米发糕作为中国传统发酵米制品之一，因其发酵风味独特、气孔蓬松均匀且致密、口感柔软细腻、色泽洁白剔透等众多优点使得米发糕深受人们的喜爱[1]。传统米发糕制作工艺多为湿法磨浆工艺，疏松多孔的内部结构主要由米凝胶包裹酵母产生的二氧化碳组成[2]，因此，酵母菌发酵产气在米发糕的制作过程中发挥重要作用。
传统生产米发糕多采用自然浸泡发酵或接入老浆进行发酵，但发酵过程中易受到环境与人为等因素的影响，造成菌种的活性、种类、比例发生变化，导致米发糕产品品质的稳定性难以得到保障。为了生产出产品品质稳定的米发糕，多数研究选择从老浆中筛选与分离出高发酵性能的酵母菌与乳酸菌后协同混合发酵，如刘贞等[4]从传统米发糕的发酵米浆中筛选发酵性能较好的菌株，斯特酒香酵母和植物乳杆菌；李美伦等[5]从传统发酵米浆中筛选出乳酸菌和酵母菌，对两种菌进行复配得到最佳比例，制作出品质优良的米发糕。随着研究的深入，很多研究人员发现通过乳酸菌发酵能改变谷物淀粉结构从而提高食品的品质[6-8]。例如闵伟红等[9]研究发现，将适量乳酸菌接到大米中浸泡，能够生产出拉伸性和口感更好的米粉；Qi 等[10]研究发现，经植物乳杆菌发酵的玉米制作的玉米蛋糕具有较小的硬度与较大的咀嚼性。酵母菌在淀粉类食品发酵的过程中，不仅可以通过代谢产出风味物质起呈香作用[11-12]，还可以产二氧化碳调整发酵食品的口感，对食品的品质起到改善的作用。江彩艳等[13]研究不同酵母对红薯面包的风味影响，发现经酵母发酵的面包含有多种风味物质，对面包的品质产生影响；张二芳[14]研究薏米发糕的制作工艺，发现酵母发酵使发糕有细腻的质地和细密的气孔。
根据乳酸菌与酵母菌在米发糕中的作用，本研究以乳酸菌发酵大米为原料，后利用酵母发酵米浆产气制作米发糕，基于响应面法优化米发糕的工艺参数，以期为米发糕的制作工艺提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
大米：黑龙江省哈尔滨市金禾米业有限公司；绵白糖：沈阳永生堂贸易有限公司；酵母粉：安琪酵母股份有限公司；清酒乳杆菌（Lactobacillus sakei）：哈尔滨商业大学食品工程学院分离保藏；MRS 培养基：北京奥博星生物技术有限责任公司。
1.2 设备
DH3600A 微生物恒温培养箱：青岛精诚仪器仪表设备有限公司；CSI-008 立式压力蒸汽灭菌器：山东高芯生物传感器研究院有限公司；TA-new plus 质构仪：上海腾拔仪器科技有限公司；AE523 分析天平：上海舜宇恒平科学仪器有限公司；BBS-V1500-XF 洁净工作台：沈阳利科实验室设备有限公司；Q7 型小太阳豆浆机：中山市海盘电器有限公司；C21-Simple101 电磁炉：广州美的生活电器制造有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 工艺流程
1.3.2 分段式发酵米发糕操作要点
1.3.2.1 乳酸菌发酵米制备
将大米清洗去除杂质，取400 g 大米放入已经灭菌600 mL 的蒸馏水中，于洁净工作台中接入活化完成的清酒乳杆菌，将已经接入清酒乳杆菌的米放入26 ℃微生物恒温培养箱中浸泡发酵24 h。
1.3.2.2 米浆制作
取发酵24 h 的米进行淘洗，称量出湿米、绵白糖、酵母粉、水一同放入豆浆机，磨浆2 min，倒出米浆覆盖保鲜膜于微生物恒温培养箱中发酵。
1.3.2.3 蒸制
将发酵结束的米浆放入模具中，于电磁炉上蒸制15 min，蒸制结束取出放置1 h，米发糕制作完成，作为待测样品。
1.3.3 单因素试验设计
以500 g 乳酸菌发酵米为基准，水275 mL、绵白糖50 g、酵母粉2 g、酵母发酵时间2 h、酵母发酵温度35 ℃。选择控制变量法，依次改变水添加量（225、250、275、300、325 mL）、绵白糖添加量（30、40、50、60、70 g）、酵母粉添加量（1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g）、酵母发酵时间（1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h）、酵母发酵温度（31、33、35、37、39 ℃）5 个单因素变量，考察不同因素对米发糕品质影响的重要性。
1.3.4 响应面试验设计
基于单因素试验结果，将水添加量、绵白糖添加量、酵母粉添加量确定为响应变量，感官评分确定为响应值，利用Design Expert 8.0.6 设计三因素三水平的Box-Behnken 试验，优化出最佳配方，因素水平见表1。
表1 米发糕制备配方的试验设计因素及水平编码
Table 1 Experimental design factors and level coding of preparation formula of rice-steamed Chinese sponge cake
水平 因素A 水添加量/mL B 绵白糖添加量/g C 酵母粉添加量/g-1 250 40 1.5 0 275 50 2.0 1 300 60 2.5
1.3.5 感官评分
选择男女比例1∶1、年龄范围为20～40 周岁的10 名专业食品研究人员组成的感官评分小组，评分具体项目为米发糕的形态、色泽、气味、口感、组织5 个方面，感官评分标准详见表2。
表2 米发糕感官评价标准
Table 2 Sensory evaluation criteria of rice-steamed Chinese sponge cake
类别 评价标准 评分形态（20 分） 表面光滑，不塌陷 16～20表面稍光滑，轻微塌陷 10～15表面大面积塌陷 0～9色泽（20 分） 颜色均匀洁白，色泽透亮 16～20颜色较均匀，色泽较透亮 10～15颜色基本均匀，色泽稍透亮 0～9气味（20 分） 柔和的发酵味，无异味 16～20发酵香味稍淡，稍有异味 10～15无发酵香味，有异味 0～9口感（20 分） 柔软且易咀嚼，不粘牙 16～20稍柔软且咀嚼性较差，稍粘牙 10～15质地较硬，咀嚼性差，粘牙 0～9组织（20 分） 横截面气孔均匀且致密 16～20横截面气孔稍均匀，较致密 10～15横截面气孔不均匀，不致密 0～9
1.3.6 质构测定
米发糕的全质构测定采用探头为P/36R 进行，测定参数[15]：测前与测后速度均为5 mm/s，测定速度2 mm/s，应变位移60%，引发力5 g。
1.3.7 比容测定
小米代替法进行米发糕比容的测定[16]。取蒸制完成并且在室温下冷却近1 h 的米发糕作为测定样品，称量米发糕的质量，测量米发糕的体积，按下列公式计算米发糕的比容。
式中：S 为米发糕的比容，mL/g；V 为米发糕的体积，mL；W 为米发糕的质量，g。
1.4 数据处理
数据统计与整理分析使用Excel 2019、SPSS 26，绘图使用Origin 2021，响应面试验设计使用Design Expert 8.0.6。
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果与分析
2.1.1 水添加量对米发糕感官品质的影响
不同水添加量对米发糕感官品质的影响如图1所示。
图1 水添加量对米发糕感官品质的影响
Fig.1 Effect of water addition on the quality of rice-steamed Chinese sponge cake
由图1 可知，随着水添加量不断增加，米发糕的感官评分先升高后降低。加入275 mL 水时，米发糕的感官评分最高，此时米发糕的表面光滑平整，发糕内部气孔细密均匀，发糕整体蓬松柔软，易咀嚼。水添加量低于275 mL 时，米发糕的表面稍光滑，内部气孔数量较大且少，可能是水添加量过少，酵母发酵产气的速度较慢，使发糕的发酵体积较小[17]，感官评分较低。当水添加量超过275 mL 时，米发糕米糊的黏性较差，流动性较强，且成品表面易塌陷，米糊持气能力较差，米发糕的内部气孔不均匀，米发糕的感官评分较低。因此，选择水的添加量为250～300 mL 进行响应面试验。
2.1.2 绵白糖添加量对米发糕感官品质的影响
不同绵白糖添加量对米发糕感官品质的影响如图2 所示。
图2 绵白糖添加量对米发糕感官品质的影响
Fig.2 Effect of powdered sugar addition on the quality of ricesteamed Chinese sponge cake
由图2 可知，随着绵白糖添加量不断增加，米发糕的感官评分先增加后降低。添加50 g 绵白糖时，米发糕的柔韧绵软，颜色均匀洁白透亮，具有柔和的发酵香气，内部具有均匀且致密的气孔，回弹性强，米发糕的感官评分最高。当绵白糖的添加量低于50 g 时，米发糕的蓬松柔软度较低，内部气孔均匀致密性差，咀嚼性较大，适口性较差，发糕的发酵香气较弱，感官评分较低。当绵白糖的添加量高于50 g 时，容易造成米糊在发酵过程中造成高渗透压的内部环境[18]，导致米发糕的咀嚼性变大，且绵白糖的添加量过多，会使米发糕口感偏甜，发酵香气不明显，米发糕感官评分较低。因此，选择绵白糖的添加量为40～60 g 进行响应面试验。
2.1.3 酵母粉添加量对米发糕感官品质的影响
不同酵母粉添加量对米发糕感官品质的影响如图3 所示。
图3 酵母粉添加量对米发糕感官品质的影响
Fig.3 Effect of yeast powder addition on the quality of ricesteamed Chinese sponge cake
由图3 可知，随着酵母粉添加量不断增加，米发糕的感官评分呈现先增加后降低的变化趋势。添加2 g酵母粉时，米发糕感官评分最高，米发糕柔韧绵软蓬松，发酵香气柔和，内部气孔结构致密且均匀[19]。当酵母粉添加量少于2.0 g 时，米发糕弹性较差，发酵产气量较少，表皮稍光滑，气孔不均匀。当酵母粉添加量超过2.0 g 时，产气量较多，气孔较大，且易造成发糕表皮塌陷，内部气孔不均匀，发酵香味不纯正。因此，选择酵母粉的添加量1.5～2.5 g 进行响应面试验。
2.1.4 酵母发酵时间对米发糕感官品质的影响
不同酵母发酵时间对米发糕感官品质的影响如图4 所示。
图4 酵母发酵时间对米发糕感官品质的影响
Fig.4 Effect of fermentation time on the quality of rice-steamed Chinese sponge cake
由图4 可知，随着酵母发酵时间的不断延长，米发糕的感官评分表现出先上升后下降的变化趋势。酵母发酵时间为2.0 h 时，米发糕极具有一定弹性，表面光滑且洁白透亮，米发糕的感官评分最高；酵母发酵时间短于2.0 h 时，酵母在米浆体系中产气量较少、米发糕内部的气孔数量少，且致密性弱[20]；酵母发酵时间长于2.0 h，米酵母发酵时间继续延长，酵母在米浆体系中产气量增加且累积，米浆内部气孔融合，造成表皮轻微塌陷，内部气孔变大，会影响米发糕的感官品质。根据感官评分得出酵母发酵时间对米发糕的品质影响不大，可确定酵母发酵时间为2 h。
2.1.5 酵母发酵温度对米发糕品质的影响
不同酵母发酵温度对米发糕感官品质的影响如图5 所示。
图5 酵母发酵温度对米发糕感官品质的影响
Fig.5 Effect of fermentation temperature on the quality of ricesteamed Chinese sponge cake
由图5 可知，随着酵母发酵温度的升高，米发糕的感官评分表现出先增加后降低趋势。酵母发酵温度为35 ℃时，米发糕的感官评分最高，米发糕质地蓬松有弹性，适口性强，表面光滑平整，内部气孔均匀致密。当酵母的发酵温度高于35 ℃时，温度过高造成酵母发酵产气受到抑制，米发糕易出现内部气孔分布不均匀，且弹性略微下降。根据酵母发酵温度对米发糕品质的影响可以得出，酵母发酵温度对米发糕的感官评分整体影响较小，确定酵母发酵温度为35 ℃。
2.2 响应面试验结果与分析
2.2.1 响应面试验结果与分析
利用Design Expert 8.0.6 进行三因素三水平的Box-Behnken 试验，试验设计及结果见表3。
表3 Box-Behnken 试验设计及结果
Table 3 Box-Behnken test design and results
试验号A 水添加量 B 绵白糖添加量 C 酵母粉添加量 感官评分1-1-1 0 76.17 2 1-1 0 62.46 3-1 1 0 70.88 4 1 1 0 63.16 5-1 0-1 79.13 6 1 0-1 65.17 7-1 0 1 78.43 8 1 0 1 66.17 9 0-1-1 75.32 10 0 1-1 72.14 11 0-1 1 76.32 12 0 1 1 72.17 13 0 0 0 86.00 14 0 0 0 86.80 15 0 0 0 85.15 16 0 0 0 85.13 17 0 0 0 86.69
通过对表3 的试验结果进行回归拟合，得到多元二次回归模拟方程为Y=85.95-5.96A-1.49B+0.17C+1.50AB+0.42AC-0.24BC-9.77A2-0.81B2-3.95C2。
2.2.2 显著性检验及方差分析
回归模型方差分析如表4 所示。
表4 回归模型的方差分析
Table 4 Variance analysis of regression model
注：* 表示影响显著，0.01＜P＜0.05；** 表示影响极显著，P＜0.01。
来源 平方和 自由度 均方 F 值 P 值 显著性模型 1 132.74 9 125.86 238.57 ＜0.000 1 **A 308.14 1 308.14 584.07 ＜0.000 1 **B 24.22 1 24.22 5.91 0.000 3 *C 0.22 1 0.22 0.42 0.538 0 AB 15.96 1 15.96 30.25 0.000 9 *AC 0.72 1 0.72 1.37 0.280 2 BC 0.24 1 0.24 0.45 0.525 7 A2 381.96 1 381.96 724.00 ＜0.000 1 **B2 253.68 1 253.68 480.84 ＜0.000 1 **C2 74.43 1 74.43 141.09 ＜0.000 1 **残差 3.69 7 0.3失拟项 1.11 3 0.37 0.57 0.663 1 不显著纯误差 2.58 4 0.65总误差 1 136.44 16
由表4 可知，模型P＜0.000 1，说明模型极显著，失拟项P=0.663 1（不显著），R2Adj=99.26%，说明模型的可信度高，试验误差小，可用此模型可较好地分析和预测米发糕的制作工艺。各因素对米发糕的感官评分的影响从大到小为A＞B＞C，即水添加量＞绵白糖添加量＞酵母粉添加量。一次项A 和二次项A2、B2、C2 的影响达到了极显著水平，一次项B、交互项AB 的影响均达到了显著水平。
2.2.3 双因素的交互作用分析
响应面试验设计生成的响应曲面如图6 所示。
图6 各因素的交互作用对米发糕感官评分影响的响应面图
Fig.6 Response surface diagram of the interaction of various factors on the sensory score of rice-steamed Chinese sponge cake
由图6 可知，水添加量与绵白糖添加量交互作用的响应面坡度趋势陡峭、等高线趋于椭圆形，表明水添加与绵白糖添加量交互作用对米发糕感官评分影响较大，水添加量与绵白糖添加量交互作用显著，与方差分析结果一致。
2.2.4 验证试验
米发糕的最优配方组合通过Design Expert 8.0.6软件得出，最优配方为268.31 mL 水、48.76 g 绵白糖、1.99 g 酵母粉，此条件下米发糕的理论感官评分为87.093 7。考虑到实际操作的便捷性，将预测最优方案调整为水添加量270 mL、绵白糖添加量49.0 g、酵母粉添加量2.0 g，在此条件下进行3 次验证试验，得到米发糕的感官评分87.13，与理论值非常接近，证明采用响应面优化米发糕的回归方程拟合了良好，获得工艺参数准确可靠。
2.3 米发糕品质特性比较
根据响应面试验的结果，对确定的最优米发糕与2 种市售米发糕进行感官品质特性比较（将最优组合定为1 号、市售米发糕1 定为2 号、市售米发糕2 定为3 号），结果见表5。
表5 米发糕品质特性测定比较
Table 5 Comparison of quality characteristics of rice-steamed Chinese sponge cake
组别 硬度/g 弹性 咀嚼性/g 黏聚性 回复性 比容/（g/mL） 感官评分1 1 189.93±97.61 0.65±0.04 566.07±79.55 0.78±0.03 0.15±0.01 2.14±0.01 87.13±0.03 2 1 252.50±55.51 0.62±0.01 589.52±26.41 0.76±0.01 0.13±0.01 2.02±0.03 74.14±0.04 3 1 341.42±39.49 0.60±0.01 568.08±11.88 0.71±0.01 0.12±0.01 2.01±0.02 73.17±0.70
由表5 可知，1 号米发糕的硬度最低，弹性大，回复性大，感官评分较高，米发糕的内部气孔细密且均匀，米发糕的比容最大，米发糕柔软蓬松；2 号米发糕的硬度稍大，咀嚼性最大，米发糕内部气孔比1 号稍大，发酵香味轻，口感偏甜；3 号米发糕的硬度最大，弹性较小，米发糕表皮颜色偏暗黄、不透亮，口感黏腻，适口性差，感官评分最低。最优配方制作出的米发糕具有良好的质构特性、较大的比容、较高的感官评分，发糕柔韧绵软蓬松、颜色洁白透亮、内部气孔均匀致密，口感良好。
3 结论
本研究确定了米发糕的最佳制备配方：水添加量270 mL、绵白糖添加量49.0 g、酵母粉添加量2.0 g、酵母发酵时间2.0 h、酵母发酵温度35 ℃。在此条件下，制作的米发糕柔软蓬松、表皮光滑且不塌陷、颜色洁白透亮、内部气孔均匀致密、适口性强、黏弹性适中，可以为米发糕的生产研究提供参考依据。
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