芡實酸奶加工工藝的優化

張 然 齊 斌 王 晶

(1.常熟理工學院生物與食品工程學院，江蘇常熟 215500;2.江南大學食品學院，江蘇無錫 214036)

芡實是睡蓮科芡屬植物芡(EuryaleferoxSalisb)的成熟種仁。在中國江蘇、山東、安徽、湖北、吉林等地均有出產，在國外主要分布于東南亞、印度、俄羅斯朝鮮半島等地區。芡的果實外形像雞頭，其種仁即為芡實又稱雞頭米，常用作滋補品。本課題組［1］曾對蘇州產芡實進行營養成分檢測，發現芡實干品中總糖、蛋白質、脂肪含量分別為72.1，9.7，0.40 g/100 g;VB2、VC、鈣、鋅、銅、錳含量分別達到 0.86，15.14，16.78，4.14，0.94，0.82 mg/100 g;黃酮類物質含量為 14.60 mg/100 g。

目前中國對芡實的研究主要集中在其營養成分、生理活性方面［2，3］。隨著酸奶在國內市場銷售量的增加，開發各種類型的酸奶屢見報道［4，5］，目前僅有芡實乳飲料加工［6］的研究報道。筆者［7］曾針對芡實發酵奶的發酵工藝進行過試驗研究，但未探討影響芡實酸奶感官的各因素。本試驗擬對影響芡實酸奶感官的因素如芡實漿與奶液的比例、加糖量、嗜熱鏈球菌的接種量、發酵溫度、發酵時間等進行探索，以芡實酸奶的感官評分為評價指標，利用響應面分析軟件優化獲得芡實酸奶加工工藝參數，旨為芡實的開發應用提供更多途徑。

1 材料與方法

1.1 材料

芡實:蘇州創德興芡實有限公司;

雀巢全脂奶粉、白砂糖:購于常熟市大型超市;

嗜熱鏈球菌:常熟理工學院生物與食品工程學院發酵工程中心保存;

α-淀粉酶、糖化酶:食品級，刑臺萬達生物制品有限公司;

其它試劑:分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 主要設備

高壓均質機:GJZJ-型，天津特斯達食品科技機械有有限公司;

組織搗碎勻漿機:JJ-2B型，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司;

電熱恒溫干燥箱:GZX-DH-202-1-S型，上海博泰實驗設備有限公司;

數顯恒溫水浴鍋:HH-4型，常州國華電器電器有限公司;

便攜式數顯糖度計:PAL-1型，日本ATAGO有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

芡實→浸泡(料水比1∶7(m∶V)，溫度35～40℃，時間4 h)、打漿→煮沸→糊化(85℃，12 min)→液化(α-淀粉酶用量0.3%，溫度65℃，時間80 min)→糖化(糖化酶用量0.5%，溫度60℃，時間60 min)→過濾(80目)→得芡實漿→加入奶液(用新煮沸冷卻至40℃的飲用水以15%的比例配制)、白砂糖調配→均質(25～30℃，16 MPa)→灌裝(半瓶)→殺菌(110℃，10 min)→冷卻(42～43℃)→接種嗜熱鏈球菌→發酵→冷卻→后熟(4℃，24 h)→成品

1.3.2 單因素試驗設計

(1)芡實漿與奶液體積比對芡實酸奶感官評分的影響:在加糖量6%，嗜熱鏈球菌接種量3%，發酵時間9 h，發酵溫度42℃的條件下，研究芡實漿與奶液體積比(1∶5，1∶6，1∶7，1∶8，1∶9)對芡實酸奶感官評分的影響。

(2)加糖量對酸奶感官評分的影響:采用上述試驗確定的適宜的芡實漿與奶液體積比，嗜熱鏈球菌接種量3%，發酵時間9 h，發酵溫度42℃，研究不同加糖量(4%，5%，6%，7%，8%)對芡實酸奶感官評分的影響。

(3)嗜熱鏈球菌接種量對芡實酸奶感官評分的影響:采用上述試驗確定的適宜的芡實漿與奶液體積比、加糖量，發酵時間9 h，發酵溫度42℃，研究不同嗜熱鏈球菌接種量(1%，2%，3%，4%，5%)對芡實酸奶感官評分的影響。

(4)發酵時間對芡實酸奶感官評分的影響:采用上述試驗中確定的適宜的芡實漿與奶液體積比、加糖量、嗜熱鏈球菌接種量，發酵溫度42℃，研究發酵時間(7.5，8.0，8.5，9.0，9.5 h)對芡實酸奶感官評分的影響。

(5)發酵溫度對芡實酸奶感官評分的影響:采用上述試驗確定的適宜的芡實漿與奶液體積比、加糖量、嗜熱鏈球菌接種量、發酵時間，研究發酵溫度(38，40，42，44，46 ℃)對芡實酸奶感官評分的影響。

1.3.3 響應面試驗設計 在單因素試驗的基礎上，固定芡實漿與奶液體積比1∶5，發酵溫度為42℃，以加糖量、嗜熱鏈球菌接種量和發酵時間為試驗因子，以芡實酸奶的感官評分為響應值，采用 Design-Expert.8.05b對發酵工藝進行優化，對模型進行多元回歸擬合，獲得芡實發酵奶感官評分對自變量加糖量、接種量、發酵時間的二次多項回歸方程，并優選得出最佳發酵工藝條件。

1.3.4 芡實酸奶感官評定方法 根據GB 19302－2010制定具體評分標準見表1。由10名本專業同學組成評分小組，依據表1對產品色澤、氣味、滋味及組織形態進行評分，結果取平均值。

表1 芡實酸奶感官評分標準Table 1 Standards of sensory evaluation for Euryale ferox Salisb yogurt

1.3.5 產品質量指標檢測方法

(1)酸度測定:按GB 5413.34—2010執行;

(2)蛋白質含量測定:按GB 5009.5—2010執行;

(3)非脂乳固體含量測定:按GB 5413.39—2010執行;

(4)乳酸菌數測定:按GB 4789.35—2010執行;

(5)大腸菌群測定:按GB 4789.3—2010執行。

2 結果與討論

2.1 芡實漿與奶液體積比對芡實酸奶感官品質的影響

由圖1可知，隨著芡實漿比例下降，酸奶的感官評分逐漸升高。但考慮到芡實酸奶的產品特色，原料中芡實的比例不宜太低，決定將調配時芡實漿與奶液體積比固定在1∶5，此時芡實酸奶的感官評分為75分。

2.2 加糖量對芡實酸奶感官品質的影響

由圖2可知，芡實酸奶的感官評分隨加糖量的升高先上升后下降，在加糖量為6%時，芡實酸奶的感官評分最高為81分。因此選擇加糖量6%為宜。

2.3 嗜熱鏈球菌接種量對芡實酸奶感官品質的影響

由圖3可知，嗜熱鏈球菌接種量為1% ～3%時芡實酸奶的感官評分變化不明顯，接種量達到3%后隨著接種量的升高芡實酸奶的感官評分呈下降趨勢。接種量關系到菌種在奶液中的生長繁殖，對產酸速度有明顯的影響。當接種量過少時，發酵速度慢，蛋白質凝固不充分，酸奶組織不細膩，易見凝塊，反之，接種量過大時，發酵初期產酸過快，酸奶中蛋白質亞膠體分子團改變，親合連接作用減弱，蛋白質網絡松散，乳清析出較多，組織形態粗糙，導致酸奶的感官評分下降［8］。因此選擇嗜熱鏈球菌接種量3%為宜。

圖1 芡實漿與奶液體積比對芡實酸奶感官品質的影響Figure 1 Effect of Euryale ferox Salisb plasm and milk ratio on sensory scores of Euryale ferox Salisb yogurt

圖2 加糖量對芡實酸奶感官品質的影響Figure 2 Effect of amount of sugar on sensory scores of Euryale ferox Salisb yogurt

圖3 嗜熱鏈球菌接種量對芡實酸奶感官品質的影響Figure 3 Effect of inoculation amount on sensory scores of Euryale ferox Salisb yogurt

2.4 發酵時間對芡實酸奶感官品質的影響

由圖4可知，隨發酵時間延長芡實酸奶的感官評分先升高再降低，在發酵時間為8.5 h時，芡實酸奶的感官評分最高為86分。發酵時間太短，發酵不充分，組織狀態粗，有大量氣泡，乳清析出較嚴重。發酵時間過長，酸奶的酸度增加，微生物分泌的蛋白水解酶作用增強，導致酸奶中微小蛋白質亞膠體分子團改變，感官上滋味過酸，組織形態不細膩，乳清析出嚴重，感官評分下降［5］。因此選擇發酵時間8.5 h進行進一步研究。

圖4 發酵時間對酸奶感官品質的影響Figure 4 Effect of fermentation time on sensory scores of Euryale ferox Salisb yogurt

2.5 發酵溫度對芡實酸奶感官品質的影響

由圖5可知，隨發酵溫度的上升，芡實酸奶的感官評分顯著上升;發酵溫度高于40℃后，上升速度變慢，發酵溫度為42℃時，酸奶的感官評分最高為78分。據報道［9］在低溫(32～39℃)接種要比高溫(43～45℃)接種時得到的酸奶的口感好。考慮到在工業生產中稍高的溫度有利于縮短生產時間，降低成本，而42℃又是嗜熱鏈球菌的最適生長溫度，溫度再高，對酸奶的感官評分有非常不利的影響，所以決定將發酵溫度定在42℃。

圖5 發酵溫度對芡實酸奶感官品質的影響Figure 5 Effect of fermentation temperature on sensory scores of Euryale ferox Salisb yogurt

2.6 響應面試驗結果與分析

2.6.1 響應面試驗方案與結果 在單因素試驗的基礎上，根據Box-Benhnken的中心組合設計原理，考慮到芡實酸奶的產品特征，原料中芡實的比例不宜過低，因此在芡實漿與奶液體積比1∶5及發酵溫度42℃的條件下，以加糖量、嗜熱鏈球菌接種量和發酵時間為影響因子，以芡實酸奶的感官評分為響應值，采用響應面分析法，對芡實酸奶發酵工藝條件參數進行優化。試驗設計及結果見表2、3。

表2 響應面分析因素水平表Table 2 Values and levels of RSM design

表3 試驗設計及結果表Table 3 Experiment design and results

2.6.2 響應面試驗方差分析 利用Design Expert軟件對表2的試驗數據進行二次多項回歸擬合，獲得酸奶感官評分對自變量加糖量、接種量、發酵時間的多元回歸方程如下:

對得出的回歸方程進行方差分析結果見表4。由表4可知:模型P＜0.000 1，說明本試驗所選用的二次多項模型具有高度的顯著性。失擬項不顯著(P=0.181 2＞0.05)，說明模型的擬合性好。模型的決定系數R2=0.997 0，表明99.7%的感官評分變化都可由此模型解釋。綜上可知該模型擬合程度較好，可以用此模型來分析和預測芡實酸奶感官結果。從F值可以看出所選因素對響應值影響強弱次序為:A＞B＞C。在總的作用因素中A、A2、B2、C2的差異極顯著(P＜0.000 1);B、C、AB、AC的差異顯著性(P＜0.05);BC 的差異不顯著(P＞0.05)。

表4 回歸模型方差分析Table 4 Variance analysis for regression equation

表4 回歸模型方差分析Table 4 Variance analysis for regression equation

R2=0.997 0;Adj R2=0.993 2。

方差來源 平方和 自由度 均方 F值 P值模型 919.37 9 102.15 260.02 ＜0.000 1 A 91.12 1 91.12 231.95 ＜0.000 1 B 21.13 1 21.13 53.77 0.000 2 C 18.00 1 18.00 45.82 0.000 3 AB 4.00 1 4.00 10.18 0.015 3 AC 2.25 1 2.25 5.3 0.047 9 BC 0.25 1 0.25 0.64 0.451 2 A2 581.32 1 581.32 1 479.71 ＜0.000 1 B2 76.05 1 76.05 193.59 ＜0.000 1 C2 67.37 1 67.37 171.48 ＜0.000 1殘差922.12 16 2.75 7 0.39失擬項 2.75 3 0.92 4.59 0.181 2誤差項 0.00 4 0.00總和

2.6.3 響應面分析與優化 利用 Design Expert軟件對數據進行二次多元回歸擬合，所得到的二次回歸方程的響應面及其等高線圖見圖6～8。

圖6 加糖量和接種量交互影響芡實酸奶感官品質的曲面圖Figure 6 The interaction effect of inoculation amount and the amount of sugar on response surfaces of Euryale ferox Salisb yogurt sensory scores

圖7 加糖量和發酵時間交互影響酸奶感官品質的曲面圖Figure 7 The interaction effect of inoculation amount and fermentation time on response surfaces of Euryale ferox Salisb yogurt sensory scores

圖8 接種量和發酵時間交互影響芡實酸奶感官品質的曲面圖Figure 8 The interaction effect of inoculation amount and fermentation time on response surfaces of Euryale ferox Salisb yogurt sensory scores

由圖6～8可知:A(加糖量)與B(接種量)、A(加糖量)與C(發酵時間)的交互作用均顯著;B(接種量)與C(發酵時間)的交互作用不顯著，與表4所示AB、AC的差異顯著性(P＜0.05)，BC 的差異不顯著(P＞0.05)的結果一致。

通過Design Expert軟件分析預測芡實酸奶感官評分的最大預測值為88.4分，此時的工藝條件為最佳條件:加糖量5.85%，接種量3.37%，發酵時間8.54 h。為便于操作，將工藝進行適當處理為:加糖量5.8%，接種量3.4%，發酵時間8.5 h，進行驗證實驗，結果顯示，芡實酸奶的綜合得分90.1(相對誤差為1.9%)，與預測值相差不大，說明該方程與實際情況擬合良好，充分驗證了所建模型的正確性，說明響應面法適用于對芡實酸奶發酵工藝進行回歸分析和參數優化。

2.7 產品質量指標

2.7.1 感官指標 芡實酸奶色澤均勻一致，呈微黃色;有發酵乳特有的滋味、氣味，無其他異味，酸甜比例適當;組織細膩，凝塊細小均勻滑爽，無氣泡，可有少量乳清析出。

2.7.2 理化指標 酸度為87oT;蛋白質含量≥2.6%;非脂乳固體含量≥4.65%。

2.7.3 微生物指標 乳酸菌數≥5.8×106CFU/mL;大腸菌群 ＜30 CFU/100 mL。

3 結論

以芡實和奶粉為主要原料制作芡實酸奶既保留芡實的天然營養成分又具有豐富的乳酸菌菌體。試驗表明，芡實酸奶生產的最佳工藝條件為芡實漿與奶液體積比1∶5，發酵溫度42 ℃，加糖量5.8%，接種量 3.4%，發酵時間 8.5 h，該條件下制作的芡實酸奶呈微黃色，具發酵乳特有的滋味、氣味，組織細膩，凝塊細小均勻，感官評分達90.1分。在今后的進一步試驗中還可探討其它藥食兩用原材料與芡實復合添加制作風味酸奶的加工工藝以豐富酸奶的種類，同時也可提供更廣闊的芡實深加工渠道。

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