Plackett-Burman聯用正交設計優選紫蘇蛋白酸奶加工工藝

冷進松，孫國玉，由喆，朱珠

（1.吉林工商學院食品工程學院，吉林長春130062；2.吉林工商學院糧油食品深加工吉林省高校重點實驗室，吉林長春130062）

Plackett-Burman聯用正交設計優選紫蘇蛋白酸奶加工工藝

冷進松1，2，孫國玉1，由喆1，朱珠2，*

（1.吉林工商學院食品工程學院，吉林長春130062；2.吉林工商學院糧油食品深加工吉林省高校重點實驗室，吉林長春130062）

以新鮮牛乳和脫臭紫蘇蛋白為主要原料，經殺菌、真空濃縮、冷卻、添加乳酸菌發酵劑發酵，研發出營養和保健功效高的新型酸奶產品。以感官得分為指標，通過單因素試驗，Plackett-Burman因素篩選、結合正交試驗設計對生產工藝進行優化。評價了紫蘇蛋白粉添加量、乳酸菌添加量、木糖醇添加量、羥甲基纖維素鈉（CMC）添加量、發酵溫度、發酵時間6個因素對酸奶感官得分的影響。最終確定最優生產工藝為：紫蘇蛋白粉添加量5%、乳酸菌添加量0.4%、木糖醇添加量0.55%、羥甲基纖維素鈉（CMC）添加量0.2%、發酵溫度42℃、發酵時間4 h。該產品具有良好的感官性狀，是一種營養豐富，開發前景廣闊的產品。

紫蘇蛋白；木糖醇；酸奶；Plackett-Burman設計；工藝

酸奶是以牛乳或復原乳為主要原料，添加或不添加輔料，使用含有保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌的菌種發酵制成的產品［1］，是一種集營養與保健為一體的乳制品，具有促進消化，預防疾病，維護健康的功效［2］。紫蘇蛋白來源于紫蘇籽壓榨法取油后的副產品，其凈蛋白比值（NPR）、功效比值（PER）、和真消化率（TD）分別為2.87%、2.07%和82.6%。紫蘇籽蛋白質氨基酸的組成全面、合理，其氨基酸種類多達18種，含有人體所必需的全部8種氨基酸和兒童必需的10種氨基酸，是一種比較好的植物蛋白資源［3］。

本研究以鮮牛乳和紫蘇蛋白粉為主要原料，經乳酸菌發酵，確定適宜的加工工藝條件制備紫蘇蛋白酸奶。目前，絕大部分酸奶類產品以原味酸奶和調味酸奶為主。隨著消費者生活條件的提高，營養健康意識地不斷提高，酸奶的消費也越來越普及，酸奶由單一特殊風味的飲料向具有不同營養價值和保健功效的功能性飲料發展成為趨勢［4］。本試驗該產品兼有紫蘇蛋白和酸奶的雙重營養保健作用，其研制將為消費者提供功能性乳制品的更多選擇空間，具有良好的開發前景。

1材料與方法

1.1材料與試劑

紫蘇蛋白粉：吉林沃達食品有限公司；乳酸菌：北海群林生物工程有限公司；木糖醇：武漢盛世天元生物科技有限公司；羧甲基纖維素鈉：西安大豐收生物科技有限公司。

1.2儀器與設備

LDZX-50FBS立式壓力高壓蒸汽滅菌器：上海申安醫療器械廠；BHP-9272電熱恒溫培養箱：常州杰博森儀器有限公司；SRH500-45高壓均質機：上海申鹿均質機有限公司；SW-CJ-1FD單人單面凈化工作臺：蘇州凈化有限公司；KA62NV06TI冰箱：博西華家用電器有限公司。

1.3試驗方法

1.3.1工藝流程

1.3.2操作要點

1.3.2.1原料乳選擇

選用鮮乳，要求酸度在18°T以下，細菌總數不高于5×105cfu/mL，總干物質含量≥11.5%，其中非脂乳固體含量≥8.5%。原料乳不得使用病畜乳和殘留抗菌素、殺菌劑、防腐劑的牛乳。

1.3.2.2配料

在消毒過的玻璃罐中放入鮮乳，加入5%紫蘇蛋白、0.5 g/100 mL木糖醇、0.1%羧甲基纖維素鈉，不斷攪拌。

1.3.2.3預熱均質

預熱溫度控制在50℃～65℃，可防止均質后的產品中脂肪上浮，增加產品穩定性。原料配合后進行均質處理。均質處理可使原料充分混勻，有利于提高酸乳的穩定性和稠度，并使酸乳質地細膩，口感良好。采用的壓力以20 MPa～25 MPa為好。

1.3.2.4熱力殺菌

采用90℃～95℃，殺菌5 min～10 min，對原料乳進行殺菌。

1.3.2.5真空濃縮

殺菌后的物料進人真空蒸發器中，物料的濃度控制在21%～22%。

1.3.2.6冷卻

將殺菌后的乳快速冷卻至46℃～48℃后，準備接種。

1.3.2.7接種

將5%乳酸菌接入已滅過菌且冷卻至46℃～48℃的熱牛奶中，充分攪拌混勻。

1.3.2.8發酵

發酵劑混勻后，迅速置于41℃～42℃電熱恒溫箱中培養，發酵時間一般在3 h～4 h。達到凝固狀態時，當滴定酸度達到60°T～70°T以上，pH低于4.6，表面有少量水痕，奶變粘稠時即可終止發酵。

1.3.2.9冷藏后熟

發酵結束后，應立即移入0℃～5℃的冰箱中，終止發酵過程，使酸乳的特征（質地、口昧、酸度等）達到所設定的要求。另外，冷藏還具有促進香味物質產生，改善酸乳硬度的作用。一般將酸乳終止發酵后第12 h～24 h稱為后熟期，在此期間香味物質的產生會達到高峰期。0℃～5℃貯藏24 h，即可。

1.3.3感官評分標準

對酸奶產品進行隨機編號，取一定量樣品放入帶有編號的容器中，選10名有經驗的食品專業的人員組成評分小組，分別對產品的色澤（25分）、滋味（25分）、氣味（25分）、組織形態（25分）進行綜合評價，最后根據各個指標所占的比重，計算出感官綜合評分（滿分100分），各項指標所占比重見表1［5］。

1.3.4單因素試驗

采用單次單因素法，假定各因素不存在交互作用，當其它因素保持不變，只改變其中一個因素，然后逐個進行考察分析［6］。

1.3.5Plackett-Burman實驗設計篩選主要影響因素

1.3.5.1因素及水平范圍

在單因素試驗基礎上，對紫蘇蛋白粉添加量、乳酸菌添加量、木糖醇添加量、羥甲基纖維素鈉（CMC）添加量、發酵溫度、發酵時間6個因素進行考察，每個因素取低水平“-1”和高水平“l”。另設1個虛擬列，設計實驗次數N=12的Plackett-Burman實驗，以感官得分Y為回應值，Plackett-Burman試驗因素及水平及結果見表2。

表1　感官評分標準Table 1Standard of sensory evaluation

表2　Plackett-Burman試驗設計表及試驗結果Table 2Plackett-Burman design and experimental results

1.3.5.2Plackett-Burman試驗結果分析

利用Minitab對Plackett-Burman試驗數據進行分析，結果如表3所示，其標準偏差為1.853 38，預測誤差平方和為54.79%，回歸方程的誤差系數R2為94.98%；調整后R2為86.19%。

表3　偏回歸系數及影響因子的顯著性分析Table 3Analysis of partial regression coefficient and significance of factors

從檢驗結果可以看出：主效應中，紫蘇蛋白粉添加量、乳酸菌添加量、木糖醇添加量、羥甲基纖維素鈉（CMC）添加量、發酵時間5個主要因素效應顯著，其P分別為0.037、0.025、0.049、0.046和0.036，均小于0.050，可以作為進一步優化的因素。其他因素對結果影響不大，在進一步研究中，取中間水平，對影響效果不進行分析［7］。

1.3.6正交試驗設計

根據Plackett-Burman試驗設計結果，本試驗選擇紫A-蘇蛋白粉添加量（%）、B-乳酸菌添加量（%）、C-木糖醇添加量（%）、D-羥甲基纖維素鈉（CMC）添加量（%）、E-發酵時間（h）五因素二水平進行正交設計。選用L8（27）正交試驗表進行實驗。正交試驗設計因素水平表見表4，試驗安排及結果見表5，方差分析見表6。

表4　正交試驗因素水平表Table 4Factor and levels of orthogonal experiment

表5　正交試驗結果與極差分析Table 5Orthogonal experiment result

由極差分析可知，各因素對酸奶加工工藝的影響次序為A＞C＞B＞E＞D。方差分析結果表明紫蘇蛋白添加量對蘸料加工工藝具有顯著影響，其它因素則影響不顯著。結合單因素試驗及生產實際考慮，確定紫蘇蛋白酸奶最佳加工工藝為A1B1C1D1E1，即紫蘇蛋白粉添加量為5%，乳酸菌添加量0.4%，木糖醇添加量0.55%，CMC添加量0.2%，發酵時間為4 h。

表6　方差分析結果Table 6Analysis of variance for the experiment results of orthogonal array design

3結論

通過不同原料添加量對產品感官得分影響的單因素試驗、Plackett-Burma試驗、正交試驗，根據直觀分析和方差分析，獲得最優化工藝。從試驗結果看，準確度和精密度均較高。紫蘇餅在我國主要被用作肥料和飼料，造成了極大的浪費，紫蘇蛋白來源于壓榨取油后的紫蘇餅，具有較高的營養價值，可應用于功能食品的開發。在酸奶中添加適量的紫蘇蛋白可以制作出感官、營養、保健性能均佳的新型發酵乳制品，具有較高的推廣價值。

［1］陶興無.發酵產品工藝學［M］.北京:化學工業出版社，2008:77-78

［2］李亞軍，朱建榮，黃云華，等.葛根凝固型酸奶發酵工藝研究［J］.食品與生物技術學報，2011，30（4）:623-624

［3］朱國君.紫蘇餅粕蛋白質的分離提取及其功能特性研究［D］.重慶:西南大學，2008:17-19

［4］曹亞麗，周紅麗.紫薯酸奶發酵工藝優化研究［J］.食品與機械，2010，26（2）:151-152

［5］程紹輝.乳清濃縮蛋白對酸奶品質特性影響的研究［D］.北京:中國農業大學，2006:18-19

［6］趙偉，陳晨，劉倩，等.利用Minitab優化耐高溫淀粉酶發酵培養條件［J］.中南大學學報（自然科學版），2010，41（5）:1652-1656

［7］冷進松，朱珠，周躍勇.乳清粉-玉米酵子饅頭生產配方的優化設計［J］.食品研究與開發，2014，35（2）:57-63

Optimization of Process Technology of Perilla Protein Yoghourt by Plackett-Burman Combined with Orthogonal Test

LENG Jin-song1，2，SUN Guo-yu1，YOU Zhe1，ZHU Zhu2，*
（1.College of Food Engineering，Jilin Business and Technology College，Changchun 130062，Jilin，China；2.Jilin Province Key Laboratory of Grain and Oil Processing，Jilin Business and Technology College，Changchun 130062，Jilin，China）

A new yoghourt was processed through sterilization，vacuum concentration，cooled，added lactic acid bacteria fermentation processing，used fresh milk and deodorized perilla seed protein as the main raw material，developed a new type of yoghurt products has high nutrition and health care effect.Judged by the sensory evaluation，through the single factor experiment，the Plackett-Burman factor screening，combined with the orthogonal test to the production process optimization experiment design.Evaluation of the effect of perilla seed protein amount，lactic acid bacteria amount，xylitol amount，CMC amount，fermentation temperature，fermentation time 6 factors on yoghurt sensory.To determine the optimal production technology for perilla seed protein amount 5%，lactic acid bacteria amount 0.4%，xylitol amount 0.55%，CMC amount 0.2%，fermentation temperature 42℃，fermentation time 4 h.The product had good sensory properties，it was a nutrient rich，with broad prospects for development of products.

perilla seed protein；xylitol；yoghurt；Plackett-Burman design；process

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.16.027

2015-04-16

吉林省科技廳科技支撐計劃重大科技攻關專項（20130204044NY）

冷進松（1981—），男（漢），講師，碩士，研究方向：食品資源開發與利用。

朱珠（1960—），女（漢），教授，研究方向：食品科學與工程。