响应面法优化红酒酸奶的制作工艺

阮雁春，冯印

（1.江苏旅游职业学院烹饪科技学院，江苏扬州225100；2.长春科技学院生命科学学院，吉林长春130600）

酸奶是以新鲜牛乳为原料，添加适量白砂糖，经杀菌冷却后，在乳酸菌的作用下发酵制成的一类乳制品。酸奶味道酸甜可口，营养丰富，蛋白质和脂肪利用率高，并含有大量的活性益生菌，具有抗病原菌、促进肠道蠕动、提高免疫力、抗龋齿等多种保健功能[1-2]。此外，原料牛乳中的主要碳水化合物乳糖在发酵过程中被分解，产生乙醛、乙醇、双乙酰等挥发性风味物质，赋予酸奶独特的发酵乳香[3-4]。

红酒，又称红葡萄酒，是由葡萄在密封条件下发酵而成的酒类饮品[5]。红酒色泽鲜艳，口感香醇，在世界范围内广受欢迎。研究表明，适量饮用红酒能增加肠道微生物的多样性，有益肠道健康，而其他酒类如啤酒、烈酒、苹果酒等却没有此关联性[6-7]。此外，红酒中富含多酚类物质、白藜芦醇等生物活性成分，使红酒对人体具有一定的保健功能[8]。

随着酸奶消费市场的发展，单纯的原味发酵酸奶口感单一，选择范围较窄，已不能满足消费者的需要，而添加了具有独特风味和营养价值的功能性物质的酸奶，因其口味丰富，选择性广，食疗合一等特点，正逐渐受到消费者的喜爱。本文以红酒和全脂牛乳为主要原料开发一种红酒酸奶，融合了红酒的清香及酸奶的发酵乳香，不仅能增强酸奶的风味和口感，而且在保留酸奶的营养价值的同时增加了红酒的保健效果，具有较强的市场发展潜力。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

全脂牛乳：内蒙古蒙牛乳业股份有限公司；红酒：烟台蓬泰酒业有限公司；乳酸菌发酵粉[保加利亚乳杆菌（Lactobacillus bulgaricus）、噬热链球菌（Streptococcus thermophilus）]：昆山佰生优生物科技有限公司；氢氧化钠（分析纯）：天津市福禄化工厂；盐酸（分析纯）：南宁化工集团有限公司。

1.2 仪器与设备

电子分析天平（WT-B）：杭州万特衡器有限公司；电热恒温水浴锅（HWS-11）：上海尚道仪器制造有限公司；高压均质机（Scientx-150）：上海史恒仪器设备有限公司；电热恒温培养箱（HN-25S）：上海力辰仪器科技有限公司；离心机（TD3）：湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；凯氏定氮仪（K9840）：济南海能仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

全脂牛乳→配料（红酒，白砂糖）→预热，均质→灭菌→冷却→接种→发酵→冷藏后熟→成品

1.3.2 操作要点

鲜牛乳中加入白砂糖充分搅拌溶解，按比例添加红酒；于 55℃～60℃、10 MPa～15 MPa条件下均质1次～2次。把均质后的混合乳于90℃～95℃杀菌10 min。将杀菌后的混合乳，冷却至45℃左右，无菌条件下接种发酵剂，42℃下培养4 h～5 h。待酸奶凝固后，放入4℃冰箱中，后熟12 h[9]。

1.3.3 红酒酸奶制作优化试验

1）单因素试验：研究红酒添加量、白砂糖添加量、发酵剂接种量、发酵时间对红酒酸奶品质的影响，以4℃下后熟12 h后的感官评分为考察指标，每组试验重复3次，取平均值。

2）响应面法优化：根据单因素试验的结果，确定红酒添加量（A）、白砂糖添加量（B）、发酵剂接种量（C）和发酵时间（D）4个因素为自变量，以感官评分（Y）为响应值，通过Design-Expert 8.0.6软件，采用Box-Behnken设计法，对红酒酸奶的发酵工艺进行响应面优化设计。响应面优化试验设计与水平见表1。

表1 红酒酸奶发酵工艺响应面优化设计与水平Table 1 Optimal design and level of response surface of red wine yogurt fermentation process

1.3.4 产品感官评定

红酒酸奶的感官评定采用评分检验法，选取10位有感官评定经验的人员对产品的综合性质进行评定，从红酒酸奶的色泽、风味、组织状态和口感4个方面进行评分，总计为100分，取平均值为最终结果[10]。感官评分标准见表2。

表2 红酒酸奶感官评定标准Table 2 Sensory assessment criteria for red wine yogurt

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 红酒添加量对红酒酸奶感官品质的影响

在鲜牛奶中分别添加质量分数4%、6%、8%、10%、12%的红酒，8%蔗糖，5%发酵剂，发酵6 h，按照1.3.1工艺流程制作酸奶，以表2为感官评价标准，红酒添加量对酸奶感官品质的影响见图1。

图1 红酒添加量对红酒酸奶感官评分的影响Fig.1 Effect of the red wine addition on sensory score of red wine yogurt

适量的红酒可改善酸奶的风味，当红酒添加量在4%～12%的范围内时，随着红酒添加量的增加，感官评分呈现先升高后降低的趋势。当红酒添加量过小时，红酒风味较淡，酸奶色泽偏白。而红酒添加量过高时，酸奶色泽偏红，红酒味过重，产生明显酒精味，口感变差。当红酒添加量为8%时，酸奶具有红酒清香及发酵乳香，呈微红色，凝固性好。所以红酒的最佳添加量为8%。

2.1.2 白砂糖添加量对红酒酸奶感官品质的影响

在鲜牛奶中分别添加质量分数8%的红酒，再分别加入4%、6%、8%、10%、12%的白砂糖，5%发酵剂，发酵6 h，按照1.3.1工艺流程制作酸奶，以表2为感官评价标准，白砂糖添加量对酸奶感官品质的影响见图2。

图2 白砂糖添加量对红酒酸奶感官评分的影响Fig.2 Effect of the sugar addition on sensory score of red wine yogurt

由图2可知，随着白砂糖添加量的增加，感官评分呈现先升高后降低的趋势，并在添加量为6%时，感官评分达到最大值。当白砂糖添加量过低时，酸奶甜度不足，口感偏酸。而白砂糖添加量过高时，酸奶甜度过高，口感偏甜，产生糖结晶，口感粗糙。当添加量为6%时，酸奶酸甜适中，口感细腻，风味最好。所以白砂糖的最佳添加量为6%，与张小芳[10]的研究结论相近。

2.1.3 发酵剂接种量对红酒酸奶感官品质的影响

在鲜牛奶中分别添加质量分数8%的红酒，8%的白砂糖，再分别接入3%、4%、5%、6%、7%的乳酸菌发酵粉，发酵6 h，按照1.3.1工艺流程制作酸奶，以表2为感官评价标准。发酵剂接种量对酸奶感官品质的影响见图3。

图3 发酵剂接种量对红酒酸奶感官评分的影响Fig.3 Effect of starter inoculum on sensory score of red wine yogurt

当发酵剂接种量在3%～7%的范围内时，随着发酵剂接种量的增加，感官评分呈现先升高后降低的趋势。当发酵剂接种量过低时，发酵不完全，凝固性差。而发酵剂接种量过高时，产酸过多，口感偏酸，酸奶表面产生气泡，并有大量乳清析出，组织状态差。当发酵剂接种量为4%时，酸奶凝固性好，表面光滑无气泡，有少量乳清析出，酸甜适中，口感最好。所以发酵剂的最佳接种量为4%。

2.1.4 发酵时间对红酒酸奶感官品质的影响

在鲜牛奶中分别添加质量分数8%的红酒，8%的白砂糖，5%发酵剂，分别发酵 6、7、8、9、10 h，按照1.3.1工艺流程制作酸奶，以表2为感官评价标准。发酵时间对酸奶感官品质的影响见图4。

图4 发酵时间对红酒酸奶感官评分的影响Fig.4 Effect of fermentation time on sensory score of red wine yogurt

由图4可知，随着发酵时间的增加，感官评分呈现先升高后降低的趋势。当发酵时间过短时，发酵不完全。酸奶凝固性不佳，酸度不足。而发酵时间过长，发酵过度，酸奶酸度过高，乳清大量析出，组织状态变差。当发酵时间为7 h时，酸奶凝固性好，有少量乳清析出，口感细腻，酸甜适中，风味最好。所以最佳发酵时间为7 h。

2.2 响应面试验结果与分析

响应面试验结果与方差分析见表3和表4。

利用Design-Expert8.0.6对表3数据进行回归分析，得到红酒添加量、白砂糖添加量、发酵剂接种量和发酵时间对感官测评得分（Y）的响应值回归方程为：Y=92.60-1.83A-1.08B+3.00C+1.92D+0.50AB-1.25AC+2.25AD-1.50BC+0.75BD-1.75CD-4.22A2-6.34B2-4.22C2-2.09D2。对回归模型进行方差分析，结果如表4所示。该回归模型极显著（p<0.01），失拟项不显著（p>0.05），说明该模型可靠。一次项中的红酒添加量（A）、发酵剂接种量（C）和发酵时间（D）交互项AD及二次项中 A2、B2、C2和 D2的 p 值均小于 0.01，说明对红酒酸奶的感官评分的影响极显著。一次项中的白砂糖添加量（B），交互项中的AC、BC、CD的p值均小于0.05，说明影响显著。

表3 响应面试验结果Table 3 Test results of response surface

表4 回归模型方差分析结果Table 4 Analysis of variance in regression model

根据4个主要因素的F值分析，得到各因素对红酒酸奶感官评分的影响顺序为：发酵剂接种量（C）>发酵时间（D）>红酒添加量（A）>白砂糖添加量（B）。

2.3 响应曲面图分析

各因素交互影响红酒酸奶感官评分的响应曲面图见图5。

图5 各因素交互影响红酒酸奶感官评分的响应曲面图Fig.5 Response surface of each factor influencing sensory score of red wine yogurt

由图5可知，当红酒添加量（A）、白砂糖添加量（B）、发酵剂接种量（C）和发酵时间（D）两两交互作用时，AC、AD、BC和CD的等高线的椭圆度较大，3D曲面的坡度较陡，说明这4组交互作用对红酒酸奶感官评分的影响显著，其中红酒添加量（A）和发酵时间（D）的交互作用对感官评分的影响最大。红酒酸奶的感官评分随红酒添加量（A）、白砂糖添加量（B）、发酵剂接种量（C）和发酵时间（D）的增加均呈现先升高后降低的趋势，说明存在感官评分的极大值点。

2.4 验证试验

经Design-Expert分析可得，红酒酸奶的最佳发酵工艺条件为：红酒添加量6.96%，白砂糖添加量5.76%，发酵剂接种量4.11%，发酵时间6.87 h。在此工艺条件下，产品的预测感官评分达93.32分。考虑实际工艺条件，调整最优发酵工艺条件为：红酒添加量7%，白砂糖添加量6%，发酵剂接种量4%，发酵时间7 h。根据此优化条件进行3次平行验证试验，结果取平均值为93分，与预测值93.32分接近，证明该优化发酵工艺条件的可行性。

3 结论

本文以红酒和酸奶为主要原料，以红酒添加量、白砂糖添加量、发酵剂接种量和发酵时间作为单因素，以感官评分为评价指标，采用单因素试验和响应面试验对红酒酸奶的发酵工艺进行优化。根据单因素试验和响应面优化试验的结果，得到红酒酸奶的最佳发酵工艺条件为：红酒添加量7%，白砂糖添加量6%，发酵剂接种量4%，发酵时间7 h。在此条件下发酵的红酒酸奶，色泽均匀，酸甜适中，组织细腻，具有红酒特有的清香及发酵乳香，感官评分为93分，基本符合消费者期望，为以后红酒酸奶的产品研发提供技术参考。