响应面法优化红皮花生芽菜制备工艺研究

2024-03-21关正萍祈愉欢关正君廖同兵

农产品加工 2024年3期

关正萍，祈愉欢，关正，关正君，廖同兵

（1.山西师范大学食品科学学院，山西太原 030000；2.山西师范大学生命科学学院，山西太原 030000；3.运城学院生命科学系，山西运城 044000；4.杭州北千科技有限公司，浙江杭州 310000）

花生是一种多株小乔木或二年生小乔木类的草本植物，原名落花生，是我国重要的油料作物和出口农作物之一，为我国经济带来巨大收益[1]。花生营养价值丰富，含有脂肪、蛋白质、维C 和白藜芦醇等营养物质[2]，且对人体有多种滋养保健补益作用，可延年益寿，又被称为“长生果”[3]。

花生品种繁多，各有不同特点。红皮花生含有大量不饱和脂肪酸和亚油酸，可有效清除体内胆固醇、降低血脂、改善动脉粥样硬化。

花生红衣是花生壳和花生肉之间红色花生皮。营养价值很丰富，含有大量维E 和维C，具有很好抗氧化作用，在一定程度上延缓皮肤衰老，起到降血压、降血脂的作用。花生红衣的植物纤维比较丰富，不仅能够促进肠道蠕动、血液循环、血管软化，对于一些瘀血症状有很好改善作用[3]。

芽苗菜指谷物、豆类等植物在经过适当萌发处理步骤后长出嫩芽，再经过一段时间培养后所制得食品。种子发芽后，营养品质和加工特性均会发生一定程度改变，可通过改变种子中氨基酸组成进而提高蛋白质综合利用率，增加B 族维生素含量并减少抗营养因子水平，可改善人类的营养结构。花生芽苗菜是由脱壳后只包裹着种皮的花生在合适条件下萌芽，经过一段时间的生长发育成长为芽苗。花生芽苗菜培育有2 种方法：①基质栽培，将萌芽后种子栽种在特殊基质上生长发育；②水培法，无需土壤或基质，只需要在放置萌芽种子容器底部加水便可生长的栽培方式。

种子萌发过程产生新一代植物，在胚乳和随后发芽过程中会发生复杂的生化反应。红皮花生芽苗菜是其养分经过一系列转化以供自身生长发育，且无需外界营养物质供给，自身所含杂质非常少，不仅具有较高营养价值，还具备良好生理功能。在较多芽苗菜食品中，花生芽苗菜因为所含营养成分而备受消费者广泛关注[4]。

研究发现，红皮花生萌芽后大分子物质逐渐被降解为小分子物质，脂肪含量也随之降低，具有重要作用的功能性成分含量迅速增加，各种营养物质更易被人体吸收[5-6]，还有降脂、抗氧化和通便功效，保健效果显著。由于其营养丰富、绿色无污染，且种植过程耗费精力较少，不受季节影响、廉价易得，所以备受我国消费者青睐。因此，专家预测，花生芽苗菜将成为21 世纪健康绿色食品新时尚[7]。运用响应面法优化红皮花生芽苗菜的制备工艺条件，推动芽苗菜产业健康快速发展，同时为以花生为主的芽苗菜类等食品的深入研究和开发提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

红皮花生，品种为四粒红，河南豫香果果食品有限公司提供；乙醇（95 %）、葡萄糖，天津光复科技有限公司提供；磷酸（85 %)、抗坏血酸，科密欧化学试剂有限公司提供；氢氧化钠、氯化钙，天津市大茂化学试剂厂提供；浓盐酸、浓硫酸，由学校设备处统一提供。所用试剂均为分析纯。

303-0 型台式培养箱，北京市永光明医疗仪器有限公司产品；752N 型紫外可见分光光度计，湖南湘仪实验室仪器开发有限公司产品；超净工作台，苏州净化设备有限公司产品；TDZS-WS 型台式低速离心机，上海仪电分析仪器有限公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 红皮花生芽苗菜的水培法制备

（1）红皮花生芽苗菜工艺流程[8-9]。红皮花生→预处理→浸泡→催芽→发芽→采收。

（2）操作要点。选取当年成熟颗粒圆润饱满、色泽鲜艳、表皮无破损的优质红皮花生种子。试验前用0.3%的次氯酸钠溶液将红皮花生种子浸泡30 min，育苗盘用75%酒精消毒。之后用适量水将红皮花生种子完全浸没，在室温下浸泡。浸泡完毕后，在适量水中淘洗2 次，去除些许杂质及次氯酸钠残液。最后，将浸泡好的红皮花生仁置于育苗盘上，适宜温度下进行催芽。催芽结束后，将萌芽的红皮花生种子插于孔眼育苗盘中进行遮光发芽。

在不同浸种时间、不同CaCl2溶液浓度、不同干燥时间、不同催芽温度下进行发芽，花生每天浇水4 次左右，每次浇水要将花生芽苗菜淋透，避免种子产生热量过多而发生腐烂。催芽结束后第2 天计算发芽率，第8 天后测其根长、芽长、鲜质量。

1.2.2 浸种时间对红皮花生芽苗菜生长性能的影响

将红皮花生种子用0.3%的次氯酸钠溶液加入育苗盘浸泡30 min，育苗盘用75%酒精进行灭菌消毒，挑选颗粒饱满、色泽鲜艳、表皮无破损红皮花生种子，倒入适量水将其浸没，分别在室温下浸泡6，12，24，30，36，42 h，置于23 ℃恒温培养箱中催芽，第2 天计算发芽率，第8 天测其芽长、根长及鲜质量。

1.2.3 干燥时间对红皮花生芽苗菜生长性能的影响

将红皮花生种子用0.3%次氯酸钠溶液加入育苗盘浸泡30 min，育苗盘用75%酒精进行灭菌消毒，挑选颗粒饱满、色泽鲜艳、表皮无破损的红皮花生种子，倒入适量水将其浸没，浸泡18 h 后将其取出，分别于室温通风处干燥0，15，30，45，60，75，90 min，置于23 ℃恒温培养箱中催芽，第2 天计算发芽率，第8 天测其芽长、根长及鲜质量。

1.2.4 CaCl2质量浓度对红皮花生芽苗菜生长性能的影响

将红皮花生种子用0.3%的次氯酸钠溶液加入育苗盘浸泡30 min，育苗盘用75%酒精进行灭菌消毒，挑选颗粒饱满、色泽鲜艳、表皮无破损的红皮花生种子，分别配置质量浓度为30，60，90，120，150，180，210 mg/L 的CaCl2溶液将其浸没，另设空白对照，浸泡18 h 后取出，放于恒温培养箱23 ℃下恒温催芽，第2 天计算发芽率，第8 天测其芽长、根长及鲜质量。

1.2.5 催芽温度对红皮花生芽苗菜生长性能的影响

将红皮花生种子用0.3%的次氯酸钠溶液加入育苗盘浸泡30 min，育苗盘用75%酒精进行灭菌消毒，挑选颗粒饱满、色泽鲜艳、表皮无破损红皮花生种子，倒入适量水浸没，浸泡18 h 后取出，置于恒温培养箱中在20，23，26，29，32 ℃、昼26 ℃夜20 ℃、夜26 ℃昼20 ℃共7 个不同温度下恒温催芽，第2 天计算发芽率，第8 天测其芽长、根长及鲜质量。

1.2.6 响应面法试验

根据单因素试验结果进行分析比较，并考查发芽率高低，选取浸种时间、CaCl2溶液浓度、催芽温度3 个主要影响因素，运用响应面法，以发芽率为响应值拟合响应曲面进行后续试验。

响应面法试验的因素与水平设计见表1。

表1 响应面法试验的因素与水平设计

1.2.7 理化指标检测

采用直接干燥法测定水分含量[10]，采用考马斯亮蓝法测定蛋白质含量[11]，采用蒽酮比色法测定糖类含量[8]，采用紫外分光光度法测定维C 含量[12]。

2 结果与分析

2.1 不同浸种时间对红皮花生芽苗菜生长性能的影响

不同浸种时间对红皮花生芽苗菜的发芽率、根长、芽长、鲜质量的影响见表2。

表2 不同浸种时间对红皮花生芽苗菜的发芽率、根长、芽长、鲜质量的影响

浸种对种子萌芽有着极其重要的影响，浸种的目的在于通过吸收水分激发种子结束休眠期进入萌发期，对种子的发芽率及其营养成分有着极大的影响。由表2 可知，随着浸种时间的变化，红皮花生芽苗菜的发芽率、根长、芽长、鲜质量均发生不同程度的变化。由于浸种时间36 h 和42 h 所需浸种时间过长而将2 个梯度剔除。由表2 可知，发芽率随着时间的延长而增高，浸种18 h 时达到峰值，为95.0%；根长、芽长、鲜质量均变化趋势不明显，根长在浸泡时间为18 h 时达到峰值为8.42 cm，但之后随着时间的延长不明显，可能是因为当根能够触及水面之后，根长对红皮花生芽苗菜的生长影响力下降。芽长在浸泡时间18 h 时达到峰值，为8.68 cm，鲜质量在浸泡时间18 h 时达到峰值，为212.77 g。综上确定最优浸种时间为18 h。

2.2 不同干燥时间对红皮花生芽苗菜生长性能的影响

不同干燥时间对红皮花生芽苗菜的发芽率、根长、芽长、鲜质量的影响见表3。

表3 不同干燥时间对红皮花生芽苗菜的发芽率、根长、芽长、鲜质量的影响

水分对种子萌发有着及其重要的影响，通过干燥处理可减少种子内部水分含量。种子内部水分含量过高会使红皮花生种子发生霉变，进而导致种子坏死，降低种子的品质。由表3 可知，随着干燥时间的增长，红皮花生芽苗菜的发芽率、根长、芽长、鲜质量均在一定范围内波动，发芽率与根长均在干燥90 min 时达到峰值。发芽率为95.67%，根长为9.23 cm。芽长与鲜质量均在干燥时间为45 min 时最佳，芽长为9.20 cm，鲜质量为228.40 g。

2.3 不同CaCl2 质量浓度对红皮花生芽苗菜生长性能的影响

不同CaCl2质量浓度对红皮花生芽苗菜的发芽率、根长、芽长、鲜质量的影响见表4。

表4 不同CaCl2 质量浓度对红皮花生芽苗菜的发芽率、根长、芽长、鲜质量的影响

钙调蛋白能够影响红皮花生种子活力，进而影响种子的品质。Ca2+在种子萌发过程中起着十分重要的作用, 能够缓解种子萌发过程中所受到的抑制作用，从而促进植株的生长发育。Ca2+可通过与受体蛋白结合形成复合体而体现出对植株生长起作用的调控能力。加入外源Ca2+后，通过减少Na+积累使种子内外物质的运输提高却不改变α - 淀粉酶的活性,从而缓解抑制种子萌发作用的效应[13]。由表4 可知，低浓度的CaCl2溶液对红皮花生芽苗菜的发芽率、根长、芽长、鲜质量均有一定的抑制作用，在CaCl2质量浓度为120 mg/L 时发芽率、根长、芽长、鲜质量均为最高，发芽率为95.67%，根长为9.16 cm，芽长为10.34 cm，鲜质量为213.60 g，综上确定最优CaCl2溶液质量浓度为120 mg/L。

2.4 不同催芽温度对红皮花生芽苗菜生长性能的影响

不同催芽温度对红皮花生芽苗菜的发芽率、根长、芽长、鲜质量的影响见表5。

表5 不同催芽温度对红皮花生芽苗菜的发芽率、根长、芽长、鲜质量的影响

种子萌发是一个复杂的过程，需要内部多种反应和酶作用，酶在适宜温度下活力最大，从而促进种子萌发。由表5 可知，催芽温度对红皮花生芽苗菜发芽率有明显变化，23 ℃时发芽率达到最高值为99.67%，之后随着温度的升高发芽率下降，可能是因为温度过高酶活力下降；根长、芽长变化不明显，但均在23 ℃时达到峰值。根长为9.65 cm，芽长为9.73 cm。鲜质量随着温度的升高呈现逐步降低趋势。由2 个变温试验可知，白昼温度为26 ℃时与夜间温度为26 ℃时差距不大，发芽率、根长、芽长、鲜质量都十分接近，可知昼夜变温对红皮花生芽苗菜的制备工艺影响较小。综上所述，得出最佳催芽温度为23 ℃。

2.5 响应面法试验结果

红皮花生芽苗菜的发芽率相对于其他生长特性（如根长、芽长、鲜质量）等更能体现芽苗菜的品质，是重要指标之一，且根据单因素试验数据所得，根长、芽长、鲜质量变化不显著，最终选取发芽率为响应值。另外，单因素试验中干燥处理对红皮花生芽苗菜的生长特性指标作用变化不明显，将其剔除，最终选取浸种时间、CaCl2溶液质量浓度、催芽温度为3 个最终影响因素。

Bex-behnken 试验设计与结果见表6。

表6 Bex-behnken 试验设计与结果

由表6 可知，在此基础上，利用Design Expert 11 软件对表6 的数据进行统计分析，以发芽率为响应值，以浸种时间（A)、CaCl2质量浓度（B）、催芽温度（C）为自变量，对各因素进行回归拟合，建立二次响应面回归方程为：

为了检验红皮花生芽苗菜的制备工艺条件的回归模型的有效性，检验该模型是否显著。

回归模型方差分析见表7。

表7 回归模型方差分析

由表7 可知，回归模型的p＜0.01，表明该回归模型极显著，表明该模型对数据有很好的拟合作用，具有统计学意义，而失拟项p=0.096 7＞0.05，结果不显著，说明该模型成立。试验回归模型具有较好的相关系数R2=0.949 4，意味着94.94%以上的变化由自变量解释，只有5.06%的总变化没有被模型描述，好的相关系数除了证实模型的意义外，还表明所提出的回归模型对数据有很好的拟合作用，试验数据与预测值之间的误差较小。模型的CV 值为3.97%＜10%，说明试验的可信度与精确度高，拟合程度较好，试验操作可行，可以用此模型来优化红皮花生芽苗菜的制备工艺条件。

该回归模型中的一次项C和二次项B2，C2对红皮花生芽苗菜的发芽率的影响极显著，二次项A2对红皮花生芽苗菜发芽率的影响呈现显著性。根据F值越大影响越大的规律可得各因素对发芽率的影响大小顺序为催芽温度（C）＞浸种时间（A）＞CaCl2质量浓度（B）。

2.6 响应面法最优结果

曲线的走势越陡，则说明2 个因素交互后对红皮花生芽苗菜的发芽率影响越大，而曲线的走势越平缓则说明交互后因素对红皮花生发芽率的影响较小[14]。

催芽温度与CaCl2质量浓度的响应面图（a）与等高线图（b）见图1，浸种时间与CaCl2质量浓度的响应面图（a）与等高线图（b）见图2，催芽温度与浸种时间的响应面图（a）与等高线图（b）见图3。

图1 催芽温度与CaCl2 质量浓度的响应面图（a）与等高线图（b）

图2 浸种时间与CaCl2 质量浓度的响应面图（a）与等高线图（b）

图3 催芽温度与浸种时间的响应面图（a）与等高线图（b）

由图1 ～图3 可知，对红皮花生芽苗菜的发芽率影响较大的因素是催芽温度，其次是CaCl2溶液质量浓度和浸种时间。由回归模型预测的最优红皮花生芽苗菜的制备工艺为浸种时间17.925 h，CaCl2溶液质量浓度131.308 mg/L，催芽温度为23.632 ℃，最大发芽率预测值为97.779%。在试验时为了方便操作，将红皮花生芽苗菜的制备工艺优化的条件改为浸种时间为18 h，CaCl2溶液质量浓度为120 mg/L，催芽温度为23 ℃，在此优化条件下进行试验，红皮花生芽苗菜的发芽率为97.4%，与预测值较接近，因此该模型可以较好地预测和模拟3 个影响因素红皮花生芽苗菜发芽率之间的关系。

2.7 理化指标结果

红皮花生与其芽苗菜营养成分含量比较见表8。

由表8 可知，红皮花生未发芽之前所含蛋白质含量为26.9%，红皮花生芽苗菜的蛋白质含量下降为17.0%，可能是由于种子萌发过程中大分子物质在酶的作用下被分解为小分子物质，萌芽后的花生芽苗菜中所含的营养物质相比花生更有利于人体吸收。水分含量未发芽时含量为7.7%，红皮花生芽苗菜的含量为80.1%，几乎为原来的10 倍；维C 含量未发芽时为5.82 mg/100 g，红皮花生芽苗菜的维C 含量增长为原来的2 倍多，为12.26 mg/100 g；总糖含量在红皮花生种子未发芽时为69.9 μg/g，芽苗菜为69.7 μg/g，基本保持不变。