響應面法優化發酵型紅豆薏米乳飲料的工藝

于忠娜，王軍，黃勝楠，韓榮偉

（1.青島農業大學海都學院，山東萊陽 265200；2.青島農業大學食品科學與工程學院，山東青島 266109）

響應面法優化發酵型紅豆薏米乳飲料的工藝

于忠娜1，王軍2，黃勝楠2，韓榮偉2

（1.青島農業大學海都學院，山東萊陽 265200；2.青島農業大學食品科學與工程學院，山東青島 266109）

以紅豆、薏米與酸奶等為原料生產新型的發酵型乳飲料，研究了酸奶、紅豆薏米汁、白糖、檸檬酸的添加量對發酵型紅豆薏米乳飲料的感官評分的影響，確定穩定劑羧甲基纖維素（CMC）的添加量。并在單因素實驗的基礎上，以感官評分為響應值，進行響應面優化試驗，確定了發酵型紅豆薏米乳飲料的最佳配方：酸奶27.01%，紅豆薏米汁44.40%，白糖10.65%，檸檬酸0.06%，羧甲基纖維素0.5%。所制得發酵型紅豆薏米乳飲料酸甜可口，風味宜人，細膩爽滑。

紅豆；薏米；發酵型乳飲料；響應面法

0 引言

紅豆，富含蛋白質、碳水化合物、膳食纖維、微量元素、多種維生素及必需氨基酸，具有抗癌、延緩衰老等保健作用[1-2]。薏米性涼，味甘、淡，富含蛋白質、脂肪、碳水化合物、粗纖維及各種微量元素[3-4]。薏米中的膳食纖維，可預防高血脂、高血壓等心血管疾病；苡仁酯具有抗癌防癌的功效[5-6]；不飽和脂肪酸具有緩解血液中過量的膽固醇、增強細胞膜透性、阻止心肌組織和動脈硬化等功能[7-8]。

發酵型乳飲料因其在蛋白質、鈣、維生素等營養物質含量及產品功效上優勢，發展前景廣闊[9-11]。紅豆薏米湯用于食療，具有健脾去濕、利水消腫的功效[12-13]。本文將紅豆薏米汁與酸奶相混合，使三者的營養價值充分結合，利用響應面法優化其工藝配方，生產出一種含有活菌的發酵型乳飲料。

1 實驗

1.1 材料與試劑

脫脂奶粉，紅豆，薏米，綿白糖；嗜熱鏈球菌（直投式），保加利亞乳桿菌（直投式）；羧甲基纖維素CMC（食品級），檸檬酸(食品級）。

1.2 儀器與設備

DHP—9082型電熱恒溫培養箱，SW—CJ—1F型超凈工作臺，BCD—256H型海爾電冰箱，TGL-16C型離心機，Scout SE型電子天平，T 25 D S25型均質機，調溫電爐，電熱恒溫水浴鍋，蘇泊爾多功能榨汁機。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

（1）紅豆薏米汁的制備

紅豆、薏米分選除雜→稱量→清洗→煮熟→打漿→過濾→紅豆薏米汁

（2）酸奶的制備

脫脂奶粉→加水→加糖→水浴溶解→均質→殺菌→冷卻→接種發酵劑→發酵→后熟→酸奶

（3）發酵型乳飲料的制備

穩定劑、白糖、水混合→加入紅豆薏米汁、酸奶→預熱→均質→冷卻→灌裝→冷藏

1.3.2 紅豆薏米汁的制備操作要點[14]

挑選出無蟲蛀、無缺損、無霉變的紅豆和薏米，分別稱取等量的紅豆和薏米，洗凈后放置于鍋中，加入15倍水煮熟，將紅豆、薏米和湯一起倒入打漿機中打漿，經8層紗布過濾，濾液備用。

1.3.3 酸奶的制備操作要點[15]

（1）脫脂奶粉復原。將脫脂奶粉與白糖加入70～80℃的熱水中充分溶解，其中脫脂奶粉與水的比例為1∶8,白糖添加量為9%。

（2）均質。在20 MPa、63℃的條件下均質。

（3）殺菌。殺菌溫度為90～95℃，殺菌時間為10 min，水浴殺菌[16]。

（4）冷卻。殺菌后立即冷卻到43℃。

（5）接種。將冷卻后的復原乳在無菌操作臺中接種，接種0.6%直投式保加利亞乳桿菌和0.6%直投式嗜熱鏈球菌。

（6）發酵。將接種后的復原乳放入恒溫箱中43℃發酵5 h。

（7）后熟。將發酵好的酸奶放入2～4℃的冰箱中冷藏。

1.3.4 發酵型紅豆薏米乳飲料的制備操作要點

（1）調配。先將穩定劑羧甲基纖維素與白糖拌合均勻，加入60～70℃熱水中攪拌，使其充分溶解[17]，冷卻至30～40℃，將前述物料與紅豆薏米汁和攪拌成流體狀的酸奶混合均勻后，在低溫狀態下分次慢速添加溶解的檸檬酸，同時快速攪拌，防止混合物發生沉淀。

（2）預熱、均質。將調配好的料液預熱到53℃，利用均質機在20MPa、53℃條件下進行均質處理，使乳飲料的穩定性提高，口感細膩均勻[18]。

（3）冷卻、灌裝。

（4）冷藏。

1.3.5 單因素實驗

在其他條件不變的情況下，依次改變酸奶添加量、紅豆薏米汁添加量、白糖添加量、檸檬酸添加量進行單因素試驗，以感官評價為指標，確定出響應面所需要的各因素的水平。

（1）酸奶添加量的單因素實驗。在紅豆薏米汁添加量為45%（體積分數），白糖添加量為10%（質量分數），檸檬酸添加量為0.06%（質量分數），羧甲基纖維素添加量為0.5%（質量分數）的條件下，分別添加體積分數為20%，24%，28%，32%和36%的酸奶，生產出乳飲料后根據感官評分表進行感官評分。

（2）紅豆薏米汁添加量的單因素實驗。在酸奶添加量為32%（體積分數），白糖添加量為10%（質量分數），檸檬酸添加量為0.06%（質量分數），羧甲基纖維素添加量為0.5%（質量分數）的條件下，分別添加體積分數為30%，35%，40%，45%和50%的紅豆薏米汁，生產出乳飲料后根據感官評分表進行感官評分。

（3）白糖添加量的單因素實驗。在酸奶添加量為32%（體積分數），紅豆薏米汁添加量為45%（體積分數），檸檬酸添加量為0.06%（質量分數），羧甲基纖維素添加量為0.5%（質量分數）的條件下，分別添加質量分數為4%，6%，8%，10%和12%的白糖，生產出乳飲料后根據感官評分表進行感官評分。

（4）檸檬酸添加量的單因素實驗。在酸奶添加量為32%（體積分數），紅豆薏米汁添加量為45%（體積分數），白糖添加量為10%（質量分數），羧甲基纖維素添加量為0.5%（質量分數）的條件下，分別添加0.02%，0.04%，0.06%，0.08%和0.1%（質量分數）的檸檬酸，生產出乳飲料后根據感官評分表進行感官鑒定并打分。

1.3.6 感官評價方法

隨機選擇數名無經驗的評鑒人員對乳飲料的色澤、滋氣味和氣味、組織狀態3項指標進行評價打分，將各項指標分數相加，以所有評鑒人員的平均分數作為最終感官評價分數。

表1 發酵型紅豆薏米乳飲料感官評分標準

1.3.7 羧甲基纖維素添加量對產品穩定性的影響及確定

（1）羧甲基纖維素添加量對產品穩定性的影響

在酸奶添加量為32%（體積分數），紅豆薏米汁添加量為45%（體積分數），白糖添加量為10%（質量分數），檸檬酸添加量為0.06%（g/mL）的條件下，羧甲基纖維素的添加量分別為0.2%、0.3%、0.4%、0.5%和0.6%（質量分數）生產出乳飲料并測定其穩定性。

（2）產品穩定性測定方法[19]

用移液槍吸取5 mL紅豆薏米乳飲料于5 mL離心管中，轉速3 000 r/min離心20 min，棄去上清液后稱得沉淀質量。按式（1）計算離心沉淀率為

式中：y為離心沉淀率；m1為離心沉淀物質量；m2為5 mL乳飲料質量。

1.3.8 響應面實驗設計

根據4個單因素試驗結果選取相應的因素水平，以感官評分為響應值，利用Box-Behnken實驗設計四因素三水平的實驗方案。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 酸奶添加量對紅豆薏米乳飲料的影響

不同酸奶添加量對紅豆薏米乳飲料的感官評分的影響如圖1所示。

圖1 酸奶添加量對紅豆薏米乳飲料感官評分的影響

由圖1可以看出，酸奶添加量為28%時，酸奶的風味與紅豆薏米的風味相得益彰，紅豆薏米乳飲料的感官評分最高。當酸奶添加量低于28%時，隨著其添加量的增加，酸奶的風味越來越濃，口感越來越厚重，感官評分逐漸增加；當酸奶添加量高于28%時，酸奶味道過于濃厚，掩蓋了紅豆薏米的味道，使感官評分降低。因此將酸奶添加量為24%，28%和32%作為響應面試驗的水平。

2.1.2 紅豆薏米汁添加量對紅豆薏米乳飲料的影響

紅豆薏米汁可以使發酵乳飲料具有獨特的風味。不同紅豆薏米汁添加量對紅豆薏米乳飲料的感官評分的影響如圖2所示。

圖2 紅豆薏米汁添加量對紅豆薏米乳飲料感官評分的影響

由圖2可以看出，紅豆薏米汁添加量為45%時，紅豆薏米乳飲料的感官評分最高。當紅豆薏米汁添加量低于45%時，隨著其添加量的增加，紅豆薏米的風味越來越濃，乳飲料的感官評分越來越高；當紅豆薏米汁添加量高于45%時，紅豆薏米的風味過濃，乳飲料的口感下降，感官評分降低。因此，紅豆薏米汁的最佳添加量為45%（體積分數），感官評分為77分。且將紅豆薏米汁添加量40%，45%和50%作為響應面試驗的水平。

2.1.3 白糖添加量對紅豆薏米乳飲料的影響

白糖不僅可以調節紅豆薏米乳飲料的甜度和口感，使乳飲料達到宜人的甜度。并且糖能在酪蛋白表面形成被膜，能夠使酪蛋白與其他分散介質的親水性有所增強，并能提高飲料密度，增加黏稠度，有利于酪蛋白在懸浮液中的穩定[20]。

不同白糖添加量對紅豆薏米乳飲料的感官評分的影響如圖3所示。

圖3 白糖添加量對紅豆薏米乳飲料感官評分的影響

由圖3可以看出，白糖添加量為10%時，紅豆薏米乳飲料的感官評分最高，此時的紅豆薏米乳飲料酸甜適中，味道最好。當白糖添加量高于10%時，其添加量越高，紅豆薏米乳飲料的味道越甜膩，使感官評分呈下降趨勢；當添加量低于10%時，其添加量越低，紅豆薏米乳飲料的味道越平淡無味，使感官評分呈下降趨勢。因此白糖的最佳添加量為10%（質量分數），感官評分為89.8分。并且將白糖添加量8%，10%和12%作為響應面試驗的水平。

2.1.4 檸檬酸添加量對紅豆薏米乳飲料的影響

檸檬酸作為酸味劑，具有溫和爽快的酸味，能夠調節乳飲料的酸甜度，同時改善食品的感官性狀，增強食欲，促進體內鈣、磷的消化吸收。檸檬酸不僅可以調節乳飲料的酸甜度，還可以調節乳飲料的pH值，從而避開酪蛋白的等電點4.6，使酪蛋白不易聚沉，從而使乳液均勻，組織結構穩定[20]。

不同檸檬酸添加量對紅豆薏米乳飲料的感官評分的影響如圖4所示。

圖4 檸檬酸添加量對紅豆薏米乳飲料感官評分的影響

由圖4可以看出，檸檬酸添加量為0.06%時，紅豆薏米乳飲料酸甜爽口，風味最好，感官評分最高。當檸檬酸添加量低于0.06%時，其添加量越少，乳飲料的味道越甜膩，使人難以接受；當檸檬酸添加量高于0.06%時，由于其添加量過多，乳飲料酸度增加、甜味下降，且口感變差、味道苦澀，感官評分越來越低。因此檸檬酸的最佳添加量為0.06%（質量分數），感官評分為90分。且將檸檬酸添加量0.04%，0.06%和0.08%作為響應面試驗的水平。

2.2 羧甲基纖維素添加量對產品穩定性的影響及確定

羧甲基纖維素作為穩定劑添加到乳飲料中，不僅能提高乳飲料的黏度，防止蛋白質粒子因重力作用下沉，更能與酪蛋白在酸性條件下結合形成保護膠體，防止凝集沉淀[18]。

不同羧甲基纖維素添加量對紅豆薏米乳飲料穩定性的影響如圖5所示。

圖5 羧甲基纖維素添加量對產品沉淀率的影響

由圖5可以看出，乳飲料的離心沉淀率隨著羧甲基纖維素的增加而減少，即乳飲料的穩定性隨著羧甲基纖維素的增大而增大。當其添加量為0.5%和0.6%時，乳飲料的穩定性相差小于0.001，基本不變，考慮到羧甲基纖維素添加量過大口感過于黏稠以及成本的因素，將羧甲基纖維素的添加量確定為0.5%（質量分數）。

2.3 響應面優化試驗

2.3.1 響應面優化方差分析

由單因素試驗分別確定了酸奶添加量、紅豆薏米汁添加量、白糖添加量和檸檬酸添加量的水平，如表2所示。

表2 響應面分析因素和水平%

用Box-Behnken試驗對四個因素的水平進行試驗安排，生產出乳飲料后，進行感官評分，結果如表3所示。

將響應面結果進行分析，結果如表4所示。

由表4可知，模型P＜0.0001,說明該模型極其顯著，回歸系數R2=0.9682，R2Adj=0.9365,說明建立的模型可以很好的擬合試驗的真實情況，可以用來預測發酵型紅豆薏米乳飲料的最佳組合情況。由A，B，C，D的P值可知4種因素的添加量對發酵型紅豆薏米乳飲料的影響程度為：白糖的添加量對產品的影響極其顯著，其次是檸檬酸的添加量，再者是酸奶的添加量，紅豆薏米汁的添加量對產品的影響力最小。BD的P值小于0.0001極顯著，說明紅豆薏米汁添加量與檸檬酸添加量對產品的影響存在交互作用，并且對產品的影響極顯著。由設計試驗所得的響應面曲面圖如圖6所示。

表3 響應面分析結果 %

表4 響應面結果方差分析

圖6 各因素交互作用的響應面圖

2.3.2 發酵型紅豆薏米乳飲料最佳配方的確定

由Design-Expert.V8.0.6響應面法分析得到的發酵型紅豆薏米乳飲料的最佳配方：酸奶添加量27.01%，紅豆薏米汁添加量44.40%，白糖添加量10.65%，檸檬酸添加量0.06%，感官評分為94.12分。

3 結論

通過單因素試驗分別確定了酸奶、紅豆薏米汁、白糖和檸檬酸添加量的三個水平，而后通過De?sign-Expert.V8.0.6進行了響應面試驗優化發酵型紅豆薏米乳飲料的最佳配方為酸奶添加量27.01%，紅豆薏米汁添加量44.40%，白糖添加量10.65%，檸檬酸添加量0.06%。在此條件下生產出來的發酵型紅豆薏米乳飲料顏色均勻一致，呈淡淡的豆沙粉色；酸甜可口，具有宜人的酸乳的氣味和淡淡的紅豆薏米的香氣，并且口感細膩爽滑，黏稠適中。

本文通過研究發酵型紅豆薏米乳飲料，將日常膳食用的紅豆薏米與酸奶結合起來，讓紅豆薏米的功效完全發揮出來，而不再局限于餐桌上。

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Study on optimization of fermented red beans and coix seed-milk beverage by response surface methodology

YU Zhongna1,WANG Jun2，HUANG Shengnan2,HAN Rongwei2
(1.College of Haidu,Qingdao Agricultural University,Laiyang 265200,China;2.College of Food Science and Engineering,Qingdao Agricultural University,Qingdao 266109,China)

In the present study,the effect of the addition amount of yogurt,liquid red bean and coix seed,white sugar,citric acid on sensory score of fermented red bean and coix seed-milk beverage was investigated to determine the optimal dosage of SDS.Based on single factor ex?periment,response surface methodology was used to optimize the formulation of red beans and coix seed-milk beverage using sensory score as the response value.The optimum formulation of the fermented red beans and coix seed-milk beverage was:yogurt 27.01%,liquid red bean and coix seed 44.40%,white sugar 10.65%,citric acid 0.06%,CMC 0.5%.The fermented red beans and coix seed-milk beverage tasted good with palatable sweet and sour,pleasant flavor and delicate and smooth textures.

red beans;coix seed;fermented milk beverage;response surface methodology

TS252.54

A

1001-2230（2017）11-0043-06

2017-04-28

山東省高等學校科研計劃（J17KA131）；農業部公益性農業行業科研專項（201403071-5）；山東省自然基金青年基金（2015ZRB01095）；山東省重點研發計劃（2016GSF120010）,山東省優秀中青年科學家科研獎勵基金（BS2014NY011），青島農業大學高層次人才科研基金（6631115043）。

于忠娜（1981-），女，講師，從事乳品質量安全控制的研究。

韓榮偉