響應(yīng)面優(yōu)化花生酸奶發(fā)酵工藝研究

白衛(wèi)東，沈棚，錢敏，魯長海

（1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 輕工食品學(xué)院，廣州 510225；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，廣州510642）

響應(yīng)面優(yōu)化花生酸奶發(fā)酵工藝研究

白衛(wèi)東1，2，沈棚1，錢敏1，魯長海1

（1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 輕工食品學(xué)院，廣州 510225；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，廣州510642）

采用Plackett-Burman設(shè)計(jì)法和響應(yīng)面分析法對(duì)花生酸奶發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化。 先用Plackett-Burman設(shè)計(jì)從5種原料中篩選出對(duì)花生酸奶品質(zhì)有極顯著影響的因素，再用最陡爬坡實(shí)驗(yàn)及Box-behnken設(shè)計(jì)進(jìn)一步優(yōu)化。 結(jié)果表明，花生乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，接種量和加糖量是影響花生酸奶品質(zhì)的極顯著因素，優(yōu)化后的發(fā)酵工藝：花生乳50%，接種量4.87%，加糖量5.50%（均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)），發(fā)酵時(shí)間4 h，發(fā)酵溫度42℃。在此發(fā)酵工藝下可制得優(yōu)質(zhì)風(fēng)味的凝固型花生酸奶。

響應(yīng)面；花生；酸奶；發(fā)酵

0 引 言

花生是一種重要的植物蛋白質(zhì)資源，其營養(yǎng)豐富全面。 每100 g花生含水分7.3 g，蛋白質(zhì)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(jīng)常食用花生確能起到滋補(bǔ)益壽作用。

花生酸奶屬于發(fā)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(jīng)乳酸菌或酵母菌發(fā)酵而制成的產(chǎn)品[2]。花生酸奶不僅香味濃郁協(xié)調(diào)，口感細(xì)膩柔和，而且營養(yǎng)價(jià)值高。花生酸奶的研制將會(huì)為豐富了乳品市場，提高花生利用價(jià)值和增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提供有效的途徑。

1 實(shí) 驗(yàn)

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(yōu)級(jí)）。

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(jí)）。

1.2 儀器設(shè)備

YXQ-LS-50S11立式壓力蒸汽滅菌器，SW-GJ-1BU潔凈工作臺(tái)，DK-98-1型電熱恒溫水浴鍋，HL-2000型打漿機(jī)，DNP-9082型電熱恒溫培養(yǎng)箱，JML50C型膠體磨，SRH 60-70型均質(zhì)機(jī)，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(diǎn)

（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(jīng)120℃、40 min焙烤，然后手工去紅衣。經(jīng)過烘烤的花生容易脫皮，且產(chǎn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(shí)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(jī)打漿，然后再通過膠體磨磨漿，磨擊的顆粒控制在100目，加水量控制在水是干花生仁質(zhì)量6倍為最佳[4]。

1.3.3 發(fā)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%脫脂奶粉中，42℃發(fā)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(yōu)化方法

Plackett-Burma設(shè)計(jì)[5]：本研究在前期單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上選用N=12的Plackett-Burman設(shè)計(jì)法，對(duì)培養(yǎng)基的5個(gè)因素的重要性進(jìn)行考查，每個(gè)因素取高低兩種水平，凝固型花生酸奶綜合評(píng)價(jià)得分為響應(yīng)值，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表2所示。用Minitab15軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，比較各因素重要性。

最陡爬坡實(shí)驗(yàn)：根據(jù)Plackett-Burman實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以各顯著因素的正負(fù)效應(yīng)確定最陡爬坡實(shí)驗(yàn)的路徑（包括變化方向和變化步長），快速的逼近最大響應(yīng)區(qū)域。而其他因素的取值則根據(jù)正效應(yīng)因素均取較高值，負(fù)效應(yīng)因素均取較低值的原則。找到下一步響應(yīng)面分析的中心點(diǎn)。

Box-behnken設(shè)計(jì)[6]：響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)方法根據(jù)PB實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和最陡爬坡實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以最陡爬坡實(shí)驗(yàn)得出中心點(diǎn)，設(shè)計(jì)三因素三水平的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。用minitab軟件設(shè)計(jì)Box-Behnken響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

1.3.6 花生酸奶檢驗(yàn)方法

乳酸菌檢驗(yàn)采用GB4789.35-2010中方法進(jìn)行；大腸桿菌檢驗(yàn)采用GB4789.3-2010中方法進(jìn)行；脂肪檢驗(yàn)采用GB5413.3-2010中方法進(jìn)行。

酸奶評(píng)價(jià)指標(biāo)[4,7]如表1所示。

表1 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與討論

2.1 影響因素的篩選

按照Plackett-Burman設(shè)計(jì)，在凝固型酸奶發(fā)酵好后對(duì)其綜合評(píng)價(jià)，Plackett-Burman實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表2所示。

表2 Plackett-Burman實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

對(duì)表1進(jìn)行回歸分析，所得結(jié)果如表3所示。由表3可看出，接種量、加糖量、發(fā)酵時(shí)間、花生乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)為正效應(yīng)，發(fā)酵溫度為負(fù)效應(yīng)。可信度大于95%的水平上，因素接種量、加糖量、花生乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)酸奶品質(zhì)影響顯著，其中發(fā)酵時(shí)間和發(fā)酵溫度對(duì)酸奶品質(zhì)影響不顯著，因此確定接種量、加糖量、花生乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)主要影響因素進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。

表3 各因素水平、效應(yīng)值及顯著性分析

2.2 最陡爬坡實(shí)驗(yàn)

根據(jù)表3分析結(jié)果確定不顯著因素的水平，表現(xiàn)為正效應(yīng)因素取較高值，表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng)因素取較低值，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：發(fā)酵溫度42℃，發(fā)酵時(shí)間4 h。顯著因素的變化步長及方向的實(shí)驗(yàn)計(jì)及結(jié)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(dāng)花生乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、接種量和加糖量分別為50%，5%和6%時(shí)，所對(duì)應(yīng)的凝固型花生酸奶綜合得分達(dá)到最大值，以第3組水平作為響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)中心點(diǎn)，進(jìn)行下一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

2.3 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

通過最陡爬坡實(shí)驗(yàn)確定了重要影響因素的取值的區(qū)間。控制發(fā)酵時(shí)間4 h，發(fā)酵溫度42℃，以花生乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、接種量及加糖量3個(gè)重要因素為自變量，各因素編碼水平如表5所示；Box-behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表6所示。

表4 最陡爬坡實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表5 Box-Behnken設(shè)計(jì)的變量及水平

表6 Box-behnken設(shè)計(jì)及結(jié)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(xiàng) P=0.130,表明失擬不顯著。經(jīng)P檢驗(yàn),可知回歸方程中一次項(xiàng)、二次項(xiàng)及交互項(xiàng)均對(duì)響應(yīng)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(guān)系數(shù) R2為0.9803,調(diào)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(zhì)的變化,進(jìn)一步說明了回歸方程的擬合程度較好，可以用此模型對(duì)凝固型花生酸奶品質(zhì)進(jìn)行預(yù)測。

表7 回歸方程的方差分析

2.4 最佳濃度的確定及驗(yàn)證

利用SAS軟件對(duì)回歸模型進(jìn)行響應(yīng)面分析，得到各響應(yīng)面立體分析圖，結(jié)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(wěn)定點(diǎn)。通過嶺脊分析預(yù)測，當(dāng)花生乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%、接種量為4.87%和加糖量為5.50%，響應(yīng)值Y達(dá)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(yīng)面優(yōu)化的15組實(shí)驗(yàn)中，需進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在最佳發(fā)酵條件下，凝固型花生酸奶的綜合得分90.08(相對(duì)誤差為0.39%)與預(yù)測值相差不大，說明該方程與實(shí)際情況擬合很好，充分驗(yàn)證了所建模型的正確性，說明響應(yīng)面法適用于花生酸奶發(fā)酵工藝進(jìn)行回歸分析和參數(shù)優(yōu)化。

3 結(jié) 論

通過Plackett-Burman設(shè)計(jì)、最陡爬坡實(shí)驗(yàn)及Boxbehnken設(shè)計(jì)的方法確定凝固型花生酸奶發(fā)酵最佳工藝：花生乳50%，接種量4.87%，加糖量5.50%（均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)），發(fā)酵時(shí)間4 h，發(fā)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(zhì)地良好。同時(shí)具有乳酸菌發(fā)酵乳的滋味與氣味及花生香氣，香味協(xié)調(diào)，無其它異味。其中脂肪1.97%，酸度63°T。乳酸菌數(shù)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(yǎng)價(jià)值及其開發(fā)利用研究[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào),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(yè),2006,34(3):21-23.

[3]曹忠，肖光輝.花生乳的研制[J].中國乳品工業(yè),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(fā),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(zhì)量的因素[J].中國乳品工業(yè),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(jì)劃項(xiàng)目（2011B020310011）。

白衛(wèi)東（1967-），男，教授，從事食品添加劑、農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏方面的研究。