响应面法优化艾草酸奶的发酵工艺

王婷婷 贾娟

摘要 [目的]优化艾草酸奶的发酵工艺。[方法]以感官评价为指标，在单因素试验的基础上，利用响应曲面对试验方法进行分析，优化艾草酸奶的发酵工艺。[结果] 艾草酸奶的最佳生产工艺参数为接种量40 g/kg，发酵时间4.7 h，艾草汁添加量90 g/kg，蔗糖添加量70 g/kg。以此条件发酵出的艾草酸奶感官评分为91.66分，与预测值92.76分较一致。[结论]该研究为艾草酸奶的发酵提供了一定的理论依据，丰富了酸奶种类，具有广阔的市场前景。

关键词 艾草;酸奶;响应面;感官品质

中图分类号 TS252.54文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）17-0151-04

Abstract[Objective]To optimize the fermentation technology of Artemisia argyi yogurt. [Method]With sensory score as evaluation index，based on single factor experiments， the fermentation process were optimized by response surface method. [Result]A. argyi yogurt processing parameters were optimized as inoculum 40 g/kg，fermentation time 4.7 h， the addition of A. argyi juice 90 g/kg， the sucrose content 90 g/kg.Under the conditions，the sensory score of A. argyi yogurt was 91.66，which was consistent with the predicted value of 92.76. [Conclusion]The study provided the theoretical foundation about processing technology of A. argyi yogurt. It enriched the types of yogurt and had broad market prospects.

Key words Artemisia argyi;Yogurt;Response surface;Sensory quality

酸奶作為集营养保健为一体的多功能食品[1]，一直受到消费者的青睐，特别是近几年在酸奶中添加膳食纤维、茶多酚[2]等活性成分，得到了人们的高度认可。艾草既是我国传统的中药，也是一种营养丰富的蔬菜[3]，其含有丰富的有效成分，因而具有增强免疫力、延缓衰老等多种生理作用，用艾草做出的酸奶既有艾草特殊的清香和酸奶的混合气味，又能使产品保健增效，具有广阔的市场前景。笔者通过研究艾草对酸奶品质的影响，确定艾草酸奶的最佳生产工艺，对艾草添加量、接种量、发酵时间和蔗糖添加量等参数进行优化，从而提高酸奶的品质，促进酸奶品种多样化，也为开发我国丰富的野生艾草资源开辟一条新的研发途径。

1 材料与方法

1.1 材料与器材

1.1.1 材料。生牛乳，市售;蔗糖、纯净水、艾草，均在漯河市的集市购买。

1.1.2 器材。冰箱（河南新飞电器集团有限公司）;C21-ST2106型电磁炉（广东美的电器有限公司）;JA2003型电子天平（上海精天电子仪器有限公司）;精密pH计（北京云浮科技有限公司）;CYB型高压均质机（郑州玉祥灌装机械设备有限公司）;DNP-9162-1型电热恒温培养箱（长沙腾健医疗器械有限公司）;BC/BD-68HA温度计;榨汁机;烧杯;量筒等。

1.2 加工方法

1.2.1 工艺流程。艾草酸奶工艺流程见图1。

1.2.2 工艺要点。

1.2.2.1 艾草汁的制备。选用组织鲜嫩、无腐烂变质的艾叶，将其反复清洗，剪成大小1 cm左右的小块，称取一定量艾叶，于5倍水体积中浸泡一段时间后用多功能榨汁机榨汁，5层纱布过滤，挤压得艾草汁于冷藏冰箱内备用。

1.2.2.2 原料乳的验收。生牛乳的检验标准是国家乳品生鲜乳的安全标准;验收标准是乳品企业的《原料牛乳验收规程》;原料乳验收后过滤备用。

1.2.2.3 配料混合、均质。将牛奶、艾叶汁、蔗糖等按照设计比例进行调配，混合均匀后将混合物在60 ℃、25 MPa下进行2次均质处理。

1.2.2.4 杀菌、冷却、接种。将混合物加热95 ℃左右煮沸，保温5～10 min后，冷却到42 ℃，将发酵乳接种于冷却后的乳中，搅拌均匀。

1.2.2.5 发酵。将接种后乳迅速移至42 ℃左右恒温箱内发酵，当pH=4.6左右时，终止发酵。

1.2.2.6 冷藏。将发酵好的酸乳于4 ℃冰箱内12～24 h完成后发酵，用于发酵乳芳香物质的产生。

1.2.2.7 检验。按照GB19302—2010《食品安全国家标准发酵乳》和GB 2746—1999《酸牛乳》对产品进行感官检验评定。

1.2.3 艾叶酸奶的感官评价[4]。评价小组是由10名食品加工专业并且经训练过的人员组成，他们熟悉酸奶的加工过程，熟悉相关产品的感官评价标准。评价标准主要为产品的色泽、气味、口感和组织状态4类，取10人的平均分作为结果，评价标准如表1。

1.2.4 艾草酸奶的理化检测[5]。蛋白质的检测采用凯氏定氮法，按照 GB 5009.5—2010《 食品中蛋白质的测定》执行;脂肪的测定采用索氏抽提法，按照GB/T 5413.3—2010《乳品中的脂肪测定》执行;酸度检测采用酸碱滴定法，按照GB/T 5413-34《乳制品酸度测定》执行。

1.2.5 微生物指标检测。微生物检测主要按照GB 4789.18—2010《乳与乳制品检验》执行。

1.2.6 艾草酸奶的单因素试验。在其他条件不变的情况下，依次改变艾草汁添加量、蔗糖添加量、接种量、发酵时间进行单因素试验，以感官评价为指标，确定出影响艾草酸奶的因素水平。

1.2.7 响应面试验设计。在单因素试验的基础上，确定影响艾草酸奶感官最为主要的因素，然后对这些因素进行Box-Behnken 试验设计，以感官评分为响应值，从而得到优化的提取工艺参数[6]。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 艾草汁添加量对艾草酸奶的影响。在蔗糖添加量为70 g/kg，发酵乳接种量为40 g/kg，发酵时间为4.5 h的条件下，分别添加60、70、80、90、100 g/kg的艾草汁，对发酵后的酸奶进行感官评价。

艾草汁是艾草酸奶的特征成分，可以赋予酸奶特有的功能，但是艾草汁的添加也会影响到菌种的生长繁殖，有可能对发酵产品的代谢产物含量造成一定影响，从而影响到酸奶的颜色和口感。由图2可知，添加不同比例的艾草汁影响酸奶综合评分，艾草汁比例在80～90 g/kg时，酸奶的口感细腻，有艾草淡淡的清香味，色泽和风味较好，感官评分高;当艾草汁比例在60～70 g/kg时，酸奶味太重，艾草的风味不足;艾草汁比例在100 g/kg时，颜色深绿，组织状态粗糙，艾草味太浓，已经完全掩盖了酸奶的风味。根据感官品质评分，分值随着艾草汁添加量的增加先提高后降低，在添加量在90 g/kg时感官分值达到最大，故选用90 g/kg左右的艾草添加量作为后续研究数据。

2.1.2 蔗糖添加量对艾草酸奶的影响。在艾草汁添加量为90 g/kg，发酵乳接种量为40 g/kg，发酵时间为4.5 h的条件下，分别添加50、60、70、80和90 g/kg的蔗糖，对发酵后的酸奶进行感官评价。

蔗糖是制作酸奶时最常用的甜味剂[7]，可以提高产品的黏度[8]，增加产品的稳定性，给予酸奶适当的风味和良好的口感。由图3可知，蔗糖用量在50 g/kg时，口味偏酸，酸奶的酸甜口感不协调，蔗糖用量提高到 60、70和80 g/kg时，产品的组织状态均细腻，产品的感官评分好，评分都在85分以上，尤以添加量为70 g/kg时酸奶酸甜可口，黏度适中且无乳清析出。添加量小于60 g/kg则甜度不够，酸奶味道不浓厚，添加量 为90 g/kg时甜度过高，掩盖了酸奶特殊香味。这可能是由于蔗糖添加过多会产生高渗透压而抑制乳酸菌的生长繁殖[9]。综合感官评定结果，选取蔗糖添加量70 g/kg作为后续研究数据。

2.1.3 接种量对艾草酸奶的影响。在艾草添加量为90 g/kg，蔗糖添加量为70 g/kg，发酵时间为4.5 h的条件下，分别添加30、35、40、45和50 g/kg的接种量，对发酵后酸奶进行感官评价。

接种量的多少是影响酸奶最终品质的主要因素。可以在保证成品质量的前提下，节省时间，降低生产成本[10]。由图4可知，随着接种量的不断升高，感官分值出现先升高后下降的趋势。当接种量为40 g/kg 时，感官评分最高，此时酸奶风味柔和，组织细腻，口感好;当接种量大于40 g/kg 时，酸奶有乳清析出，口味偏酸。因此，艾草酸奶的最佳菌种添加量为 40 g/kg。

2.1.4 发酵时间对艾草酸奶的影响。在艾草汁添加量为90 g/kg，蔗糖添加量为70 g/kg，发酵乳接种量为40 g/kg的条件下，分别发酵3.5、4.0、4.5、5.0、5.5 h，对发酵后的酸奶进行感官评价。

由图5可知，当产品发酵时间为3.5 h时，凝乳状态差，有乳清析出，感官评分比较低，这可能是由于酸奶刚开始发酵，蛋白质胶体结构没有形成，不能包裹乳中水分，所以会有乳清析出现象[9];当达到4.5 h时，感官评分达到最高，随着发酵时间的增加，也有大量乳清析出，这可能是由于发酵时间增加，乳酸菌持续发酵，使产品析出了水样物质，产品的感官评分偏低[11]。因此，最佳发酵时间为4.5 h。

2.2 响应面试验

2.2.1 响应面方差试验分析。综合单因素试验分别选取对艾草酸奶感官品质有影响的发酵乳接种量（A）、发酵时间（B）、艾草汁添加量（C）和蔗糖添加量（D）这4个因素为自变量，每个变量分别以-1，0，1 表示，以感官评分为响应值，设计响应面试验（表2），利用Design-Expert.V8.0.6软件进行4因素3水平响应面试验，确定艾草酸奶的最佳工艺条件（表3）。

通过对表3所示结果进行响应面分析，经过二次回归拟合后，得出拟合方程如下：

感官评分=92.20+0.75A+0.67B+1.83C+0.42D+0.25AB+1.00AC+2.00AD+2.25BC+0.50BD+0.25CD-1.77A 2-1.89B 2-4.64C 2-4.52D 2

方差分析结果表明，因变量和自变量之間相关性极显著（R=326.81/352.69=0.926 6），模型的F值为12.63（P<0.001），说明回归模型极显著。失拟项不显著（P=0.130 7），说明模型拟合度良好，可以用来预测艾草保健酸奶的最佳组合情况。蔗糖添加量和接种量两因素间的交互作用影响显著（P<0.05），发酵时间和艾草汁添加量两因素间的交互作用影响显著（P<0.05）;从单个因素影响来看，艾草汁添加量对产品感官评分的影响较大，其次是接种量、发酵时间，对产品感官评分影响最小的是蔗糖添加量。由图6～9可知，随着各交互因素添加量的增大，艾草酸奶的感官品质分值都呈现先升高后降低的趋势。

f Artemisia argyi yogurt

2.2.2 艾草酸奶最佳工艺条件的确定。通过响应面优化，得到最佳提取条件为接种量41.7 g/kg，发酵时间4.7 h，艾草汁添加量93.3 g/kg，蔗糖添加量70 g/kg，预测艾草酸奶的感官评分达92.76分。

2.3 产品质量各指标的测定

2.3.1 艾草酸奶感官指标。该品为浅绿色或淡黄色，色泽均匀，气味协调，没有乳清析出，具有艾草和酸奶特有的风味，口感细腻、柔和，酸甜比例合适。

2.3.2 艾草酸奶品质。蛋白质含量3.36%，脂肪含量4.8%，酸度82.2 °T，乳酸菌数≥3.2×10 8 CFU/mL，致病菌未检出。

3 结论

由单因素试验得到艾草酸奶发酵前期的试驗条件范围，为下一步响应面优化试验提供条件。经响应面优化得出艾草酸奶的最优工艺配方，为了对此结果进行验证，也为了方便实际操作，在接种量、发酵时间、艾草汁添加量、蔗糖添加量分别为40 g/kg、4.7 h、90 g/kg、70 g/kg条件下，艾草酸奶的感官评分为91.66分，与预测值很接近，说明响应面法优化的结果可信度大。该试验建立的数学模型能较好地预测各因素与感官评分之间的关系，减少了试验操作的盲目性，也为实际生产提供了一定的理论依据[12]。

参考文献

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