枸杞決明子功能性酸奶的發酵工藝研究

摘要：選擇枸杞子和決明子作為功能性酸奶的制備原料，采用單因素實驗探究枸杞子浸提液添加率、決明子浸提液添加率、蔗糖添加率、發酵時間對枸杞決明子功能性酸奶的影響，通過響應面實驗對枸杞決明子功能性酸奶進行工藝優化，優選出枸杞決明子酸奶的最佳工藝是枸杞子浸提液的添加量為16%，決明子浸提液的添加量為12%，蔗糖添加量為10%，發酵時間為12 h.

關鍵詞：藥食同源；枸杞子；決明子；功能性酸奶；響應面法

中圖分類號：TS252.54 文獻標志碼：A

Optimization of Fermentation Process of BarbaryWolfberry Cassia Functional Yogurt by Response Surface Methodology

LI Jin-yang， HU Ting-ting， WANG Yu-xin， MENG Xiang-song^*

（College of Traditional Chinese Medicine， Bozhou University， Bozhou 236800， Anhui， China）

Abstract：Wolfberry and cassia seeds were selected as raw materials for the preparation of functional yoghurt， using single factor test to explore the rate of barbary wolfberry seed extract， cassia extract addition rate， sucrose addition rate， fermentation time of Chinese medicine barbary wolfberry functional yogurt， through the response surface test for TCM barbary wolfberry seed functional yogurt to optimize the process， and the best process of barbary wolfberry cassia yogurt was optimized with barbary wolfberry seed extract addition rate 16%， cassia extract 12%， sucrose addition rate 10%， fermentation time of 12 h.

Key words：medicine and food homology; barbary wolfberry; cassia; functional yogurt; response saface methodology

0 引言

枸杞子為茄科植物（Lycium barbarum L.）的干燥成熟果實，屬于一味藥食同源的常用中藥，具有滋補肝腎，益精明目之效.對枸杞子中所含甜菜堿等成分的研究表明，枸杞子具有降血脂、抗衰老、抗腫瘤、抗糖尿病等藥理作用^［1］.鑒于以上諸多優點，枸杞子也常被用來添加于食品中，如枸杞子酒、枸杞子粥、枸杞子面、枸杞子飲料和枸杞子凝膠糖果等.決明子為豆科植物鈍葉決明（Cassia obtusifolia L.）或決明（小決明）（Cassia tora L.）的干燥成熟種子，同在藥食同源之列，可清熱明目，潤腸通便.研究表明，決明子所含的蒽醌類和多糖類化學成分，具有多種藥理作用，具有降壓、降血脂、抗氧化、瀉下、抗菌、抗真菌和保肝等多種功能^［2-3］.因此決明子在生活中的應用也較為廣泛，如決明子茶飲、決明子咖啡、決明子牙膏、決明子床墊、決明子枕頭等.

功能性酸奶是指添加特定成分通過特定工藝制備而成，能夠提高人體免疫力和抗疲勞能力等多種功效的產品.功能性酸奶作為一種營養豐富的食品，不僅能夠滿足消費者的營養需求，而且因其在功能、保健方面的卓越表現而擁有更為廣闊的市場前景^［4］.本研究以枸杞子和決明子作為原料，通過單因素和響應面實驗對其發酵工藝參數進行優化，使產品在保持酸奶本身的保健作用外，融入枸杞子和決明子的抗氧化、增強免疫力等功能，創新酸奶的風味，以期為枸杞子和決明子的開發利用和功能性酸奶的研制提供一定的理論基礎.

1 材料與方法

1.1 材料與設備

純牛奶（內蒙古蒙牛乳業股份有限公司）；寧夏枸杞子、決明子（安徽興體堂健康產業有限公司）；TZCXG 0001酸奶發酵粉（北京川秀科技有限公司）；白砂糖（徐州人和居食品廠）.

JG3521多功能酸奶機（德國施威朗生產有限公司）；XA103-X5鑫奇臺式單爐（佛山市百鑫節能燃具有限公司）；C22-RT22E01電磁爐（廣東美的生活電器制造有限公司）；HZY-C5200電子天平（華志電子科技有限公司）.

1.2 酸奶制備的工藝流程

純牛奶→添加白砂糖→混合→滅菌→冷卻→加提取液→加發酵粉→攪拌混勻→灌裝→發酵→冷藏→得到成品.

1.3 酸奶的制備

取100 mL純牛奶，加入蔗糖攪拌混勻，90 ℃條件下殺菌10 min，冷卻至適宜溫度后加入枸杞子、決明子提取液，再加入發酵粉，攪拌均勻，發酵粉完全溶解后，裝入玻璃瓶中密封，然后放入酸奶機中發酵12 h（43 ℃），取出冷藏.

1.4 藥材浸提液的優選

1.4.1 決明子浸提液的制備

（1）選材：挑選大小均勻的決明子，剔除腐爛或者發霉的.

（2）清炒：取100 g決明子清炒，根據楊冰等^［5］的方法，180 ℃下炒制8 min，直到符合藥典中清炒決明子的規定.

（3）決明子粉浸提液的制備：取20 g清炒決明子，用蒸餾水清洗后放入烘箱烘干，然后放入打粉機內打粉.將決明子粉放入燒杯中，按照1∶20（g/mL）的料液比添加400 mL蒸餾水，將燒杯放入85 ℃的水浴鍋中浸提1.5 h后，用紗布過濾得到決明子粉浸提液，然后取澄清液滅菌后備用.

（4）決明子浸提液的制備：取20 g炒制后的決明子用蒸餾水清洗后，按照1∶20（g/mL）的料液比添加400 mL蒸餾水，放入55 ℃的水浴鍋中浸提2.5 h后，用紗布過濾得到決明子浸提液，然后取澄清液滅菌后備用.

1.4.2 枸杞子浸提液的制備

（1）選材：挑選大小均勻枸杞子，剔除腐爛或者發霉的.

（2）枸杞子浸提液的制備：取20 g枸杞子用蒸餾水清洗后，按照1∶20（g/mL）的料液比添加蒸餾水400 mL，浸泡一夜.將浸泡好的決明子破碎后，用紗布過濾得到枸杞子浸提液，然后取澄清液滅菌后備用.

（3）枸杞子原漿浸提液的制備：取10 g枸杞子用蒸餾水清洗后，按照1∶20（g/mL）的料液比添加純牛奶200 mL，放入破壁機中打碎，直至無明顯枸杞顆粒，然后滅菌后備用.

1.4.3 浸提液優選

（1）分組：將4種不同的浸提液分別混合成4種混合液，決明子粉浸提液和枸杞子浸提液混合液為A組，決明子粉浸提液和枸杞原漿浸提液為B組，決明子浸提液和枸杞子浸提液為C組，決明子浸提液和枸杞原漿浸提液為D組.

（2）制備：取100 mL純牛奶，加入蔗糖攪拌混勻，90 ℃條件下殺菌10 min，冷卻至適宜溫度后分別加入A、C兩組提取液，然后加入發酵粉，攪拌均勻，使發酵粉完全溶解，裝入玻璃瓶中密封，然后放入酸奶機中發酵12 h（43 ℃），取出冷藏.B、D兩組提取液中分別加入蔗糖，90 ℃條件下殺菌10 min，冷卻至適宜溫度后加入發酵粉，攪拌均勻，使發酵粉完全溶解，裝入玻璃瓶中密封，然后放入酸奶機中發酵12 h（43 ℃），取出冷藏.

（3）預實驗：品嘗發酵好的4組酸奶，按照感官評價標準打分，其中C組評分最高，其他3組評分較低.A組中添加了決明子粉浸提液，酸奶苦味明顯，影響酸奶的口感，同時也掩蓋了枸杞的清香.B組中決明子粉的浸提液苦味明顯，同時枸杞子原漿顏色較深，影響酸奶色澤.C組中添加了決明子浸提液和枸杞子浸提液，味道清香，口感細膩.D組中添加了枸杞原漿浸提液，酸奶中枸杞味過重，掩蓋了決明子的清香，影響酸奶的口感.綜上，應當選取決明子浸提液和枸杞子浸提液.

1.5 酸奶感官評定

參考GB 19302-2010《發酵乳》^［6］設計感官評分標準，選取25名具有評價經驗的專業人員組成感官評定小組，采用綜合評分法，從酸奶的色澤、口感、香味、狀態4個方面對產品進行感官評價，得到酸奶的感官評價得分.感官評價標準如表1所列.

1.6 酸奶理化指標測定方法^［7-9］

1.6.1 酸度及pH的測定

參照GB 5009.239-2016《食品酸度的測定》中酚酞指示劑法，對枸杞決明酸奶樣品進行酸度的測定.使用pH計直接測定酸奶樣品的pH.

1.6.2 持水力測定

稱取10 g枸杞決明子酸奶樣品，采用3 000 r/min轉速離心10 min，除去上清液后，稱量沉淀質量，并按如下公式計算持水力：

持水力（%）=剩余沉淀質量/酸奶質量×100%.

1.6.3 乳酸菌檢測

參考GB 4789.35-2016《食品微生物學檢驗乳酸菌檢驗》中的平板計數法對發酵乳中乳酸菌總數進行測定.

1.6.4 黏度測定

使用旋轉式黏度計測定酸奶樣品的黏度.

1.6.5 抗氧化能力測定

測定枸杞決明酸奶和對照酸奶（未添加枸杞決明子提液，其余配方及工藝同枸杞決明子酸奶最佳制備工藝）的體外抗氧化活性.采用DPPH自由基清除率和羥自由基清除率測定方法，對枸杞決明子酸奶進行抗氧化活性分析.

2 結果分析

以感官評價為主要標準，探究決明子添加量、枸杞子添加量、蔗糖添加量、發酵時間4個因素對酸奶綜合品質的影響，確定枸杞決明子功能性酸奶的最佳工藝參數.

2.1 決明子提取液的添加量對酸奶品質的影響

以100 mL純牛奶為基準，分別添加決明子提取液8%、10%、12%、14%、16%，添加枸杞子提取液18%，蔗糖添加量為10%，發酵粉0.2 g，放入43 ℃酸奶機中發酵，發酵12 h后，取出冷藏，然后進行感官評價.決明子提取液的添加量對酸奶品質的影響如圖1所示.

由圖1可知，決明子添加量為12%時評分最高，然后逐漸降低，這可能是加入決明子提取液的比例過小，枸杞決明子酸奶的香味及口感較差，嘗不出其中決明子的味道；如果加入的決明子提取液過多，又會掩蓋酸奶本身的特殊風味，決明子本身的苦味明顯，影響口感.只有當加入的決明子提取液的比例較為適宜時，才能有最好的口感.當決明子提取液的添加量為12%時，酸奶的口感最佳.

2.2 枸杞子提取液的添加量對酸奶品質的影響

以100 mL純牛奶為基準，分別添加枸杞子提取液12%、14%、16%、18%、20%，決明子提取液添加量為12%，蔗糖添加量為10%，發酵粉為0.2 g，在43 ℃酸奶機中發酵12 h后，取出冷藏，然后進行感官評價.枸杞子提取液的添加量對酸奶品質的影響如圖2所示.

感官評分隨著枸杞子添加量的增加，先增加后降低，當枸杞子汁添加量為16%時，酸奶的感官評價最好.隨著添加枸杞子的量逐漸增加，酸奶的色澤變得更加鮮艷，香氣也變得更加協調，但超過16%，就會出現香氣不協調的情況，此時枸杞子的味道會掩蓋決明子的風味，從而影響酸奶的品質.因此枸杞子提取液的添加量為16%時，酸奶的口感最佳.

2.3 蔗糖添加量對酸奶品質的影響

以100 mL純牛奶為基準，分別添加枸杞子提取液18%，決明子提取液12%，蔗糖添加量為6%、8%、10%、12%、14%，發酵粉0.2 g，在43 ℃酸奶機發酵12 h后，取出冷藏，然后進行感官評價.蔗糖的添加量對酸奶品質的影響如圖3所示.

感官評分隨著蔗糖添加量的增加，先增加后降低，當蔗糖添加量為10%時，酸奶的感官評價最好.蔗糖添加量過少，則酸奶的酸度較高；蔗糖添加量過高，則酸奶的口感過于甜膩，同時也會增加生產成本.蔗糖的添加量為10%時口感最佳，酸甜適宜.

2.4 發酵時間對酸奶品質的影響

以100 mL純牛奶為基準，分別添加枸杞子提取液18%，決明子提取液12%，蔗糖10%，發酵粉0.2 g，在43 ℃酸奶機中分別發酵6 h、8 h、10 h、12 h、14 h后，取出冷藏，然后進行感官評價.發酵時間對酸奶品質的影響如圖4所示.

感官評分隨著發酵時間的增加，呈現先增后降趨勢.當發酵時間過短時，酸奶不凝固且無酸奶特有酸味；發酵時間過長，則會發酵過度，酸味太重，產生乳清分離.發酵時間為12 h時，酸奶凝固性良好，風味醇厚.因此，最佳發酵時間為12 h.

2.5 響應面實驗設計

在單因素實驗結果的基礎上，選取蔗糖添加量（A）、決明子添加量（B）、枸杞子添加量（C）、發酵時間（D）進行枸杞決明子酸奶的制備工藝響應面實驗，以感官評分為指標，確定酸奶的最佳工藝參數.響應面因素水平如表2所列.

2.6 響應面實驗結果

基于單因素實驗結果，根據Box-Benhnken中心組合的實驗設計原理進行四因素三水平的響應面實驗設計，結果如表3所列.

本研究用常見的Design-Expert軟件對表3的實驗數據進行多元擬合分析，來確定各因素對響應值Y的影響大小，回歸方程Y=91.358+1.965A+0.5825B+0.444167C+0.946667D+0.0825AB+2.0125AC-1.735AD+0.4575BC-0.0375BD+0.2175CD-5.36442A²-4.90817B²-3.20817C²-2.96442D².

2.7 響應面的方差分析

響應面方差分析結果見表4，該模型呈顯著性（Plt;0.0001），且失擬項不顯著（P=0.4696gt;0.05），說明它對枸杞決明子酸奶品質的預測是可行的，根據F值可知，影響枸杞決明子酸奶品質的4個因素的主次順序是Agt;Dgt;Bgt;C，即蔗糖添加量gt;發酵時間gt;決明子添加量gt;枸杞子添加量；R²=0.96，說明該模型擬合度較好，誤差小，能準確表示枸杞子添加量、決明子添加量、蔗糖添加量、發酵時間4個因素對枸杞子決明子酸奶感官評分的影響，可以利用此模型對枸杞決明子酸奶的工藝配方進行優化.

方差分析結果顯示，A、D因素的Plt;0.01，說明A、D因素對酸奶品質影響顯著，B、C因素的Pgt;0.05，說明B、C兩個因素對酸奶品質影響不顯著，A²、B²、C²、D²的Plt;0.0001，說明A²、B²、C²、D²對酸奶品質影響都是顯著的.

2.8 兩因素交互分析

從響應面圖可以直觀地展示各因素之間的交互作用對響應值的影響.等高線所呈現的是各種因素之間相互作用的強度，當其呈現出橢圓形狀時，其效果更加顯著，反之則不太明顯.在不同水平下，隨著參數增加，其作用逐漸增強.根據圖示，交互項的等高線呈現出橢圓形，這表明它們之間的交互作用顯著，且響應面呈現一定的坡度，說明存在一個最佳點，可以使感官評分達到最大值，這一結論與方差分析的結果相符.各因素間的響應曲面和等高線如圖5所示.

感官評分隨著4個因素的增加均先上升后下降.由圖5等高線可直觀地看出，蔗糖添加量（A）、枸杞子添加量（C）和發酵時間（D）兩兩之間的交互作用對感官評分（Y）的影響較強（極顯著，P＜0.01），而決明子添加量（B）與其他因素間的交互作用對感官評分（Y）的影響較弱.

3 工藝驗證及品質指標結果

利用響應面分析確定枸杞決明子酸奶的最佳工藝為蔗糖添加量10.38%、決明子添加量11.90%、枸杞子添加量16.26%、發酵時間12.22 h，此條件下枸杞決明子酸奶的理論感官評分為90.81.為了驗證響應面預測結果的合理性和可行性，將響應面優化工藝條件調整為蔗糖添加量10%、決明子添加量12%、枸杞子添加量16 %、發酵時間12 h，進行3次驗證實驗，感官評分平均值為91.62，枸杞決明子酸奶的持水力平均值為68.43%，黏度平均值為1 710.24 mPa·s.枸杞決明子酸奶對DPPH和羥自由基的清除率分別為86.72 %和62.43 %，均強于原味酸奶（75.32 %和52.37 %），說明枸杞決明子酸奶整體抗氧化活性強于原味酸奶.

4 結論

本研究將有悠久藥食同源歷史的枸杞子、決明子提取液加入牛奶中制作功能性酸奶，并確定了枸杞決明子功能性酸奶的最佳工藝.通過單因素實驗、響應面實驗得出酸奶的最佳工藝為：決明子添加量12 %、枸杞子添加量16 %、蔗糖添加量10 %、發酵時間12 h.本研究研發了一種新型藥食同源功能性酸奶，既滿足了消費者對于酸奶口味的要求，又滿足了消費者養生的需求.目前，功能性酸奶的市場逐漸發展起來，但是其制作和保存工藝的發展空間仍然較大.

參考文獻：

［1］ 逄春梅，李艷萍.枸杞子中功能性成分的研究進展［J］.食品界，2023，11（4）：116-118.

［2］ 劉璐，李倩，周德勇，等.基于藥物體系酚類特征架構的決明子質量表征關聯分析研究［J］.北京中醫藥大學學報，2018，41（4）：316-328.

［3］ 盧金清，黎強，李肖爽，等.決明子研究進展［J］.湖北中醫藥大學學報，2014，16（4）：124-126.

［4］ 鄭民，杜晶晶，陸毅，等.功能性酸奶的應用研究進展［J］.現代食品，2022，28（13）：48-50.

［5］ 楊冰，秦昆明，李偉東，等.不同炒制程度下決明子中11種成分含量變化研究［J］.世界科學技術-中醫藥現代化，2019，21（7）：1364-1371.

［6］ 食品安全國家標準 發酵乳：GB 19302-2010 ［S］.北京：中國標準出版社，2010.

［7］ 王鑫磊，王萌，閆春曉，等.馬乳酒樣乳桿菌ZW3對酸奶風味及質構的影響［J］.食品科學，2022，43（10）：119-123.

［8］ 食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 乳酸菌檢驗：GB 4789.35-2016 ［S］.北京：中國標準出版社，2017.

［9］ 范亦菲，郭琳，靳文會，等.枸杞酸奶體外抗氧化活性和保肝功能研究［J］.食品與生物技術學報，2022，41（4）：25-30.

［責任編輯：紀彩虹］