响应面法优化姜汁撞奶工艺研究

谢静，杨天意，吴丹枫，吴鹏，周晓燕

(扬州大学 旅游烹饪学院，江苏 扬州 225000)

生姜(ZingiberofficinaleRoscoe)，是姜科多年生草本植物姜的新鲜根茎[1]。在卫计委最新公布的药食同源名单中,生姜位列其中，中医记载生姜具有发汗解表、温中止呕、止咳的效用，而现在因为其有独特的辛辣和香味，多用于食品中的调味和去腥。姜汁撞奶是广东传统特色小吃，起源于顺德，盛传入于广州番禹沙湾镇。作为地方小吃，姜汁撞奶的流传范围有限，但是其美味、营养、健康，本试验研究其具体的配方，便于家常制作或是大规模的生产，甚至是制成饮料。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

新鲜生姜：购于扬州永辉超市；鲜牛奶：内蒙古蒙牛乳业(集团)股份有限公司；白糖：太古糖业有限公司。

HU9026WN型原汁机 青岛惠人电子有限公司；FSH-2A型匀浆机 ASCARI公司；BSA124S型分析天平 赛多利斯公司；单道可调型移液枪 Thermo公司；AS852B型红外测温仪 上海向捷电子科技有限公司；TMS-PRO型质构仪 美国FTC公司。

1.2 方法

1.2.1 姜汁撞奶的具体制作工艺

1.2.2 凝胶效果的测定

采用TMS-PRO型质构仪测定姜汁撞奶凝胶的强度大小。每个样品测3组，每组测3次来减少误差，提高试验的准确度。设定的测定条件：TPA模式下,选用P0.5(5 mm)的圆柱探头，进行穿刺试验，测试前速率1.0 mm/s，测试速率1.0 mm/s，测试后速率1.0 mm/s，压缩率为25%，2次压缩之间的时间间隔为5.0 s，触发类型设置为Auto，穿刺距离为5 mm。触发力为2.0 g，直接从测试结果中读取硬度值[2]。

1.2.3 姜汁撞奶配方优化的单因素试验

在鲜奶的量为100 mL时，选取姜汁与鲜奶的比例(1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30)，白糖与鲜奶的比例(1∶4，1∶5，1∶6，1∶7，1∶8)，撞奶的温度(60，65，70，75，80 ℃)进行单因素试验，以感官评分和凝胶强度为衡量标准，确定这3个因素对姜汁撞奶成品的影响[3]。

1.2.4 姜汁撞奶响应面优化设计

综合1.2.3的试验结果，采用3因素3水平响应面法进行优化试验，以感官评分X和凝胶强度Y为响应值。使用Design-Expert V8.0.6对试验结果进行回归分析，模拟得出姜汁撞奶的最优配方。各因素与水平的确定见表1。

表1 姜汁撞奶的试验因素与水平Table 1 The factors and levels of ginger juice and milk

1.2.5 感官评价

邀请10名烹饪方向的大师对姜汁撞奶的成品进行评分，从产品的色泽、香气、口感和凝固状态进行百分制打分和评价[4]，具体的感官评分标准见表2。

表2 感官评分标准Table 2 Sensory evaluation standards

续 表

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 姜汁与鲜奶比对姜汁撞奶的影响

图1 姜奶比对样品的影响Fig.1 Effect of ginger-to-milk ratio on samples

由图1可知，在牛奶为100 mL的条件下，随着姜汁添加量的减少，感官评分有先上升后下降的趋势，当姜奶比为1∶20时，感官评分最高，最适合食用。在1∶10时，因为姜汁的含量太高而使整个样品的腥辣味比较重，掩盖了牛奶的奶香味，不适于大众的口感要求，而当姜汁添加量太少时，凝固的效果不佳，有液体溢出，姜香味也几乎没有，因此，选择的姜奶比为1∶20(V/V)。

2.1.2 白糖与鲜奶比对姜汁撞奶的影响

图2 糖奶比对样品的影响Fig.2 Effect of sugar-to-milk ratio on samples

由图2可知，白糖的添加量对样品的感官评分和凝胶强度有一定的影响，糖的添加量过多时，可能不利于牛奶中α-酪蛋白、β-酪蛋白与钙离子的结合而形成凝胶状，所以凝胶强度不是很高，比较软塌。当然，糖的添加量还会直接影响口感的甜淡，所以，选取的糖奶比为1∶6。

2.1.3 撞奶温度对姜汁撞奶的影响

图3 温度对样品的影响Fig.3 Effect of temperatures on samples

由图3可知，撞奶温度会影响样品的凝胶强度，也可能会带来沉淀和液体的析出，直接会导致感官评分的下降。当撞奶温度为70 ℃时，感官评分和凝胶效果都比较好，因此，选用的撞奶温度为70 ℃。

2.2 响应面试验

在单因素试验的基础上，对姜奶比(A)、糖奶比(B)、撞奶温度(C)进行交互研究，采用3因素3水平的响应面法进行优化，测定感官评分X和凝胶强度Y，响应面试验结果与分析见表3。

表3 响应面试验结果Table 3 Response surface test results

通过Design-Expert V8.0.6软件对表3的试验数据进行回归拟合分析，由于软件的数值限制，将姜奶比转化为奶姜比，糖奶比转化为奶糖比，结果见表4。同时，得到感官评分X和凝胶强度Y的回归方程[5]，回归方程为：

X=-1266.25+15.00A+163.70B+20.47C+0.68AB-0.6AC-0.26BC-0.38A2-13.34B2-0.12C2；

Y=-120.62+1.90A+11.83B+2.28C-3.83E-016AB-6.60E-003AC-0.08BC-0.04A2-0.52B2-0.01C2。

表4 模型和回归系数显著性检验Table 4 Significant test of model and regression coefficients

注：“*”表示显著，即P<0.05；“**”表示极显著，即P<0.0001。

由表4可知，2个衡量标准的回归方程和响应面模型的P<0.0001(极显著)，表明姜汁撞奶与姜奶比、糖奶比、温度之间的线性关系显著，并且R2都达到了95%以上，说明该模型与本试验所得数据的拟合度很高，该方程可以作为姜汁撞奶配方参数的数学模型，因此，可以利用这2个回归方程确定姜汁撞奶的最佳配方。

图4 三因素交互作用对姜汁撞奶感官评分和凝胶强度的响应面和等高线Fig.4 Three-factor interaction response surface and contour lines for sensory scoring and gel strength of ginger juice and milk

由图4可知，感官评分和凝胶强度随着姜汁添加量的增加呈先上升后下降的趋势，等高线形似于椭圆形，存在一个最高点，三维空间的曲面图坡度也比较大，说明姜汁、白糖和牛奶的添加量交互作用都比较显著。而随着温度和姜汁、白糖量的变化，曲面图的波动也比较明显，虽然有一段比较平缓，仍然存在一个高点，交互作用也比较显著。

通过软件的分析，可以得到理论上姜汁撞奶的最佳工艺配方：奶姜比值为19.52，奶糖比值为6.65，温度为68.43 ℃，转化后即为姜奶比为5.12∶100，糖奶比为15.04∶100，感官评分达到最高，为86.31分，凝胶强度在一定范围内也是最佳，为13.89 g。但是，考虑到饰演的可操作性和真实性，产品的便于推广和批量生产，选择姜奶比为1∶20，糖奶比为1∶6，温度为70 ℃，在这个条件下继续重复进行3次试验以验证结果，得到感官评分为89.5分，凝胶强度为14.1 g，结果与响应面所得的值极其相近。因此，使用响应面法优化姜汁撞奶的工艺配方，合理且可靠，具有利用价值[6,7]。

3 结论

姜汁撞奶利用姜汁含有挥发油，其中有姜烯、姜醇、姜酮等有机物，还有生姜蛋白酶，可以将牛奶中K-酪蛋白切开，使其亲水性C端与疏水性N端分离，破坏了酪蛋白胶束的稳定，在疏水作用下，疏水性蛋白逐渐聚合凝固[8]。产品同时具有生姜和牛奶的营养价值，养颜美容，止咳安眠，对降血脂、降血压、防止血栓形成及心肌梗塞等有特殊的疗效，并且口感嫩滑，既缓解了激昂的强烈腥辣，又增添了奶香。

通过单因素试验和响应面优化试验，可以确定姜汁撞奶的最佳配方：姜奶比为1∶20，糖奶比为1∶6，撞奶温度为70 ℃，在此条件下，产品光滑乳白，有协调的姜香和奶香，营养、健康、可口，可以进行大规模的推广，制成半成品直接调和后食用，利用互联网的便利，让各地人们品尝到最佳口感的姜汁撞奶。