基于響應面法優化凍干酸奶塊工藝及品質評價

孫瑞悅，張見，李彩鈴，劉元法,

1.白馬未來食品研究院（南京 210095）；2.江南大學食品學院（無錫 214000）

藍莓屬于杜鵑花科越橘屬植物，富含黃酮類和酚類化合物，可作為生產功能性食品原料[1-2]。近年來，因其表現出多種生物學活性，如抗氧化和抗炎能力，預防心血管疾病和改善視力等特性而倍受關注[3-6]。花青素作為保護視力的重要元素，可使視紅素再生，減少視網膜及黃斑的恢復時間，達到保護視力和消除視疲勞的效果[7]。葉黃素是一種二羥基類胡蘿卜素，具有保護眼睛和皮膚健康以及降低老年性黃斑變性和白內障風險的作用[8-9]。葉黃素和玉米黃質構成人類視網膜黃斑中的色素，可以保護黃斑免受藍光的損傷、提高視力、清除有害活性氧[10]。研究發現，每天口服葉黃素（5 mg）、玉米黃質（1 mg）和黑加侖提取物（200 mg）2周，能夠緩解眼睛酸澀、視力模糊等疲勞癥狀[11]。研究發現，每天攝入2片含7.5 mg的葉黃素酯復方制劑，連續60 d，眼干澀、流淚、視力模糊等視疲勞癥狀顯著改善，有效率達86.5%以上[12]。張莉華等[13]研究發現葉黃素、藍莓粉、歐洲越橘提取物等制成的咀嚼片，可明顯減輕視疲勞癥狀。

酸奶不僅含有較高的蛋白質等營養物，還富含益生菌，能夠調節腸道菌群，促進腸胃蠕動，改善消化，但存在保質期短、冷鏈運售，不適宜胃腸道疾病人群食用[14-15]。然而真空冷凍干燥技術既能減少產品營養成分的流失，還能保護食品的色香味形，并解決酸奶貨架期短的問題。此外，市場調查顯示，具有緩解視疲勞功效的凍干藍莓酸奶塊由于便攜性而在年輕人群中具有很大的市場，而關于系統研究護眼凍干酸奶塊的工藝及物料間協同影響還鮮見報道。

基于此，試驗以酸奶為主料，藍莓和玉米渣為輔料，輔以添加具有護目作用的葉黃素，通過響應面優化法分析藍莓味酸奶塊制作工藝的最佳配比，研究物料協同效應對產品品質的影響，開發一款風味獨特、具有緩解視疲勞的新型功能性凍干藍莓味酸奶塊，填補市場缺乏護眼功能酸奶塊產品的空白，對藍莓精深加工產品研發具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

藍莓（江蘇中植生態植物科學研究院有限公司）；酸奶、玉米渣（市售）；葉黃素（西安澤郎生物科技有限公司）；蛋白粉（河南萬邦化工科技有限公司）；綿白糖（中糧集團有限公司）；飛燕草色素標品（純度99.4%）、矮牽牛色素標品（純度99.8%）、芍藥素標品（純度98.5%）：德斯特生物有限公司；矢車菊色素標品（純度96.7%，上海安譜實驗科技股份有限公司）；天竺葵色素標品（純度98.8%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；錦葵素標品（純度97.4%，上海源葉生物科技有限公司）；葉黃素標品（純度93.6%，上海安譜實驗科技股份有限公司）。

5500+液相色譜-質譜聯用儀（德國SCUEX）；TA.new plus質構儀（ISENSO）；TM6多功能小美料理機（完善品）；ARD110電子天平、AX224ZH/E分析天平（奧豪斯儀器有限公司）；DC801冷凍干燥機（日本YAMATO）；定制打蛋器（德國羅伯特·博世有限公司）；BBS-H1800超凈工作臺（蘇州凈化設備有限公司）；TA.new plus質構儀（上海瑞玢智能科技有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

原料→混勻（打發）→裝模→預凍（-50 ℃）→真空冷凍干燥→真空干燥→成品

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 原料預處理

取-20 ℃冷凍藍莓果，挑棄凍癟和含有枝干的果，自來水沖洗后，打漿得到藍莓醬料，備用。

1.2.2.2 原料制備

將蛋白粉、綿白糖、葉黃素混合均勻后倒入酸奶中攪拌均勻，加入玉米渣和藍莓醬料混合，加入混合好的酸奶中并充分混勻。

1.2.2.3 裝模與預凍成型

將混合好的原料裝入正方形模具中，振蕩去除氣泡，放入-50 ℃冰箱中預凍成型。

1.2.2.4 真空冷凍干燥

將預凍成型的酸奶塊脫模后放入真空冷凍干燥機托盤上進行真空干燥脫水，完成后即可獲得酸奶塊成品。

1.3 檢測方法

1.3.1 感官評定

通過感官評定方法從口感、風味、組織狀態和色澤4個方面對藍莓葉黃素酸奶塊進行評價，滿分100分，選擇10名食品專業人士對成品進行感官評價，所選成員身體健康、味覺靈敏，在正式評定前做相應指導，其感官評定表如表1所示。感官評定參考蘇德亮等[16]、張莉等[17]制定的凍干酸奶塊感官評分標準。

表1 藍莓酸奶塊感官評分標準

1.3.2 理化指標的測定

1.3.2.1 花青素含量測定

參考Liu等[18]、李興元[19]的方法并稍作修改。具體方法：取1 g酸奶塊粉末樣品于具塞刻度試管中，用提取液（V無水乙醇︰V水︰V鹽酸=2︰1︰1）定容至50 mL，超聲提取30 min，沸水浴水解1 h，冷卻，用提取液再次定容至刻度線，靜置，取上清液，用0.22 μm有機相濾膜過濾備用。液質聯用色譜條件[19]：使用色譜柱C18液相色譜柱，流動相為0.1%甲酸水溶液（溶液A）和乙腈（溶液B），流速0.2 mL/min，進樣量5 μL；洗脫條件：0~35 min（93~75% A），35~45 min（75~35% A），45~46 min（35~0% A），46~50 min（0% A），50~51 min（0~93% A），51~60 min（93% A）。

1.3.2.2 葉黃素含量測定

參考劉艷榮等[20]方法并稍作修改。準確稱取2 g均勻試樣于50 mL聚丙烯離心管中，加入約0.2 g BHT和10 mL乙醇，混勻，加入10 mL 10%氫氧化鉀溶液，渦旋振蕩1 min混勻，室溫避光振蕩皂化30 min，加10 mL萃取溶劑（V環己烷︰V乙醚︰V正己烷=1︰2︰2，含1 g 0.1% BHT），避光渦旋振蕩提取3 min，離心，重復提取2次，合并提取液，以10 mL水洗滌，離心，合并有機相，于室溫減壓濃縮至近干，加0.1% BHT乙醇溶液，渦旋避光振蕩溶解殘渣并定容至5 mL，過孔徑0.45 μm濾膜，供液相色譜測定。色譜條件[21]：C18色譜柱，柱溫30 ℃，流動相為V甲醇︰V乙腈︰V水=10︰9︰1，流速1.0 mL/min；檢測波長445 nm，進樣量10 μL。

1.3.2.3 水分測定

參考GB 5009.3—2016《國家安全標準 食品中水分的測定》方法進行測定。

1.3.3 質構測定

參考趙歡等[22]方法并稍作修改。采用TA.new plus質構儀，選用球形探頭（SMSP/1SP），測試距離75%，測前速度1 mm/s，測試速率0.5 mm/s，側后速率2 mm/s，停留時間2 s，觸發力5 g。重復5次，測試參數為硬度，單位是g。

1.3.4 微生物指標測定

1.3.4.1 菌落總數測定

參考GB 4789.2—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗菌落總數測定》方法進行測定。

1.3.4.2 乳酸菌的測定

參考GB 4789.35—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗乳酸菌檢驗》方法進行測定。

1.3.4.3 大腸桿菌測定

參考GB 4789.3—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 大腸桿菌計數》方法進行測定。

1.4 單因素試驗設計

在大量預試驗基礎上，選擇感官評價較優的配比參數，以這些參數上下浮動各取2個點，當其他因素不變時，改變單一因素，以感官評定為指標，考察藍莓漿料添加量（10，20，30，40和50 g）、蛋白粉添加量（10，20，30，40和50 g）、綿白糖添加量（5，10，15，20和25 g）和玉米渣添加量（10，20，30，40和50 g）4個因素對藍莓酸奶塊感官品質的影響。

1.5 響應面試驗設計

根據單因素試驗結果，以藍莓漿料添加量（A）、蛋白粉添加量（B）、綿白糖添加量（C）、玉米渣添加量（D）4個單因素作為自變量，以感官評分為響應值，利用Box-Behnken的中心組合設計原理，通過軟件Design-Expert 8.0.6對試驗數據進行分析，確定藍莓酸奶塊的制作工藝，響應面優化分析四因素三水平試驗設計結果如表2所示。

表2 藍莓酸奶塊的響應面試驗因素水平 單位：g

1.6 數據處理

采用SPSS和Origin軟件進行數據分析，繪制折線圖，采用Design-Expert進行試驗設計及響應面分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 藍莓漿料添加量對酸奶塊品質的影響

藍莓色澤呈紫色，可作為酸奶塊呈色物質。由圖1可知，藍莓漿料添加量在20~50 g范圍內，隨藍莓漿料添加量增加，酸奶塊產品中果渣含量不斷增加，感官評分呈先上升后下降的趨勢。藍莓漿料添加量20 g時，產品藍莓味道不明顯，綜合得分較低；添加量達到30 g時，產品感官評分最高，產品色澤呈亮紫色，酸甜度適中，符合大眾口味；添加量達到50 g時，產品果渣含量增多，酸澀味和顆粒感明顯，感官比較差，不符合大眾口感。因此，藍莓漿料最適添加量范圍為27~33 g。

圖1 藍莓漿料添加量對感官評分的影響

2.1.2 蛋白粉添加量對酸奶塊品質的影響

蛋白粉添加量會直接影響酸奶塊的組織狀態、口感等。由圖2可知，蛋白粉添加量在10~50 g范圍內，隨著蛋白粉添加量的增加，酸奶塊產品感官評分呈先上升后下降趨勢。添加量30 g時，其感官評分最高，產品未出現顆粒感。因此，蛋白粉的最適添加量范圍為25~35 g。

圖2 蛋白粉添加量對感官評分的影響

2.1.3 綿白糖添加量對酸奶塊品質的影響

綿白糖添加量會直接影響酸奶塊的硬度和風味等。由圖3可知，綿白糖添加量5~25 g范圍內，隨綿白糖添加量增加，酸奶塊產品感官評分呈先上升后下降趨勢。綿白糖添加量15 g時，其感官評分最高，酸甜度適宜。但隨著添加量的增加，酸奶塊硬度增加，可能是因為糖增加導致產品黏度增大。因此，考慮到產品硬度和風味，綿白糖最適添加量范圍為13~17 g。

圖3 綿白糖添加量對感官評分的影響

2.1.4 玉米渣添加量對酸奶塊品質的影響

玉米渣添加量會直接影響酸奶塊的質地和口感等。由圖4可知，玉米渣添加量10~50 g范圍內，隨玉米渣添加量的增加，酸奶塊產品感官評分呈先上升后下降趨勢。玉米渣含量30 g時，酸奶塊的感官評分最高，此時產品口感酥脆，色澤鮮亮，物料容易脫膜。但添加量達到50 g時，酸奶塊質地偏硬，口感粗糙。因此，從產品口感和質地考慮，玉米渣最適添加量范圍為25~35 g。

圖4 玉米渣添加量對感官評分的影響

2.2 酸奶塊Box-Behnken響應面試驗結果

2.2.1 回歸模型的建立與方程分析

在單因素基礎上，以藍莓漿料添加量（A）、蛋白粉添加量（B）、綿白糖添加量（C）、玉米渣添加量（D）作為響應因子，以藍莓酸奶塊產品感官評分作為響應值，建立Box-Behnken試驗設計模型，對四因素三水平進行響應面分析，優化藍莓酸奶塊的配方和加工工藝。試驗設計方案及結果如表3所示。

表3 響應面試驗設計及結果

利用Box-Behnken響應面對表3試驗數據進行多元回歸擬合，得到感官評分的二元多項回歸方程：Y=92.6+0.75A-0.92B-0.5C+2.17D+0.5AB+1.5AC+1.75AD+1.5BC-0.75BD-2.5CD-2.68A2-7.68B2-12.55C2-7.8D2。

對擬合得出的回歸方程進行方差分析，結果見表4。模擬失擬項F值為0.89，P值為0.600 8＞0.05，表明失擬項不顯著，即該模型擬合精度較好，試驗結果具有可靠性。同時該模型F值為89.37，P＜0.001，呈極顯著水平。各單因素中一次項A、B，交互項BC為顯著，一次項D，交互項AD、CD，二次項A2、B2、C2、D2均為極顯著。一次項C，交互項AB、AC、BD對酸奶塊感官評分無顯著影響（P＞0.05）。此外，F值越大，說明該因素對酸奶塊感官品質影響越大，因此，可知4個因素對酸奶塊感官評分影響程度的主次順序：玉米渣添加量（D）＞蛋白粉添加量（B）＞藍莓漿料添加量（A）＞綿白糖添加量（C）。

表4 回歸方程方差分析

2.2.2 響應面曲面直觀圖分析

響應面與等高線圖可以表征各因素之間的交互作用，等高線呈橢圓型表明兩因素之間交互作用明顯，呈圓型則表示兩因素之間交互作用不明顯[23-24]。

由圖5和圖6可知，響應面圖陡峭程度大且存在頂點，等高線圖呈橢圓形且線條密集，說明藍莓漿料添加量（A）、綿白糖添加量（C）分別與玉米渣添加量（D）對酸奶塊感官評分的交互作用顯著，該結果與方差分析結果一致，進一步說明該試驗模型具有良好的可行性和可信度。此外，響應面和等高線在描述藍莓漿料添加量（A）、綿白糖添加量（C）、玉米渣添加量（D）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而呈現先增大后減小趨勢，規律與單因素試驗結果相似。

圖5 藍莓漿料添加量和玉米渣添加量對感官評分影響的響應面圖（A）和等高線圖（B）

圖6 綿白糖添加量和玉米渣添加量對感官評分影響的響應面圖（A）和等高線圖（B）

2.2.3 酸奶塊配方的確定

通過響應面優化分析，以感官評分作為響應值，根據模型回歸分析得出凍干酸奶塊的最佳配方：藍莓漿料添加量30.54 g、蛋白粉添加量29.68 g、綿白糖添加量14.94 g、玉米渣添加量30.84 g。在此參數條件下，凍干酸奶塊的感官評分估測值為92.89分。為便于實際操作，將最佳配方修改為藍莓漿料添加量30 g、蛋白粉添加量29 g、綿白糖添加量14 g、玉米渣添加量30 g。此外，為確保該模型的實際可行性，采用修改后的配方進行3次平行試驗，感官評分依次為92，93和93分，與該模型預測值接近，可知利用響應面分析優化凍干酸奶塊的工藝參數具有真實可靠性。

2.3 酸奶塊產品質量檢測結果

2.3.1 感官評價

對最佳工藝制得的凍干酸奶塊成品進行感官評價，結果顯示：口感，入口即化、無粘牙感、酸甜可口；風味，藍莓味和奶香味協調、無異味、臭味；組織狀態，無裂紋、質地細膩酥脆、外觀完整、冰晶小；色澤，顏色均一，有光澤，呈巧克力色。

2.3.2 成品質量指標檢測結果

在最佳配方條件下對凍干酸奶塊成品進行相關理化指標檢測，結果如表5所示。產品水分含量較低，保質期長；硬度低，表明酸奶塊對外界壓力的抵抗能力越大，酥脆性和適口性越好[25]；藍莓中含有花青素，故產品花青素含量高；產品額外添加保護視力的葉黃素，故含有葉黃素；乳酸菌含量高于1×106CFU/g，說明產品具有調節腸道菌群、促進腸道蠕動的作用[26]；大腸桿菌未檢出，產品質量合格。

表5 成品質量指標檢測結果

3 結論

通過單因素試驗和響應面優化，研究不同物料對凍干酸奶塊品質的影響，確定凍干酸奶塊的最佳配方：藍莓漿料添加量30 g、蛋白粉添加量29 g、綿白糖添加量14 g、玉米渣添加量30 g。根據該配方得到的酸奶塊成品色澤均一、有光澤，口感細膩，具有獨特的藍莓味和奶香味，酸甜度適宜且感官品質好。此外，該產品制作工藝簡單，方便攜帶，貨架期較長，有一定的市場前景，為今后藍莓精深加工提供借鑒意義。