百香果—蘋果復合發酵型乳飲料工藝優化及抗氧化性研究

賈慶超

(鄭州科技學院食品科學與工程學院，河南 鄭州 450000)

百香果含有豐富的膳食纖維和維生素，具有通便潤腸，清熱解毒，提高身體免疫力以及美容養顏等功效[1-2]，還含有蛋白質、脂肪、糖類和多種維生素及氨基酸等，具有“果汁之王”的美稱[3-4]。 蘋果中含有鈣、磷、鐵、維生素B2、維生素C和豐富的膳食纖維等營養物質，可以促進胃腸道蠕動，預防和緩解便秘，促進身體的新陳代謝，且具有抗氧化等功效[5-6]。發酵乳是以生牛乳或乳粉為原料，經殺菌、發酵后制成的pH值降低的產品[7]。發酵后，牛奶中的鈣被轉化為水溶性鈣，很容易被機體吸收利用[8]。研究擬以百香果、紅富士蘋果為主要原料，采用單因素、模糊數學評價和響應面相結合的方法，以感官評價和蛋白質含量為標準，制作一種新型發酵乳飲料，并分析其抗氧化性，以期進一步彌補市場發酵型乳飲料的空缺，也為發酵型乳飲料的進一步發展提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

百香果、紅富士蘋果：市售；

新鮮牧場純牛奶：江蘇光明銀寶乳業有限公司；

增稠劑：食品級，丹尼斯克中國有限公司；

蔗糖：一級，廣西都安永鑫糖業有限公司；

MRS、MC培養基：青島海博生物技術有限公司；

孟加拉紅、平板計數瓊脂：北京陸橋技術股份有限公司；

菌種ABY-10：200 U/袋，科漢森(北京)貿易有限公司；

氫氧化鈉、乙酸鉛、磷酸氫二鈉、濃硫酸、硫酸銅、氨水、鹽酸萘乙二胺、亞硝酸鈉標準品、硫酸鉀、乙醚、石油醚、甲醇、乙腈、辛烷磺酸鈉：分析純，國藥集體化學試劑有限公司；

三聚氰胺標準品：>99%，武漢中昌國研標物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

紫外分光光度計：UV1800型，南京科捷分析儀器有限公司；

全自動凱式定氮儀：Kjeltec8400型，丹麥福斯分析儀器有限公司；

高效液相色譜儀：1260型，美國安捷倫有限公司；

氣相色譜儀：7890B型，美國安捷倫有限公司；

pH計：PHB-4型，上海精科儀器有限公司；

臥式滅菌鍋：XG1.CD-300M型，山東新華醫療器械有限公司；

分析天平：XPE205DR型，瑞士梅特勒公司；

全自動氮吹濃縮儀：N1-50型，廣州儀德精密科學儀器股份有限公司；

生化培養箱：SPX-250B-Z型，上海博訊醫療生物器械有限公司；

乳品快速分析儀：FT1型，丹麥福斯公司；

電熱恒溫培養箱：DH3600B Ⅱ型，天津市泰斯特儀器有限公司；

顯微鏡：BX53F型，德國蔡司股份有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 發酵乳的制備工藝

(1) 蘋果汁的制備：

挑選→清洗、切割(1 cm)→浸泡(0.5%食鹽水，5 min)→熱燙(95～100 ℃熱水中熱燙1.5 min)→榨汁護色(0.15%維生素C)→過濾→冷卻備用

(2) 百香果汁的制備：

挑選→清洗、切割→擠壓過濾→冷卻備用

(3) 發酵乳制備工藝流程[9-10]：

器皿滅菌(120 ℃，20 min)→加入新鮮牧場純牛奶→加入輔料增稠劑和配料(蔗糖、百香果汁、蘋果汁) →混勻→滅菌(70 ℃，20 min)→冷卻(常溫冷卻至35～40 ℃)→接種(40 ℃左右)→發酵(6 h)→后熟(4 ℃放置10～12 h)→破乳→乳品成品

1.3.2 發酵乳的感官評價 根據GB 19302—2010從發酵乳的氣味、滋味、狀態和色澤4個方面進行感官評價，感官評定標準見表1。

1.3.3 單因素試驗 根據預試驗結果，純牛奶添加量隨其他因素添加量的改變而改變，初始條件為增稠劑添加量為0.06%，百香果添加量為3%，蔗糖添加量為6%，菌種添加量為0.001 9%，發酵時間6 h，蘋果汁添加量為6%。在此基礎上設置不同蘋果汁添加量(4%，6%，8%，10%，12%)、百香果汁添加量(2%，3%，4%，5%，6%)、蔗糖添加量(3%，4%，5%，6%，7%)、菌種添加量(0.001 7%，0.001 9%，0.002 1%，0.002 3%，0.002 5%)和發酵時間(4，5，6，7，8 h)5個因素進行優化試驗。

1.3.4 響應面試驗設計 在單因素試驗基礎上，選擇百香果汁添加量、蔗糖添加量、菌種接種量以及發酵時間作為主要影響因素，以感官評分和蛋白質含量為響應值，根據Box-Behnken基本原理，運用Design-Expert 10.0.7軟件設計響應面試驗。

1.3.5 模糊數學評價法

(1) 因素集和評語集的建立：以氣味、滋味、狀態和色澤為因素集，以優、良、中、差為評語集，因素集H=(色澤，狀態，滋味，氣味)，評語集為V=(優，良，中，差)。模糊數學評價法模型為[11]：

(1)

式中：

Mi——模糊數學評價集；

H——權重系數；

Ni——模糊矩陣。

表1 感官評分標準

(2) 權重集的確定：權重系數由10位感官評價人員進行確定，先采用用戶調查法，然后由感官評價人員根據因素的重要性采用二元對比法[12-13]，通過影響因素的兩兩比較，認為重要的得1票，次要的得0票，自身對比得1票，一票即為一分，各項指標的得票數占各指標總票數的比率即各指標權重，各指標權重分布見表2，各因素權重系數值H=(H1,H2,H3,H4)=(0.20,0.23,0.32,0.25)。

1.3.6 發酵乳理化指標及微生物指標的測定

(1) 脂肪含量：按GB 5009.6—2016執行。

(2) 蛋白質含量：按GB 5009.5—2016執行。

(3) 乳糖、蔗糖含量：按GB 5413.5—2016執行。

通過調查運動員是否會主動性學習，即對考試成績的關注程度、向教師請教問題的情況，可以進一步印證運動員對得學習的態度。從表2可以看出，只有不到10%的同學對考試成績持無所謂的態度，近半數的運動員明確表明對考試成績較為在意。表3為運動員向教師請教情況，從中可以看出：絕大多數運動員，即79.3%的運動員都不愿向教師請教；能夠較積極地向老師請教的運動員僅占10.8%。從數據上看，兩方面的態度是相悖的。不過，通過后續訪談得知，運動員因學習基礎普遍相對較差，經常尋找不到問題的邏輯起點，掌握不了正確的解題思路和學習方法，以及自卑和害羞的心理，因而不愿意向教師請教問題。

(4) 酸度：按GB 5009.239—2016 執行。

(5) 水分含量：按GB 5009.3—2016執行。

(6) 非脂乳固體含量：按GB 5413.39—2010執行。

表2 權重系數

(7) 亞硝酸鹽含量：按GB 5009.33—2016執行。

(8) 三聚氰胺含量：按GB/T 22388—2008執行。

(9) 微生物、乳酸菌總數：按GB 4789.35—2016執行。

(10) 霉菌及酵母計數: 按GB 4789.15—2016執行。

1.3.7 數據處理 應用模糊數學評價法計算感官評分，根據感官評分進行單因素、響應面優化分析，Origin 2018軟件繪圖，Design-Expert 10.0.7軟件進行響應面優化分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

由圖1(a)可知，隨著蘋果汁添加量的增加，蛋白質含量逐漸降低，降幅較小。感官評價雖然呈先升高后降低的趨勢，但發酵乳的感官評分變化不大，說明蘋果汁對發酵乳感官評分影響較小。當蘋果汁添加量<8%時，發酵乳色澤較差，光澤較暗；當蘋果汁添加量為8%時，發酵乳有較好的光澤，且有淡淡的蘋果香味；當蘋果汁添加量>8%時，蘋果香味較大，掩蓋了百香果的香味，發酵乳色澤不佳。由于百香果香味較大，酸甜度也大于蘋果[14-15]，相對而言，蘋果汁對發酵乳飲料的影響較小。綜上，蘋果汁最適添加量為8%。

圖1 各因素對發酵乳感官評分和蛋白質含量的影響Figure 1 Effects of various factors on sensory score and protein content of fermented milk

由圖1(b)可知，隨著百香果汁添加量的增加，發酵乳的感官評分先上升后下降，當百香果汁添加量為3%時，感官評分達最大值，而蛋白質含量在百香果汁添加量為2%～4%時稍有降低。百香果香味和酸甜度大于蘋果，所以對發酵乳的氣味和滋味影響相對較大，其添加量應小于蘋果汁的，因此選取百香果汁添加量為2%，3%，4%進行響應面優化試驗。

由圖1(c)可知，隨著蔗糖添加量的增加，發酵乳感官評分和蛋白質含量均呈先升高后降低的趨勢，當添加量為6%時，二者均為極大值。當蔗糖添加量<6%時，發酵乳口感偏酸，而添加量>6%時，則發酵乳甜味較大，果香味變淡，均會使感官評分相對偏低。說明蔗糖對發酵乳的滋味影響較大，故選取蔗糖添加量為5%，6%，7%進行響應面優化試驗。

由圖1(d)可知，隨著菌種接種量的增加，發酵乳的感官評分和蛋白質含量先增加后降低，當菌種接種量為0.002 1%時，感官評分和蛋白質含量均達到極大值，當菌種接種量<0.002 1%時，發酵不充分影響發酵乳狀態，稍有乳清析出，當菌種接種量>0.002 1%時，發酵乳酸味偏大，導致感官評分降低。故選取菌種接種量為0.001 9%，0.002 1%，0.002 3%進行響應面優化試驗。

由圖1(e)可知，隨著發酵時間的延長，發酵乳的感官評分先增加后降低，酸度增大，影響發酵乳的口感，當發酵時間為6 h時，感官評分達最大值，而蛋白質含量在發酵5～7 h時變化較小，故選取發酵時間為5，6，7 h進行響應面優化試驗。

2.2 響應面優化

依據單因素試驗結果，選擇百香果汁添加量、蔗糖添加、菌種接種量和發酵時間為影響因素進行響應面優化試驗。試驗因素水平見表3，響應面試驗設計與結果見表4。

表3 發酵乳響應面試驗因素與水平

表4 響應面試驗設計與結果

以10名感官評價人員對發酵乳的色澤、狀態、滋味和氣味評價的得票數建立模糊評價矩陣，以1號產品為例，其模糊矩陣為：

(2)

根據模糊數學計算原理，按1.3.5中模糊數學評價方法，1號樣品感官評分結果根據矩陣乘法計算M1=H×N1=(0.525,0.223,0.137,0.115)，將優、良、中、差4個等級分別賦值為9，8，7，6分，M1中計算的各數值分別乘以相應賦值，再相加，即1號樣品感官評分為0.525×9+0.223×8+0.137×7+0.115×6=8.158，同理可計算出2～29號樣品的感官得分。

利用響應面軟件Design-Expert 10.0.7對試驗數據結果進行多元回歸擬合，得回歸模型方程分別為：

R1=8.86+0.37A+0.26B+0.52C+0.16D-0.25AB+0.36AC-0.72AD-0.065BC-0.033BD-0.025CD-0.38A2-0.29B2-0.252C2-0.68D2，

(3)

R2=3.03-0.21A-0.033B-0.022C+7.9E-003D-0.032AB+0.025AC-0.022AD+3.1E-3.0BD+0.035CD-0.065A2-0.052B2-0.026C2-1.8E-002D2。

(4)

表5 以感官評分為響應值的回歸模型方差分析?

由圖2可知，交互項CD、AD的響應面最陡峭，影響最顯著，且任意二者之間均存在一定的交互作用，與方差分析結果一致。

圖2 以感官評分為響應值的響應面及等高線圖Figure 2 Response surface and contour map of sensory score

表6 以蛋白質含量為響應值的回歸模型方差分析?

由表6可知，模型P<0.00 1，失擬項P=0.231 8>0.05，模型顯著，R2為0.987 6，說明模型可信度較高，可以用來評價試驗結果且較合理。由F值可知，各因素對試驗結果影響大小順序為A>B>C>D。由圖3可知，任意兩個交互項響應面圖均存在極大值，說明響應面因素水平選擇合理，極大值在因素水平范圍內。AB響應面較陡峭，影響最顯著。

圖3 以蛋白質含量為響應值的響應面及等高線圖Figure 3 Response surface and contour map of protein content

經Design-Expert 10.0.7優化，百香果—蘋果發酵乳的最佳配方為百香果汁添加量2.35%，蔗糖添加量7%，菌種接種量0.002 06%，發酵時間6.52 h。此優化條件下，發酵乳的感官評分預測值為8.999分，蛋白質含量預測值為3.11 g/100 g。考慮到實際工藝，將發酵時間調整為6.5 h，其他工藝條件不變，進行3次平行驗證實驗，發酵乳的感官評分為8.960；蛋白質含量為3.12 g/100 g，與預測值接近，說明該模型可以用于優化此發酵乳配方。因此，百香果—蘋果發酵乳的最佳配方為純牛奶82.59%，百香果汁2.35%，蘋果汁8.00%，蔗糖7.00%，增稠劑0.06%，菌種0.002 06%，發酵時間6.50 h。

2.3 抗氧化性

由圖4可知，百香果—蘋果發酵乳飲料在發酵前、后對DPPH自由基和羥自由基的清除率隨著體積濃度的增大而增大，呈正相關的量效關系，與程宏楨等[16]的結論一致。發酵后對DPPH自由基和羥自由基的清除率比發酵前的均有提升，可能是發酵引起了異黃酮和酚類物質的增加[17-18]，因此發酵促使乳飲料DPPH自由基和羥自由基的清除率提升，當樣液體積濃度為1 mL/mL時，發酵前、后對DPPH自由基的清除率分別為70.5%，77.7%，對羥自由基的清除率分別為38.6%，45.7%。

圖4 抗氧化性測定結果Figure 4 Antioxidant activity test results

2.4 百香果—蘋果發酵乳理化指標及微生物指標

由表7可知，風味發酵乳的各項指標均符合GB 19302—2010關于風味發酵乳的指標要求。

表7 發酵乳的理化和微生物指標檢測結果

3 結論

以百香果、蘋果和純牛奶為主要原料，以感官評分、蛋白質含量為指標，基于模糊數學評價法對百香果—蘋果風味發酵乳的最佳工藝條件進行了優化。結果表明，百香果—蘋果風味發酵乳的最佳配方為純牛奶82.59%，百香果汁2.35%，蘋果汁8.00%，蔗糖7.00%，增稠劑0.06%，菌種0.002 06%，發酵時間6.50 h；百香果—蘋果發酵乳飲料對DPPH自由基和羥自由基的最大清除率分別為77.7%和45.7%，具有良好的抗氧化性；發酵乳的理化、微生物指標均滿足相關國標要求。后續應豐富百香果發酵乳飲料的種類開發，如百香果紫薯、百香果藍莓、百香果核桃等發酵乳飲料，以期實現百香果發酵乳飲料的市場化。