響應面法對酸奶冰淇淋配方的優化

李松林

（淮陰工學院生命科學與化學工程學院食品工程系，江蘇淮安223003）

酸奶冰淇淋是以牛乳為主要原料，用乳酸菌發酵制成酸奶，在此基礎上添加奶粉、奶油、穩定乳化劑等，經均質、老化、凝凍制成的含活性乳酸菌的健康保健型冰淇淋。它具備了酸奶和冰淇淋的雙重特點，既使傳統冰淇淋在營養價值和口感上更進一步，又克服了酸奶貨架期短的缺點[1]。在-18 ℃下，乳酸菌處于休眠狀態不會繼續發酵，保質期可達6 個月，但乳酸菌一旦進入人體則會復活，能繼續生長繁殖而發揮它的保健功能，因而有廣闊的市場前景[2]。雖然國內外已開展酸奶冰淇淋的研究，但是對于其配方的優化探索鮮見報道。

本實驗采用中心組合設計和響應面分析法對酸奶冰淇淋的配方進行了優化研究，旨在通過配料的優化，為工業化生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

鮮牛乳：淮安市郊區天然牧場提供；奶油：光明乳業；嗜熱鏈球菌（Streptoccus thermophilus，St）、保加利亞乳桿菌（Lactobacillius bulgaricus，Lb）：由淮陰工學院生化學院食品工程實驗室保藏；蔗糖（黃原膠，瓜爾豆膠，單硬脂酸甘油酯）、穩定劑：食品級。

1.2 酸奶冰淇淋的制備工藝流程

1.3 操作要點

1.3.1 酸奶制備要點

按照攪拌型酸奶生產工藝，殺菌條件100 ℃，冷卻到40 ℃，接入菌種，發酵至pH3.5～4.0 時，停止發酵，此時溶液的酸度較一般酸奶的酸度大，可用來增加冰淇淋的風味[3]。

1.3.2 原料混合、配制

穩定劑（黃原膠、瓜爾豆膠、蒸餾單硬脂酸甘油酯）按1 ∶2 ∶1 的比例混合，先用水浸泡使其充分分散、溶脹，與少量糖混合后，再加入適量熱水溶解。糖、奶油等用50 ℃～60 ℃的熱水溶解，溶解過程中要不斷攪拌。

1.3.3 殺菌

殺菌溫度80 ℃～85 ℃，殺菌時間10 min～15 min。

1.3.4 冷卻

為保證產品中的活性乳酸菌數，物料必須冷卻至40 ℃～45 ℃左右[4]。

1.3.5 均質

均質壓力20 MPa～25 MPa，溫度40 ℃～45 ℃。

1.3.6 老化、凝凍和硬化

4 ℃下老化6 h，有利于凝凍攪拌時提高膨脹率。在凝凍過程中要保持合適的進氣量，以免物料凝凍成冰。凝凍后的冰淇淋立即根據需要灌注到不同的容器中成型，放入低溫（-25 ℃）下硬化，從而固定冰淇淋的組織狀態和保持硬度[5-6]。

1.4 實驗設計

1.4.1 單因素試驗

分別考察影響產品品質和風味的主要原料：酸奶添加量、奶油添加量、白砂糖添加量及復合穩定劑添加量對感官評定的影響。

1.4.2 酸奶冰淇淋的配方優化

在單因素試驗結果的基礎上，采用中心組合設計和響應面分析法對酸奶冰淇淋的配方進行優化。試驗因素及水平選取見表1。

表1 酸奶冰淇淋配方優化試驗的因素與水平Table 1 Factors and levels of the optimization experiment of the formula

1.5 感官評定標準

根據產品的色澤、口感、風味、組織狀態和膨脹率等進行綜合評定，樣品隨機提供給10 位有經驗的評審員，分別打分，取平均分為綜合評分。評分標準如表2所示。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 酸奶添加量對產品品質的影響

酸奶添加量對產品品質的影響，結果見圖1。

由圖1 可知，隨著酸奶添加量的增加，酸奶冰淇淋感官評定總評分先大后小，在添加量50%時總評分最高。因此，酸奶冰淇淋研制的最佳酸奶添加量為50%。當酸奶添加量大于50%時，由于脂肪的降低，會導致膨化率降低，且產品的組織結構中出現冰晶而變得粗糙，最終致使感官評分降低[5]。

表2 酸奶冰淇淋感官評定表Table 2 Standard of sensory evaluation of yogurt ice cream

2.1.2 奶油添加量對產品品質的影響

奶油添加量對產品品質的影響，結果見圖2。

由圖2 可知，隨著奶油添加量的增加，酸奶冰淇淋感官評定總評分先大后小，在奶油添加量為10%時總評分最高。因此，酸奶冰淇淋研制的最佳奶油添加量為10%。

2.1.3 蔗糖添加量對產品品質的影響

蔗糖添加量對產品品質的影響，結果見圖3。

蔗糖不僅能賦予冰淇淋甜，同時可使產品具有細膩的組織結構，還能降低產品凝凍溫度。由圖3 可知，隨著白砂糖添加量的增加，酸奶冰淇淋感官評定總評分先大后小，在白砂糖添加量為15%時總評分最高。因此，酸奶冰淇淋研制的最佳白砂糖添加量為15%。

2.1.4 復合穩定劑添加量對產品品質的影響

復合穩定劑添加量對產品品質的影響，結果見圖4。

由圖4 可知，隨著復合穩定劑添加量的增加，酸奶冰淇淋感官評定總評分先大后小，在復合穩定劑加量為0.7%時總評分最高。因此，酸奶冰淇淋的最佳復合穩定劑添加量為0.7%。

2.2 中心組合設計及響應面法優化酸奶冰淇淋配方

酸奶冰淇淋配方的回歸正交設計試驗方案與結果如表3 所示。

利用Design-expert 軟件對表3 數據進行回歸擬合，得到感官評分值Y 與自變量X1、X2、X3和X4的二次回歸方程為：Y=85.51+3.86X1+5.44X2+2.78X3+4.52X4- 2.57X1X2+ 0.80X1X3- 1.30X1X4- 0.76X2X3-0.0.87X2X4-3.12X3X4-2.04X12-3.88X22-3.95X32-4.77X42。對該模型進行的方差分析及顯著性檢驗結果見表4。

表3 酸奶冰淇淋配方的回歸正交設計試驗方案與結果Table 3 The program and results of orthogonal experiment of the yogurt ice cream formula

表4 響應面試驗方差分析Table 4 Variance analysis of response surface test

由表4 可知，酸奶添加量（X1）、奶油添加量（X2）、白砂糖添加量（X3）及復合穩定劑添加量（X4）及其二次項，以及各因素之間的交互作用（X1X2、X3X4）對感官評分值的影響均在顯著水平以上。因變量與自變量之間的多元回歸關系是高度顯著的（復相關系數R2= 0.960 5），該模型對Y 值變化的描述程度為96.05 %，且失擬性檢驗結果為不顯著，表明試驗設計結果可靠。

圖5 和圖6 中的響應面及其等高線圖形較好地描述了酸奶添加量（X1）、奶油添加量（X2）、蔗糖添加量（X3）及復合穩定劑添加量（X4）對酸奶冰淇淋配方的感官評分值的影響。

由等值線圖可知，擬合面感官評分最高值存在，即各因素都有一個對應的最適值。由圖5 可知，酸奶添加量和奶油添加量交互作用顯著，當奶油添加量保持一定時，隨著酸奶添加量的增加，感官評分值增加。在圖6 中，當復合穩定劑添加量保持一定時，隨著蔗糖添加量的增加，感官評分值先增加后降低，感官評分最高值達到83.3。

由此可知，產品感官評分值與上述4 個因素均存在對應關系。由Design-expert 軟件分析得出各因素最優水平組合為：X1=51%，X2=10.8 %，X3=15.6 %，X4=0.71%，Y=89.2。在該條件下重復三次實驗，平均感官評分值為88.2，誤差為1.12%。這說明采用五因素二次回歸正交組合設計尋求的最佳工藝條件是可行的。

3 結論

采用中心組合設計和響應面分析法，得到酸奶冰淇淋的最佳配方：酸奶添加量51%、奶油添加量10.8%、蔗糖添加量15.6%、復合穩定劑添加量0.71%，此時產品的感官評分值為89.2。

[1] 呂兵,章軍.酸奶冰淇淋的研制[J].食品工業科技,1998(4):33-34

[2] 劉學浩,王琪,孫強,等.冷凍酸奶生產工藝的研制[J].食品科技,2004(1):67-69

[3] 侯振建,杜海麗.酸奶冰淇淋的配方及工藝條件[J].食品與機械,2003(6):37-38

[4] 高云,李杰,張彧,等.黑甜玉米酸奶冰淇淋的研制[J].食品科學,2006,27(10):673-676

[5] 張紅兵,趙士豪,馬同鎖,等.香椿咖啡冰淇淋的制作[J].食品與藥品,2006,8(3):53-55

[6] 鄂衛峰.大豆益生酸奶冰淇淋的研制[J].乳業科學與技術,2006(3):118-120