传统酸粥制备工艺的优化

张悦，张川，李中媛，宋亚囝，罗学刚

1. 省部共建食品营养与安全国家重点实验室，天津科技大学生物工程学院（天津 300457）；2. 工业发酵微生物教育部重点实验室暨天津市工业微生物重点实验室，天津科技大学（天津 300457）；3. 天津市微生物代谢与发酵过程控制技术工程中心（天津 300457）

酸粥是我国河套地区（内蒙古、山西、陕西部分地带）传统谷物自然发酵食品，蕴含着大量微生物，营养丰富[1-2]。张春林[3]利用PCR-DGGE技术对内蒙古地区传统发酵酸粥中的微生物进行多样性分析，研究发现酸粥中乳酸菌种类居多。Qin等[4]通过宏基因组学检测山西地区传统酸粥中的微生物，发现乳酸菌和醋酸菌为优势菌属，并且研究发现酸粥中乳酸、乙酸、游离氨基酸含量较高。

传统制作酸粥的最佳原料就是沿黄河一带生长的糜米。流传于民间的做法是将糜米淘洗干净后放入陶瓷罐中，加入酸浆引子发酵一夜，捞出糜米加水煮熟，煮至糜米开花便可食用。将煮米水晾凉补充回酸浆罐中，便可重复使用[5]。但目前，酸粥的制作一般只在家庭中完成，生产工艺各有不同，导致不同家庭的酸粥品质及营养成分不稳定[6]。并且，酸粥的食用安全性难以保证，难于大规模推广生产。

响应面法是先通过合理的试验设计并对试验数据进行分析处理，建立各影响因素与响应值之间的函数关系，得到一个回归方程，经分析后给出最优工艺参数[7-9]。目前，这种方法已被广泛应用于粮油食品、化学化工等方面的工艺配方设计及加工工艺条件的优化[10-13]。因此，试验采用响应面法探究酸粥稳定的制作工艺，优化传统发酵食品风味，为实现我国传统发酵食品工业化生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

酸浆（山西河曲县）、糜米（山西河曲县）、陶瓷罐（10.8 cm×10.8 cm）。

1.2 仪器与设备

普通生化培养箱（上海科诺希莫仪器有限公司）、电磁炉。

2 试验方法

2.1 工艺流程

糜米→淘洗→沥干→加水→预煮杀菌→冷却→装入陶瓷罐→添加酸浆发酵→加水蒸煮至糜米开花→酸粥成品

操作要点：准确称取30 g糜米作为原料米，淘洗后沥干水分，置于超净台中紫外灭菌，添加180 mL高压灭菌后的水，置于电磁炉上预煮杀菌（65 ℃、30 min），冷却后装入预先高压灭菌过的陶瓷罐内，添加150 mL酸浆作为发酵引子，密封置于32 ℃恒温培养箱中，发酵20 h后，取出置于铁容器中，加150 mL水，蒸煮至糜米开花，即得酸粥成品。

2.2 单因素试验

准确称取30 g糜米，按照质量体积比，根据单因素试验设计，以感官评分为指标，以酸度作为参考。分别考察加水量倍数、预煮杀菌条件、添加酸浆倍数、发酵温度、发酵时间及蒸煮时加水倍数对酸粥口感的影响。因素水平见表1。

表1 单因素试验因素水平表

2.3 响应面试验

根据单因素的试验结果，采用软件Design-Expert 8.0.6，选择添加酸浆倍数、发酵温度、发酵时间为因素进行优化，优化传统酸粥的制备工艺，因素水平见表2。

表2 响应面优化试验因素水平表

根据Box-Behnken设计，建立以添加酸浆倍数、发酵温度、发酵时间为自变量的回归方程，通过ANOVA分析，对传统酸粥的制备工艺进行优化。并对优化所得结果进行3次平行验证试验，证明所得工艺的可行性。

2.4 感官评定方法

为统一产品质量标准、探究传统酸粥最佳制备工艺，制定感官评分标准[14]，如表3所示。邀请10名本专业学生对蒸煮后酸粥进行综合评定：产品总得分=（风味+口感+色泽+质地）/4，最终得分为10名学生分数加和后的平均值。

表3 感官评分标准表

2.5 酸粥理化指标的测定

对优化后的酸粥进行酸度和总糖的测定。酸度根据GB/T 12456—2008进行酸度滴定，总糖采用苯酚硫酸法[15]测定。

3 结果与分析

3.1 单因素试验结果

3.1.1 原料米与加水量固液比探究

加水量的多少在很大程度上影响酸粥发酵后的口感。如图1（A）所示，随着加水量倍数的增加，酸度呈现下降的趋势，可能是水在其中起到了稀释的作用。感官评价呈现先增加后下降的趋势，加水量较少，酸味过重，感官评分较低；加水量过多，无明显酸味。当加水量为原料的6倍时，酸度适中，感官评价最高。

3.1.2 预煮杀菌条件的探究

为了不影响所购买的酸浆引子中微生物的独特性，在发酵之前将糜米预煮杀菌。如图1（B）所示，当改变预煮杀菌条件时，酸度均在82～87 g/kg之间，酸味无明显差别。但是，当蒸煮温度较高时，米粒的粒形被破坏。65 ℃/30 min作为巴氏低温杀菌常用条件，通常有较好的杀菌作用。且经过此条件处理过的样品，酸味怡人，且米汤稠度适中，感官评价最好。

3.1.3 添加酸浆倍数的探究

酸浆为自然发酵谷物的产物，其中蕴含着大量的微生物。如图1（C）所示，随着酸浆添加倍数（接种量）的增加，酸度和感官评价均呈现先增高后降低的趋势。当接种量较少时，酸味不足；当接种量为4倍时，酸度最高，酸味过重，明显遮盖了糜米的香味；当接种量为5倍时，酸度适中，感官评价最好。接种量过高，酸度有所下降，可能是谷物营养成分及罐体空间有限，不利于菌株生长代谢。

3.1.4 发酵温度的探究

发酵温度对微生物的生长代谢具有很大影响，在很大程度上影响着酸粥的口感。如图1（D）所示，随着温度的增高，酸度与感官评价均呈现出先增加后下降的趋势。温度较低时，菌株代谢能力较差，产酸能力较低，无明显酸味。当温度为35 ℃时，酸味明显，口感怡人。但是当温度升高至40 ℃时，酸度明显下降，可能是高温不适宜菌株的生长，且口感较粗糙。

3.1.5 发酵时间的探究

发酵时间影响着酸粥的口感，不宜过短或过长。如图1（E）所示，随着发酵时间的增加，前18 h内酸度变化明显，但18～36 h之间酸度无明显变化。可能是因为随着发酵时间的延长，无可利用底物，产酸停止。感官评价呈现先增加后降低的趋势，当酸度较低时，酸味略浅；当发酵时间过长时，有异味。当发酵时间为24 h时，酸味适中，感官评分最高。

3.1.6 蒸煮时加水量的探究

对发酵后的酸粥进行蒸煮，加水量影响食用口感。加水量过少，酸粥口感过酸；加水量过多，则反之。如图1（F）所示，随着蒸煮时加水量倍数的增加，感官评分先增加后减小。当蒸煮时加水量体积为糜米质量的5倍时，酸甜适中，感官评分最高。

图1 单因素水平优化图

3.2 Box-Behnken试验设计及结果

3.2.1 回归模型的建立

采用软件Design-Expert 8.0.6进行试验设计和数据处理，试验设计及结果见表4。经多元回归拟合，得到以感官评分（Y）为响应值的回归方程：

表4 响应面试验设计及结果

由表5可知，所得二次方程模型极其显著（p＜0.000 1），失拟项不显著（p=0.878 4＞0.05），说明该模型能充分反映酸粥发酵的实际情况。与此同时，方程的相关系数R2=0.988 1，调整相关系数R2Adj=0.972 8，说明该模型能解释97.28%的响应值的变化。由方差分析可知，一次项因素A、B，二次项因素A2、B2、C2，交互项AB对响应值有极显著的影响；一次项因素C，交互项AC对响应值有显著影响；而交互项BC对响应值无显著影响。3个因素中对响应值的影响按从大到小的顺序排列为A＞B＞C，即发酵温度＞发酵时间＞酸浆倍数。

表5 回归方程的方差分析

3.2.2 响应面分析

响应曲面坡度的陡峭程度说明随着影响因素的变化，其对响应值的变化情况[8]；而等高线的形状可反映交互效应的强弱，椭圆形表示两因素交互作用对响应值显著，而圆形则与之相反[16]。从图2～图4中能够看出，感官评分（Y）随发酵温度的升高而先增大后减小；同样，随发酵时间的增长也先增大后减小。然而，酸浆倍数的变化对感官评分（Y）的影响相对不明显。

综合图2～图4响应面图可知，发酵温度与发酵时间的交互作用，发酵温度与酸浆倍数的交互作用对感官评分的影响较大。

综合图2～图4等高线图可知，发酵温度对感官评分的影响最大，其次是发酵时间、酸浆倍数。

图2 发酵温度和发酵时间的相互影响及等高线分析图

图3 发酵温度和酸浆倍数的相互影响及等高线分析图

图4 发酵时间和酸浆倍数的相互影响及等高线分析图

3.3 最优发酵工艺的确定和验证

利用软件对回归方程进行分析处理，获得最优工艺参数：发酵温度31.82 ℃、发酵时间19.11 h、酸浆倍数5.29倍。考虑到实际操作的可行性，实际操作中取值为发酵温度32 ℃、发酵时间20 h、酸浆倍数5倍。为了验证响应面法的可靠性，取最优工艺条件进行3组重复试验，所得感官评分平均取值为32.8分，与理论值33.0分非常接近。在允许范围内，说明响应面法对传统酸粥制备工艺的优化是可行、有效的。

3.4 优化后酸粥理化指标测定结果

优化后酸粥酸度：取适量优化后酸粥样品，根据GB/T 12456—2008，优化后酸粥酸度为46.61 g/kg。

优化后总糖：测定不同浓度的葡萄糖标准溶液，进行3次平行试验。通过Origin Pro 8.0分析，葡萄糖标准曲线回归方程为y=13.070 99x-0.005 48（R2=0.998 26）。优化后酸粥样品的总糖质量浓度为0.916 mg/mL。

4 结论

在单因素试验的基础上，采用响应面法优化酸粥传统制备工艺。方差分析得出影响酸粥感官评分的因素依次为：发酵温度、发酵时间、酸浆倍数。其中，发酵温度及其二次项因素、发酵时间及其二次项因素、酸浆倍数二次项因素、发酵温度与发酵时间交互作用对感官评分的影响极显著（p＜0.01）；酸浆倍数、发酵温度与酸浆倍数交互作用对感官评分的影响显著（p＜0.05）；发酵时间与酸浆倍数的交互作用对感官评分无显著影响。通过响应面法优化得到最佳工艺参数，并按照实际操作情况修改得出传统酸粥制备工艺：发酵温度32 ℃、发酵时间20 h、酸浆倍数5倍。在此工艺下，经3次重复试验验证，酸粥感官评分为32.8分，与理论值（33.0分）十分接近，优化效果明显，优化后酸粥口感得到改善，风味独特，口感怡人。利用响应面法得到的传统酸粥制备工艺参数真实有效。优化后的酸粥酸度为46.61 g/kg，总糖质量浓度为0.916 mg/mL。