 各因素水平、效應值及顯著性分析

2.2 最陡爬坡實驗

根據表3分析結果確定不顯著因素的水平，表現為正效應因素取較高值，表現為負效應因素取較低值，實驗設計如下：發酵溫度42℃，發酵時間4 h。顯著因素的變化步長及方向的實驗計及結果如表4所示。從表4可看出，隨花生乳含量、接種量和加糖量的變化，花生酸奶得分先上升后下降，當花生乳質量分數、接種量和加糖量分別為50%，5%和6%時，所對應的凝固型花生酸奶綜合得分達到最大值，以第3組水平作為響應面實驗中心點，進行下一步優化實驗。

2.3 Box-Behnken實驗設計及結果

通過最陡爬坡實驗確定了重要影響因素的取值的區間?？刂瓢l酵時間4 h，發酵溫度42℃，以花生乳質量分數、接種量及加糖量3個重要因素為自變量，各因素編碼水平如表5所示；Box-behnken實驗設計及結果如表6所示。

表4 最陡爬坡實驗設計及結果

表5 Box-Behnken設計的變量及水平

表6 Box-behnken設計及結果

由表7可以看出,該回歸模型在α=0.01水平上顯著,失擬項 P=0.130,表明失擬不顯著。經P檢驗,可知回歸方程中一次項、二次項及交互項均對響應值有顯著影響,說明所擬合的二次回歸方程合適。方程的相關系數 R2為0.9803,調整后的 R2為 0.9448,即表明模型可以解釋94.48%的凝固型花生酸奶品質的變化,進一步說明了回歸方程的擬合程度較好，可以用此模型對凝固型花生酸奶品質進行預測。

表7 回歸方程的方差分析

2.4 最佳濃度的確定及驗證

利用SAS軟件對回歸模型進行響應面分析，得到各響應面立體分析圖，結果如圖1-圖3所示。 由圖1-圖3及軟件分析可知，回歸方程存在穩定點。通過嶺脊分析預測，當花生乳質量分數為50%、接種量為4.87%和加糖量為5.50%，響應值Y達到最大值，即凝固型花生酸奶綜合得分，為89.74。由于以上最佳條件沒有包括在響應面優化的15組實驗中，需進一步進行實驗驗證。驗證實驗結果表明，在最佳發酵條件下，凝固型花生酸奶的綜合得分90.08(相對誤差為0.39%)與預測值相差不大，說明該方程與實際情況擬合很好，充分驗證了所建模型的正確性，說明響應面法適用于花生酸奶發酵工藝進行回歸分析和參數優化。

3 結 論

通過Plackett-Burman設計、最陡爬坡實驗及Boxbehnken設計的方法確定凝固型花生酸奶發酵最佳工藝：花生乳50%，接種量4.87%，加糖量5.50%（均為質量分數），發酵時間4 h，發酵溫度42℃。在此工藝下制做的花生酸奶色澤為乳白色，表面光滑,具有光澤，凝乳質地良好。同時具有乳酸菌發酵乳的滋味與氣味及花生香氣，香味協調，無其它異味。其中脂肪1.97%，酸度63°T。乳酸菌數5.8×108mL-1，大腸菌群0.27 mL-1，無其他致病菌檢出。

[1]趙貴興,陳 霞,劉昊飛,等.花生的功能成分、營養價值及其開發利用研究[J].安徽農學通報,2011,17(12):39-42.

[2]劉金平，梁西愛.花生酸奶的研制[J].中國乳品工業,2006,34(3):21-23.

[3]曹忠，肖光輝.花生乳的研制[J].中國乳品工業,2001,29（5):11-13.

[4]李西波,糾敏,侯玉澤.新型花生酸奶的研制 [J].食品研究與開發,2008,29（9）：81-83

[5]XU C P,KIM S W,HWANG H J,et al.Application of Statistically Basedexperimental Designs for the Optimization of Exo-polysaccharide Production by Cordyceps Militaris NG3[J].Biotechnol Appl Biochem,2002,36:127-131.

[6]ELIBOL M,OZER D.Response Surface Analysis of Lipase Production by Freely Suspended Rhizopus Arrhizus[J].Process Biochemistry,2002,(8):367-372.

[7]牟增榮.影響花生酸奶質量的因素[J].中國乳品工業,1994,6(22):26-29.

Research ofresponse surface optimization of fermentation of peanut yogurt technology

BAI Wei-dong1,2,SHEN Peng2,QIAN Min1,LU Chang-hai1
(1.ZhongKai University of Agriculture and Engineering,College of Light Industry and Food,Guangzhou 510225,China；2.College of Food Science,South China Agricultural University,Guangzhou,510642,China)

Using the method of Plackett-Burman design and response surface analysis to optimize the peanut yogurt fermentation process.First,select the factors that have a significant impact on the peanut yogurt quality from the five kinds of raw materials with the Plackett-Burman design.Then,use the steepest climbing test and Box-behnken design to further optimize it.The results showed that peanut milk content,inoculum size and sugar quantity are the factors that have significant impact on the peanut yogurt quality.Optimized fermentation process is as follows:peanut milk content of 50%,inoculum 4.87%,sugar amount of 5.50%,fermentation time 4 h,fermentation temperature at 42℃.High-quality solidified peanut yogurt can be obtained in this fermentation process.

response surface；peanut；yoghurt；fermenting.

TS252.54

A

1001-2230（2012）04-0051-04

2011-10-31

廣東省科技計劃項目（2011B020310011）。

白衛東（1967-），男，教授，從事食品添加劑、農產品加工與貯藏方面的研究。