响应面法优化青麦仁无蔗糖酸奶的加工工艺※

王文婷 肖慧敏 王佳慧 朱启免 唐苗苗

(宿州学院，安徽 宿州 234000)

青麦仁是已经成长得足够饱满，但是并没有完全成熟的麦粒。[1]20世纪60年代，人们常食用青麦仁充饥，满足饱腹的需求。如今，由于人们生活需求的不断满足与提高，以及青麦仁嫩绿的色泽、清新自然的独特风味和丰富的营养，使其深受大众喜爱，成为一种新型的健康食品。[2-3]近些年，无蔗糖食品在市场上也越来越流行，逐渐被追求健康的人认可。无蔗糖类食品主要通过增加糖的味感，却不增加体内糖的摄入量进而达到有利于人体健康的目的。无蔗糖食品不仅作为糖尿病患者的替代性糖类，也为越来越多的减脂、防龋齿等人群所食用。[4]

目前，酸奶及相关制品一般通过添加糖类以增加其风味，而本研究选用麦芽糖醇代替蔗糖。麦芽糖醇是一种极易溶于水且具有一定功能的甜味剂，它热量极低，有利于控制患者的血糖，也经常被用作儿童食品，具有防龋齿的效果，同时能够有效促进二价钙离子吸收。[4-5]市场上的酸奶种类繁多，但是添加青麦仁全粉并完全无蔗糖的酸奶并未出现。因此，选用青麦仁、麦芽糖醇等作为添加原料，通过单因素及响应面优化试验得到青麦仁无蔗糖酸奶的最佳制作工艺，可为青麦仁的开发以及功能性复合酸奶的研制提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 主要材料

脱脂纯牛奶(内蒙古伊利实业集团股份有限公司)；保加利亚乳杆菌(安琪酵母股份有限公司)；嗜热链球菌(安琪酵母股份有限公司)；速冻青麦仁(永城付利农产品合作社)。

1.2 主要仪器

电子天平(上海越平科学仪器有限公司，AL104)；电热恒温鼓风干燥箱(天津中环电子公司，DH-101-3S)；高压均质机(顺仪设备公司，APV- 60)；单人超净工作台(苏州净化设备有限公司，SW-CJ-ID)；恒温发酵箱(河南绿科电器科技有限公司，LK-118SNJ)。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

1.3.1.1 制作工艺

脱脂纯牛奶→混料→均质→灭菌→冷却→接种→发酵→冷藏后熟→成品[6-8]

1.3.1.2 操作要点

(1)青麦仁全粉制备：在室温条件下对速冻青麦仁进行解冻，去除其中的杂质以及瘪粒、虫蚀粒等不完善粒。将籽粒饱满、色泽碧绿的青麦仁在50℃烘烤12h，充分干燥后粉碎，最后通过80目筛，可得青麦仁全粉，将其置于密封袋进行密封保存。

(2)混料：将一定量的麦芽糖醇、青麦仁全粉按一定的比例混合，充分均匀地加入脱脂纯牛奶中。

(3)均质：用高压均质机在20MPa对物料均质约10min，使物料充分混合并不会出现分层、沉淀等。

(4)灭菌冷却：均质后的物料置于90℃杀菌处理15min，取出冷却至约42℃。

(5)接种：在无菌环境下，将3%的发酵剂按照保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌质量比为1∶1的比例接入牛奶中。同时，注意防止菌群与其他非所需微生物间存在的污染。

(6)发酵：将接入发酵剂的牛奶分别装入100mL的烧杯中，用密闭性良好的保鲜膜对烧杯口进行密封，放置在一定温度的恒温发酵箱中发酵一定时间，达到凝固状态。

(7)冷藏后熟：置于4℃保存12～24h得成品。

1.3.2 单因素试验设计

1.3.2.1 麦芽糖醇加入量对酸奶品质的影响

在青麦仁全粉加入量为3%，发酵温度为42℃，发酵时间为6h的条件下，研究麦芽糖醇加入量分别为4%、8%、12%、16%、20%、24%时，对酸奶品质的影响。

1.3.2.2 发酵时间对酸奶品质的影响

在青麦仁全粉加入量为3%，发酵温度为42℃，麦芽糖醇加入量为20%的条件下，研究发酵时间依次在4h、5h、6h、7h、8h、9h时，对酸奶品质的影响。

1.3.2.3 发酵温度对酸奶品质的影响

在青麦仁全粉加入量为3%，发酵时间为6h，麦芽糖醇加入量为20%的条件下，研究发酵温度依次为36℃、38 ℃、40℃、42 ℃、44℃、46℃时，对酸奶品质的影响。

1.3.2.4 青麦仁全粉加入量对酸奶品质的影响

当发酵时间为6h，麦芽糖醇加入量为20%，发酵温度为42℃的条件下，研究青麦仁全粉加入量依次在1%、2%、3%、4%、5%、6%时，对酸奶品质的影响。

1.3.3 响应面优化试验设计

根据单因素试验，建立Box-Behnken Design模型，在试验的基础上研究麦芽糖醇加入量(A)、青麦仁全粉加入量(B)、发酵时间(C)、发酵温度(D)对制作青麦仁无蔗糖酸奶品质的影响。试验设计因素水平如表1所示。

表1 试验设计因素水平表

1.3.4 感官评定标准

随机选择100人(其中男女各占一半)参与感官评定，从香气、口感、色泽以及组织状态四方面进行打分[8-9]。其中，感官得分共计100分，香气、口感、色泽以及组织状态所占比例依次为25%、30%、20%、25%。评定标准如表2。

表2 感官评分标准

2 结果与讨论

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 麦芽糖醇加入量对酸奶品质的影响

通过图1可见，当麦芽糖醇加入量小于20%时，随麦芽糖醇增加，酸奶口感越佳；当麦芽糖醇加入量超过20%后，随麦芽糖醇增加，酸奶口感下降，过于甜腻。因此，最佳麦芽糖醇加入量为20%。

图1 麦芽糖醇加入量对酸奶品质的影响

2.1.2 发酵时间对酸奶品质的影响

通过图2可见，当发酵不足6h时，酸奶的风味随发酵时间的增加，口感越来越好，色泽越佳；当超过6h后，随着时间的不断延长，酸奶的品质、色泽、风味均逐渐下降。因此，最佳发酵时间为6h。

图2 发酵时间对酸奶品质的影响

2.1.3 发酵温度对酸奶品质的影响

通过图3可见，发酵温度低于42℃时，随着温度的增加，酸奶的口感越好，感官得分越高；但发酵温度超过42℃后，酸奶的乳味明显减弱，口感欠佳，酸奶的感官得分有所降低。因此，最佳发酵温度为42℃。

图3 发酵温度对酸奶品质的影响

2.1.4 青麦仁全粉加入量对酸奶品质的影响

图4 青麦仁全粉加入量对酸奶品质的影响

通过图4可见，在青麦仁全粉加入量低于3%时，酸奶的感官得分随着加入量的增加而升高；当青麦仁全粉加入量大于3%后，酸奶的感官得分随着加入量的不断增加越来越低。因此，最佳青麦仁全粉加入量为3%。

2.2 响应面优化结果分析

2.2.1 回归模型分析

在单因素试验基础上，依据Box-Behnken原理，分别以A：麦芽糖醇加入量，B：青麦仁全粉加入量，C：发酵时间，D：发酵温度这四个因素作为考察因子，研究各因素间交互作用对酸奶品质的影响，响应面结果见表3。依据Design-Expert软件，对数据进行方差与显著性分析，结果见表4。对数据进行多项拟合，得回归方程：感官得分Y=92.40-1.75A+0.58B+0.75C+2.42D+0.25AB-0.25AC+0.2AD+1.00BC+1.00BD+3.0CD-4.87A2-3.87B2-5.87C2-6.62D2。对此模型进行分析，P值为0.000 1，小于0.01，说明回归模型极显著；失拟项P值为0.950 6，大于0.05，不显著，说明此模型吻合实际情况，即试验中不可知、不可控因素对试验结果影响较小，方程对试验有较好的拟合性[10]。该模型的相关系数R2=0.903 6，说明Y的变化有90.36%与A、B、C、D四个因素有关，拟合程度较好，试验误差小。此外，由分析结果可知麦芽糖醇加入量对酸奶品质的影响作用极显著，发酵温度影响作用显著，发酵温度与发酵时间的交互作用对酸奶品质的影响作用显著。

表3 响应面结果

表4 方差分析结果

2.2.2 响应面分析

依据Design-Expert，获得不同考察因子之间交互作用对酸奶品质影响的响应面三维图，如图5所示。若三维图中的曲线越陡，则表明两因素交互作用对酸奶品质的影响越大；反之亦然[11]。因此，由图5可知，C(发酵时间)D(发酵温度)交互作用对酸奶品质的影响>A(麦芽糖醇加入量)D(发酵温度)交互作用对酸奶品质的影响>B(青麦仁全粉加入量)C(发酵时间)交互作用对酸奶品质的影响>A(麦芽糖醇加入量)C(发酵时间)交互作用对酸奶品质的影响>B(青麦仁全粉加入量)D(发酵温度)交互作用对酸奶品质的影响>A(麦芽糖醇加入量 )B(青麦仁全粉加入量)交互作用对酸奶品质的影响，其中，CD交互作用对酸奶品质的影响显著，这与方差分析结果吻合。另外，由图5可见，响应面存在最高点，说明响应值存在最大值，结合回归模型，通过响应面软件能够预测出青麦仁无蔗糖酸奶的理论最优制作工艺条件：青麦仁全粉加入量3.01%、麦芽糖醇加入量19.10%、发酵时间6.11h、发酵温度42.61℃，此时感官得分最高，达95.06分。

图5 不同因素交互作用对酸奶品质的影响

2.2.3 验证试验

为了对响应面优化试验结果的准确性进行验证并方便操作，对青麦仁无蔗糖酸奶的最佳加工工艺进行一定修订：青麦仁全粉加入量3%、麦芽糖醇加入量19%、发酵时间6h、发酵温度43℃。在该工艺条件下进行3次独立试验，酸奶品质最佳时的感官得分为95.14±0.38分，与响应面预测结果接近，说明本试验中得到的酸奶制作工艺可靠。

3 结论

将蔗糖用麦芽糖醇进行替代，符合当代人对健康、营养的需求，同时，加入适量的青麦仁全粉增加了酸奶的清香，口感更加清新、香甜，具有较大的实用价值。经过单因素及响应面优化得到青麦仁无蔗糖酸奶的最佳加工工艺：麦芽糖醇加入量19%、青麦仁全粉加入量3%、发酵时间6h、发酵温度43℃，此时酸奶细腻顺滑，酸甜适中，有青麦仁香气，品质最佳。