劉 賀，林 芊，蔣佳玥，蔡文琪，雒明朔，王子義，朱力杰，朱丹實(shí)，楊立娜

（渤海大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧省食品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 錦州 121013）

0 引言

大豆是世界上最重要的食用植物油和蛋白質(zhì)來(lái)源.2019年中國(guó)大豆產(chǎn)量增至1810萬(wàn)噸.大豆殼是大豆的種皮（約8%），是大豆油生產(chǎn)初期裂解過(guò)程中釋放的主要副產(chǎn)物之一.但是，大量的大豆皮沒(méi)有得到充分利用［1］.課題組以前的研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)草酸銨微波輔助從大豆種皮中提取的多糖主要由阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖和半乳糖醛酸組成［2-3］.并且有研究表明大豆種皮多糖具有一定的增稠性、穩(wěn)定性、乳化性［4］，可增加飲料的穩(wěn)定性.多糖是一種包含多分散聚合物的天然產(chǎn)物，根據(jù)許多研究表明，它具有降血糖、降血脂、緩解糖尿病癥狀［5-6］、減肥［7］、抗氧化［8］、改善腸道微生物［9］、抑制結(jié)腸炎和結(jié)腸癌［10］等功能活性，可使飲料具有一定功能特性.

近年來(lái)，開(kāi)發(fā)乳酸菌發(fā)酵飲料形成一個(gè)新的趨勢(shì).乳酸菌在各類(lèi)食品中已有廣泛應(yīng)用［11］.其生理功能對(duì)維持腸道菌群的生態(tài)平衡，改善乳酸不耐癥，抑制病原菌與抗感染，促進(jìn)胃腸道蠕動(dòng)，消除致癌因子、提高機(jī)體免疫力等良好效果得到了廣泛認(rèn)同［12］.此外，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)近年來(lái)全國(guó)水稻總產(chǎn)量基本維持在2.1億噸，在我國(guó)的谷類(lèi)中處十分重要的地位［13］.粳米是大米中的一類(lèi)，主要成分為淀粉和蛋白質(zhì).粳米作為口糧消費(fèi)附加值低，增值有限，深加工技術(shù)落后于很多發(fā)達(dá)國(guó)家.現(xiàn)代食品工業(yè)迅猛發(fā)展，人們對(duì)于食品營(yíng)養(yǎng)需求也日漸增加.在此基礎(chǔ)上研制一款高營(yíng)養(yǎng)、功能性粳米乳酸菌發(fā)酵飲料，開(kāi)拓糧食商業(yè)市場(chǎng)，提升粳米的附加值，提高粳米加工的綜合利用價(jià)值和糧食生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益顯得尤為重要.因此，本研究以粳米為主要原料，用傳統(tǒng)工藝保留其大量營(yíng)養(yǎng)成分，添加大豆種皮多糖豐富飲料的營(yíng)養(yǎng)成分，開(kāi)發(fā)一種可以為普通消費(fèi)者所接受，老少皆宜的乳酸菌發(fā)酵飲料.

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

粳米：錦珠盤(pán)錦粳米；大豆種皮：山東禹王有限公司；乳酸菌：北京川秀科技有限公司；羧甲基纖維素鈉（CMC）、褐藻糖膠、木糖醇：浙江多味化工食品有限公司.

1.1.2 儀器與設(shè)備

PJ23C-SC1型微波爐：美的公司；DJ13R-P3型破壁豆?jié){機(jī)：九陽(yáng)股份有限公司；FM300型均質(zhì)機(jī)：上海弗魯克流體機(jī)械制造有限公司；TDL-5-A型低速臺(tái)式大容量離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠；SL-250A型高速多功能粉碎機(jī)：浙江省永康市松青五金廠；DHG-9055A型電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海一恒科學(xué)儀器有限公司；XMTD-4000型電熱恒溫水浴鍋：北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司.

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

原料→粉碎→混合→糊化→調(diào)配、均質(zhì)→滅菌→冷卻→接種→發(fā)酵→罐裝→殺菌→成品

1.2.2 大豆種皮多糖的制備

根據(jù)先前的研究［2］，稍有改動(dòng).將大豆種皮粉碎，按料液比1∶10加入1%的乙醇溶液，室溫?cái)嚢?0 min，雙層紗布過(guò)濾，將殘?jiān)糜诠娘L(fēng)干燥箱中65℃烘干.準(zhǔn)確稱(chēng)取烘干后的大豆皮殘?jiān)?，燒水，用燒好的水按料液?∶20加入0.6%（w/v）的草酸銨，在微波85℃條件下作用35 min，雙層紗布過(guò)濾，將上清液在4000 r/min的條件下離心10 min，濃縮至原體積的1/3，調(diào)節(jié)pH至4.0，緩慢的加入雙倍濃縮液質(zhì)量的無(wú)水乙醇并不斷攪拌，于4℃下放置12 h后，于65℃恒溫干燥箱中烘干.磨粉，存放備用.

1.2.3 操作要點(diǎn)

1.2.3.1 原料預(yù)處理：選取無(wú)異味、無(wú)異色的粳米用去離子水將其清洗干凈，去掉雜質(zhì)，放入電熱鼓風(fēng)干燥箱烘干.

1.2.3.2 粉碎：將烘干后的粳米用高速多功能粉碎機(jī)將粉碎至40目.

1.2.3.3 糊化：料液比例1∶15，放進(jìn)豆?jié){機(jī)100℃糊化20 min.

1.2.3.4 調(diào)配、均質(zhì)：將適量的大豆種皮多糖和復(fù)配穩(wěn)定劑用水溶解加入，每次加入物料要攪拌均勻.均質(zhì)溫度為室溫，采用50 MPa一次均質(zhì).

1.2.3.5 殺菌：巴氏殺菌80℃10 min.

1.2.3.6 接種：冷卻至37℃接種乳酸菌.

1.2.3.7 發(fā)酵：37℃恒溫發(fā)酵12 h，后放4℃后熟12 h.

1.2.4 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

邀請(qǐng)9個(gè)具有一定相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的品評(píng)員，分成3組，組成評(píng)審組對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行感官評(píng)分，滿(mǎn)分一百.小組人員身體健康，味覺(jué)靈敏，無(wú)不良嗜好.感官評(píng)價(jià)主要以色澤、氣味、組織狀態(tài)及口感為標(biāo)準(zhǔn)，其評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1.

表1 粳米發(fā)酵飲料感官評(píng)定表

1.2.5 PB試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以感官評(píng)定為測(cè)定指標(biāo)，對(duì)乳酸菌接種量（a）、大豆種皮多糖添加量（b）、復(fù)合穩(wěn)定劑配比（c）、料液比（d）、發(fā)酵時(shí)間（e）進(jìn)行考察，篩選出粳米發(fā)酵飲料的主要影響因素.PB實(shí)驗(yàn)因素及水平見(jiàn)表2.

表2 Plackett-Burman實(shí)驗(yàn)因素水平表

1.2.6 響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化粳米乳酸菌發(fā)酵復(fù)合飲料工藝

在在單因素的基礎(chǔ)上，采用BB試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置接種量（A）、大豆種皮多糖添加量（B）和穩(wěn)定劑復(fù)配比例（C）3因素為自變量，以單因素結(jié)果為中心點(diǎn)，設(shè)3個(gè)水平，以粳米發(fā)酵飲料感官評(píng)分（Y）為響應(yīng)值，進(jìn)行發(fā)酵工藝優(yōu)化，響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表3.

表3 響應(yīng)面分析因素及水平表

1.2.7 響應(yīng)面法的驗(yàn)證試驗(yàn)

用Design Expert.V8.0.6軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.對(duì)最優(yōu)添加量進(jìn)行三次平行試驗(yàn)，由9名品評(píng)員進(jìn)行感官評(píng)定，得出感官評(píng)分的實(shí)際值.與最初的預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較，若與預(yù)測(cè)值十分接近，說(shuō)明響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)成功.采用Design Expert.V8.0.6軟件中的多元線(xiàn)性回歸分析程序擬合二階多項(xiàng)式方程，并轉(zhuǎn)化相應(yīng)曲面，分析試驗(yàn)因素及水平對(duì)響應(yīng)值的影響.

1.2.8 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理采用Origin 8.5和SPSS 22.0進(jìn)行分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 PB試驗(yàn)結(jié)果

表4 Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表5 Plackett-Burman試驗(yàn)顯著性檢驗(yàn)

表4中a，b，c，d，e分別代表乳酸菌接種量、大豆種皮多糖添加量、復(fù)合穩(wěn)定劑配比、料液比、發(fā)酵時(shí)間.對(duì)每個(gè)因素分別選取高水平（1）和低水平（-1），以感官評(píng)定為響應(yīng)值.由表5的結(jié)果分析可以看出，a（接種量），b（大豆種皮多糖添加量），c（穩(wěn)定劑復(fù)配比例）對(duì)飲料的影響達(dá)到了極顯著水平（P＜0.05），因此選擇這三個(gè)因素進(jìn)行中心組合實(shí)驗(yàn).

2.2 BB試驗(yàn)結(jié)果

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)Design-Expert.V8.0.6軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行二次多項(xiàng)式擬合以及方差分析，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6，試驗(yàn)方差分析結(jié)果見(jiàn)表7.

表6 響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案和試驗(yàn)結(jié)果

表7 試驗(yàn)結(jié)果方差分析表

表6數(shù)據(jù)進(jìn)行二次回歸方程擬合，得到感官評(píng)分（Y）對(duì)接種量（A）、大豆種皮多糖添加量（B）和穩(wěn)定劑復(fù)配比例（C）的二次多項(xiàng)回歸方程：

由表7可知，回歸模型P＜0.001，模型極顯著.失擬項(xiàng)不顯著（P=0.0904＞0.05）.回歸模型的決定系數(shù)R2=0.9965，說(shuō)明該模型能夠很好地描述試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)果真實(shí)可靠.從表7中P值和回歸方程中各因素的一次項(xiàng)系數(shù)的絕對(duì)值大小可知，影響粳米乳酸菌發(fā)酵復(fù)合飲料感官評(píng)價(jià)因素主次順序?yàn)榻臃N量＞大豆種皮多糖添加量＞穩(wěn)定劑復(fù)配比例.一次項(xiàng)A及交互項(xiàng)AB和對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分的影響達(dá)到顯著水平（P＜0.05），交互項(xiàng)AC和二次項(xiàng)A2、B2及C2對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分的影響達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）.

2.3 接種量和大豆種皮多糖添加量交互作用響應(yīng)面分析

接種量和大豆種皮多糖添加量對(duì)飲料感官評(píng)分影響的響應(yīng)面及等高線(xiàn)圖見(jiàn)圖1.適量的接種有利于乳酸菌的產(chǎn)酸和繁殖［11］.依據(jù)等高線(xiàn)圖中等高線(xiàn)的形態(tài)，可以判斷出響應(yīng)的2個(gè)變量之間交互作用的強(qiáng)弱.由圖1可知，A，B之間有顯著交互作用，等高線(xiàn)為橢圓形說(shuō)明二者的交互作用對(duì)粳米乳酸菌發(fā)酵復(fù)合飲料感官評(píng)分的影響較大.在接種量相同條件下，粳米發(fā)酵飲料感官評(píng)分隨大豆種皮多糖添加量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì).在大豆種皮多糖添加量相同條件下，飲料感官評(píng)分隨接種量的增加也呈先增高后降低的趨勢(shì).大豆種皮多糖添加量過(guò)多會(huì)顏色暗黃，粘稠度增加，降低了客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的第一印象.此外，接種量的影響大于大豆種皮多糖添加量的影響.這是因?yàn)榻臃N量少酸度不足，接種量多乳酸菌產(chǎn)生的乳酸也會(huì)過(guò)高抑制乳酸菌生長(zhǎng)，嚴(yán)重影響飲料的口感風(fēng)味，增加生產(chǎn)成本.

2.4 接種量和穩(wěn)定劑復(fù)配比例交互作用響應(yīng)面分析

接種量和穩(wěn)定劑復(fù)配比例對(duì)飲料感官評(píng)分影響的響應(yīng)面及等高線(xiàn)圖見(jiàn)圖2.單一的穩(wěn)定劑所制備的飲料，會(huì)出現(xiàn)水析、上浮和下沉等現(xiàn)象［14］.有研究表明，羧甲基纖維素鈉是有效穩(wěn)定酸性飲料的親水膠體［15］.由圖2可知，A，C之間有極顯著交互作用，等高線(xiàn)為橢圓形說(shuō)明二者的交互作用對(duì)粳米發(fā)酵飲料感官評(píng)分的影響很大.在接種量相同條件下，粳米發(fā)酵飲料感官評(píng)分隨穩(wěn)定劑復(fù)配比例的變化呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)；在穩(wěn)定劑復(fù)配比例相同條件下，復(fù)合飲料感官評(píng)分隨接種量的增加也呈先增高后降低的趨勢(shì)，且接種量的影響大于穩(wěn)定劑復(fù)配比例的影響.

2.5 大豆種皮多糖添加量和穩(wěn)定劑復(fù)配比例交互作用響應(yīng)面分析

大豆種皮多糖添加量和穩(wěn)定劑復(fù)配比例對(duì)飲料感官評(píng)分影響的響應(yīng)面及等高線(xiàn)圖見(jiàn)圖3.大豆種皮多糖具有一定的增稠性、穩(wěn)定性、乳化性［16］，可替代阿拉伯膠，卡拉膠等添加劑應(yīng)用于食品研發(fā)［4］.有研究表明，大豆可溶性多糖酸化乳料中具有穩(wěn)定行為［17］.由圖3可知，B，C之間交互作用不顯著，說(shuō)明二者的交互作用對(duì)粳米乳酸菌發(fā)酵復(fù)合飲料感官評(píng)分的影響不大.在大豆種皮多糖添加量相同條件下，粳米發(fā)酵飲料感官評(píng)分隨穩(wěn)定劑復(fù)配比例的變化呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)；在穩(wěn)定劑復(fù)配比例相同條件下，復(fù)合飲料感官評(píng)分隨大豆種皮多糖添加量的增加也呈先增高后降低的趨勢(shì)，且大豆種皮多糖添加量的影響稍微大于穩(wěn)定劑復(fù)配比例的影響.有研究表明大豆子葉中提取的大豆可溶性多糖通常用于穩(wěn)定酸性飲料［18］，這或許對(duì)解決酸性飲料穩(wěn)定性提供一個(gè)新的原料.重復(fù)3次試驗(yàn)，經(jīng)BB分析感官評(píng)分，最終平均得分為90.66，實(shí)際感官評(píng)分90分，兩者非常接近，可見(jiàn)模型可以非常好地預(yù)測(cè)出粳米發(fā)酵飲料最佳配方參數(shù).因此，響應(yīng)面分析法優(yōu)化的粳米發(fā)酵飲料最佳配方參數(shù)是可靠的.

3 結(jié)語(yǔ)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用Plackett-Burman篩選實(shí)驗(yàn)和Box-Behnken中心組合試驗(yàn)對(duì)粳米乳酸菌發(fā)酵復(fù)合飲料的工藝進(jìn)行優(yōu)化.在分析各個(gè)因素的顯著性和交互作用后，得出粳米乳酸菌發(fā)酵復(fù)合飲料的最佳工藝條件為：乳酸菌接種量1%，大豆種皮多糖添加3%，復(fù)合穩(wěn)定劑（添加量0.5%）比例CMC∶褐藻糖膠=1∶1，發(fā)酵時(shí)間12 h，發(fā)酵溫度37℃，在此工藝條件下得到的粳米乳酸菌發(fā)酵復(fù)合飲料的感官評(píng)分為85分.