響應面法優化海鹽焦糖風味冰淇淋品質

鄭景蕊，孟佳音，邵娟娟

（河北農業大學理工學院，河北滄州061100）

0 引言

海鹽中含有大量的礦物質，還可以平衡血糖[1]。市場上對咸味產品也有研究，而傳統冰淇淋基本都是單一的淡奶味，因此開發一種咸味冰淇淋，正符合當下的流行趨勢；焦糖，是食品添加劑中著色劑的一個品種，屬于天然色素。它具有良好的水溶性、著色能力、穩定性、安全性等性質，因此在全世界范圍內應用廣泛、產銷量大。焦糖特殊的焦香氣味添加到食品中，可以提高產品品質[2]。在制作冰淇淋時使用麥芽糖醇作為一種低甜度的甜味劑來代替白砂糖，最終制成的冰淇淋的冰晶尺寸較小，風味峰值高，口感細膩，膨脹率較高，融化速度慢[3]，是糖替代品的不二選擇。本研究中配方經優化制成了一種海鹽焦糖風味的冰淇淋，以期增加冰淇淋的品種，為冰淇淋開拓更為廣闊的市場。

1 實驗

1.1 材料與設備

速溶全脂乳粉、雞蛋、淡奶油、海鹽、焦糖（均為市售商品）；卡拉膠、瓜爾豆膠、CMC-Na、單甘酯、麥芽糖醇（均為食用級）；均質機、冰淇淋機、電磁爐、打蛋器、燒杯、玻璃棒。

1.2 方法

1.2.1 制作工藝流程[4]

稱料→混料→殺菌→均質→冷卻→老化→凝凍→硬化→成品

1.2.2 操作要點

（1）原料處理與殺菌。復合乳化穩定劑先加涼水稍溶解后在熱水浴中使其充分溶解，備用；乳粉用70℃水融化。采用巴氏殺菌，75℃，15 min。

（2）均質與冷卻。將殺菌后的混合原料在70℃、17～18 MPa的條件下進行均質處理。迅速冷卻可防止脂肪球上浮，一般冷卻至10℃即可[5]。

（3）老化與凝凍。老化在4℃～6℃下進行，4 h即可。老化后的漿料倒入冰淇淋機中進行攪拌，使其成為半固體流體狀態，一般時間為30 min。

1.3 單因素實驗設計

設計單因素試驗，當麥芽糖醇添加量為10%，淡奶油添加量7%,復配乳化穩定劑添加量0.4%時，探究速溶全脂乳粉添加量、復合乳化穩定劑的種類、海鹽添加量和焦糖添加量對冰淇感官品質的影響，最后通過感官評分的高低來確定制作海鹽焦糖風味冰淇淋的工藝參數。

1.3.1 速溶全脂乳粉最佳添加量的確定

乳粉是冰淇淋制作過程中必不可少的元素，它能使冰淇淋具有奶香味，還能使冰淇淋冰晶減少，口感變得松軟[6]。在添加海鹽質量分數1.00%，焦糖8%，復合乳化穩定劑采用卡拉膠∶瓜爾豆膠∶CMC-Na∶單甘酯=1∶1∶1∶1為固定的條件下，分別添加6%，8%，10%，12%，14%的速溶全脂乳粉，以感官評價為考核指標，確定速溶全脂乳粉的最佳添加量

1.3.2 最佳復合乳化穩定劑的確定

目前常用的乳化劑和穩定劑主要有單甘酯、明膠、黃原膠、CMC-Na、海藻酸鈉、卡拉膠、瓜爾豆膠等。它們在使用時都不是單一的，它們通常幾種進行復配以發揮協同效應。而且使用復合乳化穩定劑，不僅可以簡化操作工藝，還能發揮各種乳化穩定劑的最佳效果[7]。在速溶全脂乳粉質量分數10%，海鹽質量分數1.00%，焦糖質量分數8%為固定值的條件下，分別添加卡拉膠∶瓜爾豆膠∶單甘酯=1∶1∶1，瓜爾豆膠∶CMC-Na∶單 甘 酯=1∶1∶1，卡拉膠∶瓜爾 豆 膠∶

CMC-Na∶單甘酯=1∶1∶1∶1，卡拉膠:CMC-Na：單甘酯=1∶1∶1，瓜爾豆膠∶CMC-Na∶單甘酯=1∶1∶1五種不同種類的復合乳化穩定劑；以感官評分為評價指標，確定合適的復合乳化穩定劑。

1.3.3 海鹽最佳添加量的確定

海鹽焦糖風味冰淇淋海鹽扮演一個重要角色，它的添加量也會影響冰淇淋的品質。在速溶全脂乳粉質量分數10%，質量分數焦糖8%，復合乳化穩定劑采用卡拉膠∶瓜爾豆膠∶CMC-Na∶單甘酯=1∶1∶1∶1為固定條件下，分別添加0.40%，0.60%，0.80%，1.00%，1.20%的海鹽，以感官評分為考核指標，確定最合適的海鹽添加量。

1.3.4 焦糖最佳添加量的確定

同樣，焦糖在實驗中也起著舉足輕重的作用，它的添加量對冰淇淋也會有一定影響。在速溶全脂乳粉質量分數10%，海鹽質量分數1.00%，復合乳化穩定劑采用卡拉膠∶瓜爾豆膠∶CMC-Na∶單甘酯=1∶1∶1∶1為固定條件下，分別添加6%，8%，10%，12%，14%的焦糖，以感官評分為考核指標，確定最合適的焦糖添加量。

1.4 響應面實驗設計

在單因素實驗的基礎上，確定實驗因素，根據Box-Behnken試驗原理和響應面分析法，利用Design-Expert軟件，優化海鹽焦糖風味冰淇淋的生產工藝，以感官評分為響應值，確定海鹽焦糖風味冰淇淋生產的最佳工藝。

1.5 膨脹率的測定[8]

膨脹率=（一定體積漿料質量-相同體積下冰淇淋質量）/相同體積下冰淇淋質量。

1.6 感官評定方法

對10名初級評價員進行感官能力培訓,然后根據評價員對術語的學習以及對術語定義的擴充能力和理解能力的高低選出5名優秀冰淇淋感官評價員。最后由這5名評價員根據冰淇淋的色澤、氣味、組織、形體、口感進行評分，滿分100分。具體感官評定標準如表1所示。

表1冰淇淋感官評定標準

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 速溶全脂乳粉添加量對冰淇淋感官品質的影響

圖1速溶全脂乳粉添加量對冰淇淋感官品質的影響

由圖1可以看出，當其他因素相同時，隨著速溶全脂乳粉添加量的增加，冰淇淋的感官評分先升高后降低，在10%時達到最高，分析其原因可能為當速溶全脂乳粉添加量較少時，冰淇淋的奶香味不足。當乳粉添加量較大時，會造成冰淇淋組織粗糙，奶味過濃。因此，該試驗選用的最佳速溶全脂乳粉的添加量為10%。

2.1.2 不同復合乳化穩定劑對冰淇淋感官品質的影響

由圖2可以看出，以卡拉膠∶瓜爾豆膠∶CMC-Na∶單甘酯=1∶1∶1∶1加入時其感官評分最高，此時，冰淇淋表面光滑，細膩爽口。因為多種乳化穩定劑復配使用發揮了其最佳使用效果，同時在卡拉膠存在的條件下使漿料形成了弱凝膠，且有特殊的奶油感。

圖2中，a-卡拉膠∶瓜爾豆膠∶單甘酯=1∶1∶1;b-卡拉膠∶瓜爾豆膠∶CMC-Na∶單甘酯=1∶1∶1∶1;c-瓜爾豆膠∶CMC-Na∶單甘酯=1∶1∶1;d-卡拉膠∶CMC-Na∶單甘酯=1∶1∶1；e-瓜爾豆膠∶CMC-Na∶單甘酯=1∶1∶1。

圖2不同復合乳化穩定劑對冰淇淋感官品質的影響

2.1.3 海鹽添加量對冰淇淋膨脹率的影響

圖3海鹽添加量對冰淇淋感官品質的影響

由圖3可以看出，隨著海鹽添加量的增加，冰淇淋的感官評分開始無明顯變化。在添加量超過1.00%后，感官評分顯著降低。分析其原因可能是海鹽添加量較少時不具有產品獨特的咸味，主要表現淡奶油的味道；當添加量較高時，會使產品過咸，組織粗糙，易融化。因此，最佳的海鹽添加量為1.00%。

2.1.4 焦糖添加量對冰淇淋膨脹率的影響

圖4焦糖添加量對冰淇淋感官品質的影響

由圖4可以看出，焦糖添加量為8%時,產品的感官評價最好。當添加量小于8%時,曲線呈上升趨勢。當添加量大于8%時,曲線呈下降趨勢。分析其原因可能是當添加量較少時不能形成焦糖特有的香氣和色澤，當添加量較高時，焦糖味過濃，顏色過深，組織較差。因此，焦糖最合適的添加量為8%。

綜合以上結果，根據上圖的感官評價得出速溶全脂乳粉、海鹽、焦糖的添加量分別為10%，1.00%，8%；最合適的復合乳化穩定劑為卡拉膠∶瓜爾豆膠∶CMC-Na∶單甘酯=1∶1∶1∶1。

2.2 響應面優化實驗[9]

2.2.1 響應面模型的建立及回歸方程的分析

在單因素試驗的基礎上，確定速溶全脂乳粉的添加量（A）、海鹽添加量（B）和焦糖添加量（C）三個因素，設計3因素3水平試驗，以感官評分為響應值，通過感官評分的大小來確定17組試驗中冰淇淋的最佳工藝條件。響應面試驗因素水平見表2，響應面實驗結果見表2，對本模型進行回歸方程方差分析如表3所示。

表2響應面因素水平 g/150mL

根據表2的數據處理后，進行二次多元回歸擬合[10],A、B、C為變量的編碼值，Y為得到的冰淇淋感官評分?；貧w方程為Y=157.63+0.13A+8.00B+10.13C+67.37A2+31.84B2+26.32C2。

根據表4的數據分析出，失擬項（P=0.9977＞0.05），為不顯著，表明了該模型的相對誤差較小。由各因素A、B、C的各F值可知，各因素對海鹽焦糖風味冰淇淋的感官品質影響的順序為焦糖添加量＞海鹽添加量＞速溶全脂乳粉添加量。

2.2.2 等高線圖和響應面圖分析

通過Design-Expert分析得到海鹽焦糖風味冰淇淋響應面分析圖和等高線，能反應出各因素及相互作用對實驗結果的影響[11]。圖5為海鹽添加量、速溶全脂乳粉添加量、焦糖添加量對冰淇淋感官品質的影響響應面和等高線。

由圖5可以看出，隨著速溶全脂乳粉和焦糖添加量的增加，冰淇淋的感官品質呈先升高再降低的拋物線趨勢，且兩者等高線呈橢圓形，說明這兩種因素交互作用顯著；隨著速溶全脂乳粉和海鹽添加量的增加，冰淇淋的感官品質呈先升高再降低的拋物線趨勢，且兩者等高線呈橢圓形，說明這兩種因素交互作用顯著。

2.3 最佳工藝驗證

經響應面回歸分析得到的最優生產工藝條件：質量分數為10.02%速溶全脂乳粉，質量分數為0.97%海鹽，質量分數為8.3%焦糖，在此條件下冰淇淋的感官評分的理論值為91。對最佳條件進行驗證試驗，感官評價員的評分達90分，與理論值基本相符，同時優化配方后冰淇淋的膨脹率達到77.14%，由此可見優化后的配方具有可行性[12]。

3 結論

通過單因素試驗和響應面優化試驗，確定了海鹽焦糖風味冰淇淋[13]生產的最佳工藝參數為150 mL純凈水，質量分數為10%麥芽糖醇，質量分數為7%淡奶油,質量分數0.4%復配乳化穩定劑（卡拉膠∶瓜爾豆膠∶CMC-Na∶單甘酯=1∶1∶1∶1），質量分數10.02%速溶全脂乳粉，質量分數0.97%海鹽，質量分數8.3%焦糖，所制成的冰淇淋感官評分為91，冰淇淋有淡淡的奶香味，焦糖色純正，外觀均勻一致，不存在大氣孔或不均勻蜂窩狀。咸味合適，口感細膩，無冰晶且不易融化。相較于傳統奶味冰淇淋制作糖、穩定劑添加量少，膨脹率和感官評分高，說明海鹽焦糖風味符合消費者需要[14]。本工藝簡單，屬于新產品的研發，可以應用到市場中[15]。

表3響應面實驗結果

表4響應面試驗回歸方程方差分析

圖5各種添加量對冰淇淋感官品質的影響響應面和等高線