响应面法优化大米肽饮料工艺及其贮藏稳定性分析

苗文娟，刘兰馨，任晶晶，孙艳辉

响应面法优化大米肽饮料工艺及其贮藏稳定性分析

苗文娟，刘兰馨，任晶晶，孙艳辉

以大米肽为主要原料，研究大米肽饮料配方。以感官品质评分作为指标，通过单因素试验和响应面试验分析研究大米肽饮料的最佳配方为大米肽粉添加量0.22%、白砂糖9%、柠檬酸与柠檬酸钠复配(1:1)总添加量为0.05%、炒米香精0.09%。同时利用加速货架期实验分别在4℃、27℃、37℃温度下每隔一段时间对样品的感官品质、理化指标、微生物指标进行检测，计算出商业20℃时大米肽饮料货架期为179d ～ 205d。

大米肽；饮料；配方；货架期预测

我国稻米资源丰富，稻米除了作为人们主要的粮食作物外，尚有很大比例用作工业发酵和淀粉糖生产原料，而在淀粉糖、味精和有机酸等生产过程中所产生的副产物米渣，其蛋白质含量可高达40%～65%[1-2]，但因其水溶性差，一般都是作为动物饲料使用，严重影响了大米资源的综合利用。

活性肽是指具备生物活性的多肽，是源于蛋白质的多功能化合物[3]。因其可参与免疫调节、神经激素递质调节、细胞分化等生理代谢活动[4]而被广泛研究，人们已经从各种食品原料中鉴定提取出近1500种具有不同功能的活性肽[5](如抗氧化、降血脂、改善免疫调节、降血压、促进营养素吸收等)，使其成为当前国际食品界极具发展前景和最热门的研究课题的功能因子。

目前，以大米及其副产物为原料开发的饮料主要有米乳饮料、大米酸乳饮料、糙米茶[6]等，大米深加工多集中于大米蛋白方向，大米蛋白酶解制备大米肽并将其开发成具有某些功能特性的大米肽饮料类产品目前尚无此方面报道。基于大米肽具有低致敏性、易消化和易吸收性等特点[7]，同时具有多肽的特殊风味，本文拟以大米肽为主要原料，通过单因素及响应面实验优化大米肽饮料配方，开发新型大米肽深加工产品，用以提高资源利用率、丰富食品市场。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

大米肽粉(安徽顺鑫盛源生物食品有限公司)；白砂糖(市售)；柠檬酸(连云港友进食品添加剂技术开发有限公司)；柠檬酸钠(河南千志商贸有限公司)；炒米香精(汕头市明德食品添加剂有限公司)；平板计数琼脂PCA(南通凯恒生物科技发展有限公司)。

JA5003J型电子天平(上海越平科学仪器有限公司)、PHS-3C型酸度计(上海雷磁仪器厂)、GL-10MD台式高速离心机(湖南湘仪实验室仪器开发有限公司)、RHB20手持式糖度计(德州润昕实验仪器有限公司)、BXM-30R立式高压蒸汽灭菌锅(上海博迅实业有限公司、3nh色差计(深圳市三恩时科技有限公司)、LHS-250恒温培养箱(上海培因实验仪器有限公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 大米肽饮料生产工艺流程

1.2.2 大米肽饮料的风味调配单因素试验

(1)大米肽粉

分别取大米肽粉0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，加入白砂糖4%，柠檬酸与柠檬酸钠(1:1)0.06%，香炒米香精0.04%，调配均匀后进行感官评分。

(2)白砂糖

分别取白砂糖6%、7%、8%、9%、10%，加入大米肽粉0.2%，柠檬酸与柠檬酸钠(1:1)0.06%，炒米香精0.04%，调配均匀后进行感官评分。

(3)炒米香精

分别取炒米香精0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%，加入大米肽粉0.2%，白砂糖4%，柠檬酸与柠檬酸钠(1:1)0.06%，调配均匀后进行感官评分。

(4)柠檬酸与柠檬酸钠(酸味调节剂)

经前期预实验，柠檬酸与柠檬酸钠1:1复配使用时酸味更加柔和适口，故在大米肽饮料配方中选择柠檬酸与柠檬酸钠1:1复配使用作为大米肽饮料的酸味调节剂。柠檬酸与柠檬酸钠复合物(1:1)分别取0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%，大米肽粉0.2%，白砂糖8%，炒米香精0.04%，调配均匀后进行感官评分。

1.2.3 大米肽饮料的风味调配响应面分析

结合单因素试验结果确定自变量，以感官品质评分结果为响应值，运用Design-Expert 8.0.6软件，通过响应曲面设计分析优化饮料配方。饮料的口感采用感官评分法，详见表1。

1.2.4 测定指标与方法

(1)大米肽饮料风味评定感官评分

大米肽饮料的风味调配采用百分制感官评分的方法，具体的感官品质评分标准参照牟建楼等[8]并稍作修改，如表1所示。由随机抽取的10名评定人员组成评价小组，分别从色泽、香味、口感滋味、组织状态四个方面对样品的感官品质进行评分。

(2)大米肽饮料稳定性测定

取100mL大米肽饮料于离心管中，以3000rpm/min离心10min，倒出离心后的上清液，称量剩余沉淀的质量，计算大米肽饮料稳定性，平行测试3次，取平均值为最终稳定性结果[9-10]。

稳定性/%=(1-沉淀质量/大米肽饮料质量)/%

(1)

(3)大米肽饮料甜度和pH测定

大米肽饮料甜度使用手持式糖度计平行测试3次，取平均值为最终结果。

ph测定使用数字酸度计平行测试大米肽饮料3次，取平均值为最终结果。

表1 大米肽饮料感官品质评价标准

(4)色差测定

取30mL大米肽饮料于离心管中，在4500r/min条件下离心30min，使用校正后的色差计测定样品上清液的L*、a*、b*值。其中，L*值表示亮度；a*值为正表示红色，为负表示绿色；b*值为正表示黄色，为负表示蓝色。根据L*、a*、b*值得△E值，△E值越大表示样品颜色变化越大[11]。

计算公式为：

(2)

(5)大米肽饮料储藏期的预测

根据食品储藏期加速测试试验食品温度选择建议表[12]，将试验贮藏条件设定为27℃和37℃。储藏条件37℃的大米肽饮料每隔3d检测1次，将灌装大米肽饮料归为罐头类食品(其Q10值为1.5～4)[13]，则Q10暂设定为2，根据ASLT公式：f2=f1Q10ΔT/10(f1为较高试验温度T1时每次测样的时间间隔，f2为较低试验温度T2时每次测样之间的时间间隔，ΔT为T1与T2的温度差)，得f1(27℃)约为6，因此，储藏条件为27℃的大米肽饮料每隔6天检测一次。

将调配好的大米肽饮料经过115℃、15min杀菌后，密封好冷却至室温后分别置于4℃(对照温度)、27℃、37℃温度(无光照)下贮藏。每次取3瓶样品，待冷却至室温(25±1℃)时重复测定3次，取平均值。

2 结果与分析

2.1 大米肽饮料的风味调配单因素试验结果

2.1.1 大米肽粉

由图1可知当白砂糖添加量为4%、柠檬酸与柠檬酸钠添加量为0.06%、炒米香精添加量为0.04%时，大米肽粉添加量在0.1%～0.2%的感官评分随着大米肽粉添加量的增加而增加，而添加量为0.2%～0.5%的大米肽粉的感官评分逐渐降低，主要原因是随着肽粉添加量的增加，肽粉溶解稳定性和肽饮料的风味随之下降。大米肽粉添加量为0.2%时，饮料呈淡黄色、澄清透明、稳定性好，感官评分最高。因此，选择大米肽粉最宜添加量为0.2%，并选取大米肽粉添加量为0.1%、0.2%、0.3%做响应面分析。

图1 大米肽粉添加量对感官评价的影响

2.1.2 白砂糖

如图2所示，当大米肽粉0.2%、柠檬酸与柠檬酸钠0.06%、炒米香精0.04%时，感官评分随着白砂糖添加量的增加先增加后下降；当白砂糖添加量为8%时，感官评分最高。因此，选择白砂糖最宜添加量为8%，选取白砂糖添加量为6%、8%、10%做响应面分析。

图2 白砂糖添加量对感官评价的影响

2.1.3 炒米香精

大米肽粉为淡黄色粉末，溶于水后呈淡黄色澄清透明液体，但有一股多肽特有的味道，一般消费者不容易接受，炒米香精香味浓郁，深受消费者喜爱，故选用炒米香精调配大米肽饮料。由图3可知当大米肽粉0.2%、白砂糖4%、柠檬酸与柠檬酸钠0.06%时，感官评分随着炒米香精添加量的增加先增加后下降；炒米香精添加量为0.09%时，感官评分最高。因此，选择炒米香精最宜添加量为0.09%，并选取炒米香精添加量为0.06%、0.08%、0.1%做响应面分析。

图3 炒米香精添加量对感官评价的影响

2.1.4 柠檬酸与柠檬酸钠(酸味调节剂)

当柠檬酸与柠檬酸钠添加量在0.02%～0.1%范围内时，感官评分结果如图4所示，当柠檬酸与柠檬酸钠添加量为0.04%时，感官评分最高。因此，选择柠檬酸与柠檬酸钠1:1复配的最宜添加量为0.04%，并选取柠檬酸与柠檬酸钠添加量为0.02%、0.04%、0.06%做响应面分析。

图4 柠檬酸与柠檬酸钠添加量对感官评价的影响

2.2 大米肽饮料的风味调配响应面分析

2.2.1 响应面分析因素与水平

根据单因素试验结果，综合单因素试验结果，根据Design-Expert 8.0.6软件设计原理，选取大米肽粉：0.1%、0.2%、0.3%；白砂糖：6%、8%、10%；柠檬酸与柠檬酸钠：0.02%、0.04%、0.06%；炒米香精：0.06%、0.08%、0.10%进行4因素3水平响应面设计。

2.2.2 响应面分析及方差分析

选用中心复合模型，以感官评分为响应值，运用Design-Expert 8.0.6软件处理试验数据并进行回归分析，研究和优化大米肽饮料的配方。试验分析方案及结果见表2。

表2 实验设计因素与水平取值

表3 大米肽饮料调配响应面分析及结果

根据表2，采用Design-Expert 8.0.6软件对表3中的试验结果进行多元回归拟合分析，对各因素回归拟合后，得出感官评分对大米肽粉(A)、白砂糖(B)、柠檬酸与柠檬酸钠(C)、炒米香精(D)的回归模型，回归方程为：

Y=81.17+2.00*A+2.42*B+4.17*C+4.08*D-1.88*A*B-0.63*A*C+1.62*A*D+2.12*B*C+1.87*B*D-0.37*C*D-4.15*A2-3.52*B2-4.65*C2-4.27*D2。

表4 响应面ANOVA分析结果

注：**Pr>F值小于0.01为高度显著；*Pr>F值小于0.05为显著；(*)Pr>F值大于0.05且小于0.1为较显著；R2=0.9497，RAdj=0.9028。

从表4可以看出，C、D、A2、B2、C2、D2对感官评分的影响非常显著，B、AB、AD、BC、BD对感官评分的影响显著，A对感官评分的影响较显著，表明实验因子对响应值不是简单的线性关系。其中，失拟项=0.3766>0.05即失拟项差异不显著，表明该回归模型能够较显著拟合大米肽粉、白砂糖、柠檬酸与柠檬酸钠、炒米香精对感官评价的影响，该模型能够代替试验真实点对试验结果进行分析。

2.2.3 最优工艺条件的预测及验证

运用Design-Expert 8.0.6软件对试验数据进行优化预测，即对回归方程取一阶偏导数等于0，得到感官评分最高的最佳工艺参数：大米肽粉0.22%、白砂糖9%、酸味调节剂0.05%、炒米香精0.09%，在此条件下预测感官得分为84.5416分。在此条件下对模型的预测参数进行3次平行验证试验，得到感官评分为86.17分，与模型预测值接近，表明采用响应面分析法优化得到的大米肽风味调配的配方是可靠的。

2.3 大米肽饮料储藏期间关键指标变化

2.3.1 色差测定

大米肽饮料储藏期间色差的变化如下图5所示：

图5 大米肽饮料储藏期间色差值的变化

由图5可以看出，大米肽饮料在4℃、27℃、37℃温度条件下，随着储藏时间的延长，其L*、a*整体呈现下降趋势，即饮料亮度变暗、偏向绿色，而b*、ΔE值整体呈上升趋势，即饮料色泽偏向黄色且肉眼可见；同时，37℃条件下大米肽饮料的色差变化比27℃条件下变化明显，4℃条件下色差变化相对不明显，说明随着储藏时间的延长，温度升高对大米肽饮料颜色变化有一定的影响，会导致饮料肉眼可以察觉的颜色变暗、色泽偏向绿色和黄色。

2.3.2 pH及甜度测定

大米肽饮料在4℃、27℃、37℃温度条件下，随着储藏时间的延长，其pH和糖度基本保持较稳定的水平(图略)。

2.3.3 菌落总数的变化

大米肽饮料在4℃、27℃、37℃储藏温度条件下，截止加速预测保藏期终点，未检出有细菌等微生物，说明在115℃条件下杀菌15min可以达到商业无菌的要求。

2.4 大米肽饮料货架期的预测

2.4.1 感官品质的变化

由图6的感官评价可以看出，大米肽饮料在4℃、27℃、37℃储藏温度条件下，随着储藏时间的延长，出现颜色变暗、口感不协调等现象，很大程度影响了产品的感官品质评分。

图6 大米肽饮料储藏期间感官评分的变化

2.4.2 预测结果

本试验将预测大米肽饮料在一般商业储藏温度20℃时的货架期。将感官评分70分作为标准，此时产品在实际储藏期内保持良好的品质，低于70分者认为其到达货架期终点。由图6可见，大米肽饮料感官评分在37℃条件下达到70分时为第39天，而第72天时大米肽饮料在27℃条件下仍有70分以上，因此有：

故由公式Q10ΔT/10=Qs(T1)/Qs(T2)计算可得商业储藏温度20℃是货架期为：

当Q10=1.85时，Qs(T1)= Qs(T2)×Q10ΔT/10=72×1.851.7=205d；

当Q10=1.71时，Qs(T1)= Qs(T2)×Q10ΔT/10=72×1.711.7=179d；

所以，大米肽饮料在商业储藏温度20℃是货架期为179～205天。

2.5 大米肽饮料的产品分析

2.5.1 感官

色泽：淡黄色，澄清透明；

香气：宜人的炒米香味、无异味；

口感滋味：酸甜可口；

组织状态：均匀细腻，无分层，有少量沉淀。

2.5.2 理化指标

总糖：9°BX

酸度：pH=3.90

稳定性：99.3%

2.5.3 微生物指标

细菌总数(cfu/mL)≤100cfu/mL；

大肠菌群数(MPN/100mL)：≤3；

致病菌：不得检出；

产品保质期：179d ～ 205d。

3 结论

大米肽饮料的最佳配方为大米肽粉0.22%、白砂糖9%、柠檬酸与柠檬酸钠(1:1)0.05%、炒米香精0.09%。经过115℃、15min条件杀菌后，通过加速货架期预测实验推测出大米肽饮料在20℃条件下的货架期为179～205d。

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OptimizationofRicePeptideBeverageTechnologybyResponseSurfaceMethodologyandStudyonitsStorageStability

Miao Wenjuan, Liu Lanxin, Ren Jingjing, Sun Yanhui

The optimal formula of rice peptide beverage was studied through single factor experiment and response surface methodology by sensory quality score as the indicator. The optimum formula of rice peptide beverage was as follows: the rice peptide powder 0.22%, sugar 9%, citric acid and sodium citrate (1:1) total amount of 0.05%, fried flavor 0.09%. At the same time, accelerated shelf life testing was used at a temperature of 4℃, 27℃ and 37℃ respectively for a period of time to detect the sensory quality, physical and chemical indicators and microbiological indexes of the rice peptide beverage. The shelf life of rice peptide beverage was calculated at about 179d ～ 205d at commercial 20℃.

Rice peptide; beverage; formula; shelf life prediction

TS275

A

1673-1794(2017)05-0028-06

苗文娟，刘兰馨，任晶晶，滁州学院生物与食品工程学院；通信作者：孙艳辉，滁州学院生物与食品工程学院。

滁州学院食品酶法加工科技创新团队；滁州学院实验室开放课题(SWSP201618KF)

2017-07-28

责任编辑：李应青