響應面法優化紅薯蜂蜜酸奶果凍工藝研究

魯 瑩，郝夢涵，許紫萱，吳振陽，陳 昊，姜瞻梅

（東北農業大學食品學院，黑龍江 哈爾濱 150030）

果凍通常主要由凝膠劑、甜味劑、香精和色素等調制而成，其種類繁多，但產品的營養價值較低、保健功效有限[1-2]，目前已有國內外研究報道中，秦慧彬等[3]研制的爽口鮮果啤酒果凍、Riedel等[4]研制的還原糖及無糖果凍、Selvamuthukumaran等[5]研制的沙棘混合水果果凍，口感均較好，但營養性較低；董曉靜等[6]研制的海參銀耳保健果凍，其營養豐富，但原料成本較高；楊君等[7]研制的姜汁保健果凍，具有一定保健功效，但其辛辣味不太容易被接受。故需要開發一款感官品質較好、營養價值較高且有一定功能性的果凍，以滿足消費者的需求。

目前隨著科技的發展，人們的體力活動明顯減少，腸道蠕動減弱，消化不良、便秘等癥狀變得很普遍；對于便秘的治療，可采用益生菌聯合膳食纖維的方法[8]，故擬開發一款食用方便的清腸通便型果凍產品。紅薯富含大量膳食纖維，進入體內可刺激腸道蠕動，通便排毒[9]。蜂蜜富含葡萄糖和果糖等單糖，很容易被人體吸收，更是治療便秘的緩瀉劑[10-11]。酸奶是由原奶經乳酸菌發酵而來，食用可以增加有益菌群，調節腸道菌群平衡[12]。因此，本研究以紅薯、蜂蜜、新鮮牛奶為主要原料，以乳酸菌為發酵劑，卡拉膠為膠凝劑，采用響應曲面法優化紅薯蜂蜜酸奶果凍的配方，旨在豐富果凍的類型，為開發新型果凍產品提供數據支持。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

新鮮紅薯、全脂牛奶、紫蘇蜜、綿白糖、乳酸菌，均為市售；κ-卡拉膠，福建省綠麒食品膠體有限公司；檸檬酸，食品級，濰坊英軒實業有限公司。

1.1.2 儀器與設備

HPG-9245型電熱恒溫鼓風干燥箱，北京東聯哈爾儀器制造有限公司；HH-6型數顯恒溫水浴鍋，常州國華電器有限公司；AL-104型精密電子天平，天津市泰斯特儀器有限公司；PIB12型電磁爐，廣東奔騰電器實業有限公司；TF360型組織搗碎機，山東曲阜市泰豐機械設備有限公司；TMS-Pro型質構儀，美國FTC公司。

1.2 方法

1.2.1 制作工藝流程

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 紅薯漿液的制備

挑選表皮無損傷的新鮮紅薯，進行清洗和晾干；切塊放入鍋中，在100℃下蒸煮紅薯25 min，取出去皮備用；按照紅薯∶水=1∶2.5的比例稱取水[13]，將紅薯及水倒入組織搗碎機中，將其搗成較均勻的紅薯漿液；用80目絹布過濾，除去較為粗老的紅薯纖維，在65℃下殺菌30 min得到質地細膩且均一的紅薯漿液[14]。

1.2.2.2 酸奶的制備

準確稱取新鮮牛奶，加入10%白砂糖攪拌均勻后進行過濾。過濾后的混合液在65℃下殺菌30min，然后冷卻至43℃，加入適量乳酸菌粉，在43℃下發酵4.5h。

1.2.2.3 紅薯蜂蜜酸奶果凍的制備

準確稱取卡拉膠和水，向水中邊攪拌邊緩慢加入卡拉膠，使卡拉膠充分溶解；待卡拉膠溶解后，將膠液置于70℃恒溫水浴鍋中保溫10 min；取出向其中快速加入紅薯漿液、蜂蜜、酸奶、白砂糖、檸檬酸的混合溶液，攪拌至均勻，再放入恒溫水浴鍋中70℃保溫20 min[15]；將混合液取出，攪拌均勻倒入果凍模具中，在4℃下冷卻待其成型。

1.2.3 單因素試驗設計

1.2.3.1 紅薯漿液添加量的確定

在蜂蜜添加量1%，酸奶添加量25%，卡拉膠添加量0.60%，白砂糖添加量2%，檸檬酸添加量0.10%條件下，分別添加5%、9%、12%、15%、20%的紅薯漿液，制作紅薯蜂蜜酸奶果凍，對其進行感官評價和質構分析，確定紅薯漿液最適添加量。

1.2.3.2 酸奶添加量的確定

在紅薯漿液添加量12%，蜂蜜添加量1%，卡拉膠添加量0.60%，白砂糖添加量2%，檸檬酸添加量0.10%的條件下，分別添加19%、22%、25%、28%、31%的酸奶，制作紅薯蜂蜜酸奶果凍，對其進行感官評價和質構分析，確定酸奶最適添加量。

1.2.3.3 卡拉膠添加量的確定

在酸奶添加量28%，紅薯漿液添加量12%，蜂蜜添加量1%，白砂糖添加量2%，檸檬酸添加量0.10%的條件下，分別添加0.40%、0.50%、0.55%、0.60%、0.65%、0.70%的卡拉膠，制作紅薯蜂蜜酸奶果凍，對其進行感官評價和質構分析，確定卡拉膠最適添加量。

1.2.3.4 白砂糖添加量的確定

在卡拉膠添加量0.60%，酸奶添加量28%，紅薯漿液添加量12%，蜂蜜添加量1%，檸檬酸添加量0.10%的條件下，分別添加1%、2%、3%、4%的白砂糖，制作紅薯蜂蜜酸奶果凍，對其進行感官評價和質構分析，確定白砂糖最適添加量。

1.2.3.5 檸檬酸添加量的確定

在卡拉膠添加量0.60%，酸奶添加量28%，紅薯漿液添加量12%，蜂蜜添加量1%，白砂糖添加量3%的條件下，分別添加0.05%、0.10%、0.15%、0.20%的檸檬酸，制作紅薯蜂蜜酸奶果凍，對其進行感官評價和質構分析，確定檸檬酸最適添加量。

1.2.4 響應面法優化試驗設計

在單因素試驗的基礎上，選取影響較大的3個因素即紅薯漿液、酸奶、卡拉膠，以感官評分為響應值，運用Box-Behnken設計對果凍的配方進行3因素3水平的響應面優化試驗（見表1）。

表1 響應面優化試驗設計Table 1 Experimental design of responsesurface optimization 單位：%

1.2.5 分析方法

1.2.5.1 質構分析

質構分析可以用于研究果凍品質特性，以果凍的硬度代表凝膠強度，采用TPA二次下壓法進行測定，測試參數設置：P/0.5 s探頭，測試速率2 mm/s，觸變力5 g，壓縮距離10 mm，做3次測試。

1.2.5.2 感官評價

由于配方優化過程中產品的口感對感官評分影響最大，其次是組織狀態和風味，而色澤相差不大，影響最小，故設置4個項目分數分別為色澤15分、組織形態25分、風味25分和口感35分，選擇10位食品專業人員依據果凍感官評分標準（表2）進行評分，滿分為100分。

表2 果凍感官評價標準Table 2 Criteriafor sensory evaluation of jelly

1.2.6 指標檢測

參照GB 5009.11—2014[16]中的方法檢測總砷含量；參照GB 5009.12—2017[17]中的方法測定鉛含量。參照GB 4789.2—2016[18]、GB 4789.3—2016[19]、GB 4789.15—2016[20]的方法分別檢測菌落總數、大腸菌群、霉菌和酵母菌。

1.2.7 數據處理

每組試驗均重復3次，結果表示為平均值±標準差的形式。數據采用Design-Expert8.0.6.1和SPSS22.0軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 紅薯漿液添加量的確定

由表3可知，隨著紅薯漿液添加量的增加，產品的硬度和感官評分先增加后降低，顏色逐漸變深。紅薯添加量過低時味道很淡，添加量過高時產品表面較粗糙，色澤較深。紅薯漿液添加量為12%時，產品硬度最大且感官評分最高，組織狀態好且色澤均勻，酸甜可口，兼具蜂蜜、紅薯和酸奶的風味和口感。因此，確定紅薯漿液最適添加量為12%。

表3 紅薯漿液添加量試驗結果Table 3 Test results of sweet potato slurry addition

2.1.2 酸奶添加量的確定

由表4可知，隨酸奶添加量的增加，產品的硬度和感官評分先增加后降低，顏色差異不大，為乳白色微黃。酸奶添加量過低時質地較粗糙，不均一，香氣較淡；酸奶添加量過高時，會有少量乳清析出且稍分層。酸奶添加量為28%時，產品硬度最大且感官評分最高，質地細膩，口感爽脆嫩滑，氣味適宜。因此，確定酸奶最適添加量為28%。

表4 酸奶添加量試驗結果Table 4 Test resultsof yogurt addition

2.1.3 卡拉膠添加量的確定

卡拉膠是一種各方面性能都較好的凝固劑，相較于其他的凝固劑如瓊脂、果膠及明膠等，卡拉膠沒有彈性低、凝固和融化點低、價格高等缺點，以卡拉膠制成的果凍富有彈性且沒有離水性[21-22]。由表5可知，隨著卡拉膠添加量的增加，產品的硬度逐漸增加、感官評分先增加后降低，色澤差異很小?？ɡz添加量過低時，成膠慢且硬度很低；卡拉膠添加量過高時，雖然成膠很快但成品果凍的組織形態較差，質地不均勻，表面粗糙且口感不好，有怪異氣味。卡拉膠添加量為0.60%時，產品硬度較大且感官評分最高，成膠很快，組織狀態好且色澤均勻，味道香甜，無怪異氣味。因此，確定卡拉膠最適添加量為0.60%。

表5 卡拉膠添加量試驗結果Table 5 Test results of carrageenan addition

2.1.4 白砂糖添加量的確定

由表6可知，隨著白砂糖添加量的增加，產品的硬度和感官評分先增加后降低，甜度逐漸增加。當白砂糖添加量為2%時，果凍硬度最大，但當白砂糖添加量為3%時感官評分較高，且硬度差距很小，甜度適中。因此，確定白砂糖最適添加量為3%。

表6 白砂糖添加量試驗結果Table 6 Test results of white sugar addition

2.1.5 檸檬酸添加量的確定

由表7可知，隨著檸檬酸添加量的增加，產品的硬度和感官評分先增加后降低，酸度逐漸增加。當檸檬酸添加量為0.10%時，果凍硬度最大且感官評分最高，酸甜適中。因此，確定檸檬酸最適添加量為0.10%。

表7 檸檬酸添加量試驗結果Table 7 Test resultsof citric acid addition

2.2 響應面優化試驗結果

2.2.1 響應面優化試驗模型建立與分析

在單因素試驗的基礎上，選取影響較大的3個因素即紅薯漿液、酸奶、卡拉膠，以感官評分為響應值，運用Box-Behnken設計對果凍的配方進行3因素3水平的響應面優化試驗，試驗結果如表8所示。

表8 響應面優化試驗結果Table 8 Response surface optimization test results

運用Design-Expert 8.0.6.1軟件對表8的試驗結果進行二元多項回歸擬合，得到產品的感官評分（Y）對紅薯漿液添加量（A）、酸奶添加量（B）、卡拉膠添加量（C）的二元多項回歸方程：

由表9可知，回歸模型P＜0.000 1，表現為差異極顯著，失擬項P=0.464 1＞0.05，表現為差異不顯著，決定系數R2=0.999 1，校正決定系數R2adj=0.997 9，綜合說明該模型對試驗擬合度好，可以對紅薯蜂蜜酸奶果凍的感官得分進行分析和預測。一次項A、B、C對產品感官評分的影響均達到極顯著水平（P＜0.01），由F值可知，影響產品感官得分的因素順序分別為：A（紅薯漿液添加量）＞B（酸奶添加量）＞C（卡拉膠添加量），AB、AC、A2、B2、C2對產品的感官得分有極顯著影響（P＜0.01）；因素BC對產品感官得分的影響不顯著。

表9 二元回歸方程的方差分析Table 9 Analysisof variance for binary regression equation

2.2.2 響應面交互作用分析

根據回歸方程得出各因素交互作用對紅薯蜂蜜果凍感官得分影響的響應面圖（見圖1、2、3）。從響應面的等高線可以看出，橢圓形即表示因素兩兩交互作用顯著，而圓形則相反。響應面的坡度變化反映出各因素變化時，對應響應值的變化情況[23]。由圖1可知，當卡拉膠添加量一定時，產品的感官得分隨著紅薯漿液添加量的增加顯著增加之后降低，紅薯漿液添加量與酸奶添加量的交互作用極顯著（P＜0.01），二者添加量適宜時才能得到最佳效果。由圖2可知，當酸奶添加量一定時，產品的感官得分隨著紅薯漿液添加量的增加顯著增加之后降低，紅薯漿液添加量與卡拉膠添加量的交互作用極顯著（P＜0.01），二者添加量適宜時才能得到最佳效果。圖3的響應面坡度變化平緩且等高線為圓形，即紅薯漿液添加量對產品感官評分影響最大，酸奶添加量與卡拉膠添加量的交互作用不顯著。

圖1 紅薯漿液添加量與酸奶添加量交互作用對果凍感官評分影響的響應面圖Fig.1 Response surface diagramshowing theinteraction effects between sweet potato slurry addition and yogurt addition on sensory scores of jelly

圖2 紅薯漿液添加量與卡拉膠添加量交互作用對果凍感官評分影響的響應面圖Fig.2 Responsesurfacediagramshowingtheinteraction effects between sweet potato slurry addition and carrageenan addition on sensory scores of jelly

圖3 酸奶添加量與卡拉膠添加量交互作用對果凍感官評分影響的響應面圖Fig.3 Response surface diagramshowing the interaction effects between yogurt addition and carrageenan addition on sensory scores of jelly

2.2.3 工藝參數優化及驗證試驗

根據響應面優化分析得到產品的最佳配方為：紅薯漿液添加量10.95%，酸奶添加量27.76%，卡拉膠添加量0.60%，此時預測產品的感官評分為92.97分。基于試驗的可行性，對上述最佳配方條件微調為：紅薯漿液添加量11%，酸奶添加量28%，卡拉膠添加量0.60%，并做3次平行試驗以驗證結果的可靠性，得到產品的硬度為（232.34±1.21）g，感官評分為92.80±1.05分，與理論值接近，說明采用響應面優化方法是可行的。

2.3 產品指標

本產品為乳白色且微黃，口感細膩嫩滑，具有酸奶、紅薯及蜂蜜的滋氣味，無異物異味，符合GB 19299—2015[24]的要求。總砷含量為0.03 mg/kg，鉛含量為0.04 mg/kg，菌落總數為76 CFU/g，大腸菌群未檢出，霉菌和酵母菌數為12 CFU/g，符合GB 19299—2015[24]、GB 2762—2017[25]的要求。

3 結論與討論

通過單因素試驗與響應面優化試驗分析得到各因素影響產品感官得分的順序為：紅薯漿液添加量＞酸奶添加量＞卡拉膠添加量，產品的最佳配方為：紅薯漿液添加量11%，酸奶添加量28%，卡拉膠添加量0.60%，白砂糖添加量3%，蜂蜜添加量1%，檸檬酸添加量0.10%。產品的感官評分為92.80±1.05分，硬度為（232.34±1.21)g。

在硬度方面，通過前期試驗得到市面暢銷的蒟蒻果凍的硬度約為253.56 g，本產品硬度接近市售果凍且更加的柔軟細膩，爽滑可口。在感官品質方面，區別于以往橙子、草莓果肉果凍，本產品兼具薯香、奶香、蜜香，清新香甜。在功能性研究方面，楊昌天等[26]研制了具有滋陰保健功能的鐵皮石斛功能性果凍；Figueroa等[27]以蘋果、竹子、木虱和小麥的纖維為原料研制了富含膳食纖維的果凍；丁燕等[28]研制了具有營養保健功能的紫薯紅棗果凍。然而目前還未見關于清腸通便果凍的文獻報道，本研究大膽創新，選擇功能性原料，以期使產品具有一定功能性。在營養價值方面，黃積萍等[29]研發的魔芋酸奶果凍中酸奶添加量為6%，張麗芳等[30]研發的南瓜酸奶保健果凍中酸奶的添加量為20%，而本產品在保證感官品質的同時，酸奶添加量為28%，蛋白含量更高，營養性更好；且該產品不加任何色素、防腐劑及添加劑，充分保證產品營養與健康，通過充分殺菌，保證了保質期。本產品是一款兼具美味與營養的食品，具有較廣闊的市場前景。