响应面法优化黄芪保健酸奶工艺研究

王丹 徐州生物工程职业技术学院，江苏徐州，221000

黄芪作为一味常见中药，常被用于提高免疫力的保健药品，研究表明其有效成分黄芪多糖[1-2]确实有提高免疫力、抗衰老、防癌症和软化心血管等功效[3-5]。酸奶营养丰富且风味较佳。将黄芪多糖加入酸奶中，有效提升酸奶的保健功能和价值。本文是将黄芪提取液与脱脂牛奶共同发酵，以感官测评得分为考察指标，从蔗糖的添加量、黄芪提取液的添加量、发酵的时间三方面优化，对黄芪保健酸奶的研发提供相应的技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

轩庆黄芪：徐州轩庆药店；蒙牛脱脂奶粉：蒙牛集团；玉堂食品级蔗糖：徐州玉堂食品公司；保加利亚乳杆菌，嗜热链球菌（前期试验自存）。

1.2 试验仪器

YXQ-SG46-280SA高压立式灭菌锅；BCD-203TM(E)美的冰箱；BS110S电子天平；TS-211B型全温振荡培养箱；SW-CJ-IF超净双人工作台。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

黄芪提取液的制备：将黄芪饮片粉碎过筛后，在75℃、450W条件下超声提取15min，用乙醇沉降取上清液浓缩得黄芪提取液。

混合均质：将脱脂牛奶、蔗糖与黄芪提取液按一定百分比混合，压力18MPa，均质2 min。

发酵：接种灭菌后常温混合液中，42℃下发酵。

后熟：将成型后酸奶在4℃下后发酵24h[6-10]。

1.3.2 单因素试验设计

（1）黄芪提取液添加量：蔗糖添加量10%，菌接种量1.5%，发酵时间5.5 h时，考察黄芪提取液添加量（1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%）对感官测评得分的影响。

（2）蔗糖添加量：黄芪多糖添加量5%，菌种接种量1.5%，发酵时间5.5 h时，考察蔗糖添加量（6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%）对感官测评得分的影响。

（3）菌接种量：蔗糖添加量10%，黄芪提取液添加量5%，发酵时间5.5h，考察菌种接种量（0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%）对感官测评得分的影响。

（4）发酵时间：蔗糖添加量10%，黄芪提取液添加量5%，菌接种量1.5%，考察发酵时间（4h、4.5h、5 h、5.5h、6 h、6.5h、7 h、7.5h、8 h）对感官测评得分的影响。

1.3.3 响应面试验

根据单因素试验结果，选择黄芪提取液添加量（A）、蔗糖添加量（B）、发酵时间（C）作自变量，以感官评分得分（Y）为响应值，进行响应面优化试验。3次平行试验，取平均值。响应面试验设计因素与水平见表1。

表1黄芪酸奶发酵工艺优化因素与水平Table 1 Optimization factors and level of astragalus yoghurt fermentation process

1.3.4 指标测定

感官评定方法：本试验挑选了10个熟悉专业感官评价的学生对黄芪保健酸奶从色泽、气味、口味、组织状态四个方面进行感官评价。最终评价得分为3次试验的均值，感官评测标准详见表2。

表2 黄芪酸奶感官评定标准Table 2 Sensory for sensory evaluatievaluationofastragalus yogurt

2 结果与分析

2.1蔗糖添加量的考察

分析图1可得，随着蔗糖百分比的增加，感官测评先升高后降低，当添加量为8%-12%时感官测评值均在85分以上。因此，选蔗糖最适添加量范围为8%-12%。

图1 蔗糖添加量的单因素试验结果Fig.1 Single factor test results of sucrose content

2.2 黄芪提取液添加量的考察

图2 黄芪提取液添加量的单因素试验结果Fig.2 The influence of astragalusextract dosage

分析实验结果可得，随着黄芪提取液添加量的逐渐升高，感官测评得分先升高后降低，当添加量在4%-6%之间时，感官测评结果均高于85。因此，选黄芪提取液添加量范围为4%-6%。

2.3菌种接种量的考察

分析图3，随着接种量的提升，感官测评得分先升高后降低，但在一定范围内菌种接种量对感官测评得分影响不如其他单因素显著，因此选最佳接种量为3%即可。

图3 菌种添加量的单因素试验结果Fig.3 The influence of strain addition

2.4 发酵时间的考察

图4 发酵时间的单因素试验结果Fig.4 The influence of fermentation time

分析实验数据可得，随着发酵时间的增长，感官测评得分先升高后降低，当发酵时间在5h-6 h时，感官测评得分均高于85。因此，选发酵时间考察范围为5h-6 h。

2.5模型的建立及参数分析结果

黄芪酸奶发酵中心组合试验设计矩阵及试验结果见表3。蔗糖添加量、黄芪提取液添加量、发酵时间对感官测评得分（Y）的响应面模型为：Y=-531.7+51.9A+101.0B+35.9C-0.3AB-0.3AC-4.0BC-2.4A2-7.5B2-1.1C2。方差分析和显著性检验可知（表4）。感官测评得分的模型中的P值＜0.01，说明该模型的感官测评得分极显著；失拟项P值为0.4028（P＞0.05），说明不显著；同时该模型的R2为0.9979接近1，表明试验数据与回归数学模型拟合性良好，能够用上述模型较好地预测各指标的实际值。

表3 黄芪酸奶发酵工艺优化试验设计结果Table 3 Experimental design of optimum fermentation process for astragalus yoghurt

表4 方差分析Table 4 Variance analysis

模型回归系数显著性检验结果见表4。各试验因素对感官评价指标的影响呈线性关系，且该模型极显著（P＜0.01）；蔗糖添加量、黄芪提取液添加量、发酵时间、黄芪提取液添加量和发酵时间的交互作用、蔗糖添加量的二次项、黄芪提取液添蔗糖添加量的二次项、发酵时间的二次项对感官测评得分P值均＜0.01，说明线性效应极显著；蔗糖添加量和黄芪多糖提取液添加量交互作用、蔗糖添加量和发酵时间的交互作用，发酵时间的二次项对感官测评得分中P值均＞0.05，说明影响不显著。

2.3 响应曲面结果分析

利用Design-Expert 7.0中的等高线图和3D图对3因素间的交互作用分析。

由图5可知，在B和C不变的情况下，增加蔗糖添加量，会使感官测评得分先递增再递减。在A和C不变的情况下，随着黄芪提取液添加量的提升，感官测评得分也先升高后降低。

图5等高线和响应面图Fig.5 Contour plot and response surface plot

2.4 试验优化结果

试验结果分析可得，以感官测评得分为考察指标，得到黄芪保健酸奶发酵工艺条件为蔗糖添加量10.07%，黄芪提取液添加量 4.95%，发酵时间为 6.00 h，预测的感官测评得分为88.18分。考虑实际试验操作最后确定优化条件为：蔗糖添加量10%，黄芪提取液添加量为5%，发酵时间为6 h。做3次平行试取平均值为88分，与预测值88.18分基本接近，表明该模型对黄芪保健酸奶发酵工艺的优化可靠。

3 结论

本研究利用前期试验成果即黄芪提取液，添加入黄芪酸奶中进行发酵，研究蔗糖添加量、黄芪提取液添加量、菌种接种量和发酵时间对黄芪酸奶发酵的影响。用单因素试验法和响应面法优化，优化结果为添加10%的蔗糖，添加5%的黄芪提取液，发酵6 h，最终的感官测评得分为88分，与模型预测值十分接近。黄芪保健酸奶的风味良好，基本达到市售水平。综合研究可得，本试验为保健酸奶的开发研究提供了一条新的研究方向。