热处理及蔗糖添加量对香豆乳褐变程度的影响研究

陈红丽，李新华，*，刘婷婷，谢甫缔

（1.沈阳农业大学食品学院，辽宁沈阳110866；2.沈阳农业大学农学院，辽宁沈阳110866）

热处理及蔗糖添加量对香豆乳褐变程度的影响研究

陈红丽1，李新华1，*，刘婷婷1，谢甫缔2

（1.沈阳农业大学食品学院，辽宁沈阳110866；2.沈阳农业大学农学院，辽宁沈阳110866）

以香豆为原料制备香豆乳，研究热处理及蔗糖添加量对香豆乳褐变程度的影响，通过响应面方法对其条件进行优化，采用单因素实验对影响香豆乳褐变程度较大的三个因素（煮浆温度、煮浆时间、蔗糖添加量）进行考察，以褐变指数和感官评分为指标，实验条件选取三因素三水平。通过回归方差分析，响应曲面分析及模型优化，确定最佳条件为：煮浆温度90℃，煮浆时间4min，蔗糖添加量10%，验证实验香豆乳褐变指数为0.07502，感官评分为94，与响应面预测结果非常接近，因此响应面法对热处理条件和蔗糖添加量的优化是可靠高效的，对提高香豆乳感官品质具有实际应用价值。

香豆乳，热处理，蔗糖添加量，响应面分析法，感官品质

香豆乳是以沈阳农业大学新培育出的豆类品种香豆为原料制作而成，检测得到籽粒中含有丰富的营养成分，经前期实验测得香豆基本营养组成粗蛋白含量为32%、粗脂肪含量为15%、碳水化合物含量为29%，其成分与普通大豆有所差异，蛋白质、脂肪含量较大豆低，碳水化合物含量比大豆高。香豆乳的香气成分比普通豆乳含量高，GC-MS法测得香豆乳所含香气种类比同条件下普通大豆乳多，且香味组分种类及含量组成不同，香豆乳几乎无豆腥味，香味更加浓郁。充分利用这一优点，可制出比普通豆乳香味更浓，且口感更好的优质特种豆乳制品。这种营养价值高且香味浓郁的新型豆乳，大大丰富了国内外市场的豆乳种类，具有较好的市场前景，而国内外对这类特色豆乳的研究也较少。

香豆乳生产中热处理及蔗糖量对香豆乳褐变程度影响较大，煮浆过程是影响豆乳褐变程度及感官品质的重要因素。合适的加热煮浆条件，利于豆乳风味的形成及稳定性的提高，钝化一些抗营养因子[1-2]，利于蛋白消化吸收，必需含硫氨基酸的利用[3]；温度、时间，糖量等条件控制不当，容易导致香豆乳焦糖化、美拉德这类非酶褐变反应发生，影响香豆乳色泽、口感、组织状态等感官品质，所以热处理过程是香豆乳生产的重要环节，本实验主要研究在香豆乳制备过程中热处理及蔗糖量对香豆乳褐变程度的影响，探讨香豆乳制备过程中最佳的热处理条件及蔗糖添加量，降低煮浆调制过程褐变反应对香豆乳品质的影响，对香豆乳的实际生产具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

香豆 沈阳农业大学农学院；95%的乙醇、碳酸氢钠 国药集团化学试剂有限公司；果胶酶 河南郑州雅大生物工程股份有限公司；木瓜蛋白酶 北京鼎国昌盛生物技术有限责任公司；纤维素酶 上海东风生化技术有限公司；分子蒸馏单甘酯、蔗糖脂肪酸酯、瓜尔豆胶、卡拉胶、CMC-Na、蔗糖 均为食品级；酶活力（400u/mg）。

FSM-120型分离式磨浆机 沈阳市山有友腾磨浆机制造厂；胶体磨 沈阳市黄河调压器厂；紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司；电磁炉；TDL-5-A型离心机 上海安亭科学仪器厂；pHS-25型酸度计 上海理达仪器厂；电子分析天平 北京奥多利斯仪器系统有限公司；SS230-A型多功能是食物搅拌器 顺德市方胜电器实业有限公司；HH-6型数显恒温水浴锅 常州国华电器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 原料前处理 称取颗粒饱满，无霉变香豆100g，加入5倍水，在35℃，pH为7的条件下浸泡10h。

1.2.2.2 磨浆 磨浆采用10倍热水进行磨浆，参考大豆磨浆条件，通过前期单因素及响应面实验确定出最佳的磨浆条件，磨浆温度控制在70℃，磨浆5min，将磨浆时所出的豆渣混入浆液中，进行循环磨浆，以使豆渣更细，香豆中的营养成分充分溶出。

1.2.2.3 浆渣分离 用200目的滤布进行过滤，以使浆渣分离，滤出的豆乳原液备用。

1.2.2.4 豆渣酶解 将过滤所得的豆渣混合，加入150mL水，按照1∶1∶1的比例加入果胶酶、纤维素酶和木瓜蛋白酶三者的复合酶，酶添加量0.29%，酶解pH6.7，酶解温度54℃，酶解时间90min，酶解后的上清液与豆乳原液混合。

1.2.2.5 加稳定剂 向香豆乳加入复合乳化剂（单甘酯∶蔗糖酯=3∶8）、卡拉胶、瓜尔豆胶、CMC-Na稳定剂的比例为11∶8∶5∶5，稳定剂的总量为0.322%，然后过胶体磨以使稳定剂大分子颗粒变小，充分发挥稳定作用。

1.2.2.6 煮浆 选取影响香豆乳褐变程度较大的三个因素煮浆温度、煮浆时间、蔗糖添加量，进行单因素实验，确定各个因素对香豆乳褐变指数及感官评分的影响，在单因素的基础上，采用Design Expert 8.0.7.1进行响应面实验设计及分析，以确定最佳的热处理条件和蔗糖添加量。

1.2.3 褐变指数测定方法 豆乳中含丰富的营养成分，因条件的变化，极易发生非酶褐变反应，此反应主要是由羟醛缩合与聚合形成褐色色素或黑色素[4-5]，在420nm具有最大吸收波长，取5mL香豆乳加等量95%的乙醇，800×g离心10min，用滤纸过滤得到上清液，在420nm波长测定处理前后的吸光度。以水为空白，进行3次平行测定，此值越高说明香豆乳的褐变越严重。

褐变指数BI=处理后吸光度A2-处理前吸光度A1

1.2.4 感官评价 感官评价采用100分制，感官评定小组由10人组成，对香豆乳的色泽、豆香味、滋味、组织状态、综合接受度5个指标进行评分[6-7]。去掉其中最高分和最低分，以剩余所有鉴定员的鉴定结果的平均分作为综合结果，具体的评分标准和权重见表1。

表1 香豆乳的感官评分标准Table 1 Sensory evaluation standard for tonka-bean milk

1.2.5 单因素实验设计

1.2.5.1 煮浆温度对香豆乳褐变程度的影响 将所制备的香豆乳，在蔗糖的添加量为10%，温度分别为75、80、85、90、95、100℃的条件下，煮浆5min，对香豆乳进行感官评分，测定吸光度，计算豆乳褐变指数。

1.2.5.2 煮浆时间对香豆乳褐变程度的影响 所制备的香豆乳的蔗糖添加量为10%，于90℃，分别煮浆2、3、4、5、6、7min，对香豆乳进行感官评分，测定吸光度，计算豆乳褐变指数。

1.2.5.3 蔗糖添加量对香豆乳褐变程度的影响 将所制备的香豆乳，于90℃，煮浆5min，蔗糖的添加量分别为4%、6%、8%、10%、12%、14%，对香豆乳进行感官评分，测定吸光度，计算豆乳褐变指数。

1.2.6 响应面分析因素和水平的选择 根据Box-Benhnken模型，采用design-expert 8.0.7.1软件进行分析，运用响应面分析的方法研究煮浆时间、煮浆温度、蔗糖添加量三个因素对香豆乳的褐变程度的影响。以褐变指数和感官评分为指标，实验因素水平及编码如表2所示。

表2 响应面分析实验因素水平及编码表Table 2 Factors and levels of response surface

2 结果与分析

2.1 热处理及蔗糖添加量对香豆乳褐变程度的影响

加热煮浆是香豆乳生产中重要的热处理步骤，是豆乳熟化过程，煮浆对香豆乳褐变程度影响较大，由于香豆乳含丰富的蛋白质、氨基酸、肽（氨基化合物），还原糖（羰基化合物），随加热及添加物等条件的变化，易导致非酶褐变反应的发生。豆乳加热过程中氨基及羰基化合物很容易发生羰氨反应，生成褐色或黑色物质[8]。适宜的加热煮浆对充分发挥豆的营养及香味成分功能、改善豆乳风味、提高豆乳稳定性等具有重要作用[9-11]。褐变反应则会使香豆乳色泽变深，表观状态差，豆乳感官品质下降，实验选取了对香豆乳褐变影响较大的三个因素煮浆时间、煮浆温度、蔗糖添加量，以褐变指数及感官评分为指标。

2.1.1 单因素实验结果

2.1.1.1 煮浆温度对香豆乳褐变程度的影响 香豆乳感官评分和褐变指数的实验结果如下。

图1 煮浆温度对香豆乳褐变程度的影响Fig.1 Effect of boiling syrup temperature on the tonka-bean milk extent of browning

由图1可知，当煮浆温度在小于90℃时，香豆乳的褐变指数的变化幅度较小，当达到95℃以后，褐变指数的增加幅度变大，在90℃时褐变指数为0.087，是相对较低的，此时香豆乳的感官评分最高为88，随着煮浆温度的继续升高，褐变指数上升明显，感官评分下降。适宜的煮浆温度有利于香豆乳风味的形成，但褐变指数也随煮浆温度的升高呈现上升的趋势，影响香豆乳的品质，这是由于过高的温度有利于美拉德或焦糖化这类非酶褐变反应的发生。

2.1.1.2 煮浆时间对香豆乳褐变程度的影响 香豆乳感官评分和褐变指数的实验结果如下。

图2 煮浆时间对香豆乳褐变程度的影响Fig.2 Effect of boiling syrup time on the tonka-bean milk extent of browning

由图2可知，香豆乳的褐变指数则随煮浆时间的延长而升高，豆乳随时间的延长，褐变指数增大，煮浆时间在2～5min范围增幅较小，在此范围内褐变指数均在0.1以下，煮浆时间小于4min时，增幅仅为0.02，5min之后增幅逐渐加大，随时间进一步延长，褐变指数增大明显。当煮浆时间为4min时，豆乳感官评分达到最高值为85，煮浆时间过长，褐变反应的底物充分接触，利于褐变反应发生，豆乳的营养物质及风味成分大量流失，导致豆乳的品质下降。

2.1.1.3 蔗糖添加量对香豆乳褐变程度的影响 香豆乳感官评分和褐变指数的实验结果如下。

图3 蔗糖添加量对香豆乳褐变程度的影响Fig.3 Effect of the dosage of Sucrose on the tonka-bean milk extent of browning

由图3可知，随着糖添加量的提高，香豆乳的褐变指数升高，当蔗糖的添加量在10%左右时，豆乳的色泽、口感等表观状态较好，此时香豆乳的褐变指数为0.099，相对较低，其感官评分最高为84，蔗糖添加量小于10%时，褐变指数增幅较小。适宜的糖添加量使香豆乳口感更好，在一定程度上增加了豆乳的粘度，使稳定状态提高，但糖的添加使非酶褐变的底物（羰基化合物）增加，促进了褐变反应的发生。

2.1.2 响应面实验设计及结果 根据Box-Benhnken模型，采用design-expert 8.0.7.1软件进行分析，以煮浆时间、煮浆温度、蔗糖添加量为因素。以褐变指数和感官评分为指标，根据上述的单因素实验确定各个因素的对褐变程度的影响，响应面实验设计方案与结果如表3所示。

表3 中心组合实验设计方案及实验结果Table 3 Central composite design matrix and response values

2.1.2.1 香豆乳褐变指数模型的建立及其显著性检验 采用响应面统计分析的方法，对实验数据进行拟合，对自变量煮浆时间、煮浆温度、蔗糖添加量三因素的编码X1、X2和X3进行回归分析，得二次多项回归方程为：Y1=0.074+4.500×10-3X1+2.125×10-3X2+ 3.375×10-3X3+0.013X12+3.958×10-3X22+0.017X32-5.0× 10-4X1X2+2.0×10-3X1X3+1.250×10-3X2X3，Y1为褐变指数，X1、X2、X3为各因素编码值。

由表4、表5显示，模型p小于0.01，表明该模型回归方程极显著，不同处理间的差异高度显著。失拟相的p大于0.05，失拟相不显著，该模型的相关系数R2为0.9940，校正系数R2Adj=0.9832，均接近1，变异系数CV为1.66%较低，因而进一步说明该模型拟合程度良好，实验误差小，因而得出上面给出的二次回归方程数学模型与实验数据拟合较好，可以运用该模型方程来分析和预测不同加热煮浆条件及蔗糖量对香豆乳褐变指数影响效果。

由表5的p可以得到，因素X1、X3的p均小于0.01，对响应值的影响极显著，X2的p均小于0.05，对响应值的影响显著，比较方程一次项系数绝对值的大小或表5中F值得大小，可判断各条件对褐变指数的影响顺序为：煮浆温度（X1）＞蔗糖添加量（X3）＞煮浆时间（X2）。由表5的p还可以看出，X1X3对响应值的交互影响显著。X2X3、X1X2对响应值的交互影响相对较小，平方项X12、X22、X32对响应值的影响极显著。

表4 褐变指数二次多项模型回归方差分析表Table 4 ANOVA of the fitted quadratic polynomial for browning index

表5 褐变指数模型f方程系数显著性检验Table 5 Regression coefficients and significance of browning index

根据模型方程作响应曲面图，可以进一步评价各因素对香豆乳褐变指数的交互影响。由图4（a）可知，当蔗糖添加量为10%时，煮浆温度在85～95℃范围时，褐变指数随煮浆时间增加呈现先下降后升高趋势，但两者的交互作用不显著。由图4（b）可知，磨浆时间为4min时，蔗糖添加量在8%～12%范围内，褐变指数随煮浆温度增加呈现先下降后升高趋势，当煮浆温度在95℃时与85℃时相比，煮浆温度在蔗糖量为12%时比在8%时对褐变指数的影响更大，说明两者之间交互作用显著。由图4（c）可知，当煮浆温度为90℃时，煮浆时间在3～5min的范围时，褐变指数随蔗糖添加量提高，呈先下降后升高趋势。

图4 各因素交互影响褐变指数曲面图Fig.4 Three-dimensional response surface diagram showing the interactive effects of the factors on browning index

2.1.2.2 感官评分模型的建立及其显著性检验 采用响应面统计分析的方法，对实验数据进行拟合，对自变量编码X1、X2和X3进行回归分析，得二次多项回归方程为：Y2=94.67+2.00X1+1.50X2+0.5X3-7.08X12-4.58X22-1.08X32-1.50X1X2-1.50X1X3+0.5X2X3，Y2为感官评分，X1、X2、X3为各因素编码值。

由表6、表7可以看出，模型p小于0.01，表明该模型回归方程极显著；失拟相的p大于0.05，失拟相不显著，该模型的相关系数R2为0.9855，校正系数R2Adj= 0.9594，均接近于1，变异系数CV为1.10%，因而说明该模型拟合程度良好，实验准确度较好，因此可以证明上面给出的二次回归方程模型是合适的。采用该数学模型来分析和预测不同煮浆条件对香豆乳感官品质影响效果是可行的。

表6 感官评分二次多项模型方差分析表Table 6 ANOVA of the fitted quadratic polynomial for sensory evaluation

表7 感官评分模型方程系数显著性检验Table 7 Regression coefficients and significance of sensory evaluation

由表7的p可以得到，不同处理间的差异高度显著，因素X1、X2的p小于0.01，对响应值的影响极显著，X3的p大于0.05，对响应值的影响相对不显著，X1X2、X1X3对响应值的交互影响显著。另外X12、X22对响应值的影响极显著，X32对响应值的影响不显著。比较方程一次项系数绝对值的大小或表7中p的大小，可以判断各条件对香豆乳感官评分影响顺序为：煮浆温度（X1）最大，其次是煮浆时间（X2），最后是蔗糖添加量（X3）。

根据模型方程作响应曲面图，评价各个因素对感官评分的交互作用，进而评价各因素对香豆乳感官品质的影响，确定最佳的加热煮浆条件及蔗糖添加量组合。由图5（a）显示，当蔗糖添加量为10%时，煮浆时间在3～5min的范围时，感官评分随煮浆温度的增加呈现先上升后下降的趋势。当煮浆时间接近5min时，煮浆温度对感官评分的影响高于煮浆温度接近3时，说明两者有明显的相互作用。由图5（b）显示，磨浆时间为4min时，煮浆温度在85～95℃范围内，感官评分随蔗糖量的增加呈现先上升后稍降低的趋势，当煮浆温度在95℃时与85℃时相比，蔗糖添加量对感官评分的影响更大，说明两者之间的交互作用显著。由图5（c）显示，当煮浆温度为90℃时，蔗糖量在8%～12%范围时，随煮浆时间延长，感官评分呈先上升后下降的趋势，但其交互作用相对不明显。

2.1.2.3 热处理条件及蔗糖添加量的优化 在选取的各因素的范围内，通过软件Design Expert 8.0.7.1分析各因素对香豆乳褐变指数的交互作用，确定此过程中各因素的最佳水平及组合。由响应面分析得到香豆乳加热煮浆条件及蔗糖添加量的最佳理论值为X1=0.10、X2=-0.051、X3=-0.054，即在煮浆温度（X1）为90.05℃，煮浆时间（X2）为4.05min，蔗糖添加量（X3）为9.89%时，香豆乳褐变指数理论最低值为0.07436，感官评分理论最高值为95。

2.1.2.4 验证实验 根据Design Expert 8.0.7.1软件给出的最优煮浆调制条件，进行香豆乳煮浆实验，以验证响应面法的可行性，同时考虑到实际条件、能源消耗及经济成本等因素，将各条件修正为煮浆温度（X1）为90℃，煮浆时间（X2）为4min，蔗糖添加量（X3）为10%时进行实验，在此加热煮浆条件及蔗糖量时所制香豆乳的褐变指数值为0.07502，感官评分94，与理论值基本一致，因此响应面法对香豆乳热处理条件及蔗糖添加量的优化是可行的，得到的香豆乳的褐变程度较低，感官品质较高。

3 结论与讨论

3.1 通过响应面设计优化，得到香豆乳的最佳热处理条件及蔗糖添加量为：煮浆温度为90℃，煮浆时间为4min，蔗糖添加量为10%，此条件下香豆乳的褐变指数为0.07502，感官评分94，褐变程度较低，此时香豆乳品质较高。

3.2 响应面实验设计及分析法可靠高效，所得到的香豆乳的最佳煮浆条件及蔗糖添加量可用于香豆乳生产中，在此条件下，香豆乳的营养价值、风味口感、表官状态较好，对控制香豆乳的褐变程度，为提高这种新型特色香豆乳品质提供了理论及实践依据。

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Study on effect of heat treatment and the dosage of sucrose on the Tonka-bean milk extent of browning

CHEN Hong-li1，LI Xin-hua1，*，LIU Ting-ting1，XIE Fu-di2
（1.College of Food Science，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110866，China；2.College of Agriculal，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110866，China）

Tonka-bean was used as the raw material to make the milk，discussing the effect of heat treatment and the dosage of sucrose on the Tonka-Bean milk extent of browning.the response surface methodology was applied to optimize the boiling syrup condition.Effects of three crucial factors（boiling syrup temperature，boiling syrup time，the dosage of sucrose）on the Tonka-bean milk extent of browning were investigated adpoting one-factor-at-a-time design.Using the browning index and sensory score as index，the experiment condition were determined with three factors and there levels，according to the analysis of the variance and curved surfaces，and the optimizing of parameters of fitted mathematical model．The best condition was：boiling syrup temperature 90℃，boiling syrup time 4min，the dosage of sucrose 10%，the actual browning index was 0.07502，sensory value was 94，pretty close to predicted values，so the optimizing of heat treatment condition and the dosage of sucrose was reliable and efficient，it benefit to improve the sensory quality of Tonka-bean milk.

Tonka-bean milk；heat treatment；dosage of sucrose；response surface methodology；sensory quality

TS252.59

B 文 章 编 号：1002-0306（2014）08-0249-06

10.13386/j.issn1002-0306.2014.08.048

2013－08－14 *通讯联系人

陈红丽（1987-），女，在读硕士研究生，研究方向：农产品深加工与转化。