胡艦，周瑩，左波，石怡雪，戴陽(yáng)軍*

(1.揚(yáng)州大學(xué) 旅游烹飪學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127；2.江蘇中譜檢測(cè)有限公司，南京 210061；3.常熟理工學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500)

黑豆(Glycinemax(L.) Merr)，又名烏豆、黑大豆、馬料豆等，為豆科植物大豆的黑色種子。我國(guó)黑豆資源豐富，現(xiàn)以東北、華北和西北等地種植較為廣泛，約占據(jù)全國(guó)大豆栽培總面積的13.2%。黑豆?fàn)I養(yǎng)價(jià)值豐富，有“高蛋白、低熱量”的特性，尤其是蛋白質(zhì)含量達(dá)36%～40%，遠(yuǎn)高于其他豆類，而且富含18種氨基酸，特別是人體必需的8種氨基酸，要高于美國(guó)食品藥品管理局規(guī)定的高蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[1-3]，黑豆因此也被譽(yù)為“植物蛋白之王”。除此之外，黑豆還富含多種維生素、微量元素、不飽和脂肪酸以及黑色素、粗纖維等，使其具有保護(hù)視力、抗氧化、降血糖、降血壓、健身滋補(bǔ)、烏發(fā)生津等保健功效，是一種醫(yī)食同療的特殊功能食品[4-7]。近年來，市場(chǎng)對(duì)于黑豆產(chǎn)品的需求正不斷加大。

陳醋富含17種游離氨基酸以及多種礦物質(zhì)、維生素和尼克酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[8]。采用陳醋泡制黑豆可得醋豆，醋豆制法由來已久，古代醫(yī)著《五十二病方》和《本草綱目拾遺》中早有記載，制得的醋豆具有活血、明目、養(yǎng)顏、補(bǔ)腎、利尿等功效[9]。而如今關(guān)于醋豆的研究并不多見，且目前醋豆的制備多用白醋和黃豆[10-12]，存在制作工藝缺乏系統(tǒng)優(yōu)化、產(chǎn)品口味單一的缺陷。本實(shí)驗(yàn)用陳醋浸泡黑豆，漬制成醋豆，創(chuàng)新式地采用微波膨化黑豆，能最大限度地保存食品的營(yíng)養(yǎng)成分，且加工時(shí)間短，使膨化、干燥、殺菌工藝同時(shí)完成[13]，最終形成具有特色風(fēng)味和口感的新型醋豆食品，不僅豐富了醋豆食品種類，也為醋豆的工業(yè)化生產(chǎn)實(shí)踐提供了理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黑豆：弘豐農(nóng)作物種植專業(yè)合作社；陳醋：山西閣老醋業(yè)有限公司；蜂蜜：百花牌；乳酸菌：川秀牌；白砂糖：舒可曼牌；檸檬香精：福建固德香料有限公司；低聚果糖：完美有限公司。

1KW-6KW微波真空干燥機(jī) 山東科弘微波能有限公司；DZ(Q)-260T真空包裝機(jī) 深圳市晟楓包裝機(jī)械有限公司；SI-602電子分析天平 四川賽恩思儀器有限公司；CH2111電磁爐 上海奔騰企業(yè)有限公司；HPX-9612MBE恒溫培養(yǎng)箱 上海博訊實(shí)業(yè)有限公司；Palux 1011QL萬能蒸烤箱 北京太陽(yáng)河貿(mào)易有限公司；WGL-230B電熱鼓風(fēng)干燥箱 天津市泰斯特儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

篩選、洗凈→微波膨化→加水浸泡→糖漬→加乳酸菌恒溫發(fā)酵→蒸汽滅酶→制作醋汁→醋汁浸泡→干燥→真空包裝。

1.2.2 操作要點(diǎn)

1.2.2.1 篩選、洗凈

挑選出無霉變、無蛀蟲、顆粒大小均勻的黑豆，用清水徹底洗清并在室溫下瀝干。

1.2.2.2 微波膨化

通過電磁能的輻射傳導(dǎo)，使醋豆內(nèi)部的水分子吸收微波從而產(chǎn)生震動(dòng)，實(shí)現(xiàn)醋豆中水分的汽化，進(jìn)而帶動(dòng)黑豆的整體膨化[14]。將黑豆放入微波爐中微波膨化，參數(shù)設(shè)置為：功率500 W，頻率2450 MHz。

1.2.2.3 糖漬

配制20%的白砂糖水溶液，糖漬使黑豆充分吸收糖分，積累干物質(zhì)，不僅能抑制細(xì)菌生產(chǎn)繁殖，還能延長(zhǎng)產(chǎn)品保質(zhì)期[15]。

1.2.2.4 發(fā)酵

加入0.5%乳酸菌，將黑豆置于恒溫箱中發(fā)酵。乳酸發(fā)酵使黑豆內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)更加松軟，口感好，各種營(yíng)養(yǎng)素含量增加[16]，并且使得酸味更加醇和。設(shè)置恒溫箱溫度為37 ℃。

1.2.2.5 蒸汽滅酶

將發(fā)酵好的糖漬黑豆撈出，平鋪在烤盤上，放入蒸烤箱中90 ℃蒸汽滅酶10 min。

1.2.2.6 醋汁浸泡

將處理好的黑豆放入壇中，然后調(diào)汁加入0.05%檸檬香精、0.5%蜂蜜和5%低聚果糖，密封保存2天。

1.2.2.7 干燥

將醋豆從壇中取出，放入微波真空干燥機(jī)中干燥，設(shè)置參數(shù)為2000 W，干燥時(shí)間為30 min。

1.2.2.8 包裝

干燥好的醋豆用真空包裝機(jī)密封，真空度控制在0.09 MPa。

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.3.1 微波膨化時(shí)間對(duì)醋豆生產(chǎn)工藝的影響

取5份200 g黑豆洗凈后，分別按不同微波時(shí)間1，2，3，4，5 min進(jìn)行微波膨化。在其他因素不變的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過感官評(píng)價(jià)來確定最佳的微波時(shí)間。

1.2.3.2 發(fā)酵時(shí)間對(duì)醋豆生產(chǎn)工藝的影響

取5份200 g黑豆微波膨化3 min后，分別按不同發(fā)酵時(shí)間16，20，24，28，32 h進(jìn)行發(fā)酵。在其他因素不變的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過感官評(píng)價(jià)來確定最佳的發(fā)酵時(shí)間。

1.2.3.3 醋浸時(shí)間對(duì)醋豆生產(chǎn)工藝的影響

取5份200 g黑豆發(fā)酵24 h后，分別按不同浸泡時(shí)間12，24，36，48，60 h進(jìn)行醋浸。在其他因素不變的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過感官評(píng)價(jià)來確定最佳的醋浸時(shí)間。

1.2.3.4 醋浸比例對(duì)醋豆生產(chǎn)工藝的影響

取5份200 g黑豆發(fā)酵24 h后，分別按不同醋浸比例1∶1，2∶1，3∶1，4∶1，5∶1進(jìn)行浸泡48 h。在其他因素不變的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過感官評(píng)價(jià)來確定最佳的醋浸比例。

1.2.3.5 真空微波干燥時(shí)間對(duì)醋豆生產(chǎn)工藝的影響

取5份200 g黑豆浸泡48 h后，分別按不同干燥時(shí)間15，30，45，60，75 min進(jìn)行干燥。在其他因素不變的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過感官評(píng)價(jià)來確定最佳的干燥時(shí)間。

1.2.4 響應(yīng)曲面工藝設(shè)計(jì)配比

為確定醋豆的最佳生產(chǎn)工藝條件，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上選取發(fā)酵時(shí)間、微波干燥時(shí)間和醋浸比例這3個(gè)對(duì)醋豆產(chǎn)品質(zhì)量影響最為明顯的因素，故以這3個(gè)因素為自變因素，以感官評(píng)價(jià)(Y)為考察指標(biāo)，設(shè)計(jì)響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)，因素水平見表1。

表1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)因素水平表Table 1 Factors and levels of response surface design

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 感官評(píng)價(jià)方法

在成品當(dāng)天對(duì)醋豆進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，參考韓濤所述的評(píng)價(jià)方法。請(qǐng)10名接受過訓(xùn)練的食品專業(yè)人員來進(jìn)行感官評(píng)價(jià)[17]。實(shí)驗(yàn)樣品隨機(jī)編號(hào)，采用百分制，品評(píng)人員需要獨(dú)立客觀地對(duì)醋豆的感官特性給出分值(氣味30%、口感30%、硬度20%、酸度10%、色澤10%)，計(jì)算結(jié)果取平均值(小數(shù)點(diǎn)后面保留2位)。感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 醋豆感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory quality index table of vinegar black beans

1.3.2 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)使用軟件IBM SPSS Statistics 21.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用軟件Origin 7.5及Design-Expert 8.0進(jìn)行制圖和數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 醋浸時(shí)間對(duì)醋豆品質(zhì)的影響

圖1 不同醋浸泡時(shí)間對(duì)醋豆品質(zhì)的影響Fig.1 Effects of different vinegar soaking time on quality of vinegar black beans

由圖1可知，在其他條件不變的情況下，隨著陳醋浸泡時(shí)間逐漸增加，醋豆的感官評(píng)分先增大，達(dá)到最大值后呈下降趨勢(shì)。當(dāng)醋浸時(shí)間達(dá)到48 h左右時(shí)，醋豆產(chǎn)品的感官評(píng)分開始下降。醋豆醋浸時(shí)間太短，無醋豆應(yīng)有的醋香味；時(shí)間過長(zhǎng)，醋豆風(fēng)味過酸，影響醋豆的感官評(píng)價(jià)。從整體的醋浸時(shí)間對(duì)于醋豆的感官評(píng)分而言，5組實(shí)驗(yàn)評(píng)分差距浮動(dòng)不大，所以醋浸時(shí)間對(duì)于醋豆的感官評(píng)價(jià)不是特別顯著，綜合考慮醋豆風(fēng)味以及生產(chǎn)工藝，確定醋豆生產(chǎn)的醋浸最佳時(shí)間為48 h。

2.1.2 微波膨化時(shí)間對(duì)醋豆品質(zhì)的影響

圖2 不同微波膨化時(shí)間對(duì)醋豆品質(zhì)的影響Fig.2 Effects of different microwave puffing time on quality of vinegar black beans

由圖2可知，隨著醋豆產(chǎn)品微波膨化時(shí)間的增加，黑豆膨化后豆香味濃厚，其感官評(píng)分也逐漸增加。微波時(shí)間達(dá)到3 min左右時(shí)，醋豆產(chǎn)品的感官評(píng)分開始下降。微波膨化時(shí)間太長(zhǎng)時(shí)，黑豆膨化變形，影響醋豆的感官評(píng)價(jià)。5組評(píng)分極差相差不大，故微波時(shí)間對(duì)于醋豆品質(zhì)的影響不是特別顯著，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果和生產(chǎn)效率，最終確定醋豆生產(chǎn)工藝的微波時(shí)間為3 min。

2.1.3 發(fā)酵時(shí)間對(duì)醋豆品質(zhì)的影響

圖3 不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)醋豆品質(zhì)的影響Fig.3 Effects of different fermentation time on quality of vinegar black beans

由圖3可知，隨著醋豆產(chǎn)品發(fā)酵時(shí)間的增加，黑豆內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)更加松軟，酸味更加醇和，其感官評(píng)分也逐漸增加。黑豆經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后，營(yíng)養(yǎng)成分得到很好的保留，乳酸菌還能將大豆蛋白降解成易吸收的小分子肽和氨基酸，黑豆中尼克酸、葉酸及維生素B族的含量也有所增加，大豆蛋白質(zhì)的消化率也能明顯提高[18,19]。當(dāng)發(fā)酵時(shí)間達(dá)到24 h左右時(shí)，醋豆產(chǎn)品的感官評(píng)分最高，之后開始下降，發(fā)酵時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，醋豆的感官評(píng)價(jià)下降趨勢(shì)明顯，折線較陡，故發(fā)酵時(shí)間對(duì)于醋豆的感官評(píng)分影響較大，隨著發(fā)酵時(shí)間的變化，醋豆的感官評(píng)分的變化趨勢(shì)比較陡，因此選擇發(fā)酵時(shí)間24 h進(jìn)行研究。

2.1.4 醋浸比例對(duì)醋豆品質(zhì)的影響

圖4 不同醋浸比例對(duì)醋豆品質(zhì)的影響Fig.4 Effects of different vinegar immersion ratios on quality of vinegar black beans

由圖4可知，陳醋與黑豆比例為2∶1時(shí)，醋豆感官評(píng)分最高，此時(shí)黑豆充分吸收了調(diào)制醋汁的風(fēng)味。當(dāng)醋浸比例大于2∶1時(shí)，隨著醋浸比例的增加，醋豆產(chǎn)品的感官評(píng)分開始下降，醋豆因?yàn)槲沾字^多，造成醋豆風(fēng)味過酸，影響了醋豆的整體品質(zhì)。整體而言，隨著醋浸比例的變化，產(chǎn)品的感官評(píng)分的變化趨勢(shì)比較陡，考慮成本及工業(yè)化生產(chǎn)實(shí)際情況，選擇醋浸比例為2∶1進(jìn)行研究。

2.1.5 微波干燥時(shí)間對(duì)醋豆品質(zhì)的影響

圖5 不同干燥時(shí)間對(duì)醋豆品質(zhì)的影響Fig.5 Effects of different drying time on quality of vinegar black beans

由圖5可知，隨著真空微波干燥時(shí)間的增加，醋豆的水分逐漸蒸發(fā)，形成特有的風(fēng)味，其感官評(píng)分呈先上升后下降的趨勢(shì)，而且趨勢(shì)明顯。微波加熱條件下，黑豆內(nèi)部的水分蒸發(fā)使得黑豆內(nèi)產(chǎn)生較高的壓力，促使黑豆體積膨脹，表面水分的蒸發(fā)使得黑豆發(fā)生收縮行為[20]，膨脹和收縮這兩種相反的趨勢(shì)使得黑豆產(chǎn)生膨化效果，形成酥松口感，并使黑豆能在短時(shí)間內(nèi)烘干。當(dāng)干燥時(shí)間大于45 min時(shí)，因?yàn)榇锥巩a(chǎn)品干燥時(shí)間較長(zhǎng)，醋豆變得干硬，失去原有風(fēng)味，醋豆產(chǎn)品的感官評(píng)分陡降。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化醋豆生產(chǎn)工藝

2.2.1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)與結(jié)果

將單因素實(shí)驗(yàn)的結(jié)果輸入軟件IBM SPSS Statistics 21.0進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果表明5個(gè)單因素的F值分別為：F(醋浸時(shí)間)=48.54，F(xiàn)(微波時(shí)間)=50.18，F(xiàn)(發(fā)酵時(shí)間)=63.54，F(xiàn)(醋浸比例)=508.63，F(xiàn)(干燥時(shí)間)=631.64。即各因素對(duì)醋豆感官評(píng)價(jià)的影響程度依次為：干燥時(shí)間>醋浸比例>發(fā)酵時(shí)間>微波時(shí)間>醋浸時(shí)間。故以發(fā)酵時(shí)間(A)、醋浸比例(B)和干燥時(shí)間(C)這3個(gè)因素對(duì)醋豆產(chǎn)品整體感官評(píng)價(jià)影響較大，實(shí)驗(yàn)采用Box-Behnken中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成3因素3水平實(shí)驗(yàn)，以醋豆產(chǎn)品感官評(píng)價(jià)(Y)為響應(yīng)值，進(jìn)一步確定醋豆生產(chǎn)的最佳工藝條件，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 Box-Behnken設(shè)計(jì)方案及結(jié)果Table 3 Design scheme and results of Box-Behnken

2.2.2 模型建立與方差分析

應(yīng)用Design Export 8.0軟件對(duì)表3的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸分析，得出醋豆感官評(píng)價(jià)與3個(gè)因素之間的多元二次回歸方程如下：

Y(感官評(píng)價(jià))=92.12+1.12A+2.02B-4.01C+0.34AB-0.31AC-2.15BC-5.02A2-8.49B2-9.47C2。

對(duì)醋豆生產(chǎn)工藝模型進(jìn)行方差分析以及顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果見表4。

表4 回歸方程顯著性檢驗(yàn)與方差分析Table 4 Significance test and variance analysis of regression equation

注：“**”表示差異極顯著(p<0.01)；“*”表示差異顯著(p<0.05)。

由表4可知，模型p值極顯著(p<0.0001)，而失擬項(xiàng)不顯著(p>0.05)，說明擬合程度良好，該回歸方程可以很好地描述發(fā)酵時(shí)間(A)、醋浸比例(B)和干燥時(shí)間(C)與醋豆感官評(píng)價(jià)的關(guān)系；R2=0.9825，說明該模型可以解釋響應(yīng)面中98.25%的可變性，可用于醋豆生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，而RAdj=0.9601，二者接近，說明方程預(yù)測(cè)值與真實(shí)值間的相關(guān)性很高[21]。由F值可知，3個(gè)因素對(duì)醋豆品質(zhì)的影響程度依次為：C>B>A，其中B，A2，B2，C2極顯著(p<0.01)，B，BC顯著(p<0.05)，交互項(xiàng)AB，AC不顯著(p>0.05)。

2.2.3 響應(yīng)面及等高線分析結(jié)果

響應(yīng)面可以很直觀地反映出各因素對(duì)醋豆品質(zhì)影響的整體趨勢(shì)，而等高線排列的密集程度則能表現(xiàn)2個(gè)因素變化對(duì)醋豆感官評(píng)價(jià)的影響程度，響應(yīng)面坡度越陡，等高線呈橢圓形，說明該因素對(duì)醋豆感官評(píng)分的影響越大；相反，坡度相對(duì)平緩，等高線呈圓形，說明該因素對(duì)醋豆感官評(píng)分的影響越小[22，23]。3個(gè)因素之間的交互作用對(duì)醋豆品質(zhì)的影響見圖6。其中，圖6(c)的響應(yīng)面坡度最陡峭，等高線最為密集且呈橢圓形，說明醋浸比例與干燥時(shí)間的交互作用對(duì)醋豆品質(zhì)的影響最為顯著，醋豆感官評(píng)價(jià)隨著醋浸比例和干燥時(shí)間的增加而升高，醋浸比例為2∶1時(shí)感官評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)最高，固定其中一個(gè)因素，感官評(píng)價(jià)和另一個(gè)因素呈非線性增長(zhǎng)的趨勢(shì)，二者交互作用顯著，這與鄭立紅[24]的研究結(jié)果類似。響應(yīng)面圖最平緩的是圖6(b)，等高線呈圓形，說明當(dāng)醋浸比例一定時(shí)，干燥時(shí)間和發(fā)酵時(shí)間的交互作用對(duì)醋豆感官評(píng)價(jià)影響較小，與圖6(a)中醋浸比例和發(fā)酵時(shí)間的交互作用類似。這與表4的回歸分析結(jié)果吻合。

圖6 各因素交互作用對(duì)醋豆品質(zhì)的響應(yīng)面圖Fig.6 Response surface figures of quality of vinegar black beans affected by two-factor interaction

2.2.4 最佳工藝及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

對(duì)回歸方程偏導(dǎo)求解，可得出醋豆生產(chǎn)的最佳工藝條件：發(fā)酵時(shí)間24.50 h，醋浸比例2.15∶1，干燥時(shí)間35.39 min。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況可修正為：發(fā)酵時(shí)間24 h，醋浸比例2.1∶1，干燥時(shí)間35 min。在此工藝條件下進(jìn)行3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得到醋豆的感官評(píng)分為93.60分，與預(yù)測(cè)值92.80分基本一致，相對(duì)誤差僅為0.86%。綜上，說明實(shí)驗(yàn)所得模型與實(shí)際情況擬合程度良好，能夠較好地反映出發(fā)酵時(shí)間、醋浸比例和干燥時(shí)間與醋豆感官評(píng)分之間的關(guān)系，可采用該模型對(duì)醋豆的品質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)以黑豆為原料，通過單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面法對(duì)醋豆的生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化。通過單因素實(shí)驗(yàn)選出了發(fā)酵時(shí)間、醋浸比例和干燥時(shí)間這3個(gè)重要因素，在此基礎(chǔ)上以醋豆感官評(píng)價(jià)為響應(yīng)值進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，所得響應(yīng)面模型效果極顯著(p<0.0001)，最終得出優(yōu)化條件為：發(fā)酵時(shí)間24 h，醋浸比例2.1∶1，干燥時(shí)間35 min。加工過程中具體工藝及配方為：醋豆清洗，放在室溫瀝干。經(jīng)微波膨化3 min后，置于濃度為20%的糖水中進(jìn)行糖漬，并加入0.5%乳酸菌在恒溫37 ℃下發(fā)酵24 h，發(fā)酵后的醋豆經(jīng)蒸汽滅酶10 min，調(diào)汁時(shí)加入0.05%檸檬香精、0.5%蜂蜜和5%低聚果糖，并以2.1∶1的醋浸比例浸泡48 h，浸泡后醋豆放入蒸烤箱中干燥35 min，最后將干燥好的醋豆用真空包裝機(jī)密封。通過驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，此工藝下的醋豆產(chǎn)品豆香味醇和，醋酸味適當(dāng)，經(jīng)微波膨化后略帶酥脆感，有別于市場(chǎng)上的普通醋豆，此時(shí)感官評(píng)分高達(dá)93.60分，可見本研究所構(gòu)模型可顯著提高醋豆的食用品質(zhì)，在豐富醋豆市場(chǎng)產(chǎn)品種類的同時(shí)也對(duì)同類產(chǎn)品的生產(chǎn)加工具有一定的指導(dǎo)意義。