富含益生菌雜豆粉工藝條件優(yōu)化及貨架期預(yù)測(cè)

陶 立，黃琬茹，于 雷,2, ，魏依華，張 欣

（1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130118；2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥和玉米深加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，吉林長(zhǎng)春 130118）

豆類(lèi)因其營(yíng)養(yǎng)豐富，具有高蛋白和低脂肪等優(yōu)勢(shì)而成為均衡飲食的重要組成部分[1]。其中，綠豆含有酚類(lèi)化合物、超氧化物歧化酶、植物甾醇等多種活性物質(zhì)[2]，具有降血糖[3]、降血脂[4]、降血壓[5]、抗炎[6]、抗癌[7]、抗氧化[8]和免疫調(diào)節(jié)[9]等功能。腸道菌群是影響局部和全身免疫反應(yīng)的關(guān)鍵因素之一[10]。乳酸菌被認(rèn)為是正常腸道菌群的重要組成部分，可促進(jìn)多種功能，包括腸道菌群完整性，免疫調(diào)節(jié)和病原體抗性。在乳酸菌中，乳桿菌屬的選定菌株廣泛用作益生菌，主要用于乳制品和膳食補(bǔ)充劑中[11?12]。它們具有促進(jìn)健康的作用，例如抗氧化，免疫調(diào)節(jié)和維持腸道健康[13?14]。益生菌發(fā)酵可以賦予食品獨(dú)特的風(fēng)味，提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值并增加新的功能特性。

有關(guān)豆類(lèi)和益生菌結(jié)合物的研究引起了越來(lái)越多的興趣。通過(guò)研究植物乳桿菌B1-6的發(fā)酵，優(yōu)化了它的發(fā)酵過(guò)程和對(duì)綠豆的蛋白水解作用[15]。另外，枯草芽孢桿菌和保加利亞乳桿菌的發(fā)酵共培養(yǎng)物可生產(chǎn)出一種具有多種生物活性的新型紅豆產(chǎn)品[16]。目前，對(duì)于開(kāi)發(fā)以綠豆等雜豆為發(fā)酵基質(zhì)，通過(guò)噴霧干燥等技術(shù)得到富含益生菌雜豆類(lèi)沖調(diào)粉的研究報(bào)道較少。然而，益生食品中益生菌的長(zhǎng)期生存和維持保質(zhì)期是至關(guān)重要的，因?yàn)樗赡茉诓坏揭粋€(gè)月的時(shí)間內(nèi)就會(huì)失活，并且有被污染的機(jī)會(huì)[17]。一般認(rèn)為，如果給予足夠量的益生菌，可以為宿主帶來(lái)健康益處。美國(guó)FDA 建議，益生菌食品中的最小益生菌活力應(yīng)至少為106CFU/mL。因此，確保生產(chǎn)過(guò)程中以及產(chǎn)品貨架期內(nèi)益生菌的高存活率對(duì)于提高消費(fèi)者對(duì)益生菌產(chǎn)品的信任是非常重要的[18]。一般認(rèn)為，在熱處理過(guò)程中微生物的滅活和某些化學(xué)物質(zhì)的降解通常遵循一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。Arrhenius 方程作為用于描述大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)的溫度依賴(lài)性的主要數(shù)學(xué)模型[19]，被證實(shí)可以對(duì)食品環(huán)境中微生物數(shù)量變化進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)[20?21]。

本研究的目的是通過(guò)Plackett-Burman 設(shè)計(jì)和Box-Behnken 設(shè)計(jì)來(lái)優(yōu)化富含益生菌綠豆粉的加工條件，選擇影響益生菌活力的顯著因素。并研究了優(yōu)化條件對(duì)其他五種雜豆的適用性。最后，通過(guò)描述微生物失活率k 和Arrhenius 模型之間的擬合效應(yīng)來(lái)確定富含益生菌雜豆粉的最佳儲(chǔ)存條件，以探究雜豆粉的儲(chǔ)存溫度、儲(chǔ)存時(shí)間和益生菌活性之間的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

綠豆（Vigna radiata（L.）Wilczek）、紅豆（Vigna umbellateL.）、鷹嘴豆（Cicer arietinumL.）、豇豆（Vigna unguiculataL.）、豌豆（Pisum sativumL.）、虎皮蕓豆（Phaseolus vulgarisL.） 市售；發(fā)酵乳桿菌

從發(fā)酵的糯玉米中分離出發(fā)酵乳桿菌（Lactobacillus fermentumFL-0616），并保存在吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥和玉米深加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)16S rRNA 基因序列分析鑒定了該菌株；纖維素酶（35767 U/g）和α-淀粉酶（18291 U/g） 河南萬(wàn)邦實(shí)業(yè)有限公司提供；海藻糖 日本株式會(huì)社林源提供。

Y-PL300 型實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī) 上海宇硯機(jī)械設(shè)備有限公司；EM-L530TB 型微波爐 合肥榮事達(dá)三洋電器股份有限公司；AH-BASICI 型納米高壓均質(zhì)機(jī) ATS 工程公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 富含益生菌綠豆粉的制作工藝 根據(jù)文獻(xiàn)的方法進(jìn)行修改[22]。綠豆與水（1:2，w:w）混合，在一定的溫度下恒溫浸泡。瀝干水分后在一定的微波功率條件下處理一段時(shí)間。將處理好的原料與水的混合物磨成漿液，再使用納米高壓均質(zhì)機(jī)在一定的壓力條件下均質(zhì)。添加發(fā)酵乳桿菌恒溫（37 ℃）發(fā)酵6 h 后，添加海藻糖作為保護(hù)劑。最后，在一定的條件下進(jìn)行噴霧干燥，得到的綠豆粉置于無(wú)菌袋中，立即測(cè)試。

1.2.2 影響綠豆粉中益生菌活性的主要因素的選擇 Plackett-Bunnan 設(shè)計(jì)（PBD）假設(shè)要評(píng)估的因素之間沒(méi)有相互作用[23]，因此，線性方法被認(rèn)為足以篩選：

式中：Z 是綠豆粉中發(fā)酵乳桿菌活力的估計(jì)函數(shù)，被評(píng)估的k 個(gè)因子中的每一個(gè)因子的βi是回歸系數(shù)。

選擇的設(shè)計(jì)方案有8 個(gè)因子，實(shí)驗(yàn)次數(shù)為N=12。其中，X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8分別代表浸泡時(shí)間、浸泡溫度、微波功率、微波時(shí)間、均質(zhì)壓力、均質(zhì)時(shí)間、進(jìn)口溫度和轉(zhuǎn)速。同時(shí)，設(shè)三列虛擬變量Q1、Q2、Q3，以考察試驗(yàn)誤差。Plackett-Burman 試驗(yàn)的因素和水平見(jiàn)表1。

表1 Plackett–Burman 試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels table of Plackett–Burman experiment

1.2.3 富含益生菌綠豆粉的工藝優(yōu)化 結(jié)合Plackett-Bunnan 試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)Box-Behnken 中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理，采用響應(yīng)面法對(duì)富含益生菌綠豆粉工藝條件的三個(gè)主要影響因素浸泡溫度、均質(zhì)壓力和進(jìn)口溫度進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)Plackett-Bunnan 設(shè)計(jì)原理，充分考慮Plackett-Bunnan 試驗(yàn)方差分析結(jié)果，三個(gè)因素的高低水平可以對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生顯著影響（P<0.05），另外考慮到實(shí)際操作可行性和營(yíng)養(yǎng)保持等因素，試驗(yàn)影響因素和水平見(jiàn)表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表Table 2 Factors and levels table of response surface experiment

為了測(cè)試綠豆粉中益生菌活力預(yù)測(cè)的可靠性。通過(guò)模型期望函數(shù)獲得的最佳工藝參數(shù)，進(jìn)行新的生產(chǎn)。比較試驗(yàn)值和預(yù)測(cè)值，以確定模型的有效性。然后以該工藝參數(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)紅豆、鷹嘴豆、豇豆、豌豆和虎皮蕓豆等5 種雜豆進(jìn)行了驗(yàn)證，對(duì)比各種雜豆粉中發(fā)酵乳桿菌活力。

1.2.4 Arrhenius 模型 對(duì)富含益生菌雜豆粉貨架期的預(yù)測(cè)Arrhenius 模型利用活化能的概念，主要側(cè)重于低溫貯存、加熱等過(guò)程中食品的化學(xué)反應(yīng)速率對(duì)貨架期的影響，此模型預(yù)測(cè)精度高，有時(shí)也用于以感官品質(zhì)或微生物改變?yōu)橹笜?biāo)的貨架期預(yù)測(cè)。它主要通過(guò)以下方程來(lái)實(shí)現(xiàn)貨架期的預(yù)測(cè)[24]：

一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程：

式中：t 表示取樣時(shí)間（h）；N0表示豆粉初始活菌數(shù)（CFU/g）；Nt表示t 時(shí)刻的活菌數(shù)（CFU/g）；k、k0為速率常數(shù)；Ea 表示活化能（J/mol）；R 表示理想氣體常數(shù)（J/mol·K）；T 表示絕對(duì)溫度（K）。

取3 份同樣質(zhì)量的雜豆粉放入相同的容器中，置于30、40、60 ℃水浴中做加速試驗(yàn)，每2 h 采樣，平板計(jì)數(shù)，計(jì)算其每克雜豆粉中的發(fā)酵乳桿菌活菌數(shù)，最后，繪制發(fā)酵乳桿菌的失活動(dòng)力學(xué)圖和Arrhenius 圖，通過(guò)方程推算在保證適量活菌數(shù)的前提下富含益生菌雜豆粉的產(chǎn)品貨架期。

1.2.5 雜豆粉的理化性質(zhì) 根據(jù)先前報(bào)道的方法略有修改[25?26]。向250 mL 燒杯中加入50 mL 蒸餾水（40 ℃），并稱(chēng)取1 g 豆粉平鋪于水面上。從雜豆粉放入燒杯中開(kāi)始計(jì)時(shí)，記錄完全潤(rùn)濕的時(shí)間，稱(chēng)為潤(rùn)濕時(shí)間。另取一只燒杯向其中加入50 mL 蒸餾水，并稱(chēng)取1 g 雜豆粉平鋪于水面上。用磁力攪拌器以轉(zhuǎn)速600 r/min 攪拌，雜豆粉完全分散于蒸餾水中的時(shí)間，稱(chēng)為分散時(shí)間。另外，將適量的雜豆粉置于稱(chēng)量紙中再完全轉(zhuǎn)入10 mL 量筒中，稱(chēng)量10 mL 雜豆粉的重量，從而得到該雜豆粉的堆積密度（g/mL）。用失重法測(cè)量水分，稱(chēng)取干凈的雜豆粉放入恒重皿，并在105 ℃的烤箱中烘烤至恒重，計(jì)算水分含量的百分比。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行三次重復(fù)測(cè)定。Design Expert 8.0.6 被用于Plackett-Burman 設(shè) 計(jì)、Box-Behnken設(shè)計(jì)以及方差分析。Origin 8.1 軟件被用作數(shù)據(jù)分析。SPSS 軟件被用于數(shù)據(jù)單向ANOVA 分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 選擇影響綠豆粉中發(fā)酵乳桿菌活力的主要因素

Plackett-Burman 設(shè)計(jì)主要用于篩選加工工藝中涉及的主要變量，并可以選擇最重要的變量為進(jìn)一步優(yōu)化奠定基礎(chǔ)[27]。在這項(xiàng)工作中，以發(fā)酵乳桿菌的活菌數(shù)為響應(yīng)值，得到Plackett-Burman 試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果。對(duì)表3 中數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到各因素對(duì)綠豆粉品質(zhì)影響的一次回歸方程：Z=6.28?1.89X1+3.67X2?0.27X3+1.78X4+3.33X5+1.54X6?5.06X7?0.32X8。對(duì)方程進(jìn)行了方差分析及顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4?；貧w方程的P為0.0151，表明回歸方程關(guān)系顯著。其中，X2（浸泡溫度）、X5（均質(zhì)壓力）和X7（進(jìn)口溫度）三個(gè)因素對(duì)發(fā)酵乳桿菌活力影響顯著（P<0.05），且影響程度大小為X7（進(jìn)口溫度）>X2（浸泡溫度）>X5（均質(zhì)壓力），其他因素影響不顯著（P>0.05）。該模型的決定系數(shù)R2為0.9822，調(diào)整后的確定系數(shù)為0.9348，這表明該模型具有良好的擬合效果。由于模型的P<0.05，模型具有顯著性，因此可以篩選出影響顯著的因素。預(yù)測(cè)的R2（）為0.7154，可以用該模型對(duì)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)。在這種情況下，決定考慮優(yōu)化浸泡溫度、均質(zhì)壓力和進(jìn)口溫度這三個(gè)因素。

表3 Plackett–Burman 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Design and results of Plackett–Burman experiment

表4 Plackett–Burman 設(shè)計(jì)的方差分析Table 4 Variance analysis of Plackett–Burman design

2.2 BBD 試驗(yàn)及響應(yīng)面分析

2.2.1 回歸模型的建立 根據(jù)Box-Behnken 設(shè)計(jì)自變量水平及響應(yīng)值，對(duì)表5 數(shù)據(jù)進(jìn)行了回歸擬合，得到3 個(gè)自變量（X2：浸泡溫度，X5：均質(zhì)壓力和X7：進(jìn)口溫度）的二次多項(xiàng)式回歸方程：Y=24?0.43X2+0.34X5?4.08X7?3X2X5?0.21X2X7?0.17X5X7?9.76。對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行方差分析，結(jié)果見(jiàn)表6?；貧w模型的一次項(xiàng)X7、二次項(xiàng)交互項(xiàng)X2X5為極顯著（P<0.01）。該二次回歸模型的P<0.0001，表示該回歸方程關(guān)系極顯著。失擬項(xiàng)P為0.1984>0.05，失擬項(xiàng)不顯著，說(shuō)明該方程擬合合理[28]。模型的決定系數(shù)R2為0.9944，調(diào)整確定系數(shù)為0.9871，因此該模型能解釋98.71%的響應(yīng)值變化。預(yù)測(cè)的R2（）為0.9382，這意味著可以依靠模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。這說(shuō)明該模型與實(shí)際的試驗(yàn)擬合程度較好，適合用該模型分析和預(yù)測(cè)富含益生菌綠豆粉的生產(chǎn)工藝。

表5 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 5 Design and results of response surface experiment

表6 Box-Behnken 設(shè)計(jì)的方差分析Table 6 Variance analysis of Box-Behnken design

2.2.2 響應(yīng)面優(yōu)化分析及驗(yàn)證結(jié)果 三維響應(yīng)面圖提供了一種可視化每個(gè)變量的響應(yīng)值與實(shí)驗(yàn)水平之間的關(guān)系，以及每?jī)蓚€(gè)測(cè)試變量之間相互作用類(lèi)型的方法。當(dāng)響應(yīng)面坡度越陡峭，意味著兩因素的交互作用越顯著。比較各因素交互作用響應(yīng)面圖時(shí)，發(fā)現(xiàn)X2X5交互作用的曲線最陡峭。說(shuō)明浸泡溫度和均質(zhì)壓力的交互作用對(duì)綠豆粉中發(fā)酵乳桿菌活力的影響最顯著。X2X7和X5X7的交互作用曲線較為平緩。如圖1B 所示，浸泡溫度對(duì)發(fā)酵乳桿菌的活力表現(xiàn)出明顯的影響。發(fā)酵乳桿菌的活力首先隨著浸泡溫度的增加而迅速增加，在達(dá)到峰值后下降。浸泡伴隨著化學(xué)和物理變化，浸泡溫度過(guò)高可能會(huì)導(dǎo)致某些養(yǎng)分的流失或蛋白質(zhì)的熱變性[29?30]，這對(duì)發(fā)酵乳桿菌的生長(zhǎng)具有負(fù)面影響。由圖1C 可知，發(fā)酵乳桿菌的活力同樣呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。這種變化的原因是因?yàn)檫^(guò)高的進(jìn)口溫度對(duì)微生物的存活有害[31]，因此發(fā)酵乳桿菌會(huì)發(fā)生部分死亡。

圖1 浸泡溫度、均質(zhì)壓力和進(jìn)口溫度的響應(yīng)面圖Fig.1 Response surface figures for soaking temperature,homogenization pressure and inlet temperature

通過(guò)軟件預(yù)測(cè)得到的最佳生產(chǎn)工藝條件是浸泡溫度（49.77 ℃），均質(zhì)壓力（200.49 Bar）和進(jìn)口溫度（114.55 ℃）。綠豆粉中發(fā)酵乳桿菌活力理論值為2.46×108CFU/g。根據(jù)上述最佳條件并考慮實(shí)際操作可行性，適當(dāng)修改后做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。實(shí)際最佳工藝條件為浸泡溫度（50 ℃），均質(zhì)壓力（200 Bar）和進(jìn)口溫度（115 ℃）。最后，取3 次平行試驗(yàn)結(jié)果的平均值來(lái)驗(yàn)證模型的可靠性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)綠豆粉中發(fā)酵乳桿菌活力為2.39×108CFU/g。試驗(yàn)值與預(yù)測(cè)值無(wú)顯著性差異，說(shuō)明該模型有效。因此，響應(yīng)面法優(yōu)化生產(chǎn)富含益生菌綠豆粉是可行的，所得最佳工藝條件具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

豆類(lèi)的營(yíng)養(yǎng)成分相似，因此研究了優(yōu)化得到的最佳工藝參數(shù)是否具有普遍適用性。對(duì)紅豆、鷹嘴豆、豌豆、豇豆和虎皮蕓豆分別進(jìn)行了測(cè)試（圖2）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，虎皮蕓豆粉中發(fā)酵乳桿菌的活力最強(qiáng)。紅豆粉和鷹嘴豆粉中的發(fā)酵乳桿菌活力最差。從整體來(lái)看，六種雜豆粉中的發(fā)酵乳桿菌活力均超過(guò)了107CFU/g（圖2）。研究表明，當(dāng)食品中益生菌含量超過(guò)106CFU/g，即可對(duì)人體健康產(chǎn)生積極作用[32]，因此，優(yōu)化得到的最佳工藝參數(shù)對(duì)這些雜豆具有普遍適用性。

圖2 雜豆粉的驗(yàn)證結(jié)果Fig.2 Validation results of miscellaneous bean powder

2.3 富含益生菌雜豆粉貨架期的預(yù)測(cè)

目前，Arrhenius 模型已廣泛用于食品領(lǐng)域，Arrhenius 模型已用于研究溫度對(duì)化合物降解以及微生物失活速率的影響[33]。為提高產(chǎn)品穩(wěn)定性，研究了系列雜豆粉的失活機(jī)理，以判斷富含益生菌的雜豆粉的產(chǎn)品質(zhì)量。由圖3 可知在30、40、60 ℃的恒溫條件下，雜豆粉中的發(fā)酵乳桿菌的死亡變化。益生菌在儲(chǔ)存過(guò)程中的生存能力與儲(chǔ)存溫度成反比[34]。對(duì)比各種雜豆粉的失活動(dòng)力學(xué)圖的擬合曲線方程的斜率可知，由于斜率均為負(fù)值，因此斜率絕對(duì)值越大，曲線越陡峭，而這代表著發(fā)酵乳桿菌的死亡速率越快。與相同條件下的其他雜豆相比，在30 ℃和60 ℃下，綠豆粉具有最大的斜率絕對(duì)值，分別為0.00607和0.48456（表7）。綠豆粉中益生菌死亡率較高可能與綠豆粉的水分含量（4.07%）最高有關(guān)。研究表明，較高的水分含量不利于益生菌產(chǎn)品的儲(chǔ)存[31]，益生菌的生存能力主要取決于儲(chǔ)存過(guò)程中儲(chǔ)存溫度和濕度的變化[22]。另外，益生菌暴露于含氧環(huán)境也會(huì)給其生存帶來(lái)壓力，這可能會(huì)導(dǎo)致其生存能力在存儲(chǔ)過(guò)程中大大下降[35]。在儲(chǔ)存過(guò)程中，各種雜豆粉的失活率不同的原因可能是噴霧干燥過(guò)程中各種雜豆粉和發(fā)酵乳桿菌的結(jié)合不同。在儲(chǔ)存的早期，噴霧干燥對(duì)細(xì)胞膜造成的損害將降低益生菌活力[35]。

表7 失活動(dòng)力學(xué)圖的相關(guān)方程和系數(shù)Table 7 Related equations and coefficients of inactivity diagrams

圖3 不同富含益生菌雜豆粉中發(fā)酵乳桿菌的失活動(dòng)力學(xué)圖Fig.3 Inactivation mechanic diagrams of Lactobacillus fermentum in different probiotic-rich miscellaneous bean powders

根據(jù)6 種雜豆粉的失活動(dòng)力學(xué)圖（圖3）繪制出絕對(duì)溫度與雜豆粉中發(fā)酵乳桿菌的死亡速率的關(guān)系圖（圖4），由此可以推測(cè)在一定的貯藏時(shí)間范圍內(nèi)要使雜豆粉中發(fā)酵乳桿菌的活力維持在一定值以上所需要的貯藏溫度。由于益生菌產(chǎn)品中的益生菌數(shù)量應(yīng)該維持在106CFU/g 以上，以此推斷出在1 年保質(zhì)期范圍內(nèi)，綠豆粉、紅豆粉、鷹嘴豆粉、豇豆粉、豌豆粉、虎皮蕓豆粉的貯藏溫度分別為11.17、10.61、12.23、10.61、18.72、13.94 ℃（表8）。綜合考慮，為了維持一年貨架期期間產(chǎn)品中發(fā)酵乳桿菌的活力，應(yīng)保證系列雜豆粉產(chǎn)品在10 ℃以下保存。

表8 Arrhenius 圖的相關(guān)方程和系數(shù)Table 8 Related equations and coefficients of Arrhenius diagrams

圖4 不同富含益生菌雜豆粉的Arrhenius 圖Fig.4 Arrhenius diagrams of different probiotic-rich miscellaneous bean powders

2.4 雜豆粉理化性質(zhì)測(cè)定

Saha 等[36]研究表明，分散性是粉末產(chǎn)品最重要的特性之一。當(dāng)每個(gè)顆粒溶解在水中而沒(méi)有團(tuán)聚時(shí)，粉末產(chǎn)品被認(rèn)為是質(zhì)量最好的。由圖5（A）和圖5（B）可知，鷹嘴豆粉表現(xiàn)出最好的潤(rùn)濕性和分散性。研究表明，添加鷹嘴豆粉可以加速水進(jìn)入面食[37]。然而，紅豆粉表現(xiàn)出最差的潤(rùn)濕性，可能的原因是紅豆粉容易發(fā)生聚集。而分散性表現(xiàn)良好且與鷹嘴豆粉沒(méi)有顯著性差異的是豌豆粉。另外，豇豆粉表現(xiàn)出最差的分散性和較差的潤(rùn)濕性，這在沖調(diào)時(shí)也有發(fā)現(xiàn)，它較其他雜豆粉溶解效果更差。商業(yè)奶粉的潤(rùn)濕時(shí)間通常在24～120 s 之間，潤(rùn)濕性差會(huì)導(dǎo)致分散性差[26]。粉末中水分含量的降低會(huì)降低其內(nèi)聚性，從而導(dǎo)致分散性提高[36]。粉末的內(nèi)聚性可以定義為粉末形成團(tuán)塊或附聚物的能力。研究發(fā)現(xiàn)，噴霧干燥的番茄果肉粉在較低的水分含量下具有較高的分散性[38]。升高進(jìn)口溫度并以霧化形式會(huì)形成非常細(xì)的顆粒，易于團(tuán)聚，從而降低粉末的分散性[36]。

六種雜豆粉的堆積密度之間均具有顯著性差異，它們的堆積密度大小關(guān)系為綠豆粉>豌豆粉>虎皮蕓豆粉>鷹嘴豆粉>豇豆粉>紅豆粉。堆積密度是決定產(chǎn)品運(yùn)輸過(guò)程中使用的包裝材料的尺寸和類(lèi)型的最重要參數(shù)之一[36]，綠豆粉的堆積密度最佳（0.556±0.055）g/mL。而紅豆粉的堆積密度最差（0.410±0.005 ）g/mL。堆積密度與水分含量之間的關(guān)系呈正相關(guān)。這是因?yàn)檩^高的水分含量會(huì)增加粉末的內(nèi)聚力，導(dǎo)致堆積密度增加[22]。大多數(shù)雜豆粉的水分含量低于綠豆粉，這有利于產(chǎn)品的貯藏（圖5（D））。

圖5 雜豆粉的潤(rùn)濕性（A）、分散性（B）、堆積密度（C）和水分含量（D）的測(cè)定結(jié)果Fig.5 Results of wettability (A),dispersibility (B),bulk density (C),and moisture content (D) of miscellaneous bean powder

3 結(jié)論

通過(guò)Plackett-Burman 試驗(yàn)篩選出影響綠豆粉發(fā)酵乳桿菌活力的3 個(gè)主要因素：浸泡溫度、均質(zhì)壓力和進(jìn)口溫度。根據(jù)BBD 分析所得的最佳工藝參數(shù)條件為：浸泡溫度（50 ℃），均質(zhì)壓力（200 Bar）和進(jìn)口溫度（115 ℃）。其中試驗(yàn)值與理論值無(wú)顯著性差異，表明用響應(yīng)面法優(yōu)化富含益生菌綠豆粉的工藝是合理可行的，且對(duì)綠豆、紅豆、鷹嘴豆、豇豆、豌豆和虎皮蕓豆具有普遍適用性。Arrhenius 模型預(yù)測(cè)得知該系列雜豆粉貯藏1 年的貯藏溫度應(yīng)低于10 ℃。將來(lái)，將研究真空或充氮包裝，以延長(zhǎng)室溫下的貨架壽命。理化性質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)鷹嘴豆粉表現(xiàn)出最好的潤(rùn)濕性和分散性，綠豆粉的堆積密度最佳。綜上所述可知，優(yōu)化的工藝條件可以有效制備系列富含益生菌雜豆粉，為進(jìn)一步產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)支撐。