凍干酸奶塊配方設計及優化

蘇德亮 ，羅麗 ，宋禮，崔廣智，李亞萍，尹蘭

1. 甘肅華羚生物技術研究中心有限公司（蘭州 730000）；

2. 甘南牦牛乳研究院（甘南 747000）；3. 甘肅省干酪素工程技術研究中心（蘭州 730000）

酸奶是一種營養豐富的發酵型乳制品，通過牛奶發酵使乳酸菌將乳糖分解轉化為乳酸[1-4]，保留原有營養成分的同時讓乳糖不耐癥患者放心食用。酸奶富含多種氨基酸，特別是蛋氨酸、硫氨基酸、色氨酸和半胱氨酸[5-10]，易吸收消化，改善人體腸道環境，增強機體免疫力，具有抗衰老、補鈣及平衡人體腸道菌群等功能[11-13]，但因其本身的貨架期較短，運輸時需要在低溫狀態下進行保存，所以導致運輸和銷售均需用冷鏈保證品質，其產品本身的成本較高[14-15]。凍干酸奶是將發酵乳通過急速冷凍，并抽真空的方式制得的一種產品，其特點是延長了貨架期，并且在運輸貯藏過程中無需低溫條件。口感清爽酥脆，老少皆宜。

以脫脂乳粉、麥芽糊精、酸奶粉、白砂糖、麥芽糖漿等為原料，通過單因素試驗、正交試驗和Box-Behnken響應面試驗設計，確定凍干酸奶塊的最佳配方，為酸奶粉相關休閑食品的開發和高附加值凍干酸奶塊的研究提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

酸奶粉（和政縣華龍乳制品有限公司）；脫脂乳粉（新西蘭恒天然公司）；麥芽糖漿（濟南鴻橋化工有限公司）；白砂糖（廣州華糖食品有限公司）；麥芽糊精（保齡寶生物股份有限公司）；果膠（河南賽森化工產品有限公司）。

1.2 儀器與設備

FA1204型分析天平（常州市幸運電子設備有限公司）；DZKW-2電熱恒溫不銹鋼水浴鍋（金壇市大地自動化儀器廠）；ZLE-B500高速剪切機（眾時（上海）機械有限公司）；LGJ型冷凍干燥機（湘儀離心機儀器有限公司）。

1.3 工藝流程

原料過篩→原料溶解→高速剪切→靜置消泡→料液入模→真空凍干 ↑

果膠、白砂糖預混→添加麥芽糖漿

1.3.1 操作要點

1.3.1.1 原料過篩、溶解

稱取配料前分別將酸奶粉、脫脂乳粉、麥芽糊精用0.250 mm孔徑篩過篩，溶于40 ℃水中。

1.3.1.2 果膠、白砂糖預混

果膠與白砂糖混合均勻，加入60~65 ℃水攪拌溶解，攪拌3~5 min，攪拌完成后冷卻至40~45 ℃，加入麥芽糖漿并與溶解好的料液混合。

1.3.1.3 高速剪切

攪拌均勻后料液進行高速剪切，剪切轉速2 000 r/min，剪切3~5 min。之后靜置5 min，使高速剪切產生的泡沫消失。

1.3.1.4 真空凍干

凍干機參數設定：-60~-70 ℃冷凍4 h，之后真空干燥30 h。

1.3.2 感官評定方法

配方配比的優劣將從產品的口感、組織狀態、色澤3個指標進行整體感官評價，滿分為100分，其中口感和組織狀態為35分，色澤為30分，選擇10名有食品專業背景的人員對成品進行感官評價，小組人員身體健康，味覺靈敏，在正式評定前進行相應指導，凍干酸奶的感官評定標準如表1所示。

表1 酸奶塊感官評分標準

1.3.3 主料單因素試驗

在大量預試驗基礎上，選擇感官評價較好的配比參數點，以這些參數點為基礎上下浮動取點，通過單因素試驗，確定脫脂乳粉、麥芽糊精、白砂糖合適的添加范圍。

1.3.3.1 脫脂乳粉添加量的確定

在白砂糖添加量15 g、酸奶粉添加量15 g、麥芽糖漿添加量15 g條件下，脫脂乳粉添加量分別為26，28，30，32和34 g，進行感官評價。

1.3.3.2 麥芽糊精添加量的確定

在脫脂乳粉添加量25 g、白砂糖添加量15 g、酸奶粉添加量15 g、麥芽糖漿添加量15 g條件下，麥芽糊精添加量分別為9，11，13，15和17 g，進行感官評價。

1.3.3.3 白砂糖添加量的確定

在脫脂乳粉添加量25 g、白砂糖添加量15 g、酸奶粉添加量15 g、麥芽糖漿添加量15 g條件下，白砂糖添加量分別為18，20，22，24和26 g，進行感官評價。

脫脂乳粉添加量、麥芽糊精添加量、白砂糖添加量單因素感官評價結果見表4。

1.3.4 正交試驗設計

在單因素試驗基礎上，用L9(33)正交表設計三因素三水平試驗，共9個組合。以感官評價評分為指標，正交優化試驗設計因素及水平見表2。

表2 正交試驗因素和水平 單位：g

1.3.5 輔料最佳配比單因素試驗

在正交試驗基礎上，優化對終產品品質影響較大的因素，對酸奶粉添加量、麥芽糖漿添加量、果膠添加量、溶液濃度4個因素進行單因素試驗，每個因素取5個水平，各因素水平分別為酸奶粉添加量（10%，15%，20%，25%和30%）、麥芽糖漿添加量（5%，10%，15%，20%和25%）、果膠添加量（0.2%，0.4%，0.6%，0.8%和1.0%）、溶液濃度（20%，25%，30%，35%和40%）。

1.3.6 酸奶塊配方優化

在單因素基礎上，選擇酸奶粉添加量、麥芽糖漿添加量、果膠添加量、溶液濃度四因素三水平，以感官分值為指標，采用Design-Expert 8.0.6軟件的Box-Behnken響應面設計優化酸奶塊的配方，因素水平編碼見表3。

表3 酸奶塊配方響應面因素水平表 單位：%

2 結果與分析

2.1 主料單因素試驗結果

由表4可知，脫脂乳粉添加量30 g、麥芽糊精添加量11 g、白砂糖添加量22 g時對應單因素試驗感官評分最高。因此選取脫脂乳粉28~32 g、麥芽糊精10~12 g、白砂糖20~24 g進行正交優化。

表4 單因素試驗感官評價表

2.2 主料配方確定

在單因素試驗基礎上，以脫脂乳粉添加量、麥芽糊精添加量、白砂糖添加量為因素進行L9(33)正交試驗，以感官評價評分為指標，直觀分析及方差分析結果如表5所示。

表5 正交試驗結果及直觀分析

由表5可以看出各因素對感官評價影響程度依次為A＞C＞B，即脫脂乳粉添加量是影響感官評分的主要因素，其次為白砂糖添加量、麥芽糊精添加量。通過正交試驗結果分析可知，A2B2C3組合為最優組合，對最優組合進行驗證試驗，其綜合感官評分為89分，因此正交試驗結果較為可靠。因此主料的配比為脫脂乳粉添加量30.0 g、白砂糖添加量11.0 g、麥芽糊精添加量24.0 g。

2.3 輔料最佳配比的確定

2.3.1 酸奶粉添加量對酸奶塊品質的影響

由圖1可以看出，隨酸奶粉添加量增加，產品感官評分出現先上升后下降趨勢。酸奶添加量15%時，感官評分最高。添加量10%，產品酸奶口味不明顯，綜合得分較低。在配料溶解環節，酸奶粉會隨著添加量增加出現乳清液分層狀態，由圖2可以看出，添加量超過25%時，酸奶塊凍干后截面會明顯出現中間透明狀形態，感官性狀變差。因此選擇添加量15%~20%為混料設計所需的水平范圍。

圖1 酸奶粉添加量對感官評分的影響

圖2 酸奶粉添加量25%產品外觀

2.3.2 麥芽糖漿添加量對酸奶塊品質的影響

由圖3可以看出，隨麥芽糖漿添加量增加，產品感官評分出現先上升后下降趨勢。酸奶添加量15%時，感官評分最高。當麥芽糖漿添加量較低時，產品外觀較好，但質地偏酥脆，不易包裝運輸，感官評分較低。圖4顯示，添加量20%以上時，產品表面會出現氣泡，影響感官。因此選擇添加量15%~20%為混料設計所需的水平范圍。

圖3 麥芽糖漿添加量對感官評分的影響

圖4 麥芽糖漿添加量20%產品外觀

2.3.3 果膠添加量對酸奶塊品質的影響

由圖5可以看出，隨果膠添加量增加，產品感官評分出現先上升后下降趨勢。酸奶添加量0.6%時，感官評分最高。果膠添加量較低時，產品外觀較好。圖6顯示，添加量超過0.8%時，產品質地會變硬，并且表面會出現顆粒感，影響感官。因此選擇添加量0.5%~0.7%為混料設計所需的水平范圍。

圖5 果膠添加量對感官評分的影響

圖6 果膠添加量0.8%時產品外觀

2.3.4 溶液濃度對酸奶塊品質的影響

由圖7可以看出，隨著溶液濃度增加，產品感官評分出現先上升后下降趨勢。溶液濃度25%時，感官評分最高。溶液濃度升高時，酸奶塊質地會逐漸緊實，咀嚼費力。圖8顯示，溶液濃度35%時，酸奶塊質地緊實并且表面會出現裂紋，影響感官。因此選擇溶液濃度23%~27%為混料設計所需的水平范圍。

圖7 溶液濃度對感官評分的影響

圖8 溶液濃度35%時產品外觀

2.4 酸奶塊Box-Behnken響應面結果與分析

Box-Behnken響應面優化結果見表6。

表6 酸奶塊配方響應面試驗設計及結果

利用Box-Behnken響應面對數據進行多元回歸擬合，得到感官評分的二次多項回歸方程：

Y=93.8-0.58A+0.75B+2.08C-0.92D+1.5AB-2.25AC+1.5AD+1.75BC+0.5BD-0.75CD-12.57A2-2.82B2-7.82C2-7.82D2

酸奶塊回歸模型方差分析見表7。

表7 酸奶塊回歸模型方差分析

由表7可知該模型是極顯著的（p＜0.000 1），各單因素中一次項C、D，交互項AC、BC，二次項A2、B2、C2、D2均為極顯著，B、AB、AD一般顯著。果膠添加量、溶液濃度對凍干酸奶塊的感官評價影響最大，其次是麥芽糖漿，影響最小的是酸奶粉，交互項AC、BC極顯著說明酸奶粉添加量、麥芽糖漿添加量和果膠添加量相互作用對酸奶塊品質有顯著影響，回歸模型的決定系數為R2=0.948 0，說明模型擬合度良好，可用此模型作為酸奶塊配方的分析和預測，該模型失擬項p=0.722 9＞0.05，說明失擬項不顯著，用該模型表明各因素和響應值的函數關系具有可靠性，各單因素對響應值的影響程度主次順序為果膠添加量＞溶液濃度＞麥芽糖漿添加量＞酸奶粉添加量。

酸奶粉添加量和果膠添加量的交互作用的響應面如圖9和圖10所示，麥芽糖漿添加量和果膠添加量的交互作用的響應面如圖11和圖12所示。

圖9 酸奶粉添加量和果膠添加量對感官評分影響響應面

圖10 酸奶粉添加量和果膠添加量對感官評分等高線

圖11 麥芽糖漿添加量和果膠添加量對感官評分影響響應面

圖12 麥芽糖漿添加量和果膠添加量對感官評分影響等高線

由圖5a、5b和圖6a、6b可知，響應面和等高線圖都存在頂點，所選范圍存在極值，等高線形狀為橢圓形，說明酸奶粉添加量、麥芽糖漿添加量和果膠添加量的交互作用顯著，與方差分析結果基本一致。響應面和等高線在描述酸奶粉添加量、麥芽糖漿添加量和果膠添加量對感官評分的影響時，固定其中一個因素，感官評分隨另一個自變量的增大呈先增大后減小趨勢，規律與單因素試驗結果相近。

2.5 酸奶塊配方的確定

在各因素可選范圍內，以感官評分為響應值，根據模型回歸分析可得凍干酸奶塊最佳配方：酸奶粉添加量17.42%、麥芽糖漿添加量16.75%、果膠添加量0.62%、溶液濃度24.87%。在此優化條件下凍干酸奶塊的理論綜合分值為94.06分，同時為驗證該模型的可靠性，根據此條件進行3組重復驗證試驗，所得最終評分為94，95和94分，平均分為94.3分，與模型預測分值接近，并且配方所得的成品在色澤、口感和組織狀態均良好。

3 結論

通過單因素試驗、正交試驗和Box-Behnken響應面優化，確定凍干酸奶塊的最佳工藝配方：脫脂乳粉添加量30.0%、麥芽糊精添加量11.0%、白砂糖添加量24.0%、酸奶粉添加量17.42%、麥芽糖漿添加量16.75%、果膠添加量0.62%、溶液濃度24.87%。根據該配方得到的酸奶塊感官良好，口感舒爽，方便攜帶，是一種具有廣闊開發前景的產品。