響應面法優化富含L- 乳酸小米發酵飲料的工藝研究

張麗萍，劉成果，張東杰，修福建，于長青，劉妍妍，王憲青，孔 杰，卞 春，張志一

（1. 黑龍江八一農墾大學食品學院，黑龍江大慶 163319；2. 黑龍江省成果食品有限責任公司，黑龍江密山 158305；3. 東北石油大學，黑龍江大慶 163319；4. 哈爾濱學院，黑龍江哈爾濱 150086；5. 蒙牛乳業（集團） 股份有限公司，內蒙古 呼和浩特 011500）)

0 引言

谷物發酵飲料是一種新型的發酵飲品，既能保持谷物原有的營養，又可以通過發酵產生更多利于人體健康的活性物質[1-2]。小米是我國重要的谷物之一，具有悠久的種植及食用歷史，小米富含膳食纖維、黃色素、多酚、油脂、功能肽等活性成分[3-5]，具有降血糖、降血脂、抗氧化、抗疲勞、抗癌、增強免疫力等生物功能[6-13]。試驗在前期菌種研究的基礎上，以小米為原料，采用復合發酵劑對小米漿進行發酵，以L- 乳酸含量和感官評定為指標，研制富含L- 乳酸的小米發酵飲料。

1 材料與方法

1.1 材料

小米，北大荒糧食集團提供；淀粉酶Sigma；嗜酸乳桿菌，黑龍江八一農墾大學食品學院提供。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

小米→磨漿→糖化、液化→滅菌→接種→發酵→滅菌→發酵飲料成品。

1.2.2 單因素試驗方法

（1） 發酵時間對小米發酵飲料品質的影響。取一定預處理后的小米漿，復合發酵劑接種量4%，大豆分離蛋白4%，發酵溫度42 ℃，分別發酵1～9 h，采用液相分析小米發酵飲料中L - 乳酸的產量，以L- 乳酸產量及感官評分為指標，研究不同發酵時間對富含L - 乳酸小米發酵飲料品質的影響，最終確定富含L- 乳酸小米發酵飲料的最佳發酵時間。

（2） 發酵劑接種量對小米發酵飲料品質的影響。選取一定預處理后的小米漿，大豆分離蛋白4%，發酵溫度42 ℃，發酵時間6 h，復合發酵劑接種量分別為1%，2%，3%，4%，5%，6%，7%，采用液相分析小米發酵飲料中L- 乳酸的產量，以L- 乳酸產量及感官評分為指標，研究不同發酵劑接種量對富含L - 乳酸小米發酵飲料品質的影響，最終確定富含L- 乳酸小米發酵飲料的最佳發酵劑接種量。

（3） 發酵溫度對小米發酵飲料品質的影響。選取一定預處理后的小米漿，復合發酵劑接種量4%，大豆分離蛋白4%，發酵時間6 h，分別在35～41 ℃7 個溫度下恒溫培養，采用液相分析小米發酵飲料中L- 乳酸的產量，以L- 乳酸和感官評分為指標，研究不同溫度對小米發酵飲料品質的影響，最終確定富含L- 乳酸小米發酵飲料的最佳發酵溫度。

（4） 大豆分離蛋白添加量對小米發酵飲料品質的影響。選取一定預處理后的小米漿，復合發酵劑接種量4%，發酵溫度42 ℃，發酵時間6 h，大豆分離蛋白分別為1%，2%，3%，4%，5%，6%，7%，采用液相分析小米發酵飲料中L - 乳酸的產量，以L- 乳酸產量及感官評分為指標，研究不同大豆分離蛋白添加量對富含L - 乳酸小米發酵飲料品質的影響，最終確定富含L - 乳酸小米發酵飲料的最佳大豆分離蛋白添加量[14-16]。

1.2.3 響應面試驗方法

在單因素試驗的基礎上，以L - 乳酸含量和感官評分為指標，進行旋轉組合試驗，確定富含L-乳酸小米發酵飲料的發酵工藝參數。

1.2.4 分析方法

（1） L- 乳酸的測定。采用高效液相色譜法測定L - 乳酸的含量，色譜條件：C18色譜柱，紫外檢測器，波長210 nm，進樣量20 μL，流動相0.01 mol/L磷酸水溶液（pH 值2.5），流速1.0 mL/L[17]。

（2） 感官評定方法。采用均衡非完全分塊設計，根據外觀（20%）、組織狀態（30%）、風味（50%）等3 個方面進行打分，打分范圍為0～100 分。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 發酵時間對小米發酵飲料品質的影響

發酵時間對小米發酵飲料品質的影響見圖1。

圖1 發酵時間對小米發酵飲料品質的影響

由圖1 可知，隨著發酵時間的不斷增加，小米發酵飲料中的L - 乳酸含量呈不斷上升趨勢，初期上升較快，當發酵時間超過7 h 后，L- 乳酸含量上升減緩；同時感官評分可以看出，發酵飲料在7 h 的評分較高，發酵初期酸度不足、后期發酵過酸影響口感，并綜合生產成本等因素，選擇發酵時間為6～8 h進行響應面試驗。

2.1.2 發酵劑接種量對小米發酵飲料品質的影響

發酵劑接種量對小米發酵飲料品質的影響見圖2。

圖2 發酵劑接種量對小米發酵飲料品質的影響

由圖2 可知，隨著發酵劑添加量的不斷增加，小米發酵飲料中的L- 乳酸含量呈不斷上升的趨勢，初期上升較快，當發酵劑添加量超過4%后，L - 乳酸含量上升減緩；同時感官評分可以看出，發酵劑添加量在4%的評分較高，發酵劑添加量不足時酸度不足，添加量過多時發酵飲料過酸影響口感，并綜合生產成本等因素，選擇發酵劑添加量為3%～5%進行響應面試驗。

2.1.3 發酵溫度對小米發酵飲料品質的影響

發酵溫度對小米發酵飲料品質的影響見圖3。

由圖3 可知，隨著發酵溫度的不斷增加，小米發酵飲料中的L - 乳酸含量呈不斷上升的趨勢，初期上升較快，當發酵溫度超過42 ℃后，L- 乳酸含量上升減緩；同時感官評分可以看出，發酵飲料在

圖3 發酵溫度對小米發酵飲料品質的影響

42 ℃的評分較高，發酵溫度較低時酸度不足，當溫度過高時發酵迅速，小米飲料過酸影響口感，并綜合生產成本等因素，選擇發酵溫度為37～39 ℃進行響應面試驗。

2.1.4 大豆分離蛋白添加量對小米發酵飲料品質的影響

大豆分離蛋白添加量對小米發酵飲料品質的影響見圖4。

圖4 大豆分離蛋白添加量對小米發酵飲料品質的影響

由圖4 可知，隨著大豆分離蛋白添加量的不斷增加，小米發酵飲料中的L - 乳酸含量呈不斷上升的趨勢，初期上升較快，當大豆分離蛋白添加量超過4%后，L- 乳酸含量上升減緩；同時感官評分可以看出，大豆分離蛋白添加量在4%的評分較高，大豆分離蛋白添加量不足時酸度不足，添加量過多時發酵飲料過酸，影響口感，并綜合生產成本等因素，選擇大豆分離蛋白添加量3%～5%進行響應面試驗。

2.2 響應面試驗結果

2.2.1 L- 乳酸含量為指標最優工藝參數的確定

以L - 乳酸產量為指標，進行響應面分析，模型p≤0.01，失擬項p≥0.05，說明模型構建良好，一次項、二次項及交互項p≤0.05，說明存在交互作用，利用SAS 軟件分析后得到，以L - 乳酸為指標的四元二次回歸方程為：

采用SAS 軟件對回歸方程進行分析，最終確定的最佳參數為發酵溫度36.9 ℃，發酵劑接種量3.24%，氮源添加量2.84%，發酵時間7.8 h，L- 乳酸含量極大值為10.76 mg/mL。

2.2.2 以感官評分為指標最優工藝參數的確定

以L - 乳酸產量為指標，進行響應面分析，模型p≤0.01，失擬項p≥0.05，說明模型構建良好，一次項、二次項及交互項p≤0.05，說明存在交互作用，利用SAS 軟件分析后得到，以感官評分為指標的四元二次回歸方程為：

采用SAS 軟件對回歸方程進行分析，最終確定的最佳參數為發酵溫度36.53 ℃，發酵劑接種量3.46%，氮源添加量2.88%，發酵時間7.62 h，感官評分極大值為89.48 分。

2.2.3 2 個指標綜合的最優工藝參數的確定

令2 個指標權重系數均為0.5，采用SAS 軟件構建一個新的函數，令Y=0.5Y1+0.5Y2（取權重系數各為0.5）。

采用SAS 軟件對回歸方程進行分析，最終確定最佳參數為發酵溫度36.6 ℃，發酵劑接種量3.15%，氮源添加量2.86%，發酵時間7.76 h。由此得到Y1的最大值為10.53 mg/mL，Y2的最大值為88.3。

3 結論

以L - 乳酸含量和感官評分為指標，研究了多種因素對富含L - 乳酸小米發酵飲料品質的影響，通過單因素試驗和響應面試驗，確定了最佳的工藝參數，為富含L - 乳酸小米發酵飲料的產業化生產奠定了實踐基礎。