响应面法优化发酵型红豆薏米乳饮料的工艺

于忠娜，王军，黄胜楠，韩荣伟

（1.青岛农业大学海都学院，山东莱阳 265200；2.青岛农业大学食品科学与工程学院，山东青岛 266109）

响应面法优化发酵型红豆薏米乳饮料的工艺

于忠娜1，王军2，黄胜楠2，韩荣伟2

（1.青岛农业大学海都学院，山东莱阳 265200；2.青岛农业大学食品科学与工程学院，山东青岛 266109）

以红豆、薏米与酸奶等为原料生产新型的发酵型乳饮料，研究了酸奶、红豆薏米汁、白糖、柠檬酸的添加量对发酵型红豆薏米乳饮料的感官评分的影响，确定稳定剂羧甲基纤维素（CMC）的添加量。并在单因素实验的基础上，以感官评分为响应值，进行响应面优化试验，确定了发酵型红豆薏米乳饮料的最佳配方：酸奶27.01%，红豆薏米汁44.40%，白糖10.65%，柠檬酸0.06%，羧甲基纤维素0.5%。所制得发酵型红豆薏米乳饮料酸甜可口，风味宜人，细腻爽滑。

红豆；薏米；发酵型乳饮料；响应面法

0 引言

红豆，富含蛋白质、碳水化合物、膳食纤维、微量元素、多种维生素及必需氨基酸，具有抗癌、延缓衰老等保健作用[1-2]。薏米性凉，味甘、淡，富含蛋白质、脂肪、碳水化合物、粗纤维及各种微量元素[3-4]。薏米中的膳食纤维，可预防高血脂、高血压等心血管疾病；苡仁酯具有抗癌防癌的功效[5-6]；不饱和脂肪酸具有缓解血液中过量的胆固醇、增强细胞膜透性、阻止心肌组织和动脉硬化等功能[7-8]。

发酵型乳饮料因其在蛋白质、钙、维生素等营养物质含量及产品功效上优势，发展前景广阔[9-11]。红豆薏米汤用于食疗，具有健脾去湿、利水消肿的功效[12-13]。本文将红豆薏米汁与酸奶相混合，使三者的营养价值充分结合，利用响应面法优化其工艺配方，生产出一种含有活菌的发酵型乳饮料。

1 实验

1.1 材料与试剂

脱脂奶粉，红豆，薏米，绵白糖；嗜热链球菌（直投式），保加利亚乳杆菌（直投式）；羧甲基纤维素CMC（食品级），柠檬酸(食品级）。

1.2 仪器与设备

DHP—9082型电热恒温培养箱，SW—CJ—1F型超净工作台，BCD—256H型海尔电冰箱，TGL-16C型离心机，Scout SE型电子天平，T 25 D S25型均质机，调温电炉，电热恒温水浴锅，苏泊尔多功能榨汁机。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

（1）红豆薏米汁的制备

红豆、薏米分选除杂→称量→清洗→煮熟→打浆→过滤→红豆薏米汁

（2）酸奶的制备

脱脂奶粉→加水→加糖→水浴溶解→均质→杀菌→冷却→接种发酵剂→发酵→后熟→酸奶

（3）发酵型乳饮料的制备

稳定剂、白糖、水混合→加入红豆薏米汁、酸奶→预热→均质→冷却→灌装→冷藏

1.3.2 红豆薏米汁的制备操作要点[14]

挑选出无虫蛀、无缺损、无霉变的红豆和薏米，分别称取等量的红豆和薏米，洗净后放置于锅中，加入15倍水煮熟，将红豆、薏米和汤一起倒入打浆机中打浆，经8层纱布过滤，滤液备用。

1.3.3 酸奶的制备操作要点[15]

（1）脱脂奶粉复原。将脱脂奶粉与白糖加入70～80℃的热水中充分溶解，其中脱脂奶粉与水的比例为1∶8,白糖添加量为9%。

（2）均质。在20 MPa、63℃的条件下均质。

（3）杀菌。杀菌温度为90～95℃，杀菌时间为10 min，水浴杀菌[16]。

（4）冷却。杀菌后立即冷却到43℃。

（5）接种。将冷却后的复原乳在无菌操作台中接种，接种0.6%直投式保加利亚乳杆菌和0.6%直投式嗜热链球菌。

（6）发酵。将接种后的复原乳放入恒温箱中43℃发酵5 h。

（7）后熟。将发酵好的酸奶放入2～4℃的冰箱中冷藏。

1.3.4 发酵型红豆薏米乳饮料的制备操作要点

（1）调配。先将稳定剂羧甲基纤维素与白糖拌合均匀，加入60～70℃热水中搅拌，使其充分溶解[17]，冷却至30～40℃，将前述物料与红豆薏米汁和搅拌成流体状的酸奶混合均匀后，在低温状态下分次慢速添加溶解的柠檬酸，同时快速搅拌，防止混合物发生沉淀。

（2）预热、均质。将调配好的料液预热到53℃，利用均质机在20MPa、53℃条件下进行均质处理，使乳饮料的稳定性提高，口感细腻均匀[18]。

（3）冷却、灌装。

（4）冷藏。

1.3.5 单因素实验

在其他条件不变的情况下，依次改变酸奶添加量、红豆薏米汁添加量、白糖添加量、柠檬酸添加量进行单因素试验，以感官评价为指标，确定出响应面所需要的各因素的水平。

（1）酸奶添加量的单因素实验。在红豆薏米汁添加量为45%（体积分数），白糖添加量为10%（质量分数），柠檬酸添加量为0.06%（质量分数），羧甲基纤维素添加量为0.5%（质量分数）的条件下，分别添加体积分数为20%，24%，28%，32%和36%的酸奶，生产出乳饮料后根据感官评分表进行感官评分。

（2）红豆薏米汁添加量的单因素实验。在酸奶添加量为32%（体积分数），白糖添加量为10%（质量分数），柠檬酸添加量为0.06%（质量分数），羧甲基纤维素添加量为0.5%（质量分数）的条件下，分别添加体积分数为30%，35%，40%，45%和50%的红豆薏米汁，生产出乳饮料后根据感官评分表进行感官评分。

（3）白糖添加量的单因素实验。在酸奶添加量为32%（体积分数），红豆薏米汁添加量为45%（体积分数），柠檬酸添加量为0.06%（质量分数），羧甲基纤维素添加量为0.5%（质量分数）的条件下，分别添加质量分数为4%，6%，8%，10%和12%的白糖，生产出乳饮料后根据感官评分表进行感官评分。

（4）柠檬酸添加量的单因素实验。在酸奶添加量为32%（体积分数），红豆薏米汁添加量为45%（体积分数），白糖添加量为10%（质量分数），羧甲基纤维素添加量为0.5%（质量分数）的条件下，分别添加0.02%，0.04%，0.06%，0.08%和0.1%（质量分数）的柠檬酸，生产出乳饮料后根据感官评分表进行感官鉴定并打分。

1.3.6 感官评价方法

随机选择数名无经验的评鉴人员对乳饮料的色泽、滋气味和气味、组织状态3项指标进行评价打分，将各项指标分数相加，以所有评鉴人员的平均分数作为最终感官评价分数。

表1 发酵型红豆薏米乳饮料感官评分标准

1.3.7 羧甲基纤维素添加量对产品稳定性的影响及确定

（1）羧甲基纤维素添加量对产品稳定性的影响

在酸奶添加量为32%（体积分数），红豆薏米汁添加量为45%（体积分数），白糖添加量为10%（质量分数），柠檬酸添加量为0.06%（g/mL）的条件下，羧甲基纤维素的添加量分别为0.2%、0.3%、0.4%、0.5%和0.6%（质量分数）生产出乳饮料并测定其稳定性。

（2）产品稳定性测定方法[19]

用移液枪吸取5 mL红豆薏米乳饮料于5 mL离心管中，转速3 000 r/min离心20 min，弃去上清液后称得沉淀质量。按式（1）计算离心沉淀率为

式中：y为离心沉淀率；m1为离心沉淀物质量；m2为5 mL乳饮料质量。

1.3.8 响应面实验设计

根据4个单因素试验结果选取相应的因素水平，以感官评分为响应值，利用Box-Behnken实验设计四因素三水平的实验方案。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 酸奶添加量对红豆薏米乳饮料的影响

不同酸奶添加量对红豆薏米乳饮料的感官评分的影响如图1所示。

图1 酸奶添加量对红豆薏米乳饮料感官评分的影响

由图1可以看出，酸奶添加量为28%时，酸奶的风味与红豆薏米的风味相得益彰，红豆薏米乳饮料的感官评分最高。当酸奶添加量低于28%时，随着其添加量的增加，酸奶的风味越来越浓，口感越来越厚重，感官评分逐渐增加；当酸奶添加量高于28%时，酸奶味道过于浓厚，掩盖了红豆薏米的味道，使感官评分降低。因此将酸奶添加量为24%，28%和32%作为响应面试验的水平。

2.1.2 红豆薏米汁添加量对红豆薏米乳饮料的影响

红豆薏米汁可以使发酵乳饮料具有独特的风味。不同红豆薏米汁添加量对红豆薏米乳饮料的感官评分的影响如图2所示。

图2 红豆薏米汁添加量对红豆薏米乳饮料感官评分的影响

由图2可以看出，红豆薏米汁添加量为45%时，红豆薏米乳饮料的感官评分最高。当红豆薏米汁添加量低于45%时，随着其添加量的增加，红豆薏米的风味越来越浓，乳饮料的感官评分越来越高；当红豆薏米汁添加量高于45%时，红豆薏米的风味过浓，乳饮料的口感下降，感官评分降低。因此，红豆薏米汁的最佳添加量为45%（体积分数），感官评分为77分。且将红豆薏米汁添加量40%，45%和50%作为响应面试验的水平。

2.1.3 白糖添加量对红豆薏米乳饮料的影响

白糖不仅可以调节红豆薏米乳饮料的甜度和口感，使乳饮料达到宜人的甜度。并且糖能在酪蛋白表面形成被膜，能够使酪蛋白与其他分散介质的亲水性有所增强，并能提高饮料密度，增加黏稠度，有利于酪蛋白在悬浮液中的稳定[20]。

不同白糖添加量对红豆薏米乳饮料的感官评分的影响如图3所示。

图3 白糖添加量对红豆薏米乳饮料感官评分的影响

由图3可以看出，白糖添加量为10%时，红豆薏米乳饮料的感官评分最高，此时的红豆薏米乳饮料酸甜适中，味道最好。当白糖添加量高于10%时，其添加量越高，红豆薏米乳饮料的味道越甜腻，使感官评分呈下降趋势；当添加量低于10%时，其添加量越低，红豆薏米乳饮料的味道越平淡无味，使感官评分呈下降趋势。因此白糖的最佳添加量为10%（质量分数），感官评分为89.8分。并且将白糖添加量8%，10%和12%作为响应面试验的水平。

2.1.4 柠檬酸添加量对红豆薏米乳饮料的影响

柠檬酸作为酸味剂，具有温和爽快的酸味，能够调节乳饮料的酸甜度，同时改善食品的感官性状，增强食欲，促进体内钙、磷的消化吸收。柠檬酸不仅可以调节乳饮料的酸甜度，还可以调节乳饮料的pH值，从而避开酪蛋白的等电点4.6，使酪蛋白不易聚沉，从而使乳液均匀，组织结构稳定[20]。

不同柠檬酸添加量对红豆薏米乳饮料的感官评分的影响如图4所示。

图4 柠檬酸添加量对红豆薏米乳饮料感官评分的影响

由图4可以看出，柠檬酸添加量为0.06%时，红豆薏米乳饮料酸甜爽口，风味最好，感官评分最高。当柠檬酸添加量低于0.06%时，其添加量越少，乳饮料的味道越甜腻，使人难以接受；当柠檬酸添加量高于0.06%时，由于其添加量过多，乳饮料酸度增加、甜味下降，且口感变差、味道苦涩，感官评分越来越低。因此柠檬酸的最佳添加量为0.06%（质量分数），感官评分为90分。且将柠檬酸添加量0.04%，0.06%和0.08%作为响应面试验的水平。

2.2 羧甲基纤维素添加量对产品稳定性的影响及确定

羧甲基纤维素作为稳定剂添加到乳饮料中，不仅能提高乳饮料的黏度，防止蛋白质粒子因重力作用下沉，更能与酪蛋白在酸性条件下结合形成保护胶体，防止凝集沉淀[18]。

不同羧甲基纤维素添加量对红豆薏米乳饮料稳定性的影响如图5所示。

图5 羧甲基纤维素添加量对产品沉淀率的影响

由图5可以看出，乳饮料的离心沉淀率随着羧甲基纤维素的增加而减少，即乳饮料的稳定性随着羧甲基纤维素的增大而增大。当其添加量为0.5%和0.6%时，乳饮料的稳定性相差小于0.001，基本不变，考虑到羧甲基纤维素添加量过大口感过于黏稠以及成本的因素，将羧甲基纤维素的添加量确定为0.5%（质量分数）。

2.3 响应面优化试验

2.3.1 响应面优化方差分析

由单因素试验分别确定了酸奶添加量、红豆薏米汁添加量、白糖添加量和柠檬酸添加量的水平，如表2所示。

表2 响应面分析因素和水平%

用Box-Behnken试验对四个因素的水平进行试验安排，生产出乳饮料后，进行感官评分，结果如表3所示。

将响应面结果进行分析，结果如表4所示。

由表4可知，模型P＜0.0001,说明该模型极其显著，回归系数R2=0.9682，R2Adj=0.9365,说明建立的模型可以很好的拟合试验的真实情况，可以用来预测发酵型红豆薏米乳饮料的最佳组合情况。由A，B，C，D的P值可知4种因素的添加量对发酵型红豆薏米乳饮料的影响程度为：白糖的添加量对产品的影响极其显著，其次是柠檬酸的添加量，再者是酸奶的添加量，红豆薏米汁的添加量对产品的影响力最小。BD的P值小于0.0001极显著，说明红豆薏米汁添加量与柠檬酸添加量对产品的影响存在交互作用，并且对产品的影响极显著。由设计试验所得的响应面曲面图如图6所示。

表3 响应面分析结果 %

表4 响应面结果方差分析

图6 各因素交互作用的响应面图

2.3.2 发酵型红豆薏米乳饮料最佳配方的确定

由Design-Expert.V8.0.6响应面法分析得到的发酵型红豆薏米乳饮料的最佳配方：酸奶添加量27.01%，红豆薏米汁添加量44.40%，白糖添加量10.65%，柠檬酸添加量0.06%，感官评分为94.12分。

3 结论

通过单因素试验分别确定了酸奶、红豆薏米汁、白糖和柠檬酸添加量的三个水平，而后通过De⁃sign-Expert.V8.0.6进行了响应面试验优化发酵型红豆薏米乳饮料的最佳配方为酸奶添加量27.01%，红豆薏米汁添加量44.40%，白糖添加量10.65%，柠檬酸添加量0.06%。在此条件下生产出来的发酵型红豆薏米乳饮料颜色均匀一致，呈淡淡的豆沙粉色；酸甜可口，具有宜人的酸乳的气味和淡淡的红豆薏米的香气，并且口感细腻爽滑，黏稠适中。

本文通过研究发酵型红豆薏米乳饮料，将日常膳食用的红豆薏米与酸奶结合起来，让红豆薏米的功效完全发挥出来，而不再局限于餐桌上。

[1]中国预防医学科学院营养与食品卫生研究所.食物成分表[M].北京:人民卫生出版社,1992:12-18.

[2]MA D Z,WANG H X,NG T B.A peptide with potent antifungal and antiproliferative activities from Nepalese large red beans[J].Pep⁃tide，2009,(30):2089-2094.

[3]WU T T,CHARLES A L,HUANG T C.Determination of the con⁃tents of the main biochemical compounds of adlay(Coxi lachrymaljobi)[J].Food Chemistry,2007,104(4):1509-1515．

[4]刘月好.薏米的营养及其在食品中的开发应用[J].食品科技,2003,(9):47-49.

[5]CHANG H C,HUANG Y C,HUNG W C,et al.Antiproliferative and chemopreventive effects of adlay seed on lung cancer in vitro and in vitro[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2003,51(12):3656-3660.

[6]KUO C C,SHIH C C,KUO Y H,et al.Antagonism of free－radi⁃cal－induced damage of adlay seed and its antiproliferative effect in hu⁃man histolytic lymphoma U937 monocytic cells[J].Journal of Agricul⁃tural and Food Chemistry,2001,49(3):1564－1570.

[7]回瑞华,侯冬岩,郭华等.薏米中营养成分的分析[J].食品科学,2005,26(8):375-377.

[8]赵晓红.薏米的营养、医用价值及制作饮料的发展前景[J].山西食品工业,2002,(3):35-36.

[9]李娜,李兴民,刘毅等.含乳饮料的发展及产品介绍[J].中外食品,2006,(2):68-70.

[10]景浩,尹姿,张曦等.含乳饮料的现况及相关标准[J].标准科学,2009,(2):59-63.

[11]张欣,赵杨东升,李鹏等.活性发酵型含乳饮料营养价值的研究[J].食品安全导刊,2015,(6):90-90.

[12]蒲昭和.红豆薏米粥治便秘[J].家庭医药,2009,(12):22-23.

[13]本刊编辑部.健脾渗湿的佳品——薏米红豆粥[J].求医问药,2008,(8):49.

[14]谷春梅,顾岩,文连奎等.红豆乳饮料的研制[J].饮料工业,2009,12(11):22-25.

[15]徐粉林,曹泽虹,王卫东等.发酵型薏米乳饮料的工艺条件研究[J].中国食品添加剂,2015,(8):130-138.

[16]加伟,曹斌云.新型复合酸羊乳饮品配方及工艺研究[J].畜牧兽医杂志,2010,29(4):1-5.

[17]冯春霞,王彦平,巴根纳.CMC冷化料工艺在调酸型含乳饮料生产中的应用[J].饮料工业,2014,02:50-52.

[18]屈小媛,田维荣,胡萍,等.黑树莓乳饮料的研制[J].食品科学,2012,33(16):324-328.

[19]马兆瑞,秦立虎.现代乳制品加工技术[M].北京:中国轻工业出版社,2010:260.

[20]李晓东.乳品工艺学[M].北京:科学出版社,2011,154-155.

Study on optimization of fermented red beans and coix seed-milk beverage by response surface methodology

YU Zhongna1,WANG Jun2，HUANG Shengnan2,HAN Rongwei2
(1.College of Haidu,Qingdao Agricultural University,Laiyang 265200,China;2.College of Food Science and Engineering,Qingdao Agricultural University,Qingdao 266109,China)

In the present study,the effect of the addition amount of yogurt,liquid red bean and coix seed,white sugar,citric acid on sensory score of fermented red bean and coix seed-milk beverage was investigated to determine the optimal dosage of SDS.Based on single factor ex⁃periment,response surface methodology was used to optimize the formulation of red beans and coix seed-milk beverage using sensory score as the response value.The optimum formulation of the fermented red beans and coix seed-milk beverage was:yogurt 27.01%,liquid red bean and coix seed 44.40%,white sugar 10.65%,citric acid 0.06%,CMC 0.5%.The fermented red beans and coix seed-milk beverage tasted good with palatable sweet and sour,pleasant flavor and delicate and smooth textures.

red beans;coix seed;fermented milk beverage;response surface methodology

TS252.54

A

1001-2230（2017）11-0043-06

2017-04-28

山东省高等学校科研计划（J17KA131）；农业部公益性农业行业科研专项（201403071-5）；山东省自然基金青年基金（2015ZRB01095）；山东省重点研发计划（2016GSF120010）,山东省优秀中青年科学家科研奖励基金（BS2014NY011），青岛农业大学高层次人才科研基金（6631115043）。

于忠娜（1981-），女，讲师，从事乳品质量安全控制的研究。

韩荣伟