響應面法優化抗氧化牦牛乳奶粉配方

李亞萍，羅麗，崔廣智，蘇德亮，尹蘭，宋禮*

1. 甘南倍益特生物科技有限公司（合作 747000）；2. 甘肅華羚乳品股份有限公司（合作 747000）；3. 甘肅華羚生物技術研究中心（蘭州 730000）

抗氧化牦牛乳奶粉是以牦牛乳配方奶粉基粉、大豆多肽粉、玉米低聚肽粉、沙棘粉，經過干法工藝制得的一種適應于高原人群的調制奶粉。相比于普通奶粉，該奶粉營養全面，且具有抗氧化、抗疲勞的功效。

高原地區空氣稀薄、大氣壓低、氧分壓低、寒冷、風大、紫外線強等特殊環境因素，尤其是高原低氧，對人體營養物質代謝和需求都有明顯影響。合理膳食和營養素補充可有效預防或減輕高原反應、增強機體的高原適應力和提高勞動能力[1]。

大豆多肽粉是大豆蛋白的水解產物，含有的疏基是非常重要的自由基清除劑，大豆植物蛋白當中含有非常豐富的疏基基團，并且大豆蛋白水解產物當中疏基的含量要高于大豆蛋白，同時疏水性對大豆蛋白水解產物的抗氧化性具有很強的促進作用，因此大豆多肽粉具有較強的抗氧化性[2]。

玉米低聚肽粉是玉米蛋白的水解產物，王麗英[3]以玉米蛋白為原料，制備玉米抗氧化活性肽，用多種方法測定了玉米抗氧化活性肽的自由基清除能力、細胞內活性氧清除能力、抗氧化酶活性調節作用、抗氧化基因表達調節作用等，試驗結果表明，經過堿性蛋白酶水解的玉米蛋白，超濾后可得到2組具有較強抗氧化能力的組分。

沙棘的樹皮、果實、葉子、種子以其獨特的藥用特性而聞名，其植物體的各個部位均含有豐富的生物活性物質，包括維生素A、C和B族維生素，類胡蘿卜素，酚類物質，不飽和脂肪酸，礦物質（鐵、鎂、鈉、鈣）等[4-7]。其中，沙棘果實在多種生理活性成分上都體現出高含量。近年來，沙棘果提取物已被證明具有抗氧化、抑制腫瘤、降低血糖、降低血脂、免疫調節、緩解炎癥、韌帶損傷等功能[8]。

抗氧化牦牛乳奶粉的配方優化研究，不僅能為高原地區人群提供營養補充，而且能夠帶動經濟的發展，擴大高原地區稀有乳種的市場，同時也能為企業及牧民創造直觀的效益。

1 材料與方法

1.1 材料

牦牛乳配方奶粉基粉（甘肅華羚乳品股份有限公司）；大豆多肽粉（江蘇俊啟生物科技股份有限公司）；玉米低聚肽粉（遼寧太愛肽生物工程技術有限公司）；沙棘粉（天津市真如果食品工業有限公司）。

1.2 設備與儀器

三維混合機（常州市易能干燥設備有限公司）；電子天平（上海精密儀器儀表有限公司）；分析天平（上海精密儀器儀表有限公司）；電子調溫萬用電爐（天津市泰斯特儀器有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 單因素試驗

1.3.1.1 大豆多肽粉對抗氧化牦牛乳奶粉感官得分的影響

確定玉米低聚肽粉10%、沙棘粉10%、牦牛乳配方奶粉基粉60%，采用干法工藝，分別將5%，10%，15%，20%和25%的大豆多肽粉，與各原輔料在三維混合機中進行干混，以感官得分為依據，確定大豆多肽粉的最佳添加量。

1.3.1.2 玉米低聚肽粉對抗氧化牦牛乳奶粉感官得分的影響

確定大豆多肽粉15%、沙棘粉10%、牦牛乳配方奶粉基粉60%，采用干法工藝，分別將4%，6%，8%，10%和12%的玉米低聚肽粉，與各原輔料在三維混合機中進行干混，以感官得分為依據，確定玉米低聚肽粉的最佳添加量。

1.3.1.3 沙棘粉對抗氧化牦牛乳奶粉感官得分的影響

確定大豆多肽粉15%、玉米低聚肽粉10%、牦牛乳配方奶粉基粉60%，采用干法工藝，分別將5%，10%，15%，20%和25%的沙棘粉，與各原輔料在三維混合機中進行干混，以感官得分為依據，確定沙棘粉的最佳添加量。

1.3.1.4 牦牛乳配方奶粉基粉對抗氧化牦牛乳奶粉感官得分的影響

確定大豆多肽粉15%、玉米低聚肽粉10%、沙棘粉10%，采用干法工藝，分別將30%，40%，50%，60%和70%的牦牛乳配方奶粉基粉，與各原輔料在三維混合機中進行干混，以感官得分為依據，確定牦牛乳配方奶粉基粉的最佳添加量。

1.3.2 響應面試驗設計

根據響應面設計原理，設計三因素三水平響應面試驗，以大豆多肽粉、玉米低聚肽粉、沙棘粉的添加量為自變量，感官得分為響應值，進行配方優化分析，確定各成分配比。試驗因素與水平設計見表1。

表1 響應面設計因素與水平 單位：%

1.3.3 感官評價

參照RHB 204—2004《嬰兒配方乳粉感官評鑒細則》中的要求，邀請15位乳制品專業、具有感官評定經驗的評審員，進行感官評定。以滿分100分計，去掉最高分和最低分取平均值，評分標準見表2。

表2 感官評分標準[9]

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 大豆多肽粉添加量對抗氧化牦牛乳奶粉感官得分的影響

由圖1可知，隨著大豆多肽粉添加量的增加，感官得分呈先上升后下降趨勢。大豆多肽粉添加量小于15%時，奶粉膻味較重。大豆多肽粉添加量15%時，感官得分最高，奶粉乳香味足，沖調性好，色澤均一有光澤。大豆多肽粉添加量大于15%時，奶粉有淡淡苦澀味，奶香味不足。因此，大豆多肽粉最佳添加量為15%。

圖1 大豆多肽粉添加量對抗氧化牦牛乳奶粉感官得分的影響

2.1.2 玉米低聚肽粉添加量對抗氧化牦牛乳奶粉感官得分的影響

由圖2可知，隨著玉米低聚肽粉添加量的增加，感官得分呈先平緩上升后快速下降趨勢。玉米低聚肽粉添加量小于10%時，奶粉膻味較重，較甜。玉米低聚肽粉添加量10%時，感官得分最高，奶粉乳香味足，口感自然。玉米低聚肽粉添加量大于10%時，奶粉奶香味不足，沖調較差，有沉淀。因此，玉米低聚肽粉最佳添加量為10%。

圖2 玉米低聚肽粉添加量對抗氧化牦牛乳奶粉感官得分的影響

2.1.3 沙棘粉添加量對抗氧化牦牛乳奶粉感官的影響

由圖3可知，隨著沙棘粉添加量的增加，感官得分呈先上升后下降趨勢。沙棘粉添加量小于10%時，奶粉沙棘特有風味不凸顯，口感較甜。沙棘粉添加量10%時，感官得分最高，奶粉具有沙棘特有香味，且口感結合自然。沙棘粉添加量大于10%時，奶粉味道偏酸，溶解較差，奶香味不足，有沉淀。因此，沙棘粉最佳添加量為10%。

圖3 沙棘粉添加量對抗氧化牦牛乳奶粉感官得分的影響

2.1.4 牦牛乳配方奶粉基粉添加量對抗氧化牦牛乳奶粉感官得分的影響

由圖4可知，隨著牦牛乳配方奶粉基粉添加量的增加，感官得分呈先上升后快速下降趨勢。牦牛乳配方奶粉基粉添加量小于60%時，奶粉乳香味不足，有淡淡苦澀味及酸味。牦牛乳配方奶粉基粉添加量為60%時，感官得分最高，奶粉乳香味足，口感結合自然。牦牛乳配方奶粉基粉添加量大于60%時，奶粉膻味較重，沖調較差。因此，牦牛乳配方奶粉基粉最佳添加量為60%。

圖4 牦牛乳配方奶粉基粉添加量對抗氧化牦牛乳奶粉感官得分的影響

2.2 響應面設計與結果

以大豆多肽粉、玉米低聚肽粉、沙棘粉的添加量3個因素設計試驗，根據Design-Expert 8.0.6軟件設計原理，設計17個組合，試驗設計及結果見表3。

表3 試驗設計與結果

運用Design-Expert 8.0.6軟件對試驗結果進行回歸擬合，得到的回歸方程：Y=82.40-3.12A+0.88B-3.25C+2.75AB+1.50AC+6.50BC-6.58A2-5.58B2-5.32C2。

為檢驗方程的有效性，對結果進行分析，方差分析見表4。由表4可知，模型F=39.44，P＜0.000 1，失擬項P=0.439 1＞0.05，不顯著，表明該模型是顯著的，能夠較好地反映3個自變量之間的關系。該模型R2=0.980 7，Radj2=0.955 8，表明該模型與實際有較好的擬合性，具有顯著的統計學意義，能夠用于抗氧化牦牛乳奶粉配方的預測與優化。3個因素對于配方奶粉感官影響大小依次為沙棘粉添加量＞大豆多肽粉添加量＞玉米低聚肽粉添加量。

表4 方差分析

2.2.1 響應面分析

大豆多肽粉添加量、玉米低聚肽粉添加量、沙棘粉添加量三因素的交互作用對感官得分的影響如圖5～圖7所示。

由圖5可知，大豆多肽粉添加量、玉米低聚肽粉添加量交互作用顯著，等高線為橢圓形，由等高線疏密可以判定，大豆多肽粉添加量對于感官得分的影響較玉米低聚肽粉添加量的更大。

圖5 大豆多肽粉添加量、玉米低聚肽粉添加量對感官得分影響的響應面（左）和等高線（右）

由圖6可知，大豆多肽粉添加量、沙棘粉添加量交互作用的等高線接近于圓形，響應面平滑，表明交互作用不顯著。由等高線的疏密度可以判定，大豆多肽粉添加量對奶粉感官的影響較沙棘粉添加量更大。

圖6 大豆多肽粉添加量、沙棘粉添加量對感官得分影響的響應面（左）和等高線（右）

由圖7可知，沙棘粉添加量、玉米低聚肽粉添加量交互作用最顯著，等高線為橢圓形，由等高線疏密可以判定，沙棘粉添加量對于感官得分的影響較玉米低聚肽粉添加量的更大。

圖7 沙棘粉添加量、玉米低聚肽粉添加量對感官得分影響的響應面（左）和等高線（右）

通過響應面試驗，通過Design-Expert 8.0.6軟件優化，抗氧化牦牛乳奶粉的最佳配方為大豆多肽粉的理論最佳添加量13.13%、玉米低聚肽粉的理論最佳添加量9.31%、沙棘粉的理論最佳添加量7.16%。理論最高感官得分為83.759分。對配方進行優化，即大豆多肽粉13%、玉米低聚肽粉9%、沙棘粉7%，使用這組最佳數據重復試驗3次后，平均感官得分為82.663分，與理論值接近。說明該數學模型可靠，可用于抗氧化牦牛乳奶粉配方的優化。

3 結論

通過單因素試驗確定，對抗氧化牦牛乳奶粉感官得分有主要影響的3個因素是大豆多肽粉、玉米低聚肽粉和沙棘粉，并以單因素試驗結果為基礎，結合響應面試驗和驗證試驗確定抗氧化牦牛乳奶粉的最佳配比：大豆多肽粉13%、玉米低聚肽粉9%、沙棘粉7%。在該條件下抗氧化牦牛乳奶粉，乳香味濃郁，沖調性好，具有該產品特有的香味和氣味。