凝固型淮山酸奶的制作工藝優化

周鮮嬌，陳柳君，王鋰韞

（嶺南師范學院生命科學與技術學院，湛江524048）

0 引 言

淮山是山藥的成品名，為薯蕷科(Dioscorea)薯蕷屬植物，是藥食兩用的溫補食品[1]。淮山具有益氣健脾、潤腸、滋陰補腎的功效，可用于調理補氣[2]，其還具有抗氧化[3]、抗衰老[4]、抗炎癥[5-6]等功能，淮山資源豐富，營養價值高且物美價廉，因此其開發利用前景非常廣闊[7]。

酸奶因其兼備營養價值和醫療保健功效而備受人們青睞。長期食用酸奶可降膽固醇，降低心血管疾病的發病率[8]，是一種非常優質的營養乳制品。此外，酸奶中含有豐富的維生素和易消化的蛋白質，在美容健體、增強抵抗力以及對抗人體疾病等方面都有重要意義[9-10]。為了滿足完善酸奶風味，酸奶的開發越來越廣，目前市面上的酸奶普遍分為三類：原味酸奶，風味型酸奶[11]，功能型酸奶。原味酸奶指原材料僅為奶粉和白糖。風味型酸奶分為兩種：凝固型酸奶和攪拌型酸奶。凝固型酸奶是指奶發酵前添加食品添加劑、營養強化劑、果蔬、谷物等制成的產品，然后與奶一起在乳酸菌的作用下發酵后的成品，而攪拌型酸奶是指酸奶發酵后，再添加相應的食品添加劑、營養強化劑、果蔬、谷物等制成的產品。功能型酸奶[12]是指在酸奶生產過程中有目的地添加一些具有保健作用的物質，實現對機體某些功能的調節，同時又滿足人們對酸奶風味的需求，本文中淮山酸奶屬于功能型酸奶。隨著人們對酸奶口味和營養價值的追求越來越高，普通酸奶已經無法滿足大多數人的需求，因此，功能型酸奶應運而生[13]。在國外，特別是一些發達國家，功能型酸奶種類繁多，銷售量非常可觀，僅次于鮮牛奶[14]如在新西蘭的乳制品市場上售賣的“黑莓漿果紫雛菊益生菌酸奶”是一種由含有天然抗體成分的草本植物“紫雛菊”和酸奶結合的功能型酸奶[15]。在國內，市場上常見的功能型酸奶有紅棗酸奶、燕麥黃桃酸奶、“卡士餐后一小時”等，但種類相對較少。因此，開發淮山酸奶，對人體營養健康和豐富國內酸奶市場具有重要意義，故本實驗中淮山酸奶制作的工藝優化對擴大保健發酵乳制品市場有重要的作用。

1 材料及方法

1.1 實驗材料

1.1.1 原料

淮山粉：市售淮山片打磨成細粉狀，德運脫脂奶粉，白砂糖，以上材料均購自湛江超市。菌種：川秀乳酸菌酸奶發酵粉（保加利亞乳桿菌(Lactobacillus bulgaricus)：嗜熱鏈球菌(Streptococcus thermophilus)為1∶1），北京川秀科技有限公司生產。

1.1.2 培養基

MRS 肉湯和結晶紫中性紅膽鹽瓊脂( VRBA)均來自北京奧博星生物技術有限責任公司生產。

1.1.3 藥品或試劑

考馬斯亮藍G-250（國藥）；牛血清蛋白（國藥）；95%乙醇、85%磷酸、氫氧化鈉、鄰苯二甲酸氫鉀和酚酞均為AR 分析純，為廣西西隴試劑公司生產。

1.2 主要儀器

SPX-250B-Z 型生化培養箱，上海博迅實業有限公司醫療設備廠；YXQ-LS-18SI 型手提式壓力蒸汽滅菌器，上海博迅實業有限公司醫療設備廠；SW-CJ-2FD 型潔凈工作臺，上海博迅實業有限公司醫療設備廠；Quinitix124-1CN 型電子分析天平，上海博迅實業有限公司醫療設備廠；BCD-402WDBA 型海爾冰箱，青島海爾股份有限公司；V-1800 型可見分光光度計，翱藝儀器（上海）有限公司；WYA-2W 阿貝折射儀：，上海精科物理光學儀器廠；LL550 型離心機，湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司。

1.3 方法

1.3.1 淮山酸奶制作流程

操作要點：將淮山粉先加入冷水溶解，后加入熱水、煮沸至糊狀，得淮山液；將脫脂奶粉用熱水溶解，后加入白糖、淮山液充分混合、攪拌溶解；將上述混合液置于95 ℃水浴鍋恒溫殺菌5 min，均質，后迅速冷卻，得無菌奶液；將菌粉用40 ℃溫水溶解，向已經調配殺菌的混合液中加入菌種，將接種完成的混合液置于恒溫培養箱中培養數小時直至完全凝固；后熟冷藏；將發酵好的酸奶放入4 ℃冰箱中后熟24 h，即得淮山酸奶成品。

1.3.2 單因素實驗設計

將菌粉添加量（質量體積比）設定為1:1000 時，分別比較不同淮山粉添加量（1g/100mL、2g/100mL、3g/100mL、4g/100mL、5g/100mL）、奶 粉 添 加 量（4g/100mL、 6g/100mL、 8g/100mL、 10g/100mL、 12g/100mL）、白砂糖添加量（4g/100mL、6g/100mL、8g/100mL、10g/100mL、12g/100mL）、發酵時間（3.5 h、4 h、4.5 h、5 h、5.5 h、6 h）和發酵溫度（40 ℃、41 ℃、42 ℃、43 ℃、44 ℃）對淮山酸奶品質的影響。

1.3.3 Plackett-Burman實驗設計

每個單因素因子根據以上單因素實驗得出的最佳因素選取上下兩水平進行組合實驗篩選，評價小組依次進行試吃，得出每組不同單因素組合的酸奶成品的感官評分。以淮山酸奶的感官評分作為響應值，利用Design-Expert 10 軟件進行Plackett-Burman 實驗設計[16]，如表1所示。

表1 PB試驗因素與水平

1.3.4 最陡爬坡實驗設計

在PB 實驗的基礎上，對影響實驗結果的顯著因子進行合理設計，根據其正負效應最終確定這些顯著因子的最佳區域，并將此最佳結果作為響應面試驗的中心點展開實驗。

1.3.5 響應面優化實驗設計

根據以上實驗，利用Design-Expert10 進行Box-Behnken 實驗的設計，以淮山粉、白糖添加量和發酵時間為試驗因素，感官評分為響應值進行響應面分析，以確定淮山酸奶的最佳優化工藝條件。設計因素及對應水平如表2所示。

表2 響應面試驗因素與水平

1.3.6 酸奶理化指標測定及標準

感官評定：隨機挑選10 位同學組成評價小組，分別對淮山酸奶成品進行感官評定，參照國家酸乳衛生標準GB/T19302-2010[17]，根據酸奶的色澤、氣味、滋味和組織形態等對其進行綜合評分，取平均分作為感官評定的最終結果。具體評分標準參照表3。

酸度的測定：國家標準酸奶酸度≥70oT，具體見GB/T5413.34-2010[18]。

糖度的測定：利用阿貝折射儀測量。

1.3.7 微生物含量檢測及其標準

乳酸菌的檢測：將MRS 肉湯培養基制成數個平板，把酸奶濃度分別稀釋為10-1、10-2……10-7，選擇合適的稀釋倍數，每個平板取100 μL 稀釋液涂布，置于37 ℃培養24～48 h后統計菌落數，計算乳酸菌數量。

國家標準酸奶中乳酸菌數≥1×106mL-1，具體見GB/T 4789.35-2016[19]。

大腸桿菌的檢測：將結晶紫中性紅膽鹽瓊脂（VRBA）培養基制成數個平板，其他方法與乳酸菌培養一致。國家標準酸奶中大腸菌群（最近似值）≤0.003 mL-1，具體見 GB/T 4789.3-2008[20]。

1.3.8 蛋白質含量檢測

利用考馬斯亮藍G-250 與蛋白質結合形成藍色蛋白質-染料復合物，在一定的蛋白質濃度范圍內，此復合物在595 nm 處的吸光度與蛋白質含量成正比，因此可計算出蛋白質的含量[21]。

表3 淮山酸奶感官評分標準

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 淮山粉添加量的確定

由圖1 可以看出，淮山粉的添加量對酸奶的品質有較明顯的影響，感官評分隨淮山粉添加量的增加呈先升高后降低的趨勢。原味酸奶風味偏淡，感官評分較低為73 分；當淮山粉添加量為4%時，酸奶具有淮山的清香味，凝乳狀態較好且口感佳，此時感官評分較高，為85 分；當淮山粉添加量達到5%時，酸奶顆粒物較多，口感欠佳，感官評分明顯降低。因此，4%的淮山粉添加量為最佳。

圖1 淮山粉添加量對酸奶品質的影響

2.1.2 奶粉添加量的確定

圖2 奶粉添加量對酸奶品質的影響

由圖2 可以看出，奶粉的添加量對酸奶的品質具有很大的影響，感官評分隨奶粉添加量的增加呈先升高后降低的趨勢，當低于8%時，分數隨著奶粉增加量增加而升高較快。當奶粉添加量為4%時，酸奶成品較稀、無酸奶的黏稠感，味道也較淡，此時感官評分較低，為63 分；當奶粉添加量為8%時，酸奶較濃稠、凝乳均勻、口感佳，只有少量乳清析出，此時感官評分最高，為85 分；當奶粉添加到12%時，酸奶過于濃稠，且有較多乳清析出，口感一般。因此，8%的奶粉添加量為最佳。

2.1.3 白糖添加量的確定

圖3 白糖添加量對酸奶品質的影響

由圖3 可以看出，白糖的添加量對酸奶的品質有明顯的影響，感官評分隨白糖添加量的增加呈先升高后緩慢降低的趨勢。當白糖添加量為4%時，酸奶甜味不明顯，味道較淡，感官評分為76 分；當添加到6%或8%時，甜味都較合適，但相對來說添加量為8%的酸奶味道更加濃厚，感官評分最高，為82 分；而添加量大于8%時，酸奶過甜，當增加到12%時，甜味完全蓋過了酸味，口感差，故感官評分最低，為68 分。因此，8%的白糖添加量為最佳。

2.1.4 發酵時間的確定

圖4 發酵時間對酸奶品質的影響

由圖4 可以看出，發酵時間對酸奶品質有極為明顯的影響，當發酵時間在4.5 h以內，酸奶完全未凝乳，感官評分較低；當發酵時間為4.5 h 時，酸奶只有部分凝乳；當發酵時間為5 h 時，酸奶凝乳狀態較好，且較少乳清析出，口感佳，此時感官評分最高，為83 分；當發酵時間超過5 h，酸奶有較多乳清析出。因此，5 h的發酵時間為最佳。

2.1.5 發酵溫度的確定

由圖5 可以看出，發酵溫度對酸奶的品質有較為明顯的影響，感官評分隨發酵溫度的升高呈先緩慢升高后急劇下降的趨勢。當發酵溫度為43 ℃時，酸奶的凝乳狀態較好，只有少量乳清析出，酸甜適中，口感佳，此時感官評分較高，為85 分；當發酵溫度升到44 ℃時，酸奶凝乳不均勻，味道較淡，口感差，此時感官評分最低，為65分。因此，43 ℃為最佳發酵溫度。

圖5 發酵溫度對酸奶品質的影響

2.2 Plackett-Burman實驗設計

表5 Plackett-Burman實驗設計

表6 Plackett-Burman實驗結果分析

表5 為Plackett-Burman 實驗設計及其感官評分結果，以感官評分為響應值，利用Design-Expert 10 軟件對表5 進行數據分析，得出Plackett-Burman 實驗結果，表6 為Plackett-Burman 實驗結果分析。分析表6可以得出，該模型的P值為0.0425（＜0.05），達到顯著，說明該模型具有統計學意義。根據P值可以知道，奶粉添加量和發酵時間對酸奶品質有顯著影響，影響力為發酵時間＞奶粉添加量；而淮山粉添加量、白糖添加量和發酵溫度沒未達到顯著水平（P＞0.05），對酸奶品質沒有顯著影響。觀察系數估值可以得出，因素A、B、D、E 呈正效應影響，僅有因素C 為負效應影響。比較各因素P值大小，選擇淮山粉添加量、白糖添加量以及發酵時間這三個較顯著因子，再結合其正負效應設計最陡爬坡實驗。

2.3 最陡爬坡實驗

由Plackett-Burman 實驗結果可以得出，三個較顯著因子為淮山粉添加量、白糖添加量以及發酵時間，結合這三個因素的正負效應，可以確定爬坡的方向以及設計合理的步長。淮山粉添加量、發酵時間為正效應影響，因此在此實驗中應適當增加這兩個因素的量，而白糖添加量呈現負效應影響，則應該適當降低此因素的添加量。以這三個顯著因子進行最陡爬坡實驗，最終逼近最優區域。實驗設計及感官評分結果如表7 所示，奶粉添加量和發酵溫度為單因素實驗最佳結果，即8%和43 ℃。由表7 可以得出，感官評分最高分為試驗組3，即：5%淮山粉添加量、6%白糖添加量及6 h 發酵時間，將此最佳結果作為響應面試驗的中心點展開實驗。

表7 最陡爬坡實驗結果

2.4 響應面優化實驗

根據最陡爬坡實驗得出的最佳區域為響應面的中心點展開Box-Behnken 實驗的設計，實驗設計及感官評分結果如表8所示。

2.4.1 響應面實驗方差分析

利用Design-Expert 10 軟件對表8 中Box-Behnken 實驗的數據進行分析，可得到響應面二次回歸模擬方程為：感官評分=92.80-0.38A-0.75C-2.13D-1.00AC+1.25AD+0.50CD-6.03A2-6.27C2-4.03D2。響應面方差分析結果見表9，由表9 可以看出，該模型的P值＜0.0001，達到極顯著，可見該模型具有統計學意義。失擬項的P＞0.05，不顯著，可以得出該模型與實際情況較吻合。觀察各因素的P值可以得出，因素A、B 以及交互項AB、AC 和BC 都不顯著，僅有因素C 即發酵時間達到極顯著。此模型的回歸系數R2=0.9747，可以說明模擬度和預測效果良好；R2adj=0.9421，代表此模型可以說明94.21%響應值的變化，適用于淮山酸奶制作工藝參數的優化。

表8 Box-Behnken實驗設計與結果

表9 響應面實驗方差分析

2.4.2 多因素交互作用響應面分析

圖6 為兩兩因素交互作用的響應面圖，從圖中可以看出，各個交互因素之間都具有最高點。根據Design-Expert 10 軟件對本實驗的數據分析，依據得出的模型擬合結果，本實驗中淮山酸奶發酵工藝的最佳參數為：淮山粉添加量4.945%、白糖添加量5.934%、發酵時間5.5 h，為了方便稱量，將最佳工藝參數修訂如下：淮山粉添加量4.9%、白糖添加量5.9%、發酵時間5.5 h。在此條件下，淮山酸奶的預測感官評分為93.129分。

2.4.3 最佳工藝條件的驗證

圖6 兩兩因素交互作用的響應面圖

為了驗證以上實驗得出的最佳工藝條件，將最佳優化工藝參數應用于實際，即在淮山添加量4.9%、奶粉添加量8%、白糖添加量5.9%、發酵時間5.5 h 和發酵溫度為43 ℃的條件下制作淮山酸奶，由評定小組試吃評分，最終得出的感官評分為92 分（見表10），與預測值（93.129 分）相近。此驗證試驗說明響應面優化的結果具有實際意義。

表10 驗證性試驗設計及結果

2.5 酸奶成品質量檢測結果

2.5.1 感官評價

由響應面優化得出的最佳工藝發酵，得到的淮山酸奶色澤均勻，呈乳白色；組織細膩，口感佳；凝乳均勻，無分層無氣泡，無乳清析出；有酸奶特殊的香味且伴有淮山的淡香，酸甜適口，感官評分達到92分。

2.5.2 理化及微生物指標檢測結果

淮山酸奶成品的酸 度為81oT，糖度為8.13oBrix，乳酸菌數量為1.09×108mL-1，未檢測出大腸桿菌，以上理化及微生物指標檢測結果均符合國家標準；淮山酸奶中蛋白質的含量為3.1%，符合國家標準（＞2.3%）。

3 討 論

淮山是典型的藥食兩用的溫補食品，但目前市場上淮山乳制品并不多見，因此，本文將淮山與酸奶結合，旨在提高綜合營養價值、升華酸奶口感，為淮山酸奶的實際生產提供理論依據，對豐富國內酸奶市場具有重要意義。且本實驗成本較低，方法簡單，適用于家庭制作酸奶。所用菌種為川秀牌乳酸菌酸奶發酵粉，購于網上旗艦店，購買渠道比較方便，因此可為家庭制作酸奶提供參考。

本實驗在單因素方面對淮山酸奶的配方進行首次優化，相比其他類似文獻，比如周鮮嬌[22]等在優化百香果酸奶的實驗中最佳奶粉添加量為12%，與本實驗奶粉的最佳添加量為8%相差較大，原因可能是本實驗中淮山乳液本身具有黏稠性，若奶粉量太多則會導致酸奶成品過于濃稠，而果汁類一般沒有或者具有較少的黏稠性，因此本實驗中的最佳奶粉添加量相對較少。在響應面優化后的最佳發酵工藝中，淮山粉的最佳添加量為4.9%，而湛瑾璟[23]等人在淮山粘液質酸奶發酵的探究中，所得出的淮山粘液質粉添加量為1.6%，原因是本實驗所用的原料是淮山片打磨成細粉狀后糊化得到，粉質相對比較明顯，一般用過濾后的淮山乳液制作淮山酸奶，其過程中可能損耗部分淮山粉，故本實驗中淮山粉添加量相對較高。在周鮮嬌[22]等人探究的百香果酸奶中的白糖添加量為7.4%，湛瑾璟[23]等人探究的淮山粘液質酸奶中的白糖添加量為7.1%，王彥平[24]等人制作的紫山藥抗氧化酸奶中的糖量達到9.23%，與本實驗中白糖添加量6.0%相差甚遠，原因是淮山本身就是多糖，張秀鳳[25]等人制作鐵棍山藥酸奶時就用鐵棍山藥代替一部分糖，因此，此次實驗過程中本著低糖原則，在滿足大部分評價人員認為甜味合適的范圍內盡量降低糖分比例，故本次實驗得出的最佳白糖添加量為6.0%。由最佳發酵工藝制作配方得出的淮山酸奶蛋白質含量為3.1%，比市場上售賣的普通酸奶（比如光明莫斯利安酸奶的蛋白質為2.2%，健能原味酸奶2.8%等）含量更加高，原因可能是除去酸奶原料中奶粉的蛋白質含量，淮山本身也含有一定濃度的蛋白質。

近年來，人們對淮山的關注度有所提高，但有關淮山的飲品卻甚少，本次實驗制作的淮山酸奶不但具有淮山的滋補作用、藥用價值，也結合了酸奶的獨特風味，有望進一步推進淮山的開發應用和豐富市場酸奶種類，同時促進淮山和酸奶的產業發展。