響應(yīng)面法優(yōu)化紅皮花生芽菜制備工藝研究

關(guān)正萍，祈愉歡，關(guān) 正，關(guān)正君，廖同兵

（1.山西師范大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，山西太原 030000；2.山西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西太原 030000；3.運(yùn)城學(xué)院生命科學(xué)系，山西運(yùn)城 044000；4.杭州北千科技有限公司，浙江杭州 310000）

花生是一種多株小喬木或二年生小喬木類的草本植物，原名落花生，是我國重要的油料作物和出口農(nóng)作物之一，為我國經(jīng)濟(jì)帶來巨大收益[1]。花生營養(yǎng)價值豐富，含有脂肪、蛋白質(zhì)、維C 和白藜蘆醇等營養(yǎng)物質(zhì)[2]，且對人體有多種滋養(yǎng)保健補(bǔ)益作用，可延年益壽，又被稱為“長生果”[3]。

花生品種繁多，各有不同特點(diǎn)。紅皮花生含有大量不飽和脂肪酸和亞油酸，可有效清除體內(nèi)膽固醇、降低血脂、改善動脈粥樣硬化。

花生紅衣是花生殼和花生肉之間紅色花生皮。營養(yǎng)價值很豐富，含有大量維E 和維C，具有很好抗氧化作用，在一定程度上延緩皮膚衰老，起到降血壓、降血脂的作用。花生紅衣的植物纖維比較豐富，不僅能夠促進(jìn)腸道蠕動、血液循環(huán)、血管軟化，對于一些瘀血癥狀有很好改善作用[3]。

芽苗菜指谷物、豆類等植物在經(jīng)過適當(dāng)萌發(fā)處理步驟后長出嫩芽，再經(jīng)過一段時間培養(yǎng)后所制得食品。種子發(fā)芽后，營養(yǎng)品質(zhì)和加工特性均會發(fā)生一定程度改變，可通過改變種子中氨基酸組成進(jìn)而提高蛋白質(zhì)綜合利用率，增加B 族維生素含量并減少抗?fàn)I養(yǎng)因子水平，可改善人類的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)。花生芽苗菜是由脫殼后只包裹著種皮的花生在合適條件下萌芽，經(jīng)過一段時間的生長發(fā)育成長為芽苗。花生芽苗菜培育有2 種方法：①基質(zhì)栽培，將萌芽后種子栽種在特殊基質(zhì)上生長發(fā)育；②水培法，無需土壤或基質(zhì)，只需要在放置萌芽種子容器底部加水便可生長的栽培方式。

種子萌發(fā)過程產(chǎn)生新一代植物，在胚乳和隨后發(fā)芽過程中會發(fā)生復(fù)雜的生化反應(yīng)。紅皮花生芽苗菜是其養(yǎng)分經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)化以供自身生長發(fā)育，且無需外界營養(yǎng)物質(zhì)供給，自身所含雜質(zhì)非常少，不僅具有較高營養(yǎng)價值，還具備良好生理功能。在較多芽苗菜食品中，花生芽苗菜因為所含營養(yǎng)成分而備受消費(fèi)者廣泛關(guān)注[4]。

研究發(fā)現(xiàn)，紅皮花生萌芽后大分子物質(zhì)逐漸被降解為小分子物質(zhì)，脂肪含量也隨之降低，具有重要作用的功能性成分含量迅速增加，各種營養(yǎng)物質(zhì)更易被人體吸收[5-6]，還有降脂、抗氧化和通便功效，保健效果顯著。由于其營養(yǎng)豐富、綠色無污染，且種植過程耗費(fèi)精力較少，不受季節(jié)影響、廉價易得，所以備受我國消費(fèi)者青睞。因此，專家預(yù)測，花生芽苗菜將成為21 世紀(jì)健康綠色食品新時尚[7]。運(yùn)用響應(yīng)面法優(yōu)化紅皮花生芽苗菜的制備工藝條件，推動芽苗菜產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展，同時為以花生為主的芽苗菜類等食品的深入研究和開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅皮花生，品種為四粒紅，河南豫香果果食品有限公司提供；乙醇（95 %）、葡萄糖，天津光復(fù)科技有限公司提供；磷酸（85 %)、抗壞血酸，科密歐化學(xué)試劑有限公司提供；氫氧化鈉、氯化鈣，天津市大茂化學(xué)試劑廠提供；濃鹽酸、濃硫酸，由學(xué)校設(shè)備處統(tǒng)一提供。所用試劑均為分析純。

303-0 型臺式培養(yǎng)箱，北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司產(chǎn)品；752N 型紫外可見分光光度計，湖南湘儀實(shí)驗室儀器開發(fā)有限公司產(chǎn)品；超凈工作臺，蘇州凈化設(shè)備有限公司產(chǎn)品；TDZS-WS 型臺式低速離心機(jī)，上海儀電分析儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗方法

1.2.1 紅皮花生芽苗菜的水培法制備

（1） 紅皮花生芽苗菜工藝流程[8-9]。紅皮花生→預(yù)處理→浸泡→催芽→發(fā)芽→采收。

（2） 操作要點(diǎn)。選取當(dāng)年成熟顆粒圓潤飽滿、色澤鮮艷、表皮無破損的優(yōu)質(zhì)紅皮花生種子。試驗前用0.3%的次氯酸鈉溶液將紅皮花生種子浸泡30 min，育苗盤用75%酒精消毒。之后用適量水將紅皮花生種子完全浸沒，在室溫下浸泡。浸泡完畢后，在適量水中淘洗2 次，去除些許雜質(zhì)及次氯酸鈉殘液。最后，將浸泡好的紅皮花生仁置于育苗盤上，適宜溫度下進(jìn)行催芽。催芽結(jié)束后，將萌芽的紅皮花生種子插于孔眼育苗盤中進(jìn)行遮光發(fā)芽。

在不同浸種時間、不同CaCl2溶液濃度、不同干燥時間、不同催芽溫度下進(jìn)行發(fā)芽，花生每天澆水4 次左右，每次澆水要將花生芽苗菜淋透，避免種子產(chǎn)生熱量過多而發(fā)生腐爛。催芽結(jié)束后第2 天計算發(fā)芽率，第8 天后測其根長、芽長、鮮質(zhì)量。

1.2.2 浸種時間對紅皮花生芽苗菜生長性能的影響

將紅皮花生種子用0.3%的次氯酸鈉溶液加入育苗盤浸泡30 min，育苗盤用75%酒精進(jìn)行滅菌消毒，挑選顆粒飽滿、色澤鮮艷、表皮無破損紅皮花生種子，倒入適量水將其浸沒，分別在室溫下浸泡6，12，24，30，36，42 h，置于23 ℃恒溫培養(yǎng)箱中催芽，第2 天計算發(fā)芽率，第8 天測其芽長、根長及鮮質(zhì)量。

1.2.3 干燥時間對紅皮花生芽苗菜生長性能的影響

將紅皮花生種子用0.3%次氯酸鈉溶液加入育苗盤浸泡30 min，育苗盤用75%酒精進(jìn)行滅菌消毒，挑選顆粒飽滿、色澤鮮艷、表皮無破損的紅皮花生種子，倒入適量水將其浸沒，浸泡18 h 后將其取出，分別于室溫通風(fēng)處干燥0，15，30，45，60，75，90 min，置于23 ℃恒溫培養(yǎng)箱中催芽，第2 天計算發(fā)芽率，第8 天測其芽長、根長及鮮質(zhì)量。

1.2.4 CaCl2質(zhì)量濃度對紅皮花生芽苗菜生長性能的影響

將紅皮花生種子用0.3%的次氯酸鈉溶液加入育苗盤浸泡30 min，育苗盤用75%酒精進(jìn)行滅菌消毒，挑選顆粒飽滿、色澤鮮艷、表皮無破損的紅皮花生種子，分別配置質(zhì)量濃度為30，60，90，120，150，180，210 mg/L 的CaCl2溶液將其浸沒，另設(shè)空白對照，浸泡18 h 后取出，放于恒溫培養(yǎng)箱23 ℃下恒溫催芽，第2 天計算發(fā)芽率，第8 天測其芽長、根長及鮮質(zhì)量。

1.2.5 催芽溫度對紅皮花生芽苗菜生長性能的影響

將紅皮花生種子用0.3%的次氯酸鈉溶液加入育苗盤浸泡30 min，育苗盤用75%酒精進(jìn)行滅菌消毒，挑選顆粒飽滿、色澤鮮艷、表皮無破損紅皮花生種子，倒入適量水浸沒，浸泡18 h 后取出，置于恒溫培養(yǎng)箱中在20，23，26，29，32 ℃、晝26 ℃夜20 ℃、夜26 ℃晝20 ℃共7 個不同溫度下恒溫催芽，第2 天計算發(fā)芽率，第8 天測其芽長、根長及鮮質(zhì)量。

1.2.6 響應(yīng)面法試驗

根據(jù)單因素試驗結(jié)果進(jìn)行分析比較，并考查發(fā)芽率高低，選取浸種時間、CaCl2溶液濃度、催芽溫度3 個主要影響因素，運(yùn)用響應(yīng)面法，以發(fā)芽率為響應(yīng)值擬合響應(yīng)曲面進(jìn)行后續(xù)試驗。

響應(yīng)面法試驗的因素與水平設(shè)計見表1。

表1 響應(yīng)面法試驗的因素與水平設(shè)計

1.2.7 理化指標(biāo)檢測

采用直接干燥法測定水分含量[10]，采用考馬斯亮藍(lán)法測定蛋白質(zhì)含量[11]，采用蒽酮比色法測定糖類含量[8]，采用紫外分光光度法測定維C 含量[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同浸種時間對紅皮花生芽苗菜生長性能的影響

不同浸種時間對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量的影響見表2。

表2 不同浸種時間對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量的影響

浸種對種子萌芽有著極其重要的影響，浸種的目的在于通過吸收水分激發(fā)種子結(jié)束休眠期進(jìn)入萌發(fā)期，對種子的發(fā)芽率及其營養(yǎng)成分有著極大的影響。由表2 可知，隨著浸種時間的變化，紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量均發(fā)生不同程度的變化。由于浸種時間36 h 和42 h 所需浸種時間過長而將2 個梯度剔除。由表2 可知，發(fā)芽率隨著時間的延長而增高，浸種18 h 時達(dá)到峰值，為95.0%；根長、芽長、鮮質(zhì)量均變化趨勢不明顯，根長在浸泡時間為18 h 時達(dá)到峰值為8.42 cm，但之后隨著時間的延長不明顯，可能是因為當(dāng)根能夠觸及水面之后，根長對紅皮花生芽苗菜的生長影響力下降。芽長在浸泡時間18 h 時達(dá)到峰值，為8.68 cm，鮮質(zhì)量在浸泡時間18 h 時達(dá)到峰值，為212.77 g。綜上確定最優(yōu)浸種時間為18 h。

2.2 不同干燥時間對紅皮花生芽苗菜生長性能的影響

不同干燥時間對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量的影響見表3。

表3 不同干燥時間對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量的影響

水分對種子萌發(fā)有著及其重要的影響，通過干燥處理可減少種子內(nèi)部水分含量。種子內(nèi)部水分含量過高會使紅皮花生種子發(fā)生霉變，進(jìn)而導(dǎo)致種子壞死，降低種子的品質(zhì)。由表3 可知，隨著干燥時間的增長，紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量均在一定范圍內(nèi)波動，發(fā)芽率與根長均在干燥90 min 時達(dá)到峰值。發(fā)芽率為95.67%，根長為9.23 cm。芽長與鮮質(zhì)量均在干燥時間為45 min 時最佳，芽長為9.20 cm，鮮質(zhì)量為228.40 g。

2.3 不同CaCl2 質(zhì)量濃度對紅皮花生芽苗菜生長性能的影響

不同CaCl2質(zhì)量濃度對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量的影響見表4。

表4 不同CaCl2 質(zhì)量濃度對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量的影響

鈣調(diào)蛋白能夠影響紅皮花生種子活力，進(jìn)而影響種子的品質(zhì)。Ca2+在種子萌發(fā)過程中起著十分重要的作用, 能夠緩解種子萌發(fā)過程中所受到的抑制作用，從而促進(jìn)植株的生長發(fā)育。Ca2+可通過與受體蛋白結(jié)合形成復(fù)合體而體現(xiàn)出對植株生長起作用的調(diào)控能力。加入外源Ca2+后，通過減少Na+積累使種子內(nèi)外物質(zhì)的運(yùn)輸提高卻不改變α - 淀粉酶的活性,從而緩解抑制種子萌發(fā)作用的效應(yīng)[13]。由表4 可知，低濃度的CaCl2溶液對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量均有一定的抑制作用，在CaCl2質(zhì)量濃度為120 mg/L 時發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量均為最高，發(fā)芽率為95.67%，根長為9.16 cm，芽長為10.34 cm，鮮質(zhì)量為213.60 g，綜上確定最優(yōu)CaCl2溶液質(zhì)量濃度為120 mg/L。

2.4 不同催芽溫度對紅皮花生芽苗菜生長性能的影響

不同催芽溫度對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量的影響見表5。

表5 不同催芽溫度對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量的影響

種子萌發(fā)是一個復(fù)雜的過程，需要內(nèi)部多種反應(yīng)和酶作用，酶在適宜溫度下活力最大，從而促進(jìn)種子萌發(fā)。由表5 可知，催芽溫度對紅皮花生芽苗菜發(fā)芽率有明顯變化，23 ℃時發(fā)芽率達(dá)到最高值為99.67%，之后隨著溫度的升高發(fā)芽率下降，可能是因為溫度過高酶活力下降；根長、芽長變化不明顯，但均在23 ℃時達(dá)到峰值。根長為9.65 cm，芽長為9.73 cm。鮮質(zhì)量隨著溫度的升高呈現(xiàn)逐步降低趨勢。由2 個變溫試驗可知，白晝溫度為26 ℃時與夜間溫度為26 ℃時差距不大，發(fā)芽率、根長、芽長、鮮質(zhì)量都十分接近，可知晝夜變溫對紅皮花生芽苗菜的制備工藝影響較小。綜上所述，得出最佳催芽溫度為23 ℃。

2.5 響應(yīng)面法試驗結(jié)果

紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率相對于其他生長特性（如根長、芽長、鮮質(zhì)量） 等更能體現(xiàn)芽苗菜的品質(zhì)，是重要指標(biāo)之一，且根據(jù)單因素試驗數(shù)據(jù)所得，根長、芽長、鮮質(zhì)量變化不顯著，最終選取發(fā)芽率為響應(yīng)值。另外，單因素試驗中干燥處理對紅皮花生芽苗菜的生長特性指標(biāo)作用變化不明顯，將其剔除，最終選取浸種時間、CaCl2溶液質(zhì)量濃度、催芽溫度為3 個最終影響因素。

Bex-behnken 試驗設(shè)計與結(jié)果見表6。

表6 Bex-behnken 試驗設(shè)計與結(jié)果

由表6 可知，在此基礎(chǔ)上，利用Design Expert 11 軟件對表6 的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，以發(fā)芽率為響應(yīng)值，以浸種時間（A)、CaCl2質(zhì)量濃度（B）、催芽溫度（C） 為自變量，對各因素進(jìn)行回歸擬合，建立二次響應(yīng)面回歸方程為：

為了檢驗紅皮花生芽苗菜的制備工藝條件的回歸模型的有效性，檢驗該模型是否顯著。

回歸模型方差分析見表7。

表7 回歸模型方差分析

由表7 可知，回歸模型的p＜0.01，表明該回歸模型極顯著，表明該模型對數(shù)據(jù)有很好的擬合作用，具有統(tǒng)計學(xué)意義，而失擬項p=0.096 7＞0.05，結(jié)果不顯著，說明該模型成立。試驗回歸模型具有較好的相關(guān)系數(shù)R2=0.949 4，意味著94.94%以上的變化由自變量解釋，只有5.06%的總變化沒有被模型描述，好的相關(guān)系數(shù)除了證實(shí)模型的意義外，還表明所提出的回歸模型對數(shù)據(jù)有很好的擬合作用，試驗數(shù)據(jù)與預(yù)測值之間的誤差較小。模型的CV 值為3.97%＜10%，說明試驗的可信度與精確度高，擬合程度較好，試驗操作可行，可以用此模型來優(yōu)化紅皮花生芽苗菜的制備工藝條件。

該回歸模型中的一次項C和二次項B2，C2對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率的影響極顯著，二次項A2對紅皮花生芽苗菜發(fā)芽率的影響呈現(xiàn)顯著性。根據(jù)F值越大影響越大的規(guī)律可得各因素對發(fā)芽率的影響大小順序為催芽溫度（C） ＞浸種時間（A） ＞CaCl2質(zhì)量濃度（B）。

2.6 響應(yīng)面法最優(yōu)結(jié)果

曲線的走勢越陡，則說明2 個因素交互后對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率影響越大，而曲線的走勢越平緩則說明交互后因素對紅皮花生發(fā)芽率的影響較小[14]。

催芽溫度與CaCl2質(zhì)量濃度的響應(yīng)面圖（a） 與等高線圖（b） 見圖1，浸種時間與CaCl2質(zhì)量濃度的響應(yīng)面圖（a） 與等高線圖（b） 見圖2，催芽溫度與浸種時間的響應(yīng)面圖（a） 與等高線圖（b） 見圖3。

圖1 催芽溫度與CaCl2 質(zhì)量濃度的響應(yīng)面圖（a） 與等高線圖（b）

圖2 浸種時間與CaCl2 質(zhì)量濃度的響應(yīng)面圖（a） 與等高線圖（b）

圖3 催芽溫度與浸種時間的響應(yīng)面圖（a） 與等高線圖（b）

由圖1 ～圖3 可知，對紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率影響較大的因素是催芽溫度，其次是CaCl2溶液質(zhì)量濃度和浸種時間。由回歸模型預(yù)測的最優(yōu)紅皮花生芽苗菜的制備工藝為浸種時間17.925 h，CaCl2溶液質(zhì)量濃度131.308 mg/L，催芽溫度為23.632 ℃，最大發(fā)芽率預(yù)測值為97.779%。在試驗時為了方便操作，將紅皮花生芽苗菜的制備工藝優(yōu)化的條件改為浸種時間為18 h，CaCl2溶液質(zhì)量濃度為120 mg/L，催芽溫度為23 ℃，在此優(yōu)化條件下進(jìn)行試驗，紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率為97.4%，與預(yù)測值較接近，因此該模型可以較好地預(yù)測和模擬3 個影響因素紅皮花生芽苗菜發(fā)芽率之間的關(guān)系。

2.7 理化指標(biāo)結(jié)果

紅皮花生與其芽苗菜營養(yǎng)成分含量比較見表8。

由表8 可知，紅皮花生未發(fā)芽之前所含蛋白質(zhì)含量為26.9%，紅皮花生芽苗菜的蛋白質(zhì)含量下降為17.0%，可能是由于種子萌發(fā)過程中大分子物質(zhì)在酶的作用下被分解為小分子物質(zhì)，萌芽后的花生芽苗菜中所含的營養(yǎng)物質(zhì)相比花生更有利于人體吸收。水分含量未發(fā)芽時含量為7.7%，紅皮花生芽苗菜的含量為80.1%，幾乎為原來的10 倍；維C 含量未發(fā)芽時為5.82 mg/100 g，紅皮花生芽苗菜的維C 含量增長為原來的2 倍多，為12.26 mg/100 g；總糖含量在紅皮花生種子未發(fā)芽時為69.9 μg/g，芽苗菜為69.7 μg/g，基本保持不變。

3 結(jié)論

通過Box-benhnken 響應(yīng)面法優(yōu)化了紅皮花生芽苗菜的制備條件的工藝參數(shù)為浸種時間18 h，CaCl2溶液質(zhì)量濃度120 mg/L，催芽溫度23 ℃，在此條件下紅皮花生芽苗菜的發(fā)芽率可達(dá)97.4%。紅皮花生芽苗菜所含蛋白質(zhì)含量下降，水分含量升高，維C 含量升高，總糖含量基本保持不變。