响应面法优化黄芪保健酸奶的工艺研究

王 丹

（徐州生物工程职业技术学院，江苏徐州 221000）

黄芪是一味常见中药，常被用于保健品中，其有效成分为黄芪多糖。研究表明，黄芪具有提高免疫力、抗衰老、防癌症和软化心血管等功效。酸奶营养丰富且风味较佳。将黄芪多糖加入到酸奶中，能有效提升酸奶的保健功能和价值。本文将黄芪提取液与脱脂牛奶共同发酵，以感官评分为考察指标，从蔗糖添加量、黄芪提取液添加量、发酵时间三方面优化，可为黄芪保健酸奶的研发提供参考。

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；蔗糖，食品级，徐州玉堂食品公司；保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌，本实验室保藏。

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

a)黄芪饮片→粉碎过筛→高温超声提取→醇沉→浓缩→黄芪提取液

b)脱脂牛奶+黄芪提取液→混合均质→灭菌→接种→发酵→冷藏后发酵→黄芪保健酸奶

1.3.2 操作要点

黄芪提取液的制备：将黄芪饮片粉碎过筛后，加一定比例的水，在75 ℃、450 W 条件下超声提取15 min，加乙醇沉降，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比例混均，过均质机，调整压力18 MPa，均质2 min。

发酵：将保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌接种于灭菌后常温混合液中，42 ℃下发酵。

后熟：将发酵成型后的酸奶在4 ℃下发酵24 h。

1.3.3 单因素试验设计

1.3.3.1 黄芪提取液添加量的确定

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%）对感官评分的影响。

1.3.3.2 蔗糖添加量的确定

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%）对感官评分的影响。

1.3.3.3 菌接种量的确定

蔗糖添加量10%，黄芪提取液添加量5%，发酵时间5.5 h 时，考察菌种接种量（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%、4.5%）对感官评分的影响。

1.3.3.4 发酵时间的确定

蔗糖添加量10%，黄芪提取液添加量5%，菌接种量1.5%时，考察发酵时间（4.0 h、4.5 h、5.0 h、5.5 h、6.0 h、6.5 h、7.0 h、7.5 h、8.0 h）对感官评分的影响。

1.3.4 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（Y）为响应值，进行响应面优化试验。每组做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

1.3.5 指标测定

感官评定方法：挑选10 个熟悉专业感官评价的评价人员对黄芪保健酸奶从色泽、气味、口感、组织状态4 个方面进行感官评价，最终评价得分为3 次试验的平均值。黄芪保健酸奶的感官评测标准见表2。

表2 黄芪保健酸奶感官评定标准

2 结果与分析

2.1 蔗糖添加量的确定

蔗糖添加量对黄芪保健酸奶品质的影响见图1。

图1 蔗糖添加量对黄芪保健酸奶品质的影响

由图1 可知，随着蔗糖添加量的增加，感官评分先升高后降低，当添加量为8%～12%时感官评分均在85 分以上。因此，选择蔗糖最适添加量范围为8%～12%。

2.2 黄芪提取液添加量的确定

黄芪提取液添加量对黄芪保健酸奶品质的影响见图2。

图2 黄芪提取液添加量对黄芪保健酸奶品质的影响

由图2 可知，随着黄芪提取液添加量的逐渐升高，感官评分先升高后降低，当添加量在4%～6%之间时，感官评分结果均高于85 分。因此，选择黄芪提取液添加量范围为4%～6%。

2.3 菌种接种量的确定

菌种接种量对黄芪保健酸奶品质的影响见图3。

图3 菌种接种量对黄芪保健酸奶品质的影响

由图3 可知，随着接种量的升高，感官评分先升高后降低，但在一定范围内菌种接种量对感官评分影响不如其他单因素显著，因此，选择最佳接种量为3%。

2.4 发酵时间的确定

发酵时间对黄芪保健酸奶品质的影响结果见图4。

图4 发酵时间对黄芪保健酸奶品质的影响

由图4 可知，随着发酵时间的延长，感官评分先升高后降低，当发酵时间在5.0 h～6.0 h 时，感官测评得分均高于85 分。因此，选择发酵时间范围为5.0 h～6.0 h。

2.5 模型的建立及参数分析结果

黄芪保健酸奶发酵中心组合试验设计矩阵及试验结果见表3，方差分析结果见表4。蔗糖添加量、黄芪提取液添加量、发酵时间对感官评分（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。由方差分析和显著性检验可知，感官测评得分的模型中的P值＜0.01，说明该模型的感官评分极显著；失拟项P 值为0.402 8（P＞0.05），说明不显著；同时该模型的R2为0.997 9 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 黄芪保健酸奶发酵工艺优化试验设计结果

表4 方差分析

模型回归系数显著性检验结果表明，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。

2.6 响应曲面结果分析

利用Design-Expert7.0 中的等高线图和3D 图对3 因素间的交互作用进行分析，结果如下页图5所示。

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

图5 等高线和响应面图

2.7 试验优化结果

由试验结果分析可得，以感官评分为考察指标，得到黄芪保健酸奶发酵最优工艺条件为：蔗糖添加量10.07%，黄芪提取液添加量4.95%，发酵时间6.0 h，预测此工艺条件下黄芪保健酸奶感官评分为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5%，发酵时间6.0 h，做3 次平行试验取平均值，黄芪保健酸奶感官评分为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黄芪提取液，与传统酸奶发酵工艺相结合，研制出一种黄芪保健酸奶，并对其发酵工艺参数进行了优化。采用单因素试验考察了蔗糖添加量、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。在单因素试验的基础上，以蔗糖添加量、黄芪提取液添加量、发酵时间为自变量进行响应面法优化。试验结果表明，黄芪保健酸奶的最佳工艺参数为：蔗糖添加量10%，黄芪提取液添加量5%，菌种接种量3%，发酵时间6 h，最终感官评分为88 分，与模型预测值十分接近。本研究为保健酸奶的开发研究提供了一条新思路。