傳統酸粥制備工藝的優化

張悅，張川，李中媛，宋亞囝，羅學剛

1. 省部共建食品營養與安全國家重點實驗室，天津科技大學生物工程學院（天津 300457）；2. 工業發酵微生物教育部重點實驗室暨天津市工業微生物重點實驗室，天津科技大學（天津 300457）；3. 天津市微生物代謝與發酵過程控制技術工程中心（天津 300457）

酸粥是我國河套地區（內蒙古、山西、陜西部分地帶）傳統谷物自然發酵食品，蘊含著大量微生物，營養豐富[1-2]。張春林[3]利用PCR-DGGE技術對內蒙古地區傳統發酵酸粥中的微生物進行多樣性分析，研究發現酸粥中乳酸菌種類居多。Qin等[4]通過宏基因組學檢測山西地區傳統酸粥中的微生物，發現乳酸菌和醋酸菌為優勢菌屬，并且研究發現酸粥中乳酸、乙酸、游離氨基酸含量較高。

傳統制作酸粥的最佳原料就是沿黃河一帶生長的糜米。流傳于民間的做法是將糜米淘洗干凈后放入陶瓷罐中，加入酸漿引子發酵一夜，撈出糜米加水煮熟，煮至糜米開花便可食用。將煮米水晾涼補充回酸漿罐中，便可重復使用[5]。但目前，酸粥的制作一般只在家庭中完成，生產工藝各有不同，導致不同家庭的酸粥品質及營養成分不穩定[6]。并且，酸粥的食用安全性難以保證，難于大規模推廣生產。

響應面法是先通過合理的試驗設計并對試驗數據進行分析處理，建立各影響因素與響應值之間的函數關系，得到一個回歸方程，經分析后給出最優工藝參數[7-9]。目前，這種方法已被廣泛應用于糧油食品、化學化工等方面的工藝配方設計及加工工藝條件的優化[10-13]。因此，試驗采用響應面法探究酸粥穩定的制作工藝，優化傳統發酵食品風味，為實現我國傳統發酵食品工業化生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

酸漿（山西河曲縣）、糜米（山西河曲縣）、陶瓷罐（10.8 cm×10.8 cm）。

1.2 儀器與設備

普通生化培養箱（上海科諾希莫儀器有限公司）、電磁爐。

2 試驗方法

2.1 工藝流程

糜米→淘洗→瀝干→加水→預煮殺菌→冷卻→裝入陶瓷罐→添加酸漿發酵→加水蒸煮至糜米開花→酸粥成品

操作要點：準確稱取30 g糜米作為原料米，淘洗后瀝干水分，置于超凈臺中紫外滅菌，添加180 mL高壓滅菌后的水，置于電磁爐上預煮殺菌（65 ℃、30 min），冷卻后裝入預先高壓滅菌過的陶瓷罐內，添加150 mL酸漿作為發酵引子，密封置于32 ℃恒溫培養箱中，發酵20 h后，取出置于鐵容器中，加150 mL水，蒸煮至糜米開花，即得酸粥成品。

2.2 單因素試驗

準確稱取30 g糜米，按照質量體積比，根據單因素試驗設計，以感官評分為指標，以酸度作為參考。分別考察加水量倍數、預煮殺菌條件、添加酸漿倍數、發酵溫度、發酵時間及蒸煮時加水倍數對酸粥口感的影響。因素水平見表1。

表1 單因素試驗因素水平表

2.3 響應面試驗

根據單因素的試驗結果，采用軟件Design-Expert 8.0.6，選擇添加酸漿倍數、發酵溫度、發酵時間為因素進行優化，優化傳統酸粥的制備工藝，因素水平見表2。

表2 響應面優化試驗因素水平表

根據Box-Behnken設計，建立以添加酸漿倍數、發酵溫度、發酵時間為自變量的回歸方程，通過ANOVA分析，對傳統酸粥的制備工藝進行優化。并對優化所得結果進行3次平行驗證試驗，證明所得工藝的可行性。

2.4 感官評定方法

為統一產品質量標準、探究傳統酸粥最佳制備工藝，制定感官評分標準[14]，如表3所示。邀請10名本專業學生對蒸煮后酸粥進行綜合評定：產品總得分=（風味+口感+色澤+質地）/4，最終得分為10名學生分數加和后的平均值。

表3 感官評分標準表

2.5 酸粥理化指標的測定

對優化后的酸粥進行酸度和總糖的測定。酸度根據GB/T 12456—2008進行酸度滴定，總糖采用苯酚硫酸法[15]測定。

3 結果與分析

3.1 單因素試驗結果

3.1.1 原料米與加水量固液比探究

加水量的多少在很大程度上影響酸粥發酵后的口感。如圖1（A）所示，隨著加水量倍數的增加，酸度呈現下降的趨勢，可能是水在其中起到了稀釋的作用。感官評價呈現先增加后下降的趨勢，加水量較少，酸味過重，感官評分較低；加水量過多，無明顯酸味。當加水量為原料的6倍時，酸度適中，感官評價最高。

3.1.2 預煮殺菌條件的探究

為了不影響所購買的酸漿引子中微生物的獨特性，在發酵之前將糜米預煮殺菌。如圖1（B）所示，當改變預煮殺菌條件時，酸度均在82～87 g/kg之間，酸味無明顯差別。但是，當蒸煮溫度較高時，米粒的粒形被破壞。65 ℃/30 min作為巴氏低溫殺菌常用條件，通常有較好的殺菌作用。且經過此條件處理過的樣品，酸味怡人，且米湯稠度適中，感官評價最好。

3.1.3 添加酸漿倍數的探究

酸漿為自然發酵谷物的產物，其中蘊含著大量的微生物。如圖1（C）所示，隨著酸漿添加倍數（接種量）的增加，酸度和感官評價均呈現先增高后降低的趨勢。當接種量較少時，酸味不足；當接種量為4倍時，酸度最高，酸味過重，明顯遮蓋了糜米的香味；當接種量為5倍時，酸度適中，感官評價最好。接種量過高，酸度有所下降，可能是谷物營養成分及罐體空間有限，不利于菌株生長代謝。

3.1.4 發酵溫度的探究

發酵溫度對微生物的生長代謝具有很大影響，在很大程度上影響著酸粥的口感。如圖1（D）所示，隨著溫度的增高，酸度與感官評價均呈現出先增加后下降的趨勢。溫度較低時，菌株代謝能力較差，產酸能力較低，無明顯酸味。當溫度為35 ℃時，酸味明顯，口感怡人。但是當溫度升高至40 ℃時，酸度明顯下降，可能是高溫不適宜菌株的生長，且口感較粗糙。

3.1.5 發酵時間的探究

發酵時間影響著酸粥的口感，不宜過短或過長。如圖1（E）所示，隨著發酵時間的增加，前18 h內酸度變化明顯，但18～36 h之間酸度無明顯變化。可能是因為隨著發酵時間的延長，無可利用底物，產酸停止。感官評價呈現先增加后降低的趨勢，當酸度較低時，酸味略淺；當發酵時間過長時，有異味。當發酵時間為24 h時，酸味適中，感官評分最高。

3.1.6 蒸煮時加水量的探究

對發酵后的酸粥進行蒸煮，加水量影響食用口感。加水量過少，酸粥口感過酸；加水量過多，則反之。如圖1（F）所示，隨著蒸煮時加水量倍數的增加，感官評分先增加后減小。當蒸煮時加水量體積為糜米質量的5倍時，酸甜適中，感官評分最高。

圖1 單因素水平優化圖

3.2 Box-Behnken試驗設計及結果

3.2.1 回歸模型的建立

采用軟件Design-Expert 8.0.6進行試驗設計和數據處理，試驗設計及結果見表4。經多元回歸擬合，得到以感官評分（Y）為響應值的回歸方程：

表4 響應面試驗設計及結果

由表5可知，所得二次方程模型極其顯著（p＜0.000 1），失擬項不顯著（p=0.878 4＞0.05），說明該模型能充分反映酸粥發酵的實際情況。與此同時，方程的相關系數R2=0.988 1，調整相關系數R2Adj=0.972 8，說明該模型能解釋97.28%的響應值的變化。由方差分析可知，一次項因素A、B，二次項因素A2、B2、C2，交互項AB對響應值有極顯著的影響；一次項因素C，交互項AC對響應值有顯著影響；而交互項BC對響應值無顯著影響。3個因素中對響應值的影響按從大到小的順序排列為A＞B＞C，即發酵溫度＞發酵時間＞酸漿倍數。

表5 回歸方程的方差分析

3.2.2 響應面分析

響應曲面坡度的陡峭程度說明隨著影響因素的變化，其對響應值的變化情況[8]；而等高線的形狀可反映交互效應的強弱，橢圓形表示兩因素交互作用對響應值顯著，而圓形則與之相反[16]。從圖2～圖4中能夠看出，感官評分（Y）隨發酵溫度的升高而先增大后減小；同樣，隨發酵時間的增長也先增大后減小。然而，酸漿倍數的變化對感官評分（Y）的影響相對不明顯。

綜合圖2～圖4響應面圖可知，發酵溫度與發酵時間的交互作用，發酵溫度與酸漿倍數的交互作用對感官評分的影響較大。

綜合圖2～圖4等高線圖可知，發酵溫度對感官評分的影響最大，其次是發酵時間、酸漿倍數。

圖2 發酵溫度和發酵時間的相互影響及等高線分析圖

圖3 發酵溫度和酸漿倍數的相互影響及等高線分析圖

圖4 發酵時間和酸漿倍數的相互影響及等高線分析圖

3.3 最優發酵工藝的確定和驗證

利用軟件對回歸方程進行分析處理，獲得最優工藝參數：發酵溫度31.82 ℃、發酵時間19.11 h、酸漿倍數5.29倍。考慮到實際操作的可行性，實際操作中取值為發酵溫度32 ℃、發酵時間20 h、酸漿倍數5倍。為了驗證響應面法的可靠性，取最優工藝條件進行3組重復試驗，所得感官評分平均取值為32.8分，與理論值33.0分非常接近。在允許范圍內，說明響應面法對傳統酸粥制備工藝的優化是可行、有效的。

3.4 優化后酸粥理化指標測定結果

優化后酸粥酸度：取適量優化后酸粥樣品，根據GB/T 12456—2008，優化后酸粥酸度為46.61 g/kg。

優化后總糖：測定不同濃度的葡萄糖標準溶液，進行3次平行試驗。通過Origin Pro 8.0分析，葡萄糖標準曲線回歸方程為y=13.070 99x-0.005 48（R2=0.998 26）。優化后酸粥樣品的總糖質量濃度為0.916 mg/mL。

4 結論

在單因素試驗的基礎上，采用響應面法優化酸粥傳統制備工藝。方差分析得出影響酸粥感官評分的因素依次為：發酵溫度、發酵時間、酸漿倍數。其中，發酵溫度及其二次項因素、發酵時間及其二次項因素、酸漿倍數二次項因素、發酵溫度與發酵時間交互作用對感官評分的影響極顯著（p＜0.01）；酸漿倍數、發酵溫度與酸漿倍數交互作用對感官評分的影響顯著（p＜0.05）；發酵時間與酸漿倍數的交互作用對感官評分無顯著影響。通過響應面法優化得到最佳工藝參數，并按照實際操作情況修改得出傳統酸粥制備工藝：發酵溫度32 ℃、發酵時間20 h、酸漿倍數5倍。在此工藝下，經3次重復試驗驗證，酸粥感官評分為32.8分，與理論值（33.0分）十分接近，優化效果明顯，優化后酸粥口感得到改善，風味獨特，口感怡人。利用響應面法得到的傳統酸粥制備工藝參數真實有效。優化后的酸粥酸度為46.61 g/kg，總糖質量濃度為0.916 mg/mL。