響應(yīng)面法優(yōu)化玫瑰風(fēng)味酸奶工藝

楊 麗，柯 南，龔秋霞，劉雯雯，魏 琴

（宜賓學(xué)院四川省油樟工程技術(shù)研究中心，四川宜賓 644000）

酸奶是以脫脂奶粉或鮮牛奶、白砂糖等為主要原料，經(jīng)巴氏殺菌后接種有益菌發(fā)酵、冷卻形成的發(fā)酵乳制品[1]，富含蛋白質(zhì)、維生素、鈣等營(yíng)養(yǎng)，有益生菌所具有的保健功能，有調(diào)節(jié)腸胃菌群和調(diào)節(jié)體內(nèi)各項(xiàng)機(jī)能的作用[2].目前市場(chǎng)上的酸奶制品多以凝固型、攪拌型、果味型和活菌型乳酸菌飲料為主，輔以蘆薈、獼猴桃、紅棗、藍(lán)莓、黃桃等水果作為添加物的形式存在.

玫瑰屬薔薇科薔薇植物，是重要的天然鮮花香料之一，其作為一種藥食同源的植物，可用于治療糖尿病所表現(xiàn)的疲勞、多飲、多尿等癥狀[3].天然玫瑰精油含酚類、黃酮類、玫瑰多糖、香氣揮發(fā)物質(zhì)等功能性物質(zhì)，是植物油中之冠，具有抗氧化活性、抑菌、調(diào)節(jié)免疫力等功效[4]，提取出來(lái)的玫瑰精油所帶有的玫瑰芳香可平撫情緒、提振精神、排除體內(nèi)毒素、調(diào)節(jié)雌激素及黃體素分泌和調(diào)節(jié)月經(jīng)周期等作用[5-6].

目前，市場(chǎng)上復(fù)合型酸奶以果香風(fēng)味為主，花香風(fēng)味酸奶較少.花香類植物香料的添加不僅賦予產(chǎn)品花香風(fēng)味與口感，且更加綠色、健康、營(yíng)養(yǎng)，容易贏得消費(fèi)者的喜愛.本研究在傳統(tǒng)酸奶制作工藝的基礎(chǔ)上輔以玫瑰精油、木糖醇等輔料，經(jīng)過(guò)混合發(fā)酵形成玫瑰風(fēng)味凝固型酸奶，具有一定的市場(chǎng)價(jià)值和前景.

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

純牛奶：蒙牛；木糖醇：河南萬(wàn)邦實(shí)業(yè)有限公司；玫瑰精油：dōTERRA；保加利亞乳桿菌：嗜熱鏈球菌（1∶1）：R·THRACE；分散劑：Aroma zone.

1.2 儀器與設(shè)備

BCD-568W冰箱：青島海爾股份有限公司；BS-6KH電子天平：上海友聲衡器有限公司；SH2120電磁爐：廣東美的生活電器制造有限公司；DL333380電子溫度計(jì)：寧波得力工具有限公司；BMJ-250C恒溫培養(yǎng)箱：上海博訊實(shí)業(yè)有限公司.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

（1）加香工藝選擇

方案一：牛奶→預(yù)熱→加入玫瑰香料（精油∶分散劑=1∶4）→加入木糖醇→均質(zhì)→滅菌→冷卻→接種→灌裝→43℃發(fā)酵→冷卻→低溫發(fā)酵（后熟）→成品.

方案二：牛奶→預(yù)熱→加入木糖醇→均質(zhì)→滅菌→冷卻→接種→加入玫瑰香料（精油∶分散劑=1:4）→均質(zhì)→灌裝→43℃發(fā)酵→冷卻→低溫發(fā)酵（后熟）→成品.

①方案一操作步驟：將所需器材加熱滅菌，取500 mL鮮牛乳，預(yù)熱至有微微奶香，取0.03%玫瑰精油，將玫瑰精油與分散劑以比例1∶4加入奶中，稱取木糖醇6%，倒入鍋中，加熱，均質(zhì).冷卻至常溫后，加入0.5 g益生菌，攪拌，使其溶解均勻.稱取100 mL奶裝入5個(gè)玻璃發(fā)酵罐，取100 mL升奶重復(fù)以上步驟（不添加玫瑰精油）.最后將發(fā)酵罐密封并恒溫培養(yǎng)10 h，取出后放入冰箱，進(jìn)行低溫發(fā)酵，即可得到成品.

②方案二操作步驟：將器材進(jìn)行加熱滅菌，量取500 mL鮮牛乳倒入鍋中預(yù)熱至有微微奶香.用電子天平稱取木糖醇6%，入鍋加熱，均質(zhì).冷卻至常溫后，稱取0.5 g益生菌倒入43℃鍋中，取0.03%玫瑰精油，將玫瑰精油與分散劑以比例1∶4加入奶中，均質(zhì).量筒稱取100 mL奶裝入5個(gè)玻璃發(fā)酵罐.取100 mL升奶重復(fù)以上步驟（不添加玫瑰精油）.最后將發(fā)酵罐密封恒溫培養(yǎng)10 h，取出后放入冰箱進(jìn)行低溫發(fā)酵，即可得到成品.

（2）單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì).采取控制變量法，考察玫瑰精油添加量（0.005%、0.004%、0.003%、0.002%、0.001%）、木糖醇添加量（3%、4%、5%、6%、7%）、發(fā)酵時(shí)間（8 h、9 h、10 h、11 h、12 h）以及菌種接種量（0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%）對(duì)玫瑰風(fēng)味酸奶感官品質(zhì)的影響.考察某一因素時(shí)，其他條件固定為玫瑰精油添加量0.003%，木糖醇添加量6%，發(fā)酵時(shí)間10 h，菌種接種量保加利亞乳桿菌∶嗜熱鏈球菌（1∶1）0.1%.

（3）響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理.以單因素試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，選擇玫瑰精油添加量（A）、木糖醇添加量（B）、發(fā)酵時(shí)長(zhǎng)（C）、菌種接種量（D）4個(gè)作為自變量，感官評(píng)分（Y）作為響應(yīng)值，采用Design-Expert 8.0.6軟件，應(yīng)用Box-Behnken方法設(shè)計(jì)試驗(yàn)組合，優(yōu)化和驗(yàn)證最佳工藝條件[7-15]，因素與水平見表1.

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平表Table 1 Response surface test factor level table

（4）玫瑰風(fēng)味酸奶的感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn).選取10名評(píng)審員組成評(píng)定小組，分別從口感、組織狀況、色澤及風(fēng)味4個(gè)方面評(píng)定玫瑰風(fēng)味酸奶產(chǎn)品品質(zhì).感官評(píng)定按表2進(jìn)行.

表2 玫瑰風(fēng)味酸奶感官評(píng)分表Table 2 Sensory Evaluation Table of Rose-flavored Yoghurt

（5）玫瑰風(fēng)味酸奶理化及微生物指標(biāo)測(cè)定.參照GB 19302-2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 發(fā)酵乳》[16]及相關(guān)文獻(xiàn)測(cè)定理化指標(biāo)，如玫瑰風(fēng)味酸奶的酸度[17]、pH、蛋白質(zhì)[18]、質(zhì)構(gòu).

（6）玫瑰風(fēng)味酸奶微生物限量測(cè)定.參照GB 19302-2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 發(fā)酵乳》[16]及相關(guān)文獻(xiàn)測(cè)定各項(xiàng)微生物，包括玫瑰風(fēng)味酸奶的大腸菌群[19]、金黃色葡萄球菌[20]、沙門氏菌[21]、霉菌、酵母[22].

（7）玫瑰風(fēng)味酸奶乳酸菌數(shù)測(cè)定.參照GB 4789.35-2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 乳酸菌檢驗(yàn)》[23]中規(guī)定的乳桿菌和嗜熱鏈球菌平板計(jì)數(shù)法測(cè)定.

（8）數(shù)據(jù)處理.所有數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)試驗(yàn)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，使用SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，Origin 2019繪圖，用Design-Expert 8.0.6進(jìn)行響應(yīng)面設(shè)計(jì).

2 結(jié)果與分析

2.1 加香工藝的確定

添加玫瑰精油0.003%、木糖醇6%、菌接種量0.1%、培養(yǎng)10 h及其他條件因素不變的前提下，按照1.3.1的兩種方案進(jìn)行制作，以品評(píng)人員的感官評(píng)分為基準(zhǔn)，確定玫瑰風(fēng)味酸奶的工藝流程.加香工藝對(duì)玫瑰風(fēng)味酸奶感官品質(zhì)的影響見圖1.可知，玫瑰精油添加于接種前的綜合感官評(píng)分均高于添加于接種后的綜合感官評(píng)分.方案一所得產(chǎn)品品質(zhì)好，接受度高，玫瑰風(fēng)味酸奶加香的最佳工藝.

圖1 加香工藝對(duì)玫瑰酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of aroma adding technology on sensory quality of rose yoghurt

2.2 單因素試驗(yàn)的結(jié)果與分析

（1）玫瑰精油的添加量對(duì)玫瑰風(fēng)味酸奶感官品質(zhì)的影響.由圖2可知，當(dāng)其他添加量不變時(shí)，隨著玫瑰精油濃度的增加，玫瑰風(fēng)味酸奶的感官評(píng)分先升高后下降，當(dāng)玫瑰精油濃度達(dá)到0.004%時(shí)，綜合評(píng)分值為最高，玫瑰風(fēng)味酸奶品質(zhì)較好.故玫瑰精油添加量為0.004%最為適宜.

圖2 玫瑰精油的添加量對(duì)玫瑰風(fēng)味酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of the amount of rose essential oil on the sensory quality of rose-flavored yoghurt

（2）木糖醇添加量對(duì)玫瑰風(fēng)味酸奶感官品質(zhì)的影響.由圖3可知，當(dāng)其他條件不變時(shí)，玫瑰風(fēng)味酸奶的感官評(píng)分隨著木糖醇濃度的增加先升后降，當(dāng)其濃度達(dá)到6%時(shí)，綜合評(píng)分值為最高，玫瑰風(fēng)味酸奶品質(zhì)較好.故木糖醇添加量為6%最為適宜.

圖3 木糖醇添加量對(duì)玫瑰風(fēng)味酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.3 Effects of xylitol supplementation on sensory quality of rose-flavored yogurt

（3）菌接種量對(duì)玫瑰風(fēng)味酸奶感官品質(zhì)的影響.由圖4可知，當(dāng)其他條件不變時(shí)，玫瑰風(fēng)味酸奶的感官評(píng)分隨著菌種接種量的增加而先升后降，當(dāng)其濃度達(dá)到0.15%時(shí)，綜合評(píng)分值為最高，表示玫瑰風(fēng)味酸奶品質(zhì)較好.故菌種接種量為0.15%最為適宜.

圖4 菌接種量對(duì)玫瑰風(fēng)味酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of bacteria inoculation amount on sensory quality of rose-flavored yogurt

（4）發(fā)酵時(shí)間對(duì)玫瑰風(fēng)味酸奶感官品質(zhì)的影響.由圖5可知，當(dāng)其他條件不變時(shí)，玫瑰風(fēng)味酸奶的感官評(píng)分值隨著發(fā)酵時(shí)間增加而先升后降，當(dāng)發(fā)酵時(shí)間為11 h時(shí)，綜合評(píng)分值為最高，玫瑰風(fēng)味酸奶品質(zhì)較好.發(fā)酵時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致酸奶酸度增加，導(dǎo)致酸奶酸甜不協(xié)調(diào)，若發(fā)酵時(shí)間不夠則會(huì)使組織狀態(tài)不均勻，存在裂痕且有大量乳清析出.故發(fā)酵時(shí)間為11 h最為適宜.

圖5 發(fā)酵時(shí)間對(duì)玫瑰風(fēng)味酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.5 Effects of fermentation time on sensory quality of rose-flavored yogurt

2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）優(yōu)化結(jié)果分析.根據(jù)響應(yīng)面設(shè)計(jì)中心組合試驗(yàn)，以感官評(píng)分為響應(yīng)值，以玫瑰精油添加量、木糖醇添加量、菌種接種量、發(fā)酵時(shí)間為因變量，響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果見表3.

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Experimental design and results for response surface analysis

（2）回歸分析.利用Design-Expert 8.0.6對(duì)表3的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差及二次回歸擬合分析、響應(yīng)面試驗(yàn)回歸模型方差分析（表4），得到二次回歸方程：

由表4可知，該回歸模型極顯著（p＜0.0001），失擬項(xiàng)（p=0.5865）不顯著，擬合度R2=0.8522，說(shuō)明模型能夠解釋85.22%響應(yīng)值的變化，RAdj=0.6683，試驗(yàn)結(jié)果表明模型擬合度較好，回歸模型有效，預(yù)測(cè)效果較佳，此模型可用于玫瑰風(fēng)味酸奶工藝試驗(yàn)的預(yù)測(cè).根據(jù)F值得大小也可推斷出影響玫瑰風(fēng)味酸奶感官品質(zhì)的因素主次順序主要為：玫瑰精油添加量（A）＞發(fā)酵時(shí)間（D）＞菌種接種量（C）＞木糖醇添加量（B）.

表4 響應(yīng)面試驗(yàn)回歸模型方差分析Table 4 Response surface test regression model analysis of variance

（3）交互作用分析.所選定的四因素之間存在交互作用，利用Design-Expert 8.0.6繪制響應(yīng)曲面，通過(guò)3D曲面及等高線，觀察曲面的傾斜度及因素間相互作用對(duì)響應(yīng)值的影響程度.兩個(gè)因素之間相互作用顯著用橢圓形表示，反之用圓形表示.

圖6表明，玫瑰風(fēng)味酸奶的感官品質(zhì)隨著玫瑰精油添加量、木糖醇添加量、發(fā)酵時(shí)間、菌種接種量的水平增加而提升，但達(dá)到中心值后，隨著各因素的增加而降低.對(duì)比各曲面圖可以看出玫瑰精油添加量和發(fā)酵時(shí)間這兩個(gè)因素對(duì)酸奶的品質(zhì)影響最大，表現(xiàn)為響應(yīng)曲面較陡，等高線趨于橢圓，由此可見控制好這兩種因素對(duì)提升酸奶感官品質(zhì)至關(guān)重要；其次影響較大的是菌種接種量，而木糖醇添加量所表現(xiàn)的響應(yīng)曲面較為平緩，說(shuō)明此因素對(duì)響應(yīng)值影響較小，與回歸分析數(shù)據(jù)一致.交互作用分析可以看出木糖醇添加量（B）與發(fā)酵時(shí)間（D）、菌種接種量（C）與發(fā)酵時(shí)間（D）之間的交互作用顯著，其他因素之間交互作用并不顯著，這與方差分析結(jié)果一致.

圖6 各因素交互作用的曲面圖Fig.6 Surface maps of each factor interaction

2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)

通過(guò)響應(yīng)面試驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)測(cè)，得到最佳配方為玫瑰精油添加量0.0038%、木糖醇添加量5.5%、菌種接種量0.16%、發(fā)酵時(shí)間10.63 h，感官評(píng)分值為88.75.為驗(yàn)證該模型所得可靠性，結(jié)合實(shí)際感官評(píng)分，將所的配方進(jìn)行優(yōu)化，得到配方為玫瑰精油添加量0.0038%、木糖醇添加量5.5%、菌種接種量0.16%，發(fā)酵時(shí)間10.6 h.采用最優(yōu)配方設(shè)置4次平行試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明，感官評(píng)分平均值為90.12±1.2，與模型預(yù)測(cè)值88.75接近，故響應(yīng)面法優(yōu)化得到玫瑰風(fēng)味酸奶的最佳工藝準(zhǔn)確可靠，具有實(shí)際參考價(jià)值.

2.5 產(chǎn)品質(zhì)量與衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)

（1）玫瑰風(fēng)味酸奶理化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果.參照GB 19302-2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵乳》[16]及相關(guān)文獻(xiàn)測(cè)定理化指標(biāo)，結(jié)果如表5所示，玫瑰風(fēng)味酸奶酸度符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其酸度≥70 °T；pH為4.44，蛋白質(zhì)含量為3.2 g/100 g，質(zhì)構(gòu)優(yōu)于市售酸奶，玫瑰風(fēng)味酸奶更能滿足消費(fèi)市場(chǎng)的需求.

表5 玫瑰風(fēng)味酸奶理化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果Table 5 Determination results of physical and chemical indexes of rose flavor yogurt

（2）玫瑰風(fēng)味酸奶微生物指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

成品玫瑰風(fēng)味酸奶的微生物指標(biāo)測(cè)定結(jié)果如表6所示，玫瑰風(fēng)味酸鈉中不存在致病菌，大腸菌群、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌、霉菌、酵母菌均未檢出，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).

表6 玫瑰風(fēng)味酸奶微生物指標(biāo)測(cè)定結(jié)果Table 6 Determination results of microbiological indexes of rose flavor yogurt

（3）玫瑰風(fēng)味酸奶乳酸菌數(shù)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

益生菌是一類對(duì)宿主有益的活性微生物，能夠改善宿主微生態(tài)平衡，幫助營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的有效吸收，產(chǎn)生重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等功效.根據(jù)國(guó)標(biāo)，酸奶中的乳酸菌數(shù)應(yīng)≥106 CFU/mL，如表7所示，玫瑰風(fēng)味酸奶中的乳桿菌為（159±2）×108 CFU/mL，嗜熱鏈球菌為（148±3）×108 CFU/mL，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求.

表7 玫瑰風(fēng)味酸奶乳酸菌指標(biāo)測(cè)定結(jié)果Table 7 Determination results of microbiological indexes of rose flavor yogurt

3 結(jié)語(yǔ)

本文以鮮牛奶為主要原料，玫瑰精油為輔料，研制玫瑰風(fēng)味酸奶.在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)，以感官品評(píng)分?jǐn)?shù)為參考依據(jù)，對(duì)玫瑰風(fēng)味酸奶的工藝進(jìn)行優(yōu)化，得到最佳配方為玫瑰精油添加量0.0038%、木糖醇添加量5.5%、菌種接種量0.16%、發(fā)酵時(shí)間10.6 h，此工藝下得到的酸奶口感細(xì)膩，無(wú)乳清分離，玫瑰風(fēng)味和乳香味濃郁，滋味純正，符合國(guó)家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).玫瑰風(fēng)味酸奶在傳統(tǒng)酸奶的基礎(chǔ)上通過(guò)添加天然香料賦予酸奶玫瑰風(fēng)味，新增保健功能，將為花香類風(fēng)味酸奶的研發(fā)打下基礎(chǔ)，豐富酸奶風(fēng)味，或?yàn)殚_拓更廣闊的風(fēng)味酸奶市場(chǎng)提供理論支撐.