,,3,*,新社,

(1.邵陽(yáng)學(xué)院食品與化學(xué)工程學(xué)院,湖南邵陽(yáng) 422000;2.豆制品加工技術(shù)湖南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究基地,湖南邵陽(yáng) 422000;3.湖南省果蔬清潔加工工程技術(shù)研究中心,湖南邵陽(yáng) 422000)

響應(yīng)面法優(yōu)化葛根酸豆奶配方

李明1,2,趙良忠1,2,3,*,李新社1,范柳1

(1.邵陽(yáng)學(xué)院食品與化學(xué)工程學(xué)院,湖南邵陽(yáng) 422000;2.豆制品加工技術(shù)湖南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究基地,湖南邵陽(yáng) 422000;3.湖南省果蔬清潔加工工程技術(shù)研究中心,湖南邵陽(yáng) 422000)

本文以大豆、葛根、白砂糖為主要原料,通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)方法,明確白砂糖、葛根汁、菌種量和發(fā)酵時(shí)間對(duì)葛根酸豆奶的感官評(píng)分和乳酸含量的影響。按照Box-Behnken設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,運(yùn)用響應(yīng)面分析法建立二階多項(xiàng)非線性回歸方程和數(shù)據(jù)模型,以感官評(píng)分為指標(biāo)優(yōu)化葛根酸豆奶配方,確定白砂糖添加量、葛根汁添加量和菌種的添加量,探索葛根酸豆奶的最佳配方。結(jié)果表明:優(yōu)化后驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的感官評(píng)分為90.3分(n=3),與預(yù)測(cè)值89.62分接近,偏差為0.76%,得到葛根酸豆奶的最佳添加量,白砂糖的添加量為7.86%,葛根汁的添加量為18.0%,菌種添加量0.35%。此研究結(jié)果下的葛根酸豆奶的質(zhì)構(gòu)、持水性、乳酸菌、蛋白質(zhì)含量和總黃酮含量,優(yōu)于市售同類產(chǎn)品,具有商業(yè)推廣價(jià)值。

葛根,葛根黃酮,葛根酸豆奶

葛根(Puerariaeradix)是豆科植物野葛或甘葛藤根,塊根肥厚,廣泛分布于我國(guó)各省,資源非常豐富[1]。葛根含由葛根素、葛根素木糖甙、大豆黃酮、大豆黃酮甙及β-谷甾醇、花生酸組成的黃酮成分。葛根黃酮主要功能有清熱解毒、生津止渴、護(hù)肝解酒和冠狀動(dòng)脈和腦血管有擴(kuò)張作用,調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細(xì)胞功能,延緩動(dòng)脈粥樣硬化,抗氧化、清除自由基和促進(jìn)血液循環(huán)等作用;對(duì)腦缺血、腦梗死、帕金森綜合征等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療具有顯著療效,具有極高的保健作用,素有“植物黃金”之美譽(yù)[2-9]。大豆(Glycinemax(L.)Merr)富含大豆蛋白質(zhì)、不飽和脂肪,還含有卵磷脂、皂甙、大豆異黃酮、肌醇等植物生物活性物質(zhì)且不含膽固醇,并具有降低人體血液中膽固醇和清除體內(nèi)自由基、延緩衰老和預(yù)防癌癥的功效[10-11]。Kreijkamp-Kaspers研究發(fā)現(xiàn)[12]:大豆含有大豆異黃酮能改善絕經(jīng)婦女的骨骼密度。發(fā)酵豆奶不僅能改善豆奶的口感,而且發(fā)酵豆奶可以增強(qiáng)免疫能力,改善膽固醇的代謝能力[13],還能產(chǎn)生ACE抑制肽能有效抑制ACE的活性,降低血管緊張素Ⅱ的含量達(dá)到降血壓作用[14]。按照國(guó)家的酸豆奶的標(biāo)準(zhǔn),酸豆奶中除添加白砂糖外,不允許添加其他食品添加劑,從而酸豆奶的組織狀態(tài)、質(zhì)構(gòu)和口感難以達(dá)到消費(fèi)者的要求。

本研究采用混合發(fā)酵菌種,同時(shí)在豆奶中添加葛根汁,探索發(fā)酵型豆奶配方,以改善發(fā)酵型豆奶的組織狀態(tài)和口感,并增加產(chǎn)品中葛根黃酮類物質(zhì)的含量,增強(qiáng)產(chǎn)品的保健價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

東北大豆 黑龍江省薩福迦公司提供;鮮葛根 湖南和鑫生物科技有限公司提供;伊利純牛奶 邵陽(yáng)市超市購(gòu)買(生產(chǎn)日期20170307,蛋白含量3.2%,脂肪含量3.8%);凝固型南山老酸奶 邵陽(yáng)市超市購(gòu)買(生產(chǎn)日期:20170521,對(duì)照樣);優(yōu)質(zhì)白砂糖 邵陽(yáng)市超市購(gòu)買;干酪乳桿菌2-1(Lactobacilluscaseistrain 2-1)、植物乳桿菌3-2(Lactobacillusplantarumstrain 3-2)豆制品加工技術(shù)湖南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究基地提供;保加利亞桿菌(Lactobacillusbulgaricus)、嗜熱鏈球菌(Streptococcusthermophilus)、嗜酸乳桿菌(Lactobacillusacidophilus)科漢森提供,MRS液體培養(yǎng)基 廣東環(huán)凱微生物科技有限公司;自制去離子水;其他試劑 均為分析級(jí)。

UV-1780型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 日本島津公司;EL204型電子分析天平 上海梅特勒-托利多公司;LDZX-75KB型高壓滅菌鍋 上海申尖醫(yī)療器械廠;COMB-3L型高壓均質(zhì)機(jī) 無(wú)錫鋼本機(jī)械制造有限公司;SW-CJ-ID型單人超凈工作臺(tái) 蘇州智凈凈化設(shè)備廠;HPX-9272型電熱式恒溫培養(yǎng)箱 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司;MM-3型組織搗碎機(jī) 上海中大儀器廠;ATC型阿貝折射儀 上海淋譽(yù)貿(mào)易有限公司;TES-1310型溫度計(jì) 泰仕電子工業(yè)股份有限公司;MJ33型水分自動(dòng)測(cè)定儀 梅特勒-托利多公司;UDK139型凱氏定氮儀 意大利VELP公司;CA-HM型熱量成分檢測(cè)儀 日本JWP公司;BA301 Digital電子顯微鏡 麥克奧迪實(shí)業(yè)有限公司;LS-5型物性測(cè)定儀 美國(guó)阿美特克(AMETEK)有限公司;VELOCITY 18R型臺(tái)式冷凍離心機(jī) 澳大利亞達(dá)卡米公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程 如圖1所示。

圖1 葛根酸豆奶工藝流程Fig.1 The process flow diagram of puerarin radix fermented soymilk

1.2.2 操作要點(diǎn)

1.2.2.1 葛根汁制備 選用外觀良好,無(wú)腐爛、無(wú)斑點(diǎn)的新鮮葛根,用水清洗干凈表面的泥沙和雜質(zhì),接著去皮、切成小塊,按重量1∶4加去離子水打漿制成葛根汁,再用200目紗布過(guò)濾,獲得葛根汁,可制得色澤潔白,葛根清香味濃的葛根汁,其百利度為0.5%,備用。

1.2.2.2 豆?jié){制備 挑選外觀良好、顆粒飽滿、無(wú)霉變的大豆,添加0.02%KOH溶液(干豆重量計(jì))在70 ℃浸泡3 h,瀝水,再以豆水比為1∶6的熱水90 ℃磨豆,然后將豆糊加熱至90～100 ℃用120目紗布過(guò)濾,豆?jié){的百利度為6.5%,蛋白質(zhì)含量>3.5%,并將豆?jié){保溫待用。

1.2.2.3 豆奶的制備 將上述豆?jié){與純牛奶(伊利純牛奶,蛋白質(zhì)含量為3.2%,脂肪含量為2.8%)按照8∶2的比例,混合制成豆奶待用。

1.2.2.4 發(fā)酵液的調(diào)配 將預(yù)處理好的豆奶與葛根汁、白砂糖按一定的比例混合,并攪拌均勻,高壓均質(zhì)機(jī)均質(zhì)的溫度70 ℃,均質(zhì)壓力為3.5 MPa,然后分裝250 mL三角瓶中,并用線繩捆上紗布和牛皮紙。

1.2.2.5 滅菌 將分裝好的發(fā)酵液的三角瓶放入高壓滅菌鍋進(jìn)行滅菌,滅菌溫度控制在105 ℃,保溫時(shí)間為8 min。將殺菌后的混合液冷卻至40 ℃左右。

1.2.2.6 菌種活化與接種 取實(shí)驗(yàn)室提供的菌種和科漢森提供的菌種,在MRS培養(yǎng)基中活化,以3.0×108CFU/mL的接種量分別接種于100 mL已滅菌的MRS液體培養(yǎng)基內(nèi),于37 ℃下培養(yǎng)48 h。固定菌種配比(保加利亞桿菌:嗜熱鏈球菌:嗜酸乳桿菌:干酪乳桿菌:植物乳桿菌)為1∶1∶1∶1∶1,萄糖添加量為2%,初始pH為6.2,培養(yǎng)溫度為37 ℃,培養(yǎng)時(shí)間48 h。按照一定接種量接種到發(fā)酵液放在42 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中保溫發(fā)酵,發(fā)酵過(guò)程不斷觀察發(fā)酵情況,注意必須輕拿輕放,防止振動(dòng),以免影響酸豆奶凝固的組織狀態(tài)。

1.2.2.7 后發(fā)酵 將發(fā)酵完成的發(fā)酵液,放在4 ℃的條件下進(jìn)行冷藏48 h左右,進(jìn)行后熟,即當(dāng)發(fā)酵達(dá)到終點(diǎn)后,將發(fā)酵的溫度降低,產(chǎn)品進(jìn)入后發(fā)酵階段。

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn) 按照豆奶為基準(zhǔn),白砂糖添加量、葛根汁、菌種的添加量分別為7%、15.0%、0.3%和發(fā)酵時(shí)間為6 h為基本配方,以感官評(píng)分和產(chǎn)乳酸量為評(píng)價(jià)指標(biāo),采用單因素實(shí)驗(yàn),依次對(duì)白砂糖、葛根汁、菌種和發(fā)酵時(shí)間進(jìn)行考察,實(shí)驗(yàn)水平分別選擇白砂糖添加量為5%、6%、7%、8%、9%,其他添加量和發(fā)酵時(shí)間為6 h固定;葛根汁添加量分別為10.0%、12.5%、15.0%、17.5%、20%(v/v),其他添加量和發(fā)酵時(shí)間為6 h固定;菌種的接種量為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%(v/v),其他添加量和發(fā)酵時(shí)間為6 h固定;白砂糖添加量、葛根汁、菌種的添加量分別為7%、15.0%、0.3%,發(fā)酵時(shí)間為4、5、6、7、8 h。

1.2.4 響應(yīng)面設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 根據(jù)以上單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定白砂糖、葛根汁和菌種為實(shí)驗(yàn)因素,選取三者較優(yōu)添加量,采用三因素三水平進(jìn)行響應(yīng)面分析。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平編碼Table 1 Levels and codes of BBD

1.2.5 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 凝固型葛根酸豆奶的感官評(píng)價(jià)[15]由10名品評(píng)人員組成,分別從是否有乳清新析出、組織狀態(tài)、風(fēng)味、滋味4個(gè)方面進(jìn)行感官評(píng)分,評(píng)分項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1,總分為100分。

表2 葛根酸豆奶感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standard of Puerarin radix fermented soymilk

1.2.6 理化分析

1.2.6.1 蛋白質(zhì)含量測(cè)定 按照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定GB 5009.5-2016》中的方法進(jìn)行測(cè)定[16]。

1.2.6.2 脂肪含量測(cè)定 按照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪的測(cè)定 GB 5009.6-2016》中的方法進(jìn)行測(cè)定[17]。

1.2.6.3 蔗糖含量測(cè)定 按照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖的測(cè)定 GB 5009.8-2016》中的方法進(jìn)行測(cè)定[18]。

1.2.6.4 乳酸含量的測(cè)定方法 參照國(guó)標(biāo)《GB/T 12456-2008食品中總酸的測(cè)定》即以酸堿滴定的方法,用標(biāo)定好的0.1 mol/L氫氧化鈉溶液滴定發(fā)酵樣品,記錄氫氧化鈉的消耗體積,再通過(guò)計(jì)算公式,得出酸豆奶的總酸含量,其計(jì)算公式為:

式中:X-酸豆奶的乳酸含量(g/L);C-NaOH溶液濃度(mol/L);V1-NaOH滴定發(fā)酵液消耗的體積(mL);V0-NaOH滴定空白樣的體積(mL);V-待測(cè)發(fā)酵液體積(mL);K-換算為酸的主要系數(shù),即1 mol NaOH相當(dāng)于主要酸的克數(shù),用乳酸計(jì)則K=0.090;

1.2.6.5 持水率的測(cè)定 稱量20 g左右的樣品(m0),在20 ℃,置于50 mL離心管的底部,在轉(zhuǎn)速為1000 r/min下離心10 min,倒出上清液并稱量(m1),持水率(%)=(m0-m1)/m0,每個(gè)樣品作三個(gè)平行樣的持水性[19]。

1.2.6.6 發(fā)酵葛根豆奶的質(zhì)構(gòu)測(cè)定 采用對(duì)食品測(cè)量的二次壓縮方法測(cè)量酸豆奶質(zhì)構(gòu),根據(jù)樣品的種類和實(shí)驗(yàn)的目的,重點(diǎn)選取硬度、黏度指數(shù)和韌性三個(gè)指標(biāo)對(duì)酸豆奶樣品進(jìn)行質(zhì)構(gòu)評(píng)價(jià)[20]。

釆用阿美特克有限公司生產(chǎn)的LS系列材料質(zhì)構(gòu)實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)定,測(cè)試條件如下:在發(fā)酵葛根豆奶上部分別取樣,要求樣品表面平整,高度為1 cm,然后用P35圓柱型平底探頭測(cè)定酸豆奶,操作如下:開機(jī)啟動(dòng)程序,設(shè)定測(cè)前、測(cè)中、測(cè)后速度,分別為40,30,40 mm/s,下壓距離設(shè)定為40%,中間停留時(shí)間5 s,觸發(fā)力0.05 N,同一個(gè)樣品選擇2個(gè)不同部位進(jìn)行測(cè)定,取其平均值。

1.2.6.7 葛根總黃酮的測(cè)定 UV法測(cè)定總黃酮含量。

精密稱取葛根素對(duì)照品1.25 mg,用95%乙醇溶解并定容于25 mL容量瓶中,得0.5 mg/mL的葛根素標(biāo)準(zhǔn)溶液。準(zhǔn)確吸取該標(biāo)準(zhǔn)溶液0、1、2、3、5、8 mL于10 mL容量瓶中,各加1 mL 95%乙醇,然后加蒸餾水定容,搖勻,靜置,得到0、5、10、15、25、40 μg/mL對(duì)照品溶液,于251 nm處測(cè)定各對(duì)照品溶液吸光度,以吸光度A為縱坐標(biāo)、葛根素質(zhì)量濃度C(μg/mL)為橫坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

精確稱量10 g待測(cè)樣品于100 mL容量瓶中搖勻,靜置2 h,再取1 mL樣液于25 mL容量瓶中,用95%乙醇稀釋至刻度,搖勻,靜置。從中精密移取1 mL于10 mL容量瓶中,加入1 mL 95%乙醇,然后加蒸餾水定容,搖勻,靜置,在251 nm處測(cè)定,然后由葛根素標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出待測(cè)樣液中的總黃酮含量,每組實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次,最后的結(jié)果乘以稀釋倍數(shù)10為產(chǎn)品最終葛根黃酮含量[21]。

1.2.7 微生物檢測(cè)

1.2.7.1 乳酸菌菌落總數(shù)測(cè)定 按照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 乳酸菌檢驗(yàn)GB 4789.35-2010》中的方法進(jìn)行[22]。

1.2.7.2 大腸菌群的測(cè)定 按照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 大腸菌群計(jì)數(shù)GB GB4789.3-2016》中的方法進(jìn)行[23]。

1.2.8 數(shù)據(jù)處理 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以x±s表示,采用Excel 2007軟件作圖,Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 白砂糖添加量的單因素實(shí)驗(yàn) 從圖2可知,在白砂糖的添加量低于8%時(shí),葛根酸豆奶的感官評(píng)分和乳酸含量隨著白砂糖的添加量增加而遞增,當(dāng)白砂糖添加量超過(guò)8%時(shí),產(chǎn)品感官得分和乳酸含量隨白砂糖量增加而下降;但白砂糖的添加量在7%～8%之間時(shí),產(chǎn)酸的趨向平緩,超過(guò)8%時(shí),產(chǎn)酸量開始下降,所以,白砂糖添加量為8%,葛根酸豆奶的感官品質(zhì)最佳。在0.05水平下,經(jīng)方差分析,F大于臨界值,且p<0.01,表明不同白砂糖添加量對(duì)產(chǎn)品的感官得分影響存在顯著差異,數(shù)據(jù)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖2 白砂糖添加量對(duì)葛根酸豆奶感官評(píng)分和乳酸含量的影響Fig.2 Effect of sugar on sensory score and content of lactic acid of fermented soymilk

圖3 葛根汁添加量對(duì)葛根酸豆奶感官品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of Puerarin radix juice on sensory score and content of lactic acid of fermented soymilk

2.1.2 葛根汁添加量的單因素實(shí)驗(yàn) 從圖3可以看到,在葛根汁的添加量低于17.5%時(shí),葛根酸豆奶的感官評(píng)分和乳酸含量的變化較為平緩,當(dāng)葛根汁添加量超過(guò)17.5%,產(chǎn)酸曲線急劇下降,說(shuō)明在此區(qū)間,對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)酸量影響最大,張繼紅等[24]研究發(fā)現(xiàn)葛根素具有抑菌作用,因此,當(dāng)葛根汁的添加量增加到一定程度時(shí),葛根素的抑菌作用就顯現(xiàn)出來(lái)。所以,最佳的添加比例為15.0%～17.5%之間。在0.05水平下,經(jīng)方差分析,F大于臨界值,且p<0.01,表明不同葛根汁添加量對(duì)產(chǎn)品的感官得分影響存在顯著差異,數(shù)據(jù)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.1.3 菌種添加量的單因素實(shí)驗(yàn) 從圖4可以看出,當(dāng)菌種添加量低于0.3%時(shí),葛根酸豆奶的感官品質(zhì)和乳酸含量隨菌種的添加增加也上升,當(dāng)菌種添加量超過(guò)0.3%時(shí),產(chǎn)品感官評(píng)分和乳酸含量隨菌種添加量增加而下降。由于菌種添加量超過(guò)一定的量,在相同的發(fā)酵時(shí)間,容易導(dǎo)致發(fā)酵過(guò)度,從而影響產(chǎn)品組織狀態(tài)、風(fēng)味;此外,產(chǎn)酸能力趨向平穩(wěn),因此,菌種添加量為0.3%,葛根酸豆奶的感官品質(zhì)最佳。在0.05水平下,經(jīng)方差分析,F大于臨界值,且p<0.01,說(shuō)明菌種的添加量對(duì)產(chǎn)品的感官得分影響存在顯著差異,數(shù)據(jù)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖4 菌種添加量對(duì)葛根酸豆奶感官品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of inoculation on sensory score and content of lactic acid of fermented soymilk

2.1.4 發(fā)酵時(shí)間的單因素實(shí)驗(yàn) 圖5數(shù)據(jù)表明,在發(fā)酵時(shí)間6 h之內(nèi),葛根酸豆奶的感官評(píng)分變化平緩,但發(fā)酵時(shí)間超過(guò)6 h后,產(chǎn)品的感官評(píng)分反而隨著發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)而下降,這是發(fā)酵過(guò)度的表現(xiàn);由產(chǎn)品的產(chǎn)酸曲線可知,發(fā)酵時(shí)間在6 h之內(nèi),產(chǎn)品的酸含量隨時(shí)間增加而遞增,這也佐證菌種添加量的曲線,因此,最佳的發(fā)酵時(shí)間6 h為宜。在0.05水平下,經(jīng)方差分析,F大于臨界值,且p<0.01,說(shuō)明發(fā)酵時(shí)間對(duì)產(chǎn)品的感官得分影響存在顯著差異,數(shù)據(jù)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.01)。

圖5 發(fā)酵時(shí)間對(duì)葛根酸豆奶感官品質(zhì)的影響Fig.5 Effect of fermenting time on sensory score and content of lactic acid of fermented soymilk

2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)

2.2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 根據(jù)以上單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,從以上的4個(gè)單因素中,選出其中3個(gè)影響最大的單因素白砂糖添加量、葛根汁添加量和菌種接種量為實(shí)驗(yàn)因素,根據(jù)Box-Beheken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,采用三因素三水平響應(yīng)面分析,結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果Table 3 Experimental design and results for response surface optimization

2.2.2 回歸模型 運(yùn)用Design-Expert 8.0.6對(duì)表3進(jìn)行多元回歸擬合,得到葛根酸豆奶感官評(píng)價(jià)總分(Y)對(duì)自變量白砂糖(A)、葛根汁(B)、菌種(C)的多元回歸方程:Y=86.91+3.61A+2.58B+3.26C-0.32AB+1.40AC-1.65BC-2.51A2-4.72B2-3.40C2。

表4 葛根酸豆奶工藝研究結(jié)果的方差分析Table 4 Analysis of variance for the experimental results of the Puerarin radix fermented soymilk

注:*差異顯著(p<0.05);**差異極顯著(p<0.01);ns差異不顯著(p>0.05)。

用Box-Behnken Design響應(yīng)面分析法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合的模型進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn),由回歸方程的方差中概率p判定各個(gè)感官評(píng)分分值Y影響的顯著性,模型的回歸方程和顯著性見(jiàn)表4。

2.2.3 響應(yīng)面分析 感官評(píng)分分值Y對(duì)白砂糖添加量(A)、葛根汁添加量(B)、菌種添加量(C)所構(gòu)成的三維的曲面圖見(jiàn)圖6(a～c)。

圖6 兩因素交互作用對(duì)感官得分的響應(yīng)面圖Fig.6 Response surfaces plots of variable of parameters on sensory scores

由圖6(a、b、c)可知,響應(yīng)面圖形是凸起、開口朝下的曲面,說(shuō)明感官評(píng)分分值Y存在極值,該值為響應(yīng)面的最高點(diǎn),各個(gè)實(shí)驗(yàn)因素的最佳作用點(diǎn)都位于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)值范圍內(nèi),在葛根汁添加量一定的條件下,隨葛根汁的增大,白砂糖添加的增加,感官評(píng)分呈先上升后下降趨勢(shì),由此可見(jiàn)適當(dāng)?shù)母鸶桶咨疤强梢愿纳聘鸶岫鼓痰目诟?。等高圖可判定交互作用的顯著性,等高圖趨向橢圓,交互作用顯著,反之,則不顯著,AC、BC交互作用的等高圖呈橢圓形,說(shuō)明AC之間的交互作用及BC之間的交互作用顯著,見(jiàn)圖6(b、c),AB的等高圖趨于圓形,說(shuō)明AB之間的交互作用不顯著,見(jiàn)圖6(a)。等高線的疏密程度可判定各因素對(duì)感官評(píng)分的影響大小,等高線越密,影響越大,反之則越小,故A對(duì)發(fā)酵豆奶感官品質(zhì)的影響比B、C的影響大,見(jiàn)圖6(a、b)。C對(duì)發(fā)酵豆奶感官品質(zhì)的影響比B的影響大,見(jiàn)圖6(c),這與方差分析的結(jié)果是一致的。

表6 葛根酸豆奶持水性檢測(cè)結(jié)果Table 6 Test result of water holding rate of Puerarin radix fermented soymilk

2.2.4 葛根酸豆奶最佳配方的確定 基于軟件分析,預(yù)測(cè)出葛根酸豆奶的最優(yōu)配方:白砂糖的添加量為7.86%,葛根汁的添加量為18.14%,菌種添加量0.35%,此時(shí)模型預(yù)測(cè)葛根酸豆奶感官評(píng)價(jià)總分為89.62分,按照白砂糖的添加量為7.86%,葛根汁的添加量為18.0%,菌種添加量0.35%,經(jīng)3次驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),測(cè)得的葛根酸豆奶的感官評(píng)分的均值為90.3,與軟件預(yù)測(cè)值較為接近,偏差為0.76%,說(shuō)明模型的擬合程度較好,具有較好實(shí)用價(jià)值。

2.3 葛根酸豆奶的品質(zhì)性能檢測(cè)

2.3.1 產(chǎn)品的理化檢測(cè) 理化檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。

從表5可知,產(chǎn)品的蛋白質(zhì)含量,脂肪含量和總糖含量均符合相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3.2 產(chǎn)品的持水性 稱量20 g按照持水性測(cè)試方法進(jìn)行檢測(cè),每個(gè)樣品作三個(gè)平行樣,取平均值,結(jié)果參見(jiàn)表6。

表5 葛根酸豆奶理化檢測(cè)結(jié)果Table 5 Analysis result of physical-chemical in Puerarin radix fermented soymilk

注:對(duì)照樣數(shù)據(jù)來(lái)源于樣品的營(yíng)養(yǎng)標(biāo)簽。

劉曉恒等[25]等研究發(fā)現(xiàn)蛋白含量為2.8%的酸牛奶的持水率為51.85%。葛根酸豆奶的持水率超過(guò)80%,好于普通酸牛奶的持水率。發(fā)酵型豆奶的持水率大小主要和凝膠結(jié)構(gòu)有關(guān),水分主要儲(chǔ)藏在這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,而這種凝膠的緊密程度,蛋白質(zhì)膠束之間的連接作用以及凝膠孔徑大小是決定持水率的主要因素。Mei[26]等研究者提出,大豆蛋白的空間結(jié)構(gòu)是一種緊密,剛性的結(jié)構(gòu),緊密,蛋白膠束間連接作用增強(qiáng),從而導(dǎo)致持水率升高;從檢測(cè)數(shù)據(jù)看,樣品的持水率略低于對(duì)照樣品,其主要原因依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 30885-2014植物蛋白飲料 豆奶和豆奶飲料》的規(guī)定[15],酸豆奶是不允許添加除白砂糖以外的食品添加劑,而對(duì)照樣品從配料中可知,對(duì)照樣老酸奶添加明膠、瓊脂和雙乙酰酒石酸單雙甘油酯,這樣可能導(dǎo)致對(duì)照樣的持水率高于樣品。

2.3.3 產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)檢測(cè) 質(zhì)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 葛根酸豆奶質(zhì)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果Table 7 Test result of texture of Puerarin radix fermented soymilk

從表7可知,實(shí)驗(yàn)樣品的硬度、粘度指數(shù)和韌性均明顯大于對(duì)照樣,從而可知,實(shí)驗(yàn)樣品的質(zhì)構(gòu)狀態(tài)優(yōu)于商品化的老酸奶。

2.3.4 產(chǎn)品的葛根黃酮含量測(cè)定

2.3.4.1 葛根黃酮的標(biāo)準(zhǔn)曲線 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,得到吸光度X與葛根素質(zhì)量濃度Y(μg/mL)的線性回歸方程:Y=0.0578X+0.0000(R2=0.9944)。

圖8 葛根素的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.8 Standard curve of puerarin

2.3.4.2 樣品測(cè)量 按照上述葛根黃酮的檢測(cè)方法,制備樣品,然后由葛根素標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出待測(cè)樣液中的葛根黃酮含量,每組實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次,取平均值,見(jiàn)表8。

從表8數(shù)據(jù)可知,產(chǎn)品的葛根黃酮含量穩(wěn)定,達(dá)到設(shè)計(jì)目的。

表8 葛根酸豆奶葛根黃酮含量Table 8 Content of Puerarin flavonoids in Puerarin radix fermented soymilk

2.3.5 產(chǎn)品的微生物檢測(cè) 按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)樣品的乳酸菌和大腸菌群進(jìn)行檢測(cè),樣品檢測(cè)2個(gè)平行樣,取平均值見(jiàn)表9。

表9 葛根酸豆奶微生物檢測(cè)結(jié)果Table 9 Test result of microbiology in Puerarin radix fermented soymilk

注:CFU:菌落形成單位。

依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 30885-2014 植物蛋白飲料 豆奶和豆奶飲料》的規(guī)定[15],發(fā)酵豆奶出廠的乳酸菌活菌數(shù)超過(guò)1.0×106CFU/mL,符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn),結(jié)合Box-Behnken設(shè)計(jì)方案,得到得到優(yōu)化后的配方為:白砂糖的添加量為7.86%,葛根汁的添加量為18.0%,菌種的接種量為0.35%。對(duì)感官評(píng)分的影響順序?yàn)椋喊咨疤翘砑恿?菌種接種量>葛根汁添加量,在該配方條件下,發(fā)酵時(shí)間為6 h,發(fā)酵葛根豆奶的感官效果最佳(90.3分),產(chǎn)品除具有普通發(fā)酵酸奶特有的酸甜可口風(fēng)味外還有特殊豆香味和葛根清香味,凝乳狀態(tài)良好,組織細(xì)膩,質(zhì)地均勻,入口即化,無(wú)分層現(xiàn)象。理化分析結(jié)果表明,產(chǎn)品理化指標(biāo)符合相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);微生物檢測(cè)結(jié)果,乳酸菌≥1.0×106CFU/mL,大腸菌群未檢出。該配方生產(chǎn)的凝固型葛根酸豆奶的質(zhì)構(gòu)、持水率、蛋白質(zhì)含量和乳酸菌含量均優(yōu)于商業(yè)化的凝固型老酸奶,解決了目前酸豆奶存在的組織狀態(tài)和感官方面的不足,具有商業(yè)推廣價(jià)值。

3.2 展望

本次實(shí)驗(yàn)采用的菌種是從豆清發(fā)酵液分離的菌種與商業(yè)化的菌種相結(jié)合的混合菌種,從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看,酸豆奶的組織狀態(tài)和質(zhì)構(gòu)能達(dá)到市場(chǎng)商品化的凝固型酸奶的相應(yīng)的要求。由于大豆中的碳水化合物主要以蔗糖、棉籽糖、水蘇糖、毛蕊花糖等低聚糖類和阿拉伯半乳聚糖等多糖類,然而,動(dòng)物性來(lái)源的乳酸菌最適宜的碳源為乳糖,若進(jìn)一步研究,可以選擇植物來(lái)源性乳酸菌作用發(fā)酵菌種,可能更好發(fā)酵豆奶,從而獲得更好的酸豆奶。

關(guān)于酸豆奶的酸度問(wèn)題,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 30885-2014植物蛋白飲料 豆奶和豆奶飲料》也沒(méi)有規(guī)定發(fā)酵豆奶的酸度[15]。本研究只是在單因素實(shí)驗(yàn)時(shí)檢測(cè)產(chǎn)品的產(chǎn)酸能力,而在響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)時(shí),只采用感官評(píng)分作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。此外,乳酸菌在產(chǎn)酸的同時(shí),也產(chǎn)生一定量的細(xì)胞內(nèi)外酶,在酶和酸協(xié)同作用促使大豆蛋白產(chǎn)生凝乳現(xiàn)象,其作用機(jī)理還有待進(jìn)一步深入探索。

葛根酸豆奶是植物蛋白發(fā)酵產(chǎn)品,大豆異黃酮、葛根黃酮具有特定的健康作用,此產(chǎn)品符合現(xiàn)代人對(duì)健康的追求。此葛根酸豆奶的工藝條件及其配比是在實(shí)驗(yàn)室條件下獲得,若工業(yè)化生產(chǎn),還需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。

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OptimizingtheformulaforPuerarinradixfermentedsoymilkbyresponsesurfacemethodology

LIMing1,2,ZHAOLiang-zhong1,2,3,*,LIXin-she1,FANLiu1

(1.College of Food Science and Chemical Engineering,Shaoyang University,Shaoyang 422000,China;2.Soybean Processing Techniques of the Application and Basic Research Base in Hunan Province,Shaoyang 422000,China;3.Hunan Provincial Engineering Research Center for Fruits and Vegetables Cleaning Processing,Shaoyang 422000,China)

The paper took soybean,Puerarinradixand sugar as the main raw material,which identified the effect of sugar,Puerarinradixjuice,inoculation and fermenting time on sensory score and content of lactic acid ofPuerarinradixfermented soymilk through the single factor experiments. Based on these experiments,according to the Box-Behnken design method,it introduced response surface methodology to establish the nonlinear second order polynomial regress equation and numerical model for the optimized recipe ofPuerarinradixfermented soymilk by sensory scores,and confirmed the amount of sugar,amount ofPuerarinradixjuice,amount of inoculation. The result showed that the theoretical optimum formulas were as follows:7.86% of sugar,18.0% ofPuerarinradixjuice and 0.35% of inoculation. The sensory score of optimized verification test up to 90.3(n=3),which was close to the predicted value(89.62),deviation was 0.76%. The result showed that the texture,water holding,lactic acid bacteria,protein,and content of puerarin isoflavone of the fermented soymilk was better than commercial products and it has value of commercial promotion.

Puerarinradix;Pueraria isoflavone;Puerarinradixfermented soymilk

2017-03-22

李明(1974-)，男，碩士，研究方向：果蔬清潔加工，E-mail：richardlipqc2@126.com。

*通訊作者:趙良忠(1962-)，男，碩士，教授,研究方向：食品科學(xué)技術(shù)，E-mail:sys169@163.com。

邵陽(yáng)學(xué)院豆制品加工技術(shù)湖南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究基地(2013TP4067);湖南省果蔬清潔加工工程技術(shù)研究中心(2015TP2022)；湖南省研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目(CX2017B792)。

TS201.2

B

1002-0306(2017)23-0151-08

10.13386/j.issn1002-0306.2017.23.029