冬瓜酸乳飲料生產工藝優化研究

陳占偉 高映菊 陳廣泉 張興旭

摘要：以新鮮冬瓜和鮮牛乳為試驗材料，采用單因素試驗與響應面試驗篩選冬瓜酸乳飲料最佳配比及最優發酵條件。結果表明，冬瓜酸乳飲料最優工藝配方為冬瓜汁添加量10.52%、白砂糖添加量5.72%、復合穩定劑添加量1.33%;制備冬瓜酸乳飲料的最優發酵條件為發酵劑添加量（即發酵菌株或接種量）5.12 %、發酵溫度41.25 ℃、發酵時間5.5 h。

關鍵詞：冬瓜酸乳飲料;單因素法;響應曲面法;工藝優化

中圖分類號：S642.3? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1001-1463（2022）03-0064-07

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2022.03.014

Study on the Optimization of Production Technology of Wax Melon Sour

Milk Beverage

CHEN Zhanwei 1， GAO Yingju 2， CHEN Guangquan 2， ZHANG Xingxu 3

（1. Agricultural and Rural Integrated Service Center， Xiangdao Town of Gaotai County， Gaotai Gansu 734300， China; 2. College of Agriculture and Biotechnology， Hexi University， Zhangye Gansu 734000， China; 3. College of Grassland Agriculture Science and Technology， Lanzhou University， Lanzhou Gansu 730030， China）

Abstract：Using fresh wax gourd and fresh milk as experimental materials， single factor test and response surface test were used to screen the optimal ratio of wax gourd sour milk beverage and the optimal fermentation conditions. The results demonstrated that the optimal process formula of wax gourd sour milk beverage was 10.52%， granulated sugar was 5.72%， and compound stabilizer was 1.33%. The optimal fermentation conditions were 5.12% of the amount of fermentation agent， 41.25 ℃ of fermentation temperature and 5.5 h of fermentation time.

Key words：Wax gourd sour milk beverage;Single factor method;Response surface method;Technology optimization

冬瓜屬葫蘆科草本植物，脆爽多汁，耐熱性強，低糖低脂、低鈉高鉀，營養豐富，含多種礦物質成分及減肥物質葫蘆巴堿、丙醇二酸等活性成分，具有利尿、護膚、減肥等功效[1 ]。常見加工產品有冬瓜醬、冬瓜果凍、冬瓜保健飲料等[2 ]，鮮有冬瓜酸乳飲料研究報道。我們以新鮮冬瓜和鮮牛乳為原料，調配二者豐富的營養，開展了冬瓜酸乳飲料優化生產工藝探究，從而篩選出其最佳配方及最優發酵條件，為乳制品生產企業提供技術參考。

1? ?材料與方法

1.1? ?供試材料及設備

1.1.1? ? 供試材料? ? 冬瓜、鮮牛乳、脫脂奶粉、濃硝酸、濃硫酸、硫酸鉀、無水硫酸銅、氫氧化鈉、異戊醇、酚酞試劑;白砂糖、乳桿菌、嗜熱鏈球菌、復合穩定劑（明膠與淀粉按質量比為1∶5的比例混合而成）。

1.1.2? ? 設備儀器? ? 高壓滅菌鍋、恒溫培養箱、恒溫水浴鍋、恒溫干燥箱、消化瓶、稱量瓶、三角瓶、離心管、離心機、榨汁機、電子天平、顯微鏡、定氮儀、蓋勃乳脂計、旋轉粘度計、分光光度計、超凈接種臺、電冰箱。

1.2? ?試驗設計

1.2.1? ? 單因素法試驗設計? ? 利用單因素法，依次分析冬瓜汁、白砂糖、發酵劑和穩定劑的添加量以及發酵時間、發酵溫度對冬瓜酸乳飲料有關理化性質的影響，篩選出各成分添加量的最優范圍和最佳發酵時間、發酵溫度。

1.2.2? ? 響應面法試驗設計? ? ① 最佳配比篩選。在單因素試驗結果的基礎上，采用二次通用旋轉組合試驗設計方案（表1），設定冬瓜汁、白砂糖、穩定劑的添加量3個變量因素，進行響應面分析[3 ]，以此確定冬瓜酸乳飲料的最佳配比。② 最優發酵條件篩選。結合單因素試驗結果，采用二次通用旋轉組合試驗設計方案（表2），設定發酵溫度、發酵時間、發酵劑添加量3個變量因素，進行響應面分析[4 ]，以此確定冬瓜酸乳飲料的最優發酵條件。

1.3? ?工藝流程

鮮牛乳→檢測預熱→高溫滅菌→加糖及穩定劑;新鮮冬瓜（去瓤籽皮）→護色→榨汁→加熱處理→過濾→冬瓜汁;冬瓜濾汁與處理后的鮮牛乳混配均勻→保溫→冷卻→接種→灌裝后發酵→冷卻后熟→成品檢測。

1.4? ?冬瓜汁與菌種制備

將冬瓜置于0.1%稀鹽酸溶液浸泡后用清水沖洗干凈，切成1寸小塊用10 g/kg NaCl溶液和0.1%抗壞血酸護色20～25 min后取出，用清水沖洗2次后榨汁[5 ]，再用滅菌紗布過濾，濾液煮沸6 min左右得到穩定的冬瓜汁，備用。將嗜熱鏈球菌與乳桿菌按體積比為1∶1的比例依照試驗設計用量在超凈工作臺接種至經高溫滅菌的10%脫脂奶粉溶液中，40 ℃傳代培養3次[6 ]，4 h內凝乳后置于電冰箱中備用。

1.5? ?接種、 發酵與冷藏

40 ℃左右下在超凈工作臺處理冬瓜汁、鮮牛乳及經接種處理后約10%脫脂奶粉溶液按試驗設計的[6 ]比例進行混配，拌勻后灌裝，然后進行42 ℃保溫發酵，待完全凝乳后將酸乳迅速降溫放入電冰箱4 ℃條件下冷藏后熟24 h。

1.6? ?數據分析與評價處理

1.6.1? ? 總固形物含量與持水力測定? ? 將稱量瓶于105 ℃干燥2 h后置于恒溫干燥箱中冷卻0.5 h稱重，重復操作直至恒重。取樣5 mL于恒重稱量瓶中稱重，于105 ℃干燥3 h后置于干燥箱中冷卻0.5 h稱重，再于105 ℃干燥1 h后置于恒溫干燥箱中冷卻0.5 h稱重，反復操作直至含量恒重，以相鄰兩次質量差小于1.0 mg為準，測定試樣中成品總固形物含量。于干燥離心管中取待測樣5 mL，測定樣品重量后，置于離心機中3 000 r/min離心30 min，取出離心管靜置10 min，除去上清液，測殘余物重量，計算酸乳的持水力。

1.6.2? ? 脂肪與蛋白質含量測定? ? 在蓋勃氏乳脂計中依次加入10 mL濃硫酸溶液（水與硫酸體積比比例為1∶9）、11 mL樣品、1 mL異戊醇，蓋塞用力搖勻至棕色，靜置3～5 min后放入70 ℃恒溫水浴鍋2 h后讀數。用差量法稱取10 g樣品至消化瓶中，加入20 mL濃硫酸和少許催化劑，置于火爐上小火碳化至黑色消失，溶液呈亮色，冷卻后定容至100 mL。吸取10 mL加入定氮儀，加入30 mL 40%的氫氧化鈉溶液，水封后測定含氮量。

式中V指消耗鹽酸的體積;V0指空白滴定鹽酸的體積;C指滴定所用鹽酸的濃度;m指所稱質量;6.38指奶制品中N的轉化系數;14指N的相對原子質量。

1.6.3? ? 酸度、粘度及Ca含量測定? ? 取樣5 mL置于三角瓶中，加蒸餾水20 mL，拌勻后滴入3滴酚酞試劑，用0.1 mol/L的氫氧化鈉滴定至溶液呈現粉紅色，0.5 min內粉紅色不消失時停止滴定，此時所用V（NaOH）乘以20即為酸度（°T）。將凝乳置于37 ℃恒溫水浴鍋，將旋轉粘度計及感溫探頭插入凝乳中平衡5 min，12 r/min轉速時測定粘度（Pa·s）。Ca含量采用原子吸收光譜法測定。

1.7? ?數據處理與分析

試驗數據采用Microsoft Excel 2013軟件錄入整理，采用SPSS Statistics 23.0軟件進行統計分析，不同處理之間均值采用單因素ANOVA分析，用Duncan新復極差法進行差異顯著性檢驗。

1.8? ?感官評價標準

隨機抽樣的冬瓜酸乳飲料根據總固形物含量、脂肪含量、蛋白質含量、持水力、風味、口感及外觀指標等進行感官評價，其評價標準評分按表3執行。

2? ?結果與分析

2.1? ?單因素法試驗結果

2.1.1? ? 冬瓜汁添加量對冬瓜酸乳飲料理化性質的影響? ? 在白砂糖6.00%、發酵劑6.00%、穩定劑1.20%，發酵溫度41.00 ℃，發酵時間5.50 h條件下，冬瓜汁含量設定6%、8%、10%、12%、14%? 5個梯度。感官評定結果（圖1）表明，隨著冬瓜汁不斷添加，乳清析出量也逐漸增多，粘度值先上升后下降。冬瓜汁添加量太多，則影響酸乳品質，添加量過少則無冬瓜風味。綜合得出，添加量直接影響冬瓜酸乳飲料的品質，冬瓜汁添加量最優范圍為8%～12%。

2.1.2? ? 白砂糖添加量對冬瓜酸乳飲料理化性質的影響? ? 在冬瓜汁10.00%、發酵劑6.00%、穩定劑1.20%，發酵溫度41.00℃，發酵時間5.50 h的條件下，白砂糖添加量設定3%、4%、5%、6%、7% 5個梯度。后熟24 h后的感官評分結果（圖2）表明，同等發酵時間，隨著白砂糖添加量不斷增加，其酸度也相應地遞增，而對酸乳凝固和乳清析出則無明顯影響;白砂糖添加量為5%時，感官評分值達到最大。綜合得出，白砂糖通過調節酸度直接影響冬瓜酸乳飲料的風味和口感，白砂糖添加量最優范圍為4%～6%。

2.1.3? ? 發酵劑添加量對冬瓜酸乳飲料理化性質的影響? ? 在冬瓜汁10.00%、白砂糖5.00%、穩定劑1.20%，發酵溫度41.00℃，發酵時間5.50 h條件下，白砂糖添加量設定5個梯度，分別為4%、5%、6%、7%、8%。后熟24 h后的感官評分結果（圖3）表明，在一定范圍內，發酵劑添加量與產酸呈正相關，添加量增多則產酸高，添加量減少則產酸低;隨著發酵劑添加量增加，凝乳時間明顯縮短;同等發酵時間下，隨著發酵劑添加量增加，酸乳的酸味逐漸變濃，酸度也隨之增大。綜合得出，發酵劑添加量直接影響冬瓜酸乳飲料的品質，最優添加量為5.13%，發酵劑添加量最優范圍為5%～7%。

2.1.4? ? 穩定劑添加量對冬瓜酸乳飲料理化性質的影響? ? 在冬瓜汁10.00%、發酵劑6.00%、白砂糖5.00%，發酵溫度41.00℃，發酵時間5.50 h條件下，穩定劑添加量設定5個梯度，分別為0、0.6%、1.2%、1.8%、2.4%。后熟24 h后的感官評分結果（圖4）表明，不添加穩定劑時酸乳粘度最小且分層明顯。隨著穩定劑的不斷添加，酸乳黏度也相應地增加;當添加量達1.2%后，粘度基本趨于穩定，增加不明顯，但此時感官評分值最大。綜合得知，穩定劑添加量最優范圍為0.6%～1.8%。

2.1.5? ? 發酵時間對冬瓜酸乳飲料理化性質的影響

在冬瓜汁10.00%、白砂糖5.00%、發酵劑6.00%、穩定劑1.20%，發酵溫度41.00 ℃條件下，發酵時間設定5個梯度，分別為4.5、5.0、5.5、6.0、6.5 h。后熟24 h后的感官評分結果（圖5）表明，隨著發酵時間延長，酸乳的酸度相應地增大，發酵時間4.5 h時感官評分最小，發酵時間5.5 h時感官評分最大，且酸度82 °T也已達到國標值。此時酸乳的凝固狀態、組織狀態、口感、風味均佳，而超過5.5 h后感官評分緩慢下降。綜合得知，發酵時間最優范圍為5.0～6.0 h。

2.1.6? ? 發酵溫度對冬瓜酸乳飲料理化性質的影響

在冬瓜汁10.00%、白砂糖5.00%、發酵劑6.00%、穩定劑1.20%，發酵時間5.50 h條件下，發酵溫度設定5個梯度，分別為35、38、41、44、47 ℃。后熟24 h后的感官評分結果（圖6）表明，發酵溫度35 ℃培養時溫度偏低，菌種生長受抑制，產酸慢，且感官評分低;41℃下培養溫度適中，菌種生長較快，且組織狀態良好，無乳清分離，感官評分高;47 ℃培養時溫度偏高，不光滑，乳清分離，感官評分低。綜合得知，發酵溫度最優范圍38～44 ℃。

2.2? ?響應面法試驗結果

2.2.1? ? 最佳配比篩選結果? ? ① 模型建立。結合單因素試驗結果初步確定冬瓜酸乳飲料最佳配比，在此基礎上建立二次正交旋轉組合設計試驗方案。設計冬瓜汁添加量A、白砂糖添加量B、穩定劑添加量C為自變量，感官評分R為因變量，由表4可得回歸模型R=93.15-1.41A-3.89B+2.47C+2.97AB- 4.39AC - 1.41 BC - 6.26 A2 - 8.51 B 2- 9.01C 2。②工藝配方響應曲面方差分析。對試驗結果進行擬合二次模型方差分析的結果（表5）表明，該模型F值為87.09，極顯著。各因素中一次項B極顯著、C顯著，二次項A2、B2、C2極顯著，交互項AB顯著、AC極顯著。3個單因素（冬瓜汁添加量A、白砂糖添加量B、穩定劑添加量C）影響冬瓜酸乳飲料感官評分的次序為B > C > A，即白砂糖添加量對感官評分影響最顯著。多元擬合系數R2值99.37%，預測R2值為68.53%，調整R2值為98.23%，說明該模型對試驗實際情況擬合較好;模型P值表明該模型極顯著，由模型失擬性分析得知，所建立的回歸模型擬合度較好，可用于模擬估算酸乳的工藝配方。③工藝配方響應曲面圖與等高線圖分析。圖7表明，冬瓜汁含量不變時，冬瓜酸乳飲料感官分值會隨白砂糖添加量（或穩定劑添加量）增加而升高，但當白砂糖添加量（或穩定劑添加量）過大時酸乳的口感、風味都出現一定程度下降;白砂糖添加量（或穩定劑添加量）固定時，酸乳感官分值會隨著冬瓜汁含量的增加出現一定程度的升高，但冬瓜汁含量過大時酸乳的口感、風味及組織狀態均有所降低。通過對響應面圖及等高線圖分析可知，當冬瓜汁含量編碼值A為-0.26，白砂糖添加量編碼值B為-0.29，穩定劑添加量編碼值C為0.22時，酸乳感官分值達到最大為94.17，將上述數值代入A=（X-10）/2，B=（J-6）/1，C=（Z-1.2）/0.6計算可得冬瓜酸乳飲料的最佳配比：冬瓜汁添加量10.52%、白砂糖添加量5.72%、穩定劑添加量1.33%。

2.2.2? ? 最優發酵條件篩選結果? ? ①模型建立。結合單因素試驗結果，初步確定冬瓜酸乳飲料的最佳發酵條件，在此基礎上建立二次正交旋轉組合設計試驗方案。設計發酵時間A、發酵溫度B、發酵劑添加量C為自變量，感官評分R為因變量，由表6可得回歸模型：R=93.67+1.06A-0.35B+2.12C+

1.37AB-0.10AC+1.81BC-6.67A2-8.67B2-8.4C2。②發酵條件響應曲面方差分析。對試驗結果進行擬合二次模型方差分析結果（表7）表明，該模型F值為222.30，極顯著。各因素中一次項A、B不顯著，C極顯著;二次項A2、B2、C2極顯著;交互項AB、AC不顯著，但BC顯著。3個單因素（冬瓜汁添加量A、白砂糖添加量B、穩定劑添加量C）影響冬瓜酸乳飲料感官評分次序為C > A > B，即發酵劑添加量對感官評分影響最顯著。多元擬合系數R2值99.75%，預測R2值97.34%，調整R2值99.30%，說明模型對試驗實際情況擬合較好。模型P值表明該模型極顯著，由模型失擬性分析得知，所建回歸模型擬合度較好，可用于模擬估算酸乳的發酵條件。③ 發酵條件響應曲面圖與等高線圖分析。試驗結果（圖8）表明，發酵時間不變時冬瓜酸乳飲料感官分值會隨發酵劑添加量的增加而升高，但發酵劑添加量過大時酸乳的口感、風味均出現一定程度的下降;發酵劑添加量固定時，酸乳感官分值會隨著發酵時間的增加出現一定程度的升高，但發酵時間過長時酸乳的口感、風味及組織狀態均有所降低。通過對響應面圖及等高線分析可知，當發酵溫度編碼值A為0.08、發酵時間編碼值B為0.00、發酵劑添加量編碼值C為0.13時，酸乳理論感官分值達到最大為93.84分。將上述數值代入A=（X-41）/3，B=（J-5.5）/0.5，C=（Z-5）/1可知，冬瓜酸乳飲料的最優發酵條件為發酵劑添加量5.12%、發酵溫度41.25 ℃、發酵時間5.5 h。

2.3? ?冬瓜酸乳飲料成品品質

經對在最佳配比（冬瓜汁添加量10.52%、白砂糖添加量5.72%、穩定劑添加量1.33%）和最優發酵條件（發酵劑添加量5.12%、發酵溫度41.25 ℃、發酵時間5.5 h）工藝下生產的冬瓜酸乳飲料成品進行測定的結果表明，采用該工藝所制冬瓜酸乳飲料的各項理化指標均達到GB 19302—2010要求，其總固形物含量34.8%、持水力30.12%、脂肪含量2.8%、蛋白質含量2.5%、酸度78 °T、粘度1 100 mPa·s、Ca含量67.48 ug/mL、乳酸菌數≥106 cfu/mL、大腸菌群≤2 個/g，未檢測到沙門氏菌、金黃色葡萄球菌等致病菌。制備的冬瓜酸乳飲料成品為乳白色，色澤均勻，組織狀態一致，無分層、無異味，酸甜適口，口感細膩滑潤，未析出乳清，伴有冬瓜特有的清香味，酸乳香氣濃郁。

3? ?結論與討論

一般認為，嗜熱鏈球菌的最適生長溫度為37～42 ℃，乳桿菌最適生長溫度為40～45 ℃[7 ]。乳制品生產中經常用到穩定劑[8 ]，適合的穩定劑及用量不單使乳產品能夠在較長時間內保持穩定，還對其感官有較大的影響，尤其是增強粘度可避免產生沉淀。該試驗產品選擇復合穩定劑（明膠與淀粉按質量比1∶5的比例混合而成）。

在單因素試驗結果的基礎上，采用多因素多水平的試驗設計方法，通過響應曲面建立了影響冬瓜酸乳飲料品質的關鍵因子的二次多項數學模型[9 - 11 ]。綜合篩選得出冬瓜酸乳飲料的最優工藝配方為冬瓜汁添加量10.52%、白砂糖添加量5.72%、復合穩定劑添加量1.33%;制備冬瓜酸乳飲料的最優發酵條件為發酵劑添加量（即發酵菌株或接種量）5.12 %、發酵溫度41.25 ℃、發酵時間5.5 h。

經試驗測定，采用該工藝所制冬瓜酸乳飲料的各項理化指標均達到GB 19302—2010要求，其總固形物含量34.8 %、持水力30.12 %、脂肪含量2.8%、蛋白質含量2.5%、酸度78 °T、粘度1 100 mPa·s、Ca含量67.48 ug/mL、乳酸菌數≥106 cfu/mL、大腸菌群≤2個/g，未檢測到沙門氏菌、金黃色葡萄球菌等致病菌。

該生產工藝可行，流程簡單，質量穩定，產量高，成本低，適合于規模工業化生產。制備的冬瓜酸乳飲料成品為乳白色，色澤均勻，組織狀態一致，無分層、無異味，酸甜適口，口感細膩滑潤，未析出乳清，伴有冬瓜特有的清香味，酸乳香氣濃郁。

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收稿日期：2021 - 12 - 29

基金項目：甘肅省高等學校產業支撐計劃項目（2021CYZC-43）。

作者簡介：陳占偉（1987 — ），男，甘肅高臺人，農藝師，碩士，主要從事農業技術研究推廣工作。聯系電話：（0）15193459633。Email：604624392@qq.com。