響應(yīng)面法優(yōu)化果味納豆飲品制備工藝的研究

任錫雯，宋爽，韋恃怡，楊倩，，張偉，馬曉燕，徐慧，*

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)理工學(xué)院，河北 黃驊 061100；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)高分集合隊創(chuàng)新工作室，河北 黃驊 061100；3.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)渤海校區(qū)渤海眾創(chuàng)，河北 黃驊 061100；4.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品生物技術(shù)創(chuàng)新工作室，河北 保定 071000；5.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，河北 保定 071000；6.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071000）

納豆是一種依靠納豆芽孢菌發(fā)酵而來的豆類食品，具有良好的生理活性和應(yīng)用前景[1-2]，但因其具有氨臭味而難以被大眾喜愛[3]。納豆發(fā)酵后表面產(chǎn)生的黏液中富含大量的納豆激酶[4-5]、納豆異黃酮、皂青素等營養(yǎng)物質(zhì)[6-8]。其中納豆激酶中的纖溶活性具有保持骨質(zhì)健康、預(yù)防血栓、調(diào)節(jié)胃腸道微生物菌群的功能[9-11]，經(jīng)常食用對人體健康有益。為擴(kuò)大納豆產(chǎn)品消費群體，充分利用納豆激酶功能性[12-13]，本文在保持納豆激酶活性的基礎(chǔ)上，摒棄傳統(tǒng)納豆概念，研發(fā)一種無氨臭味的果味納豆飲品，擴(kuò)大納豆產(chǎn)品的食用范圍。

1 材料與方法

1.1 材料

大豆、白砂糖：市售；納豆菌粉（食品級）：善恩康生物科技有限公司；甜橙味、黑加侖味、菠蘿味菓珍粉：億滋食品（蘇州）有限公司；無水乙醇（分析純）：上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 設(shè)備

發(fā)酵機(jī)（BSY-10S）：中山市興洲電器有限公司；電子分析天平（JA1003A）：上海浦春計量儀器有限公司；高壓鍋（LM-02AF22）：珠海雙喜電器股份有限公司；冰箱（BCD-178TMPT）：青島海爾股份有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品處理

大豆的選擇和浸泡：選取顆粒飽滿優(yōu)質(zhì)大豆100 g，洗凈后加清水于室溫（25℃）下浸泡16 h。

蒸制稱?。簽V掉水分，于高壓鍋內(nèi)蒸30 min。稱取10 g白砂糖置于盤中，混合攪拌均勻，稍冷卻后加入0.8 g納豆菌粉，充分混合均勻，備用。

發(fā)酵：發(fā)酵機(jī)事先滅菌處理，將大豆平鋪在發(fā)酵盤中，盤下添加少許滅菌后的清水（避免發(fā)酵溫度過高使納豆干皺），于43℃下發(fā)酵18 h。

過濾：將發(fā)酵好后的納豆進(jìn)行過濾，用400 mL純凈水，20 mL/次，分次沖洗納豆表面，收集過濾液，密封好后放于4℃冰箱內(nèi)儲存?zhèn)溆谩?/p>

調(diào)配：在納豆濾汁中按要求添加果珍粉，加水稀釋，所得果味納豆飲品靜置備用。

1.3.2 感官評價

參考朱俊雅等[14]對納豆的感官評價，從影響果味納豆飲品品質(zhì)的氨臭味掩蔽程度、甜味、口味以及色澤4個方面，制定了評分標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。邀請10位具有感官評定培訓(xùn)基礎(chǔ)的人員對果味納豆飲品進(jìn)行感官評定，在評定過程中，彼此無交流，無外界環(huán)境干擾，嚴(yán)格遵循感官評價各項要求，評定結(jié)束后收集評分表并匯總分析評定數(shù)據(jù)結(jié)果。

表1 各指標(biāo)評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Scoring criteria for each index

1.3.3 權(quán)重分析法

在果味納豆飲品的實際飲用中，各個指標(biāo)對最終感官評定的影響占有不同的比重，其中氨臭味的掩蔽會很大程度影響消費者對產(chǎn)品的接受性。依照層次分析法提出的1～9比例標(biāo)度法[15-16]以及各指標(biāo)重要性的定性評價，構(gòu)建評判矩陣，如表2所示。

表2 評判矩陣Table 2 Judging matrix

采用SPSSAU分析軟件[17]，對影響果味納豆飲品品質(zhì)的各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行分析，得到層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）的結(jié)果[18-19]，如表3 所示。得到4個指標(biāo)的權(quán)重值后，需要進(jìn)行一致性檢驗分析，該軟件得出的一致性檢驗結(jié)果如表4所示。結(jié)果中，一致性比率（consistent ratio，CR）值越小，判斷矩陣的一致性越好，一般情況下CR值小于0.1，則判斷矩陣滿足一致性檢驗；反之則說明不具有一致性。

表3 AHP層次分析結(jié)果Table 3 AHP hierarchical analysis results

表4 一致性檢驗結(jié)果匯總Table 4 Conformance inspection results summary

由表4可知，本結(jié)果的CR值為0.023＜0.1，說明本試驗的判斷矩陣滿足一致性檢驗，計算所得權(quán)重具有一致性，即在對果味納豆飲品的感官評價中，掩蔽臭味程度占總分比重的34.522%，甜味占21.011%，口味占34.522%，色澤占9.945%，是可靠的。

最終感官評分結(jié)果計算公式如下。

1.4 單因素試驗

考察不同果珍粉類型（甜橙味、黑加侖味、菠蘿味）、果珍粉添加量（0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5 g）、稀釋倍數(shù)（1.00、1.25、1.50、1.75、2.00、2.25、2.50）、靜置時間（5、10、15、20、30、60 min）對果味納豆飲品感官評分的影響。

1.5 響應(yīng)面優(yōu)化分析

結(jié)合單因素試驗結(jié)果，確定影響果味納豆飲品的顯著因素和最佳條件。利用Box-Behnken法[20]進(jìn)行后續(xù)的響應(yīng)面中心組合試驗，并進(jìn)行優(yōu)化。因素及水平見表5[21]。

表5 因素及水平設(shè)計Table 5 Design of factors and levels

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

每組數(shù)據(jù)平行測定3次，采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，計算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。采用DPS v18.10對單因素組內(nèi)差異顯著性進(jìn)行分析。采用SPSSAU進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重分析。采用Design-Expert 8.0.6進(jìn)行響應(yīng)面結(jié)果分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 果珍粉類型對感官品質(zhì)的影響

本試驗選取了黑加侖、菠蘿、橙子3種口味的果珍粉，以不同果珍粉添加量為變量進(jìn)行比較，試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 果珍粉類型對感官品質(zhì)的影響Fig.1 The influence of the fruit powder type on the sensory quality

由圖1可知，3種口味飲品的感官評分都是先升高后降低，但只有橙子味的果珍粉可以在短期內(nèi)完全隱藏納豆濾汁原有的氨臭味，且添加了橙子味果珍粉的納豆濾汁飲品外觀呈現(xiàn)乳黃色，更能吸引消費者，當(dāng)添加量為1.1 g時，感官評分高達(dá)88.66。因此，選用橙子味果珍粉對改善果味納豆飲品風(fēng)味效果最佳。

2.2 果珍粉添加量對感官品質(zhì)的影響

以添加橙子味的果珍粉為基礎(chǔ)，研究其添加量對感官評分的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 果珍粉添加量對感官品質(zhì)的影響Fig.2 The influence of the dosage of the fruit powder on the sensory quality

由圖2可知，橙子味果珍粉添加量為1.0 g～1.2 g范圍內(nèi)口感較好、甜度適中。因此，選擇果珍粉添加量為1.0 g～1.2 g進(jìn)行后續(xù)響應(yīng)面試驗。

2.3 稀釋倍數(shù)對感官品質(zhì)的影響

稀釋倍數(shù)對感官品質(zhì)的影響如圖3所示。

圖3 稀釋倍數(shù)對感官品質(zhì)的影響Fig.3 The influence of dilution ratio on sensory quality

由圖3可知，感官評分以1.50倍為分界點先升高后降低，當(dāng)稀釋倍數(shù)為1.50時甜度適中、口感醇厚、無明顯氨臭味。因此，選擇稀釋倍數(shù)為1.25、1.50、1.75進(jìn)行后續(xù)響應(yīng)面試驗。

2.4 靜置時間對感官品質(zhì)的影響

靜置時間對感官品質(zhì)的影響見圖4。

圖4 靜置時間對感官品質(zhì)的影響Fig.4 The influence of standing time on quality of fruit natto drinks

如圖4所示，當(dāng)果珍粉添加量不同時，靜置15 min后均能達(dá)到感官評分最大值，但靜置時間在5 min～20 min內(nèi)，差異不顯著，因此選擇靜置時間5.0、12.5、20.0 min進(jìn)行后續(xù)試驗。

2.5 響應(yīng)面優(yōu)化分析

依據(jù)Box-Behnken中心組合設(shè)計試驗方案，對A果珍粉添加量、B靜置時間、C稀釋倍數(shù)進(jìn)行三因素三水平優(yōu)化試驗。以感官評分為響應(yīng)值，試驗結(jié)果見表6，響應(yīng)面方差分析及顯著性檢驗見表7。

表6 Box-Behnken中心組合試驗及結(jié)果Table 6 Box-Behnken center combination test and results

表7 響應(yīng)面方差分析及顯著性檢驗Table 7 Response surface analysis of variance and significance test

續(xù)表7 響應(yīng)面方差分析及顯著性檢驗Continue table 7 Response surface analysis of variance and significance test

運用Design-Expert 8.0.6對表6中的感官評分進(jìn)行擬合，得以下回歸方程如下。

感官評分=94.81+1.29A+0.53B-4.90C+0.57AB+1.73AC+1.31BC-6.40A2-9.21B2-6.90C2。

由表7可知，模型P＜0.000 1，差異極顯著；失擬項P=0.123 3＞0.05，表明模型具有較高說服力。因此可根據(jù)上述模型，分析果珍粉添加量、靜置時間和稀釋倍數(shù)對果味納豆飲品的感官評分影響。

經(jīng)方差分析可知，3個因素對果味納豆飲品感官評分影響程度依次為C＞A＞B，即稀釋倍數(shù)＞果珍粉添加量＞靜置時間。其中C對結(jié)果影響極顯著（P＜0.01），二次項 A2、B2、C2對結(jié)果影響極顯著（P＜0.01），AB、AC、BC交互作用不顯著。

響應(yīng)面分析法通過采用多元二次回歸方程的方法，將因素與響應(yīng)值之間的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行擬合，從響應(yīng)面的分析圖上可清晰、形象的發(fā)現(xiàn)最佳參數(shù)及各參數(shù)之間的相互作用[22]。各因素交互作用響應(yīng)面圖見圖5～圖7。

圖5 果珍粉添加量和靜置時間交互影響的響應(yīng)面Fig.5 Response surface methodology for interaction between fruit powder addition and standing time

圖6 靜置時間和稀釋倍數(shù)交互影響的響應(yīng)面Fig.6 Response surface methodology for interaction between standing time and dilution ratio

圖7 果珍粉添加量和稀釋倍數(shù)交互影響的響應(yīng)面Fig.7 Response surface methodology for interaction between fruit powder addition and dilution ratio

由圖5可知，A果珍粉添加量與B靜置時間兩者之間所形成的響應(yīng)面曲面坡度較為陡峭，呈凸型。在稀釋倍數(shù)一定時，隨著果珍粉添加量的增多和靜置時間的延長，果味納豆飲品的感官評分均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，靜置時間在11 min～14 min且果珍粉添加量在1.08 g～1.12 g的范圍內(nèi)較合適。

由圖6可知，當(dāng)果珍粉添加量一定時，隨著靜置時間的延長與稀釋倍數(shù)的增加，果味納豆飲品的感官評分均先上升后下降，靜置時間在11 min～14 min且稀釋倍數(shù)在1.45～1.55的范圍內(nèi)較合適。

由圖7可知，當(dāng)靜置時間一定時，隨著果珍粉添加量與稀釋倍數(shù)的增加，果味納豆飲品的感官評分均先上升后下降，果珍粉添加量在1.08 g～1.12 g且稀釋倍數(shù)為1.45～1.55的范圍內(nèi)較為合適。

通過響應(yīng)面分析得出最佳模擬組合為果珍粉添加量1.10 g、稀釋倍數(shù)1.50、靜置時間12.5 min時，果味納豆飲品的感官評分最佳。為驗證模型的可靠性，選擇優(yōu)化參數(shù)為試驗組，進(jìn)行了3次平行試驗，得到果味納豆飲品感官評分平均值為96.083，結(jié)果穩(wěn)定，說明模型準(zhǔn)確可靠。

3 結(jié)論

本文以納豆為原料提取納豆濾汁，以感官評分作為響應(yīng)值。在單因素試驗基礎(chǔ)上，使用響應(yīng)面法確定了果味納豆飲品制備工藝的最佳參數(shù)：橙子味的果珍粉添加效果最佳，當(dāng)果珍粉添加量為1.10 g、稀釋倍數(shù)為1.50、靜置時間為12.5 min時，果味納豆飲品的感官評分最佳，為96.083分。在該條件下制成的果味納豆飲品呈乳白色、色澤均一、無特殊異味、口感細(xì)膩純正、甜度適中，老少皆宜，為納豆的新型加工工藝提供了合理依據(jù)。該飲品適用于家庭式制備和現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)，發(fā)展前景廣闊。