響應面法優化蒲公英柚子酸奶工藝研究

趙建英，白建

（呂梁學院生命科學系，山西 呂梁 033001）

蒲公英是一種藥食兩用的植物[1]，含有多種生物活性物質，如黃酮類物質、多糖、酚類化合物等[2]，不僅營養豐富、味道鮮美，而且還可以抑制多種病原菌。Lis等[3]發現蒲公英的抗氧化性對心血管疾病的治療有很大幫助。它的藥用和食用價值都很高[4-5]，臨床研究表明，蒲公英有保護肝膽、提高免疫力等多重功效，而且其毒性較低可長期食用[6-7]。因此，蒲公英在食品、藥品等領域還有很大的開發及利用價值。

柚子是日常生活中一種常見的水果[8]，種植于亞洲、東南亞很多國家和地區，ZHOU等[9]發現柚子授粉后生長期會有所縮短。其食用部位主要是果肉，果肉中含有豐富的活性多糖、果膠等，這些活性物質具有抗氧化活性，能夠降低血糖和血脂并且有解暑止渴、去除油污以及延緩衰老的功效[10-11]，因其口感微酸帶甜，很受消費者喜愛[12]。柚皮具有健脾養胃、祛痰利咽等功能[13]。因此，柚子在營養價值方面還有很大的開發空間。

酸奶是由乳酸菌發酵的牛奶制成的一種獨特風味的乳制品，經乳酸菌發酵數時后，所含營養素的利用率大大提高[14]。酸奶作為多功能食品，不僅具有增強免疫力，延緩皮膚老化等生理作用[15]，而且富含活性乳酸菌等多種營養物質，可以抑制腸道中有害微生物的繁殖，從而調節人體腸道中的微生物菌群平衡，具有改善腸道的功能[16]。TANG等[17]和BUEHLER等[18]研究表明酸奶抗氧化性較好，耐貯藏，對于一些“乳糖不耐癥”患者，酸奶是一種很好的選擇。因此，酸奶在保健方面具有很高的研究價值[19]。

本研究以蒲公英汁、白砂糖、柚子汁、純牛奶等為主要原料，研制出具有調節胃腸、色澤鮮麗、口感鮮美、營養豐富的蒲公英柚子酸奶。以期為蒲公英柚子酸奶的科學、合理開發利用提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

新鮮蒲公英、柚子、白砂糖：市售；鮮牛奶：離石上安村奶牛場；乳酸菌發酵劑：鄭州益富源生物科技有限公司。

1.2 主要試驗設備

恒溫培養箱（GHP-9160）：上海一恒科學儀器有限公司；均質機（FJ-200S）：天津大衛科教儀器有限公司；冰箱（BCD-206）：青島海爾股份有限公司；電子秤（FA114A）：廣東豪晟科學儀器有限公司；榨汁機（HR1832）：飛利浦家庭電器有限公司；質構儀（TMSPILOT）：北京盈盛恒泰科技有限公司；測色儀（CM-5）：柯尼卡美能達控股公司。

1.3 原料的預處理

蒲公英汁制備：選取新鮮蒲公英，用清水將蒲公英葉子表面泥土和雜質洗凈，剔除已損壞的蒲公英葉，切除根部后浸入鹽水中進行燙漂，再次沖洗后將其置于網篩瀝干水分，在榨汁機中加入0.5倍水與其混合打漿，再用6層紗布過濾，備用。

柚子汁制備：選取果形端正的蜜柚，洗掉蜜柚表皮灰塵；然后用刀從蜜柚頂端切開，剝去表皮；再去除果肉外層皮囊，取出果肉，加入1.5倍水與果肉混合后榨汁，汁液由6層紗布進行過濾，備用。

1.4 工藝流程

參考蔣萌蒙等[20]的工藝流程，略作修改。如下所示。

1.5 試驗設計

通過探討蒲公英汁添加量、白砂糖添加量、柚子汁添加量對酸奶質感的作用，采取單因素試驗和響應面試驗，以綜合評分確定蒲公英柚子酸奶的最佳配方。

1.6 檢測方法

1.6.1 蒲公英柚子酸奶綜合質量評價

由10名感官品評員，對蒲公英柚子酸奶進行綜合評分（感官評分、質構特性評分、色差評分），評分標準參照已有的文獻[21-25]，并稍作改動，見表1～表4。

表1 蒲公英柚子酸奶綜合評分標準Table 1 Comprehensive quality scoring standard of dandelion and grapefruit yogurt

表2 蒲公英柚子酸奶感官評分標準Table 2 Sensory evaluation standard of dandelion and grapefruit yogurt

表3 蒲公英柚子酸奶質構特性評分標準Table 3 Texture properties evaluation standard of dandelion and grapefruit yogurt

表4 蒲公英柚子酸奶色差評分標準Table 4 Chromatic aberration evaluation standard of dandelion and grapefruit yogurt

1.6.2 理化指標測定

蛋白質、酸度、總固形物含量均參照麻澤宇等[26]的方法進行測定。持水率參照賈彥杰等[27]的方法進行測定。

1.6.3 微生物指標檢驗

大腸桿菌和致病菌均參照王彥平等[28]的方法進行測定。

1.7 數據處理

首先使用Excel 2010整理并測試數據；采用Design-Expert8.1軟件進行響應面優化分析。

2 結果和分析

2.1 蒲公英汁添加量對酸奶綜合評分的影響

蒲公英汁添加量會影響蒲公英柚子酸奶的色澤和綜合風味。當加入少量蒲公英汁時，不僅無法表現蒲公英獨有的味道，還會影響酸奶的綜合香味；蒲公英汁添加量太多會導致酸奶色澤發綠、味道過濃，造成酸奶風味不佳。因此試驗過程中固定其他各因素添加量，以蒲公英汁添加量為 4、6、8、10、12 g 進行試驗，結果見表5。

表5 蒲公英汁添加量對酸奶綜合評分的影響Table 5 Effect of dandelion juice supplementation on comprehensive score of yogurt

由表5可知，隨著蒲公英汁添加量增加，蒲公英柚子酸奶的感官評分、質構特性評分、色差評分及綜合評分不斷升高，當蒲公英汁添加量為8 g時評分最高，隨后各評分逐漸降低。因此，蒲公英汁添加量選取6、8、10 g進行后續試驗。

2.2 白砂糖添加量對酸奶綜合評分的影響

白砂糖會影響酸奶的質地和甜度。加入過量的白砂糖會使酸奶過甜、風味不佳；加入過少會使酸奶的口感發酸、香氣不良。所以固定其他各因素添加量，以白砂糖添加量為 3、5、7、9、11g進行試驗，結果見表 6。

表6 白砂糖添加量對酸奶綜合評分的影響Table 6 Effect of white granulated sugar supplementation on comprehensive score of yogurt

由表6可知，白砂糖添加量對酸奶的各個評分有一定影響，白砂糖添加量為5、7、9 g時分值較高，當白砂糖添加量為7 g時評分最高。所以，白砂糖添加量選取5、7、9 g進行后續試驗。

2.3 柚子汁添加量對酸奶綜合評分的影響

柚子汁添加量的多少對酸奶的顏色和氣味都會有一定影響。柚子汁添加量適當時，其發酵后會產生柚子的清香，增加酸奶的甜度；當加入過量的柚子汁時，會影響酸奶發酵并且會使酸奶香味不佳，嚴重時會導致酸奶變質。因此固定其他各因素添加量，以柚子汁添加量為 10、15、20、25、30 g 進行試驗，結果見表7。

表7 柚子汁添加量對酸奶綜合評分的影響Table 7 Effect of grapefruit juice supplementation on comprehensive score of yogurt

由表7可知，蒲公英柚子酸奶的感官、質構特性、色差評分以及綜合評分隨著柚子汁添加量的變化而變化，其評分均是先升高后降低，添加量為20 g時分值最高。據表7數據分析，在添加量為15、20 g和25 g時，所得到的綜合評分均在80分以上。因此，柚子汁添加量選取15、20、25 g進行后續試驗。

2.4 響應面優化結果分析

按單因素試驗結果，選擇蒲公英汁添加量、白砂糖添加量和柚子汁添加量為自變量，將所得綜合評分設置為響應值Y，再根據Box-Benhnken對蒲公英柚子酸奶進行優化試驗，試驗設計見表8，結果見表9。

表8 試驗設計Table 8 Experimental design

表9 Box-Behnken試驗設計及結果Table 9 Experimental design and results of Box-Behnken

使用Design-Expert V8.1軟件分析數據，將蒲公英柚子酸奶綜合評分作為響應值（Y），將蒲公英汁添加量（A）、白砂糖添加量（B）、柚子汁添加量（C）作為自變量因子，設立三因素三水平試驗并建立二次回歸方程：Y=-228.11062＋29.18875A＋29.188 75B＋11.589 50C-0.425 00AB＋0.0425 00AC-0.120 00BC-1.626 7A2-1.720 62B2-0.286 30C2。

方差分析見表10。由表10可知，本試驗模型F值為41.33，P值小于0.000 1，可以得出此模型極為顯著。失擬項為0.150 8＞0.05，該項不顯著，這表示模型與真實情況接近。因素A、C影響極顯著，因素B的P＞0.05，影響顯著。二次項A2、B2、C2影響極顯著；交互項AB的P值為0.047 8，小于0.05，影響顯著；交互項AC、BC影響不顯著。因此影響蒲公英柚子酸奶綜合評分從大到小排序為蒲公英汁添加量＝柚子汁添加量＞白砂糖添加量（A＝C＞B）。

表10 Box-Behnken試驗方差分析Table 10 Test anova of Box-Behnken

相關系數 R2＝0.981 5，校正系數 R2Adj＝0.957 8，此模型能夠解釋95.78%的總變異。預測值與真實值非常靠攏，模型能夠反映實際情況。它的變異系數CV%＝1.78%，這就說明模型與實際情況相契合，試驗結果的可靠性較高。

2.5 多因素交互作用對曲面分析的影響

利用Design Expert V8.1響應面軟件得到的三維視圖可以精確地對各個因素水平進行分析，得出的數據更加精確。響應面圖和等高線圖見圖1～圖3。

從圖1可以看出，蒲公英汁添加量與白砂糖添加量的交互作用3D曲面比較陡，且等高線為橢圓形，表明蒲公英汁添加量和白砂糖添加量的交互作用對蒲公英柚子酸奶綜合評分影響顯著。蒲公英汁添加量對蒲公英柚子酸奶綜合評分的影響大于白砂糖添加量對蒲公英柚子酸奶綜合評分的影響，說明在蒲公英汁添加量和白砂糖添加量兩因素中，綜合評分的分值主要受蒲公英汁添加量的影響。當蒲公英汁添加量不變時，曲面坡度隨著白砂糖添加量增加先呈現先升高而后緩慢降落的趨勢。在白砂糖添加量為7 g時，綜合評分達到最佳值。

圖1 蒲公英汁添加量和白砂糖添加量交互作用的3D曲面圖和等高線Fig.1 3D surface graph and contour line of interaction between dandelion juice and white granulated sugar supplementation

從圖2可以看出，蒲公英汁添加量與柚子汁添加量的交互作用曲線比較平緩，等高線近似圓形，表明二者之間的交互作用不顯著。當蒲公英汁添加量保持不變，3D曲面坡度隨著柚子汁添加量增加呈現先上升后下降趨勢。在柚子汁添加量為20 g時，綜合評分達到最佳值。

圖2 蒲公英汁添加量和柚子汁添加量交互作用的3D曲面圖和等高線Fig.2 3D surface graph and contour line of interaction between dandelion juice and grapefruit juice supplementation

從圖3可以看出，柚子汁添加量與白砂糖添加量的交互作用3D曲面比較平緩，且等高線為近似圓形，表明柚子汁添加量和白砂糖添加量的交互作用對蒲公英柚子酸奶綜合評分影響不顯著。柚子汁添加量對蒲公英柚子酸奶綜合評分的影響大于白砂糖添加量對蒲公英柚子酸奶綜合評分的影響，說明在柚子汁添加量和白砂糖添加量兩因素中，綜合評分的分值主要受柚子汁添加量的影響。當柚子汁添加量不變時，曲面坡度隨著白砂糖添加量增加呈現先升高而后緩慢降落的趨勢。在白砂糖添加量為7 g時，綜合評分達到最佳值。

圖3 白砂糖添加量和柚子汁添加量交互作用的3D曲面圖和等高線Fig.3 3D surface graph and contour line of interaction between white granulated sugar and grapefruit juice supplementation

2.6 優化工藝驗證

由響應面軟件處理數據后得到最優試驗配方為蒲公英汁添加量7.69 g、白砂糖添加量6.89 g、柚子汁添加量19.86 g，得到綜合評分（Y）的最大值是89.53分。根據實際情況，將具體工藝參數調整為蒲公英汁添加量8 g，白砂糖添加量7 g，柚子汁添加量20 g。在此情況中進行3次平行試驗，得到的綜合評分結果為89.8分，與模型值差異較小，表明蒲公英柚子酸奶的最優工藝是相當可靠的。

2.7 理化指標和微生物指標檢驗結果

蒲公英柚子酸奶理化指標檢驗結果見表11，微生物指標檢驗結果見表12。

表11 蒲公英柚子酸奶理化指標檢驗結果Table 11 Test results of physicochemical indexes of dandelion and pomelo yoghurt

表12 蒲公英柚子酸奶微生物指標檢驗結果Table 12 Test results of microbial index of dandelion and pomelo yoghurt

由表11、表12可知，產品符合GB 19302-2010《食品安全國家標準發酵乳》中的規定范圍，因此該產品為合格產品。

3 結論

本試驗對蒲公英柚子酸奶工藝進行研究，采用單因素試驗得出蒲公英汁添加量、白砂糖添加量、柚子汁添加量的最優參數范圍，然后根據響應面軟件分析數值，得出3個因素影響順序從大到小為蒲公英汁添加量=柚子汁添加量＞白砂糖添加量。在這基礎上得到3個因素的最佳參數：蒲公英汁8 g，白砂糖7 g，柚子汁20 g。在此工藝條件下得到綜合評分為89.8分。這樣的工藝配方制成的酸奶色澤微綠，組織結構細膩，具有蒲公英和柚子的清香，口感俱佳，發展前景廣闊。