響應面法優化黑果枸杞酸奶工藝研究①

蔣變玲, 許雪華，陳 瓊，韓方凱，段 紅

(宿州學院生物與食品工程學院，安徽 宿州 234000)

0 引 言

黑果枸杞是一種藥食兩用的茄科枸杞屬灌木植物，主要分布于我國西北地區[1]。果實中含豐富的多酚類化合物等營養物質，被稱為“軟黃金”，具抗氧化、降血脂及免疫調節等保健及藥用價值[2]。酸奶中的營養物質和乳酸菌等，能夠調節腸道菌群平衡、增強機體免疫力[3]。黑果枸杞的產品研發較少，目前所研發的產品有黑果枸杞果酒、果醋、復合飲料等[4]，但少見黑果枸杞凝固型酸奶研發的相關報道。將黑果枸杞與復原乳混合后發酵制成凝固型酸奶，通過試驗確定酸奶的最佳工藝，為黑果枸杞凝固型酸奶的研制提供理論依據和參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

黑果枸杞；伊利全脂奶粉；酸奶發酵菌(嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌等)；白砂糖。

1.2 儀器與設備

FA1104B型分析天平(上海越平科學儀器有限公司)；TMS型質構儀(美國FTC公司)；HVE-50型高壓蒸汽滅菌鍋(日本平山制作所)；SW-CJ-FG型超凈工作臺(蘇州凈化設備有限公司)；HP-TD1型手持式折光儀(日本Nohawk公司)。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

全脂奶粉→調配→添加原輔料→均質→滅菌→冷卻→接種→發酵→冷藏后熟→成品[5]。

1.3.2 黑果枸杞酸奶最佳配方的確定

1.3.2.1 單因素試驗確定工藝條件范圍

固定白砂糖9%、菌粉1.0%、發酵5h，考察黑果枸杞汁添加量分別為4%,6%,8%,10%,12%對酸奶感官指標的影響；固定黑果枸杞汁8%、菌粉1.0%、發酵5h，考察白砂糖添加量分別為8%,9%,10%,11%,12%對酸奶感官指標的影響；固定黑果枸杞汁8%、白砂糖9%、發酵5h，考察菌粉接種量分別為0.6%,0.8%,1.0%,1.2%,1.4%對酸奶感官指標的影響；固定黑果枸杞汁8%、白砂糖9%、菌粉1.0%，考察發酵時間分別為4h,5h,6h,7h,8h對酸奶感官指標的影響。

1.3.2.2 Box-Behnken響應面優化確定最佳工藝條件

根據單因素試驗結果，以黑果枸杞汁添加量、菌粉接種量和發酵時間3個因素對加工工藝進行響應面優化，以感官評定分數為響應值。各因素水平見表1。

表1 響應面優化試驗因素水平表

1.3.3 感官指標測定

按照國標19302-2010《食品安全國家標準發酵乳》[6]中凝固酸奶感官指標要求，組織10名(男女各5人)經過專業培訓的感官評價人員，對酸奶的組織形態、口感、色澤、氣味和滋味進行評價[7]。

表2 黑果枸杞酸奶感官評定標準

1.3.4 產品指標測定

采用質構儀測定酸奶[8]理化指標及微生物指標：參照相關文獻執行[6]。

2 結果與分析

2.1 黑果枸杞酸奶單因素試驗結果分析

黑果枸杞汁添加量對酸奶品質的影響如表3所示。當其他因素相同，黑果枸杞汁添加量低于8%時，酸奶的各項指標呈上升趨勢。當添加量為8%時，酸奶具有黑果枸杞獨特風味、口感較好，感官評分最高；當添加量高于8%，感官評分下降，酸度偏高；酸奶的硬度和黏附性略微增大，彈性降低。可能是由于黑果枸杞汁添加量較高時，發酵原料中的干物質比例減少，所以酸奶的酸度和粘度降低，組織形態變差，乳清析出增加[5]。因此，選擇8%的黑果枸杞汁添加量。

表3 黑果枸杞汁添加量對酸奶品質的影響

由表4可知，感官評分在白砂糖添加量為9%時達到最大值。糖添加量高于9%時，會導致酸奶甜度過高，影響酸度，且酸奶凝乳不均勻、組織粗糙、稠厚感差，但對酸奶的硬度和彈性影響較小。此外，加糖量過高會影響乳酸菌的生長與發酵[9]。白糖添加量過低，會導致產品甜較弱，口感欠佳。

表4 白砂糖添加量對酸奶品質的影響

由表5可知，菌粉接種量為1%時，酸奶凝乳最好，感官評分為93.0分。菌粉接種量不足，發酵不完全，酸奶凝乳不均勻，黏附性差，口感稀薄且酸味不足，無明顯香味。當接種量較高時，酸度較高，導致酸奶中的蛋白質脫水收縮，硬度增加，黏附性和彈性降低，口感不佳；這可能是由于不同的接種量導致乳中酪蛋白凝集作用被促進或抑制，造成了質構的改變[10]，而菌粉接種量過少則發酵不完全，過多則出現發酵過度的現象[11]。故選擇菌粉添加量為1.0g進行響應面優化試驗。

表5 菌粉接種量對酸奶品質的影響

由表6可知，酸奶發酵時間過短，乳酸菌產酸不足，蛋白質變性程度低，酸奶組織結構不穩定，口感偏甜，質構指標較低；發酵越長，產酸量越高，酸甜比例失調，酸奶的持水率下降，質構指標降低，影響感官品質[12]。發酵時間為5h時，酸度的感官指標較好，故選擇5h的發酵時間為響應面優化試驗的零點。

表6 發酵時間對酸奶品質的影響

2.2 黑果枸杞凝固型酸奶響應面優化

2.2.1 響應面試驗結果

由單因素試驗結果可知，黑果枸杞汁添加量A、菌粉接種量B和發酵時間C對酸奶品質影響較大，確定為自變量，以感官評分為因變量Y，利用Box-Behnken對黑果枸杞酸奶工藝進行優化，試驗設計及結果如表7所示。

表7 Box-Behnken優化試驗設計結果

2.2.2 數學模型的建立

利用Design-expert對表7數據進行統計分析，得到感官評定分值Y與自變量A,B,C的回歸方程為Y=93.00+1.00A-2.37B-0.38C+0.75AB-1.75AC+0.000BC-3.75A2-2.50B2-5.00C2。對該方程進行方差分析，結果如表8所示。

2.2.3 因素交互作用相應曲面分析

響應面曲面圖中曲線坡度越陡，則表明該因素對黃酮提取量的影響越大，曲線坡度緩，那么該因素的影響就較小[13]。由圖1可知，在黑果枸杞汁添加量為8%、發酵時間為5h時，A和C之間的響應面較陡峭，因此其具有極顯著的交互作用。AB,BC之間的交互作用不顯著，這與表8中的分析結果一致。經軟件分析得出黑果枸杞酸奶的最佳工藝條件：黑果枸杞汁添加量8.20%、菌粉接種量0.91%、發酵時間4.91h，酸奶感官評分預測值為93.61分。

表8 方差分析

圖1 不同因素交互作用對酸奶感官評分影響

2.3 最佳工藝條件的驗證

為驗證響應面優化試驗預測所得的最佳工藝條件參數，按照黑果枸杞汁添加量、菌粉接種量、發酵時間分別為8.20%,0.91%,4.91h的條件進行3次重復試驗，得到感官評分均值為93.58分，與預測值較接近，說明響應面法優化的結果可靠。

2.4 黑果枸杞凝固型酸奶理化指標及微生物指標結果分析

黑果枸杞酸奶的總固形物含量(23.4%)、持水率(18.98%)、脂肪含量(3.4%)、蛋白質含量(3.3%)均符合相關國家標準；微生物指標中，乳酸菌含量(3.4×108/g)符合相關國家標準，而致病菌未檢出，符合國家標準。

3 結 論

黑果枸杞營養物質含量豐富，且配比合理，應用范圍廣，但目前產品研發還沒有進入正軌[2, 4]。將藥食兩用的黑果枸杞加入到復原乳中制備凝固型酸奶，為黑果枸杞的研發提供理論依據和參考。根據單因素試驗確定黑果枸杞酸奶發酵基礎試驗條件，響應面法優化得出酸奶制備最佳工藝為：黑果枸杞汁添加量為8.20%，白砂糖添加量為9%，菌粉接種量為0.91%，42℃發酵4.94 h，在此條件下，所得黑果枸杞酸奶色澤適宜，組織狀態良好、質地均勻、酸甜可口，具有黑枸杞特有的滋味和香氣，各項指標均符合國家相關標準。