宋小娟，李 會(huì)，楊永迪，廖 丹，張子若，周 艷

（貴州醫(yī)科大學(xué) 公共衛(wèi)生與健康學(xué)院，貴州 貴陽 550025）

近年來，國民健康意識(shí)逐步提升，推動(dòng)著消費(fèi)需求不斷迭代升級(jí)，植物基制品迎來新的發(fā)展機(jī)會(huì)，逐漸成為全球食品行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。與動(dòng)物蛋白相比，植物基食品具有低脂肪、對(duì)環(huán)境友好等屬性，滿足了當(dāng)代消費(fèi)需求，順應(yīng)了時(shí)代的健康環(huán)保潮流，擁有廣闊的市場(chǎng)前景[2]。植物基飲品迅猛發(fā)展，已在許多不同類別中帶來了空前的創(chuàng)新，尤其是植物奶慢慢取代動(dòng)物奶，中國將是主要的植物基酸奶需求國之一[3]。

鷹嘴豆（Cicer arietinum）蛋白質(zhì)含量為15%～30%，且蛋白質(zhì)成分非常接近牛乳、雞蛋、魚和肉等動(dòng)物來源的優(yōu)質(zhì)蛋白，作為新型的植物蛋白質(zhì)資源，其蛋白質(zhì)的生物利用率高[4]；除此之外，氨基酸種類豐富，高達(dá)18種，包括人體必需的8種氨基酸[5]。因此，鷹嘴豆是一種很好的植物氨基酸補(bǔ)充劑，對(duì)兒童成長(zhǎng)期間智力發(fā)育、骨骼生長(zhǎng)及中老年人的身體健康具有重要作用，也可以與椰漿一起食用彌補(bǔ)氨基酸的不足[6-7]。近年來，我國學(xué)者相繼研發(fā)出不同鷹嘴豆產(chǎn)品，如劉曉宇[8]以鷹嘴豆作為原料研制出了鷹嘴豆納豆產(chǎn)品；候賀麗等[9]以鷹嘴豆粉為原料研制出一款鷹嘴豆面包；田歌等[10]以葡萄籽和鷹嘴豆作為原料研制出了葡萄籽鷹嘴豆復(fù)合發(fā)酵飲料。但鷹嘴豆適口性差、難消化的成分易引發(fā)脹氣等制約了其開發(fā)利用[11-12]。研究發(fā)現(xiàn)，新型植物性產(chǎn)品的一個(gè)趨勢(shì)是將發(fā)酵工藝應(yīng)用于植物乳，發(fā)酵是一種有效解決上述問題的途徑，而且乳酸菌及其代謝產(chǎn)物還能促進(jìn)人體腸道有益菌群的生長(zhǎng)[13]。鷹嘴豆在開發(fā)新型植物基發(fā)酵飲料方面可成為大豆替代品，在以雙歧桿菌（Bifidobacterium）、動(dòng)物雙歧桿菌乳酸亞種（Bifidobacterium animalissubsp.lactis）和嗜酸乳桿菌（Lactobacillus acidophilus）的混合菌種為發(fā)酵劑，添加的鷹嘴豆粉可提高攪拌型酸奶黏度，促進(jìn)益生菌生長(zhǎng)，提高酸奶感官品質(zhì)[14-15]。此外，乳酸菌在生長(zhǎng)代謝過程中不僅能夠有效降低豆乳中的豆腥味，還能產(chǎn)生醇香、清爽的酸奶香味。同時(shí)，乳酸菌還能利用鷹嘴豆中的碳源產(chǎn)酸，賦予發(fā)酵乳細(xì)膩的凝乳質(zhì)地和酸甜滑潤(rùn)的口感[16]。發(fā)酵后的鷹嘴豆酸奶的風(fēng)味品質(zhì)具有更為廣泛的接受度[17]。

本研究擬采用鷹嘴豆、椰漿為主要原料，白砂糖為輔料，保加利亞乳桿菌（Lactobacillus bulgaricus）與嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus）為發(fā)酵菌種發(fā)酵制備鷹嘴豆酸奶，以持水力、感官評(píng)分的模糊綜合評(píng)判值為評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用響應(yīng)面法結(jié)合模糊綜合評(píng)判法對(duì)其發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化，以期為植物基發(fā)酵飲品的研究提供理論依據(jù)及數(shù)據(jù)支撐，拓寬了鷹嘴豆的加工途徑，增加其附加值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鷹嘴豆：哈爾濱鑫恒德食品有限公司；椰漿：山東鴻超食品有限公司；白砂糖（食用級(jí)）：浙江華康藥業(yè)股份有限公司；嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus）、保加利亞乳桿菌（Lactobacillus bulgaricus）：保加利亞科迪納有限公司；磷酸氫二鉀（分析純）：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；檸檬酸銨、硫酸鉀（均為分析純）：成都金山化學(xué)試劑有限公司；無水硫酸銅（分析純）：天津市永大化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

N1510酶標(biāo)儀、ST-8R高速冷凍離心機(jī)：賽默飛世爾科技有限公司；SW-CJ-1F超凈工作臺(tái)：蘇州凈化設(shè)備有限公司；SHP-160智能生化培養(yǎng)箱：上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司；YXQ-50SII立式壓力蒸汽滅菌器：上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；DJ-5S黏度計(jì)：上海倫捷機(jī)電儀表有限公司；KND凱氏定氮儀：浙江托普云農(nóng)科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 鷹嘴豆酸奶發(fā)酵工藝流程及操作要點(diǎn)

鷹嘴豆→挑選→浸泡→打漿→冷卻→復(fù)配→殺菌→接種→均質(zhì)→發(fā)酵→冷藏后熟→成品

操作要點(diǎn)：

挑選：選擇顆粒飽滿無病蟲害、無霉?fàn)€的鷹嘴豆。

浸泡：將鷹嘴豆用無菌蒸餾水浸泡12 h。

打漿：按鷹嘴豆∶水=1∶9（g∶mL）進(jìn)行打漿。

冷卻：打漿后的鷹嘴豆?jié){冷卻至室溫。

復(fù)配：鷹嘴豆?jié){中按比例加入10%椰漿和6%白砂糖，混合。

殺菌：混合漿液85 ℃殺菌30 min。

接種：接入0.1%混合菌種，嗜熱鏈球菌及保加利亞乳桿菌按1∶1（V/V）混合。

均質(zhì)：在15 MPa條件下，使用高壓均質(zhì)機(jī)對(duì)混合發(fā)酵液進(jìn)行均質(zhì)。

發(fā)酵：混合發(fā)酵液置于42 ℃恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵10 h。

冷藏后熟：將發(fā)酵后的樣品置于4 ℃條件下冷藏6 h得到鷹嘴豆酸奶成品。

1.3.2 鷹嘴豆酸奶發(fā)酵工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)

以感官評(píng)分和持水力的模糊綜合評(píng)判值為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別考察鷹嘴豆?jié){添加量（30%、40%、50%、60%、70%）、椰漿添加量（0、5%、10%、15%、20%）、白砂糖添加量（5%、6%、7%、8%、9%）、發(fā)酵時(shí)間（6 h、7 h、8 h、9 h、10 h、11 h）對(duì)鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響。

1.3.3 模糊綜合評(píng)判模型的建立

根據(jù)參考文獻(xiàn)[18]，對(duì)相應(yīng)指標(biāo)采用模糊綜合評(píng)判法進(jìn)行多目標(biāo)綜合評(píng)判，利用極值法對(duì)相應(yīng)的指標(biāo)進(jìn)行無量綱轉(zhuǎn)化。因素集X=｛X1，X2｝={感官評(píng)分，持水力}；權(quán)重系數(shù)集W=｛W1，W2｝={感官評(píng)分，持水力}=｛0.7，0.3｝。復(fù)合植物基酸奶的感官評(píng)分和持水力越大，說明其品質(zhì)更好，因此，其無量綱轉(zhuǎn)化函數(shù)關(guān)系式為：Xi=yi/ymax（yi表示某單因素中樣品感官評(píng)分或持水力對(duì)應(yīng)數(shù)值；ymax表示某單因素中樣品感官評(píng)分或持水力的最大值）；模糊綜合評(píng)判值Y=W1X1+W2X2。

1.3.4 鷹嘴豆酸奶發(fā)酵工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，利用Box-Behnken的中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，以鷹嘴豆?jié){添加量（A）、椰漿添加量（B）、白砂糖添加量（C）3個(gè)因素為自變量，以感官評(píng)分和持水力的模糊綜合評(píng)判值為響應(yīng)值，利用響應(yīng)面法對(duì)鷹嘴豆酸奶的發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化，試驗(yàn)因素與水平見表1。

表1 鷹嘴豆酸奶發(fā)酵工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface tests for fermentation process optimization of chickpea yoghurt

1.3.5 分析測(cè)定方法

感官評(píng)價(jià)：根據(jù)參考文獻(xiàn)[19-20]制定感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，由經(jīng)過統(tǒng)一感官培訓(xùn)后的10名食品專業(yè)學(xué)生組成評(píng)定小組，于獨(dú)立空間內(nèi)對(duì)樣品進(jìn)行感官評(píng)定，滿分100分，以10人的平均分作為最終綜合評(píng)分，具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 鷹嘴豆酸奶的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards of chickpea yoghurt

理化指標(biāo)：持水力、黏度、蛋白質(zhì)含量、糖度根據(jù)文獻(xiàn)[21-24]描述方法進(jìn)行測(cè)定；pH值采用pH計(jì)測(cè)定；每個(gè)樣品進(jìn)行3次平行測(cè)定。

微生物指標(biāo)：乳酸菌活菌數(shù)參考文獻(xiàn)[25]測(cè)定，每個(gè)樣品進(jìn)行3次平行測(cè)定。

1.3.6 數(shù)據(jù)處理

利用Origin 2021進(jìn)行繪圖，利用Design Expert 13.0進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)分析；利用IBM SPSS Statistics 22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 鷹嘴豆酸奶發(fā)酵工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)

2.1.1 鷹嘴豆?jié){添加量對(duì)鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響

鷹嘴豆?jié){添加量對(duì)鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響見圖1。由圖1可知，隨著鷹嘴豆?jié){添加量的增加，其感官評(píng)分呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)，持水力呈逐漸上升的趨勢(shì)，分析原因可能是由于鷹嘴豆?jié){添加量少時(shí)，酸奶無明顯鷹嘴豆味，稠度也不夠，感官評(píng)分和持水力較低；隨著鷹嘴豆?jié){添加量增加，酸奶中鷹嘴豆的香味愈發(fā)濃郁，但當(dāng)鷹嘴豆?jié){添加過量，酸奶黏稠度增加，細(xì)膩感減弱，口感較差[26]。當(dāng)鷹嘴豆?jié){添加量為60%時(shí)，感官評(píng)分最高，為81.00分；當(dāng)鷹嘴豆?jié){添加量為70%時(shí)，持水力達(dá)到最高，為57.02%。通過模糊綜合評(píng)判法可知，當(dāng)鷹嘴豆?jié){添加量為60%時(shí)，模糊綜合評(píng)判值最大，為0.95，因此，確定鷹嘴豆?jié){的最佳添加量為60%。

圖1 鷹嘴豆?jié){添加量對(duì)鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of chickpea pulp addition on the quality of chickpea yoghurt

2.1.2 椰漿添加量對(duì)鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響

椰漿添加量對(duì)鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響見圖2。由圖2可知，隨著椰漿添加量的增加，其感官評(píng)分呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，持水力呈現(xiàn)先上升后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，分析原因可能是由于椰漿含量越高，椰子固有風(fēng)味隨之增加，但過高反而掩蓋了其他風(fēng)味；而且椰漿的添加量決定著酸奶的黏度，椰漿含量越高持水力也比較高[27]。當(dāng)椰漿添加量為15%時(shí)，其感官評(píng)分最高，為82.20分；當(dāng)椰漿添加量為20%時(shí)，持水力最高，為53.47%。通過模糊綜合評(píng)判法可知，當(dāng)椰漿添加量為15%時(shí)，模糊綜合評(píng)判值最大，為0.99，因此，確定椰漿的最佳添加量為15%。

圖2 椰漿添加量對(duì)鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of coconut milk addition on the quality of chickpea yoghurt

2.1.3 白砂糖添加量對(duì)鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響

白砂糖添加量對(duì)鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響見圖3。由圖3可知，隨著白砂糖添加量的增加，其感官評(píng)分和持水力均呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì)，分析原因可能是由于加入少量的白砂糖促進(jìn)菌種的發(fā)酵，持水力呈上升趨勢(shì)，但酸奶總體的甜度不夠，感官評(píng)分較低；過量的白砂糖提高了酸奶的滲透壓，抑制了部分菌種的活性，導(dǎo)致持水力略有下降，酸奶整體偏甜，感官評(píng)分有所下降[28]。當(dāng)白砂糖添加量為7%時(shí)，感官評(píng)分最高，為85.80分；當(dāng)白砂糖添加量為6%時(shí)，持水力最高，為51.65%。通過模糊綜合評(píng)判法可知，當(dāng)白砂糖添加量為7%時(shí)，模糊綜合評(píng)判值最大，為1.00，因此，確定白砂糖的最佳添加量為7%。

圖3 白砂糖添加量對(duì)鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of sugar addition on the quality of chickpea yoghurt

2.1.4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響

發(fā)酵時(shí)間對(duì)鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響見圖4。由圖4可知，隨著發(fā)酵時(shí)間的增加，其感官評(píng)分和持水力均呈先升高后下降的趨勢(shì)，分析原因可能是由于發(fā)酵時(shí)間較短，發(fā)酵不足，酸奶整體質(zhì)地偏稀，且酸奶香味不足；隨著發(fā)酵時(shí)間的增加，酸奶逐漸濃稠，呈半固體狀態(tài)，但是當(dāng)發(fā)酵時(shí)間過長(zhǎng)，乳清析出較多，影響酸奶的組織狀態(tài)[29]。當(dāng)發(fā)酵時(shí)間為7 h時(shí)，感官評(píng)分最高，為89.00分；當(dāng)發(fā)酵時(shí)間為10 h時(shí)，持水力最高，為50.63%。通過模糊綜合評(píng)判法可知，當(dāng)發(fā)酵時(shí)間為7 h時(shí)，模糊評(píng)判值最大，為0.98，因此，確定最佳發(fā)酵時(shí)間為7 h。

圖4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of fermentation time on the quality of chickpea yoghurt

2.2 鷹嘴豆酸奶發(fā)酵工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果中鷹嘴豆?jié){添加量、椰漿添加量、白砂糖添加量、發(fā)酵時(shí)間對(duì)鷹嘴豆酸奶的感官評(píng)分和持水力的模糊綜合評(píng)判值影響程度的大小，最終選取對(duì)鷹嘴豆酸奶品質(zhì)影響較大的3個(gè)因素鷹嘴豆?jié){添加量（A）、椰漿添加量（B）、白砂糖添加量（C）作為自變量，感官評(píng)分及持水力的模糊綜合評(píng)判值（Y）為響應(yīng)值，對(duì)鷹嘴豆酸奶的發(fā)酵條件進(jìn)行3因素3水平響應(yīng)面優(yōu)化，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表3，方差分析結(jié)果見表4。

表3 鷹嘴豆酸奶發(fā)酵工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Design and results of response surface test for fermentation process optimization of chickpea yoghurt

表4 回歸模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression model

利用響應(yīng)面軟件Design-Expert 13.0對(duì)表3試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元二次回歸擬合，得到鷹嘴豆酸奶模糊綜合評(píng)判值的回歸方程：

由表4可知，該模型的P＜0.000 1，極顯著，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，失擬項(xiàng)的P值為0.671 6，不顯著（P＞0.05），說明回歸模型與實(shí)際情況較吻合，能夠較好地預(yù)測(cè)試驗(yàn)的結(jié)果，模型的決定系數(shù)R2為0.994 0，說明該模型能夠很好地描述試驗(yàn)結(jié)果，校正決定系數(shù)R2Adj為0.986 3，變異系數(shù)（coefficient of variation，CV）為0.54%，信噪比為33.336，表明實(shí)際值與預(yù)測(cè)值之間的擬合程度好，可信度高。綜合可知，響應(yīng)面法優(yōu)化鷹嘴豆酸奶工藝條件是合理的。由表4亦可知，一次項(xiàng)A、B、C，交互項(xiàng)AC及二次項(xiàng)A2、B2、C2對(duì)結(jié)果影響極顯著（P＜0.01）；其他項(xiàng)對(duì)結(jié)果影響不顯著（P＞0.05）。

采用Design-Expert 13.0軟件繪制各因素間交互作用對(duì)鷹嘴豆酸奶品質(zhì)影響的響應(yīng)面及等高線，結(jié)果見圖5。由圖5可知，根據(jù)響應(yīng)曲面的陡峭程度可知，鷹嘴豆?jié){添加量與椰漿添加量間交互作用對(duì)模糊綜合評(píng)判值影響不顯著（P＞0.05），鷹嘴豆?jié){添加量與白砂糖添加量間交互作用對(duì)模糊綜合評(píng)判值影響極顯著（P＜0.01），椰漿添加量與白砂糖添加量間交互作用對(duì)模糊綜合評(píng)判值影響不顯著（P＞0.05），這與方差分析所得的結(jié)果一致。

圖5 各因素間交互作用對(duì)模糊綜合評(píng)判值影響的響應(yīng)面及等高線Fig.5 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between each factors on fuzzy comprehensive evaluation value

通過響應(yīng)面軟件Design-Expert 13.0預(yù)測(cè)鷹嘴豆酸奶的最優(yōu)發(fā)酵工藝參數(shù)為：鷹嘴豆?jié){添加量68.02%、椰漿添加量16.32%、白砂糖添加量6.90%，預(yù)測(cè)得到的感官評(píng)分為88.61分，持水力為56.64%，模糊綜合評(píng)價(jià)值為0.97，為檢驗(yàn)響應(yīng)面法優(yōu)化鷹嘴豆酸奶酸奶發(fā)酵條件的可靠性，結(jié)合實(shí)際情況調(diào)整最優(yōu)參數(shù)為：鷹嘴豆?jié){添加量68%、椰漿添加量16%、白砂糖添加量7%。采用優(yōu)化后的工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鷹嘴豆酸奶的感官評(píng)分為89.20分，持水力為57.39%，模糊綜合評(píng)價(jià)值為1，與預(yù)測(cè)值相差較小。說明該模型能夠很好的預(yù)測(cè)鷹嘴豆酸奶發(fā)酵條件與模糊綜合評(píng)判值之間的關(guān)系，證明利用響應(yīng)面優(yōu)鷹嘴豆酸奶發(fā)酵工藝的方法是科學(xué)可行的。

2.3 鷹嘴豆酸奶理化及微生物指標(biāo)的測(cè)定

鷹嘴豆酸奶的理化及微生物指標(biāo)見表5。

表5 鷹嘴豆酸奶理化及微生物指標(biāo)Table 5 Physicochemical and microbial indexes of chickpea yogurt

由表5可知，在最優(yōu)發(fā)酵條件下制備的鷹嘴豆酸奶的黏度為800.83 mPa·s，乳酸菌活菌數(shù)為8.33×106CFU/g，蛋白質(zhì)含量為2.14g/100g，糖度為7.17°Bx，pH為4.22。其中活菌數(shù)、蛋白質(zhì)含量、糖度以及pH均符合中國衛(wèi)生監(jiān)督協(xié)會(huì)發(fā)布的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/WSJD 12—2020《植物蛋白飲料植物酸奶》[30]中對(duì)復(fù)合植物酸奶的品質(zhì)指標(biāo)要求。

3 結(jié)論

以鷹嘴豆、椰漿為主要原料，白砂糖為輔料，保加利亞乳桿菌（Lactobacillus bulgaricus）與嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus）為菌種發(fā)酵制備鷹嘴豆酸奶。采用單因素試驗(yàn)及響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化得到鷹嘴豆酸奶的最佳發(fā)酵工藝條件為鷹嘴豆?jié){添加量68%、椰漿添加量16%、白砂糖添加量7%，在42 ℃條件下發(fā)酵7 h，其口感嫩滑，酸甜可口，具有獨(dú)特風(fēng)味，感官評(píng)分為89.20分，持水力為57.39%，模糊綜合評(píng)判值為1，其乳酸菌活菌數(shù)（8.33×106CFU/g）、糖度（7.17°Bx）、蛋白質(zhì)含量（2.14 g/100 g）、pH（4.22）均符合中國衛(wèi)生監(jiān)督協(xié)會(huì)發(fā)布的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/WSJD 12—2020《植物蛋白飲料植物酸奶》中對(duì)復(fù)合植物酸奶的品質(zhì)指標(biāo)要求。