响应面法优化黑果枸杞酸奶工艺研究①

蒋变玲, 许雪华，陈 琼，韩方凯，段 红

(宿州学院生物与食品工程学院，安徽 宿州 234000)

0 引 言

黑果枸杞是一种药食两用的茄科枸杞属灌木植物，主要分布于我国西北地区[1]。果实中含丰富的多酚类化合物等营养物质，被称为“软黄金”，具抗氧化、降血脂及免疫调节等保健及药用价值[2]。酸奶中的营养物质和乳酸菌等，能够调节肠道菌群平衡、增强机体免疫力[3]。黑果枸杞的产品研发较少，目前所研发的产品有黑果枸杞果酒、果醋、复合饮料等[4]，但少见黑果枸杞凝固型酸奶研发的相关报道。将黑果枸杞与复原乳混合后发酵制成凝固型酸奶，通过试验确定酸奶的最佳工艺，为黑果枸杞凝固型酸奶的研制提供理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

黑果枸杞；伊利全脂奶粉；酸奶发酵菌(嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌等)；白砂糖。

1.2 仪器与设备

FA1104B型分析天平(上海越平科学仪器有限公司)；TMS型质构仪(美国FTC公司)；HVE-50型高压蒸汽灭菌锅(日本平山制作所)；SW-CJ-FG型超净工作台(苏州净化设备有限公司)；HP-TD1型手持式折光仪(日本Nohawk公司)。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

全脂奶粉→调配→添加原辅料→均质→灭菌→冷却→接种→发酵→冷藏后熟→成品[5]。

1.3.2 黑果枸杞酸奶最佳配方的确定

1.3.2.1 单因素试验确定工艺条件范围

固定白砂糖9%、菌粉1.0%、发酵5h，考察黑果枸杞汁添加量分别为4%,6%,8%,10%,12%对酸奶感官指标的影响；固定黑果枸杞汁8%、菌粉1.0%、发酵5h，考察白砂糖添加量分别为8%,9%,10%,11%,12%对酸奶感官指标的影响；固定黑果枸杞汁8%、白砂糖9%、发酵5h，考察菌粉接种量分别为0.6%,0.8%,1.0%,1.2%,1.4%对酸奶感官指标的影响；固定黑果枸杞汁8%、白砂糖9%、菌粉1.0%，考察发酵时间分别为4h,5h,6h,7h,8h对酸奶感官指标的影响。

1.3.2.2 Box-Behnken响应面优化确定最佳工艺条件

根据单因素试验结果，以黑果枸杞汁添加量、菌粉接种量和发酵时间3个因素对加工工艺进行响应面优化，以感官评定分数为响应值。各因素水平见表1。

表1 响应面优化试验因素水平表

1.3.3 感官指标测定

按照国标19302-2010《食品安全国家标准发酵乳》[6]中凝固酸奶感官指标要求，组织10名(男女各5人)经过专业培训的感官评价人员，对酸奶的组织形态、口感、色泽、气味和滋味进行评价[7]。

表2 黑果枸杞酸奶感官评定标准

1.3.4 产品指标测定

采用质构仪测定酸奶[8]理化指标及微生物指标：参照相关文献执行[6]。

2 结果与分析

2.1 黑果枸杞酸奶单因素试验结果分析

黑果枸杞汁添加量对酸奶品质的影响如表3所示。当其他因素相同，黑果枸杞汁添加量低于8%时，酸奶的各项指标呈上升趋势。当添加量为8%时，酸奶具有黑果枸杞独特风味、口感较好，感官评分最高；当添加量高于8%，感官评分下降，酸度偏高；酸奶的硬度和黏附性略微增大，弹性降低。可能是由于黑果枸杞汁添加量较高时，发酵原料中的干物质比例减少，所以酸奶的酸度和粘度降低，组织形态变差，乳清析出增加[5]。因此，选择8%的黑果枸杞汁添加量。

表3 黑果枸杞汁添加量对酸奶品质的影响

由表4可知，感官评分在白砂糖添加量为9%时达到最大值。糖添加量高于9%时，会导致酸奶甜度过高，影响酸度，且酸奶凝乳不均匀、组织粗糙、稠厚感差，但对酸奶的硬度和弹性影响较小。此外，加糖量过高会影响乳酸菌的生长与发酵[9]。白糖添加量过低，会导致产品甜较弱，口感欠佳。

表4 白砂糖添加量对酸奶品质的影响

由表5可知，菌粉接种量为1%时，酸奶凝乳最好，感官评分为93.0分。菌粉接种量不足，发酵不完全，酸奶凝乳不均匀，黏附性差，口感稀薄且酸味不足，无明显香味。当接种量较高时，酸度较高，导致酸奶中的蛋白质脱水收缩，硬度增加，黏附性和弹性降低，口感不佳；这可能是由于不同的接种量导致乳中酪蛋白凝集作用被促进或抑制，造成了质构的改变[10]，而菌粉接种量过少则发酵不完全，过多则出现发酵过度的现象[11]。故选择菌粉添加量为1.0g进行响应面优化试验。

表5 菌粉接种量对酸奶品质的影响

由表6可知，酸奶发酵时间过短，乳酸菌产酸不足，蛋白质变性程度低，酸奶组织结构不稳定，口感偏甜，质构指标较低；发酵越长，产酸量越高，酸甜比例失调，酸奶的持水率下降，质构指标降低，影响感官品质[12]。发酵时间为5h时，酸度的感官指标较好，故选择5h的发酵时间为响应面优化试验的零点。

表6 发酵时间对酸奶品质的影响

2.2 黑果枸杞凝固型酸奶响应面优化

2.2.1 响应面试验结果

由单因素试验结果可知，黑果枸杞汁添加量A、菌粉接种量B和发酵时间C对酸奶品质影响较大，确定为自变量，以感官评分为因变量Y，利用Box-Behnken对黑果枸杞酸奶工艺进行优化，试验设计及结果如表7所示。

表7 Box-Behnken优化试验设计结果

2.2.2 数学模型的建立

利用Design-expert对表7数据进行统计分析，得到感官评定分值Y与自变量A,B,C的回归方程为Y=93.00+1.00A-2.37B-0.38C+0.75AB-1.75AC+0.000BC-3.75A2-2.50B2-5.00C2。对该方程进行方差分析，结果如表8所示。

2.2.3 因素交互作用相应曲面分析

响应面曲面图中曲线坡度越陡，则表明该因素对黄酮提取量的影响越大，曲线坡度缓，那么该因素的影响就较小[13]。由图1可知，在黑果枸杞汁添加量为8%、发酵时间为5h时，A和C之间的响应面较陡峭，因此其具有极显著的交互作用。AB,BC之间的交互作用不显著，这与表8中的分析结果一致。经软件分析得出黑果枸杞酸奶的最佳工艺条件：黑果枸杞汁添加量8.20%、菌粉接种量0.91%、发酵时间4.91h，酸奶感官评分预测值为93.61分。

表8 方差分析

图1 不同因素交互作用对酸奶感官评分影响

2.3 最佳工艺条件的验证

为验证响应面优化试验预测所得的最佳工艺条件参数，按照黑果枸杞汁添加量、菌粉接种量、发酵时间分别为8.20%,0.91%,4.91h的条件进行3次重复试验，得到感官评分均值为93.58分，与预测值较接近，说明响应面法优化的结果可靠。

2.4 黑果枸杞凝固型酸奶理化指标及微生物指标结果分析

黑果枸杞酸奶的总固形物含量(23.4%)、持水率(18.98%)、脂肪含量(3.4%)、蛋白质含量(3.3%)均符合相关国家标准；微生物指标中，乳酸菌含量(3.4×108/g)符合相关国家标准，而致病菌未检出，符合国家标准。

3 结 论

黑果枸杞营养物质含量丰富，且配比合理，应用范围广，但目前产品研发还没有进入正轨[2, 4]。将药食两用的黑果枸杞加入到复原乳中制备凝固型酸奶，为黑果枸杞的研发提供理论依据和参考。根据单因素试验确定黑果枸杞酸奶发酵基础试验条件，响应面法优化得出酸奶制备最佳工艺为：黑果枸杞汁添加量为8.20%，白砂糖添加量为9%，菌粉接种量为0.91%，42℃发酵4.94 h，在此条件下，所得黑果枸杞酸奶色泽适宜，组织状态良好、质地均匀、酸甜可口，具有黑枸杞特有的滋味和香气，各项指标均符合国家相关标准。