乳酸菌發酵型紫薯果凍的配方

湯巧霖，何秀麗，程嘉蓮

四川旅游學院食品學院（成都 610100）

果凍，是由凝膠劑加水、糖、果蔬汁或果肉等原料，經溶膠、調配、灌裝、殺菌、冷卻等工序加工而成的膠凍半固態食品[1]。因其口感軟滑、風味清甜、外觀晶瑩剔透、色澤鮮艷，是深受消費者喜愛的一種休閑食品[2-4]。然而，隨著生活水平的提高，人們的健康意識也逐漸增強，消費者對傳統果凍中所使用的香精、色素等物質安全性表示擔憂，十分期待使用天然原輔料制作出營養又美味的果凍[5]。因此，研發一款既具備傳統果凍類食品口感和外觀又具備一定保健功能的果凍顯得十分必要。

紫薯，屬旋花科草本植物[6-7]，富含淀粉、蛋白質、纖維素，其最大的特點是富含花青素，活性微量元素硒[8-11]。紫薯中的花青素是良好的著色劑，而且具有多種功效，比如抗氧化、降血脂、保護肝臟、預防血管疾病等[12-14]。同時紫薯中富含的纖維素，還能增強腸道功能，促進消化，以及抗癌、清除自由基、抗衰老、抗突變、改善肝功能、降血壓、防動脈硬化的保健功能[15]。魔芋粉的主要成分是葡萄甘露聚糖（約占55%～60%）[16]，是從魔芋塊莖中提取分離的半纖維素，其具有調節腸道功能、防癌、防肥胖和降血糖的食療功效[17]。

基于此，此次試驗以紫薯、魔芋粉與卡拉膠為主要原料，利用乳酸發酵，賦予果凍特別的乳酸紫薯風味，突出紫薯中硒元素和天然花青素的保健功能，制作出一款香味特別，營養豐富且具有較好保健功能的果凍制品。此次試驗通過研發一種新型的天然綠色健康休閑食品，可以豐富果凍產品種類，同時也能為紫薯的綜合開發利用提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紫薯粉（興化市東奧食品有限公司）；乳酸菌（北京川秀國際貿易有限公司）；魔芋粉（豪州市華之堂生物科技有限公司）；卡拉膠（廣州利成實業有限公司）；檸檬酸（河南碩之隆實業有限公司）；白砂糖（食品級，市售）。

TMS-PRO食品物性分析儀（美國FTC公司）；HHS-11-4電熱恒溫水浴鍋（上海博訊實業有限公司）；YP-N電子天平（上海精密儀器儀表有限公司）；DC-P3全自動測色色差計（北京市興光測色儀器公司）；UPH-I-10T優普系列超純水機（成都超純科技有限公司）；GZ-150-S型恒溫培養箱（韶關市廣智科技設備有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作要點

1.2.21 紫薯汁的制備

稱取適量紫薯粉，加入一定量的蒸餾水浸泡，于水浴75 ℃加熱至紫薯粉完全溶解，接著用紗布過濾得到無雜質的1%紫薯汁待用。

1.2.22 白砂糖的處理

向白砂糖中加入一定量蒸餾水，于水浴75 ℃加熱至白砂糖完全溶解，得到60%的白砂糖液，備用。

1.2.23 凝膠劑處理

a) 混膠。將魔芋粉、卡拉膠按一定的比例混勻。

b) 浸泡與溶解。加入蒸餾水不斷攪拌使其混合均勻，待其吸水溶脹為凝膠溶液，備用。

c) 煮膠。將浸泡后的凝膠溶液置于燒杯中，放在電熱恒溫水浴鍋中，由于魔芋膠在80 ℃以上的高溫下不能長時間耐受，所以選擇煮膠溫度75 ℃[18]，加熱煮沸10 min，使膠體全部溶解。

1.2.24 調配

待膠液完全溶解后，按配比加入紫薯汁、檸檬酸溶液和白砂糖液進行調配，使之混合均勻，加熱5 min后取出。

1.2.25 殺菌

巴氏殺菌（90 ℃，20 min）。

1.2.26 發酵

待殺完菌的膠液冷卻至46 ℃左右時，添加2%活化后的乳酸菌發酵劑。混合均勻后分裝到無菌器皿中，在38 ℃溫度下的厭氧條件下恒溫培養12 h，自然冷卻后即得成品。

1.2.3 感官評價方法

參考馬騰飛等[19]的研究方法，由10人組建感官評價小組，分別從色澤（20分）、風味（30分）、口感（30分）、組織狀態（20分）這四個方面對乳酸紫薯果凍的感官品質進行綜合評價，將各項所得分數相加即為產品的最終得分，得分結果取平均值，其具體感官評價得分標準見表1。

表1 乳酸紫薯果凍感官得分標準

1.2.4 質構特性的測定

利用質構儀，將果凍放置在物性測試儀臺上進行測試。采用物性測試儀P/50的探頭，在測試速度1.0 mm/s、測試距離10.0 mm、觸發點負載5 g、壓縮形變量50%的條件下對果凍進行質構測試，記錄果凍的硬度、彈性、黏著性、咀嚼性等質構指標。

1.2.5 色差的測定

利用色差計測定果凍的色度值，采用CIE Lab表色系統測定乳酸紫薯果凍的明度（L*）、紅度（a*）、黃度（b*）3個參數。

1.3 試驗設計

1.3.1 單因素試驗

以復配膠粉配比（魔芋粉與卡拉膠）1∶2、復配膠粉添加量1.6%、紫薯汁添加量10%、白砂糖液添加量12%、檸檬酸添加量0.06%作為固定因素進行單因素試驗，每次試驗使其中四個因素為固定值，另外一個因素為變量，對其進行質構和感官評價，從而確定各配方因素的較宜水平，各因素水平具體見表2。

表2 各配方因素水平

1.3.2 乳酸紫薯果凍配方響應面優化試驗設計

為確定乳酸紫薯果凍的最佳配方，在單因素試驗結果的基礎上，根據Box-Behnken的中心組合實驗設計原理，以乳酸紫薯果凍的感官得分為響應值，復配膠粉添加量（A）、紫薯汁添加量（B）、白砂糖液添加量（C）這三個對乳酸紫薯果凍感官影響較大的因素作為響應因子，設計三因素三水平響應面分析試驗，試驗因素水平表見表3，利用Design-Expert軟件進行響應面分析，確定乳酸紫薯果凍的最佳配方。

表3 響應面試驗因素水平表 單位：%

1.3.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2013軟件對試驗數據進行統計與分析；采用Design-Expert 10軟件進行響應曲面實驗設計、數據分析和二次模型的建立，通過對回歸方程的解析以及響應曲面的分析獲得最佳變量水平，通過F值考察（P＜0.05）模型及因素的顯著性。

圖1 乳酸紫薯果凍制作工藝流程

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果分析

2.1.1 復配膠粉配比對果凍品質的影響

卡拉膠是一種安全無毒且無副作用的凝固劑和增稠劑，在果凍制作過程中，它是形成“凍”的重要物質，但只使用卡拉膠制作出的果凍彈性小、口感差，添加適量的魔芋粉后可使果凍口感得到一定改善，這是因為魔芋粉可通過氫鍵纏繞卡拉膠的雙螺旋結構，阻止卡拉膠進一步凝膠化，使得產品硬度適中，口感更佳[20]。復配膠粉配比對果凍感官品質、質構特性的影響分別見圖2與圖3。

圖2 復配膠粉配比對果凍感官品質的影響

圖3 復配膠粉配比對果凍質構特性的影響

由圖2和圖3可知，隨著復配膠粉中卡拉膠的比例的增大，果凍的硬度、黏附性、彈性、咀嚼性和感官得分都呈上升趨勢，這說明隨著卡拉膠濃度增加，體系的膠凝狀態有所增強。由圖2可知，魔芋粉與卡拉膠的比例主要影響果凍的口感和組織狀態，當魔芋粉與卡拉膠配比為1∶2時，果凍的感官得分、咀嚼性和彈性達到最大值，此時的果凍軟硬適中，咀嚼性和彈性最佳，這是由于卡拉膠與魔芋粉形成的網絡結構，分子間的相互作用力大大加強使得果凍凝膠彈性和咀嚼性最大[21]；再增加卡拉膠的用量，就會使得果凍不易成型、彈性較差，造成果凍口感不佳，此時的果凍感官得分呈現下降趨勢。綜合而言，魔芋粉與卡拉膠的最佳配比為1∶2。

2.1.2 復配膠粉添加量對乳酸紫薯果凍品質的影響

復配凝膠劑是果凍中主要成分之一，也是影響凝膠性的重要因素，其添加量對果凍的口感、外形和組織形態均有重要影響[22]。復配膠粉添加量對果凍感官品質、質構特性的影響分別見圖4與圖5。

圖4 復配膠粉添加量對乳酸紫薯果凍感官品質的影響

圖5 復配膠粉添加量對乳酸紫薯果凍質構特性的影響

由圖4和圖5可以看出，隨著復配膠粉添加量從1.00%增加到1.60%，果凍的硬度、黏附性、彈性、咀嚼性都呈現上升的趨勢。其原因可能是總凝膠濃度的增加，增加了復配膠雙螺旋的含量，進而增加了系統的凝膠化程度，并進一步加劇了內部結構的分子的緊密排列，并且還提高了形成三維網絡結構的穩定性[23]。復配膠粉添加量主要影響果凍的口感和組織狀態，當復配膠粉添加量為1.60%時，果凍的彈性和咀嚼性達到最大值，此時，果凍彈性好、口感爽滑、有咬勁、整體感官得分最高。當復配膠粉用量低于1.60%時，此時的果凍口感綿軟、凝固性不佳、彈性低、缺乏咀嚼性。當復配膠粉用量超過1.60%時，果凍的感官得分呈下降趨勢，原因是凝膠劑用量過大，凝膠體的強度和硬度在不斷增大，導致口感過硬，果凍組織狀態不均勻，從而使得果凍的彈性和咀嚼性也相應減小。因此，復配凝膠劑濃度在1.60%左右為宜。

2.1.3 紫薯汁添加量對乳酸紫薯果凍品質的影響

紫薯汁的添加主要是影響果凍的風味和色澤，添加量過少不能突出紫薯風味，添加量過多就會掩蓋乳酸風味，不同紫薯汁添加量對果凍色澤的影響見表4和圖6。

圖6 不同紫薯汁添加量成品顏色對比圖

表4 紫薯汁添加量對果凍色差的影響

由表4可以看出，隨著紫薯汁添加量的增大，L*值逐漸變小，a*值先增大再減小，b*值逐漸增大，說明果凍的顏色越來越暗，越來越紅。由圖7可以看出，紫薯汁添加量主要影響果凍的色澤和風味，當紫薯汁添加量為5%時，果凍的紫薯風味和色澤不夠突出。當紫薯汁的添加量在10%時，此時果凍的顏色不會過于暗沉，也能呈現出天然的紫紅色，且此時制作出的果凍紫薯風味濃、彈性好、口感潤滑、半透明且無雜質，感官得分達到最大值。之后隨著紫薯添加量增加，感官得分逐漸降低，這是由于紫薯汁添加量過大，紫薯風味過分濃郁，且使得果凍的紫紅色過于生暗，再綜合考慮感官評價結果、色度值以及紫薯粉的添加成本，紫薯汁的添加量在10%左右為宜。

圖7 紫薯汁添加量對乳酸紫薯果凍感官品質的影響

2.1.4 白砂糖液添加量對乳酸紫薯果凍品質的影響

白砂糖液的添加量主要影響果凍的甜度，其添加量過少或過多都會對果凍造成不適口感。白砂糖液添加量對果凍感官品質的影響如圖8所示。

圖8 白砂糖液添加量對乳酸紫薯果凍感官品質的影響

由圖8可以看出，白砂糖液添加量主要影響果凍風味，隨著白砂糖液添加量的逐漸增加，果凍的感官得分也逐漸增大，但增加到一定量時感官得分呈現出下降趨勢。當白砂糖液的添加量為12%時，此時果凍口感爽滑，酸甜度適宜，果凍的感官得分達到最大值。當白砂糖液的添加量低于12%時，果凍的甜味偏淡，酸味過重，酸甜度欠缺。當白砂糖液的添加量高于12%時，果凍甜味過大，使得酸甜味不協調，使果凍品嘗起來具有甜膩感，口感粗糙，且白砂糖液添加量過多還會掩蓋住紫薯的特有風味。綜上所述，確定白砂糖液最適添加量在12%左右。

2.1.5 檸檬酸添加量對乳酸紫薯果凍品質的影響

檸檬酸作為一種酸度調節劑，主要用于賦予產品酸味、調節產品風味，并降低pH，抑制細菌生長。且紫薯中的花青素是一種水溶性色素，可以隨著環境的酸堿度改變顏色，遇到酸性物質會變為類似紅色，因此添加檸檬酸可以對紫薯花青素起到護色作用[24]。檸檬酸的添加量對果凍感官品質的影響見圖9。

圖9 檸檬酸添加量對乳酸紫薯果凍感官品質的影響

從圖9可以看出，檸檬酸添加量主要影響果凍的色澤和風味，隨著檸檬酸添加量的增加，果凍的感官得分先升高后降低。當檸檬酸添加量為0.06%時，果凍的感官得分達到了最大值，此時果凍口感細膩爽滑、酸甜度達到最佳水平。當檸檬酸的添加量低于0.06%時，果凍酸味偏淡、風味不夠凸顯；當檸檬酸的添加量高于0.06%時，果凍口感過酸，使得果凍的酸甜味不協調，掩蓋了紫薯風味。因此，檸檬酸的添加量在0.06%左右為宜。

2.2 乳酸紫薯果凍配方響應面優化試驗結果

2.2.1 回歸模型的建立與方差分析

利用Design-Expert軟件對表5的試驗數據進行多元回歸擬合，得到以Y（感官得分）為目標函數的二次回歸方程：Y＝87.80-1.12A-2.87B+1.00C-0.75AB-1.50AC-2.00BC-2.28A2-3.28B2-10.03C2。

表5 Box-Behnken試驗設計及結果

從表6方差分析可以看出：模型P＜0.000 1，表明此次試驗的回歸模型具有極顯著水平；失擬項P=0.332 9＞0.05不顯著，模型的校正系數R2=0.990 6，模型修正系數Radj2=0.978 4，這意味著該模型擬合程度好，試驗誤差小，可以用于研究變量因素對感官得分的影響，也能較好地反映復配膠粉添加量、紫薯汁添加量、白砂糖液添加量之間的關系。

表6 回歸方程的方差分析

從表6中的回歸系數顯著性可以看出，一次項B、交互項BC和二次項A2、B2、C2都極其顯著（P＜0.01），一次項A、C和交互項AC對果凍感官得分具有顯著（P＜0.05）影響。由F值可知，3個因素對果凍感官得分影響的由大到小依次為紫薯汁添加量、復配膠粉添加量、白砂糖液添加量。

2.2.2 響應面曲線分析

復配膠粉添加量和白砂糖液添加量對乳酸紫薯果凍感官得分影響的響應曲面圖與等高線圖如10所示。

由圖10可知，復配膠粉添加量和白砂糖液添加量對果凍感官得分的響應曲面圖呈表面凸起、開口朝下的形狀，且曲面坡度比較陡峭，表明其對果凍的感官得分影響較大。隨著復配膠粉添加量和白砂糖液添加量的增加，果凍的感官得分也逐漸增大，當增加到一定量時感官得分呈現出下降趨勢。從圖10可以看出其等高線接近于橢圓形，這說明復配膠粉添加量和白砂糖液添加量的交互作用顯著。

圖10 復配膠粉添加量和白砂糖液添加量對果凍感官得分的響應曲面圖與等高線圖

紫薯汁添加量和白砂糖液添加量對乳酸紫薯果凍感官得分影響的響應曲面圖與等高線圖如圖11所示。

圖11 紫薯汁添加量和白砂糖液添加量對果凍感官得分的響應曲面圖與等高線圖

由圖11可知，紫薯汁添加量和白砂糖液添加量對果凍感官得分的響應曲面圖呈表面凸起、開口朝下的形狀，且曲面坡度比較陡峭，表明其對果凍的感官得分影響較大。隨著紫薯汁添加量和白砂糖液添加量的增加，果凍的感官得分也逐漸增大，當增加到一定量時感官得分呈現出下降趨勢。從圖可以看出其等高線為橢圓，說明紫薯汁添加量和白砂糖液添加量的交互作用極顯著。

2.3 最佳工藝參數的確定與驗證

通過Design-Expert軟件對試驗參數進一步的優化，得到最佳配方參數：復配膠粉添加量1.54%，紫薯汁添加量7.76%，白砂糖液添加量12.44%，檸檬酸添加量0.06%。在此條件下，乳酸紫薯果凍的感官得分預測值為88.62分。為了實際操作的方便，將配方工藝修改為復配膠粉添加量1.5%、紫薯汁添加量8%、白砂糖液添加量12%。在此參數下進行3次平行驗證試驗，最終得到的實際感官得分為89分。實測值與模型預測值基本一致，可以推斷該模型能夠較好地反映乳酸紫薯果凍感官得分的變化。

3 結論

通過單因素試驗結果，選擇復配膠粉、紫薯汁及白砂糖液的添加量為自變量，利用Box-Behnken法對配方進行響應面優化設計，確定乳酸紫薯果凍的最佳配方參數：魔芋粉與卡拉膠配比1∶2，復配膠粉添加量1.5%，紫薯汁添加量8%，白砂糖液添加量12%，檸檬酸添加量0.06%。通過對影響感官得分的關鍵因素及其相互作用進行探討，研究發現對果凍的感官得分的影響由大到小依次為紫薯汁添加量、復配膠粉添加量、白砂糖液添加量。通過上述配方參數制得的果凍成品色澤均勻、口感細膩、酸甜適宜、清爽嫩滑、彈性和咀嚼性良好，具有獨特乳酸紫薯風味。