响应面法优化富含L- 乳酸小米发酵饮料的工艺研究

张丽萍，刘成果，张东杰，修福建，于长青，刘妍妍，王宪青，孔 杰，卞 春，张志一

（1. 黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江大庆 163319；2. 黑龙江省成果食品有限责任公司，黑龙江密山 158305；3. 东北石油大学，黑龙江大庆 163319；4. 哈尔滨学院，黑龙江哈尔滨 150086；5. 蒙牛乳业（集团） 股份有限公司，内蒙古 呼和浩特 011500）)

0 引言

谷物发酵饮料是一种新型的发酵饮品，既能保持谷物原有的营养，又可以通过发酵产生更多利于人体健康的活性物质[1-2]。小米是我国重要的谷物之一，具有悠久的种植及食用历史，小米富含膳食纤维、黄色素、多酚、油脂、功能肽等活性成分[3-5]，具有降血糖、降血脂、抗氧化、抗疲劳、抗癌、增强免疫力等生物功能[6-13]。试验在前期菌种研究的基础上，以小米为原料，采用复合发酵剂对小米浆进行发酵，以L- 乳酸含量和感官评定为指标，研制富含L- 乳酸的小米发酵饮料。

1 材料与方法

1.1 材料

小米，北大荒粮食集团提供；淀粉酶Sigma；嗜酸乳杆菌，黑龙江八一农垦大学食品学院提供。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

小米→磨浆→糖化、液化→灭菌→接种→发酵→灭菌→发酵饮料成品。

1.2.2 单因素试验方法

（1） 发酵时间对小米发酵饮料品质的影响。取一定预处理后的小米浆，复合发酵剂接种量4%，大豆分离蛋白4%，发酵温度42 ℃，分别发酵1～9 h，采用液相分析小米发酵饮料中L - 乳酸的产量，以L- 乳酸产量及感官评分为指标，研究不同发酵时间对富含L - 乳酸小米发酵饮料品质的影响，最终确定富含L- 乳酸小米发酵饮料的最佳发酵时间。

（2） 发酵剂接种量对小米发酵饮料品质的影响。选取一定预处理后的小米浆，大豆分离蛋白4%，发酵温度42 ℃，发酵时间6 h，复合发酵剂接种量分别为1%，2%，3%，4%，5%，6%，7%，采用液相分析小米发酵饮料中L- 乳酸的产量，以L- 乳酸产量及感官评分为指标，研究不同发酵剂接种量对富含L - 乳酸小米发酵饮料品质的影响，最终确定富含L- 乳酸小米发酵饮料的最佳发酵剂接种量。

（3） 发酵温度对小米发酵饮料品质的影响。选取一定预处理后的小米浆，复合发酵剂接种量4%，大豆分离蛋白4%，发酵时间6 h，分别在35～41 ℃7 个温度下恒温培养，采用液相分析小米发酵饮料中L- 乳酸的产量，以L- 乳酸和感官评分为指标，研究不同温度对小米发酵饮料品质的影响，最终确定富含L- 乳酸小米发酵饮料的最佳发酵温度。

（4） 大豆分离蛋白添加量对小米发酵饮料品质的影响。选取一定预处理后的小米浆，复合发酵剂接种量4%，发酵温度42 ℃，发酵时间6 h，大豆分离蛋白分别为1%，2%，3%，4%，5%，6%，7%，采用液相分析小米发酵饮料中L - 乳酸的产量，以L- 乳酸产量及感官评分为指标，研究不同大豆分离蛋白添加量对富含L - 乳酸小米发酵饮料品质的影响，最终确定富含L - 乳酸小米发酵饮料的最佳大豆分离蛋白添加量[14-16]。

1.2.3 响应面试验方法

在单因素试验的基础上，以L - 乳酸含量和感官评分为指标，进行旋转组合试验，确定富含L-乳酸小米发酵饮料的发酵工艺参数。

1.2.4 分析方法

（1） L- 乳酸的测定。采用高效液相色谱法测定L - 乳酸的含量，色谱条件：C18色谱柱，紫外检测器，波长210 nm，进样量20 μL，流动相0.01 mol/L磷酸水溶液（pH 值2.5），流速1.0 mL/L[17]。

（2） 感官评定方法。采用均衡非完全分块设计，根据外观（20%）、组织状态（30%）、风味（50%）等3 个方面进行打分，打分范围为0～100 分。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 发酵时间对小米发酵饮料品质的影响

发酵时间对小米发酵饮料品质的影响见图1。

图1 发酵时间对小米发酵饮料品质的影响

由图1 可知，随着发酵时间的不断增加，小米发酵饮料中的L - 乳酸含量呈不断上升趋势，初期上升较快，当发酵时间超过7 h 后，L- 乳酸含量上升减缓；同时感官评分可以看出，发酵饮料在7 h 的评分较高，发酵初期酸度不足、后期发酵过酸影响口感，并综合生产成本等因素，选择发酵时间为6～8 h进行响应面试验。

2.1.2 发酵剂接种量对小米发酵饮料品质的影响

发酵剂接种量对小米发酵饮料品质的影响见图2。

图2 发酵剂接种量对小米发酵饮料品质的影响

由图2 可知，随着发酵剂添加量的不断增加，小米发酵饮料中的L- 乳酸含量呈不断上升的趋势，初期上升较快，当发酵剂添加量超过4%后，L - 乳酸含量上升减缓；同时感官评分可以看出，发酵剂添加量在4%的评分较高，发酵剂添加量不足时酸度不足，添加量过多时发酵饮料过酸影响口感，并综合生产成本等因素，选择发酵剂添加量为3%～5%进行响应面试验。

2.1.3 发酵温度对小米发酵饮料品质的影响

发酵温度对小米发酵饮料品质的影响见图3。

由图3 可知，随着发酵温度的不断增加，小米发酵饮料中的L - 乳酸含量呈不断上升的趋势，初期上升较快，当发酵温度超过42 ℃后，L- 乳酸含量上升减缓；同时感官评分可以看出，发酵饮料在

图3 发酵温度对小米发酵饮料品质的影响

42 ℃的评分较高，发酵温度较低时酸度不足，当温度过高时发酵迅速，小米饮料过酸影响口感，并综合生产成本等因素，选择发酵温度为37～39 ℃进行响应面试验。

2.1.4 大豆分离蛋白添加量对小米发酵饮料品质的影响

大豆分离蛋白添加量对小米发酵饮料品质的影响见图4。

图4 大豆分离蛋白添加量对小米发酵饮料品质的影响

由图4 可知，随着大豆分离蛋白添加量的不断增加，小米发酵饮料中的L - 乳酸含量呈不断上升的趋势，初期上升较快，当大豆分离蛋白添加量超过4%后，L- 乳酸含量上升减缓；同时感官评分可以看出，大豆分离蛋白添加量在4%的评分较高，大豆分离蛋白添加量不足时酸度不足，添加量过多时发酵饮料过酸，影响口感，并综合生产成本等因素，选择大豆分离蛋白添加量3%～5%进行响应面试验。

2.2 响应面试验结果

2.2.1 L- 乳酸含量为指标最优工艺参数的确定

以L - 乳酸产量为指标，进行响应面分析，模型p≤0.01，失拟项p≥0.05，说明模型构建良好，一次项、二次项及交互项p≤0.05，说明存在交互作用，利用SAS 软件分析后得到，以L - 乳酸为指标的四元二次回归方程为：

采用SAS 软件对回归方程进行分析，最终确定的最佳参数为发酵温度36.9 ℃，发酵剂接种量3.24%，氮源添加量2.84%，发酵时间7.8 h，L- 乳酸含量极大值为10.76 mg/mL。

2.2.2 以感官评分为指标最优工艺参数的确定

以L - 乳酸产量为指标，进行响应面分析，模型p≤0.01，失拟项p≥0.05，说明模型构建良好，一次项、二次项及交互项p≤0.05，说明存在交互作用，利用SAS 软件分析后得到，以感官评分为指标的四元二次回归方程为：

采用SAS 软件对回归方程进行分析，最终确定的最佳参数为发酵温度36.53 ℃，发酵剂接种量3.46%，氮源添加量2.88%，发酵时间7.62 h，感官评分极大值为89.48 分。

2.2.3 2 个指标综合的最优工艺参数的确定

令2 个指标权重系数均为0.5，采用SAS 软件构建一个新的函数，令Y=0.5Y1+0.5Y2（取权重系数各为0.5）。

采用SAS 软件对回归方程进行分析，最终确定最佳参数为发酵温度36.6 ℃，发酵剂接种量3.15%，氮源添加量2.86%，发酵时间7.76 h。由此得到Y1的最大值为10.53 mg/mL，Y2的最大值为88.3。

3 结论

以L - 乳酸含量和感官评分为指标，研究了多种因素对富含L - 乳酸小米发酵饮料品质的影响，通过单因素试验和响应面试验，确定了最佳的工艺参数，为富含L - 乳酸小米发酵饮料的产业化生产奠定了实践基础。