响应面法优化蒲公英柚子酸奶工艺研究

赵建英，白建

（吕梁学院生命科学系，山西 吕梁 033001）

蒲公英是一种药食两用的植物[1]，含有多种生物活性物质，如黄酮类物质、多糖、酚类化合物等[2]，不仅营养丰富、味道鲜美，而且还可以抑制多种病原菌。Lis等[3]发现蒲公英的抗氧化性对心血管疾病的治疗有很大帮助。它的药用和食用价值都很高[4-5]，临床研究表明，蒲公英有保护肝胆、提高免疫力等多重功效，而且其毒性较低可长期食用[6-7]。因此，蒲公英在食品、药品等领域还有很大的开发及利用价值。

柚子是日常生活中一种常见的水果[8]，种植于亚洲、东南亚很多国家和地区，ZHOU等[9]发现柚子授粉后生长期会有所缩短。其食用部位主要是果肉，果肉中含有丰富的活性多糖、果胶等，这些活性物质具有抗氧化活性，能够降低血糖和血脂并且有解暑止渴、去除油污以及延缓衰老的功效[10-11]，因其口感微酸带甜，很受消费者喜爱[12]。柚皮具有健脾养胃、祛痰利咽等功能[13]。因此，柚子在营养价值方面还有很大的开发空间。

酸奶是由乳酸菌发酵的牛奶制成的一种独特风味的乳制品，经乳酸菌发酵数时后，所含营养素的利用率大大提高[14]。酸奶作为多功能食品，不仅具有增强免疫力，延缓皮肤老化等生理作用[15]，而且富含活性乳酸菌等多种营养物质，可以抑制肠道中有害微生物的繁殖，从而调节人体肠道中的微生物菌群平衡，具有改善肠道的功能[16]。TANG等[17]和BUEHLER等[18]研究表明酸奶抗氧化性较好，耐贮藏，对于一些“乳糖不耐症”患者，酸奶是一种很好的选择。因此，酸奶在保健方面具有很高的研究价值[19]。

本研究以蒲公英汁、白砂糖、柚子汁、纯牛奶等为主要原料，研制出具有调节胃肠、色泽鲜丽、口感鲜美、营养丰富的蒲公英柚子酸奶。以期为蒲公英柚子酸奶的科学、合理开发利用提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

新鲜蒲公英、柚子、白砂糖：市售；鲜牛奶：离石上安村奶牛场；乳酸菌发酵剂：郑州益富源生物科技有限公司。

1.2 主要试验设备

恒温培养箱（GHP-9160）：上海一恒科学仪器有限公司；均质机（FJ-200S）：天津大卫科教仪器有限公司；冰箱（BCD-206）：青岛海尔股份有限公司；电子秤（FA114A）：广东豪晟科学仪器有限公司；榨汁机（HR1832）：飞利浦家庭电器有限公司；质构仪（TMSPILOT）：北京盈盛恒泰科技有限公司；测色仪（CM-5）：柯尼卡美能达控股公司。

1.3 原料的预处理

蒲公英汁制备：选取新鲜蒲公英，用清水将蒲公英叶子表面泥土和杂质洗净，剔除已损坏的蒲公英叶，切除根部后浸入盐水中进行烫漂，再次冲洗后将其置于网筛沥干水分，在榨汁机中加入0.5倍水与其混合打浆，再用6层纱布过滤，备用。

柚子汁制备：选取果形端正的蜜柚，洗掉蜜柚表皮灰尘；然后用刀从蜜柚顶端切开，剥去表皮；再去除果肉外层皮囊，取出果肉，加入1.5倍水与果肉混合后榨汁，汁液由6层纱布进行过滤，备用。

1.4 工艺流程

参考蒋萌蒙等[20]的工艺流程，略作修改。如下所示。

1.5 试验设计

通过探讨蒲公英汁添加量、白砂糖添加量、柚子汁添加量对酸奶质感的作用，采取单因素试验和响应面试验，以综合评分确定蒲公英柚子酸奶的最佳配方。

1.6 检测方法

1.6.1 蒲公英柚子酸奶综合质量评价

由10名感官品评员，对蒲公英柚子酸奶进行综合评分（感官评分、质构特性评分、色差评分），评分标准参照已有的文献[21-25]，并稍作改动，见表1～表4。

表1 蒲公英柚子酸奶综合评分标准Table 1 Comprehensive quality scoring standard of dandelion and grapefruit yogurt

表2 蒲公英柚子酸奶感官评分标准Table 2 Sensory evaluation standard of dandelion and grapefruit yogurt

表3 蒲公英柚子酸奶质构特性评分标准Table 3 Texture properties evaluation standard of dandelion and grapefruit yogurt

表4 蒲公英柚子酸奶色差评分标准Table 4 Chromatic aberration evaluation standard of dandelion and grapefruit yogurt

1.6.2 理化指标测定

蛋白质、酸度、总固形物含量均参照麻泽宇等[26]的方法进行测定。持水率参照贾彦杰等[27]的方法进行测定。

1.6.3 微生物指标检验

大肠杆菌和致病菌均参照王彦平等[28]的方法进行测定。

1.7 数据处理

首先使用Excel 2010整理并测试数据；采用Design-Expert8.1软件进行响应面优化分析。

2 结果和分析

2.1 蒲公英汁添加量对酸奶综合评分的影响

蒲公英汁添加量会影响蒲公英柚子酸奶的色泽和综合风味。当加入少量蒲公英汁时，不仅无法表现蒲公英独有的味道，还会影响酸奶的综合香味；蒲公英汁添加量太多会导致酸奶色泽发绿、味道过浓，造成酸奶风味不佳。因此试验过程中固定其他各因素添加量，以蒲公英汁添加量为 4、6、8、10、12 g 进行试验，结果见表5。

表5 蒲公英汁添加量对酸奶综合评分的影响Table 5 Effect of dandelion juice supplementation on comprehensive score of yogurt

由表5可知，随着蒲公英汁添加量增加，蒲公英柚子酸奶的感官评分、质构特性评分、色差评分及综合评分不断升高，当蒲公英汁添加量为8 g时评分最高，随后各评分逐渐降低。因此，蒲公英汁添加量选取6、8、10 g进行后续试验。

2.2 白砂糖添加量对酸奶综合评分的影响

白砂糖会影响酸奶的质地和甜度。加入过量的白砂糖会使酸奶过甜、风味不佳；加入过少会使酸奶的口感发酸、香气不良。所以固定其他各因素添加量，以白砂糖添加量为 3、5、7、9、11g进行试验，结果见表 6。

表6 白砂糖添加量对酸奶综合评分的影响Table 6 Effect of white granulated sugar supplementation on comprehensive score of yogurt

由表6可知，白砂糖添加量对酸奶的各个评分有一定影响，白砂糖添加量为5、7、9 g时分值较高，当白砂糖添加量为7 g时评分最高。所以，白砂糖添加量选取5、7、9 g进行后续试验。

2.3 柚子汁添加量对酸奶综合评分的影响

柚子汁添加量的多少对酸奶的颜色和气味都会有一定影响。柚子汁添加量适当时，其发酵后会产生柚子的清香，增加酸奶的甜度；当加入过量的柚子汁时，会影响酸奶发酵并且会使酸奶香味不佳，严重时会导致酸奶变质。因此固定其他各因素添加量，以柚子汁添加量为 10、15、20、25、30 g 进行试验，结果见表7。

表7 柚子汁添加量对酸奶综合评分的影响Table 7 Effect of grapefruit juice supplementation on comprehensive score of yogurt

由表7可知，蒲公英柚子酸奶的感官、质构特性、色差评分以及综合评分随着柚子汁添加量的变化而变化，其评分均是先升高后降低，添加量为20 g时分值最高。据表7数据分析，在添加量为15、20 g和25 g时，所得到的综合评分均在80分以上。因此，柚子汁添加量选取15、20、25 g进行后续试验。

2.4 响应面优化结果分析

按单因素试验结果，选择蒲公英汁添加量、白砂糖添加量和柚子汁添加量为自变量，将所得综合评分设置为响应值Y，再根据Box-Benhnken对蒲公英柚子酸奶进行优化试验，试验设计见表8，结果见表9。

表8 试验设计Table 8 Experimental design

表9 Box-Behnken试验设计及结果Table 9 Experimental design and results of Box-Behnken

使用Design-Expert V8.1软件分析数据，将蒲公英柚子酸奶综合评分作为响应值（Y），将蒲公英汁添加量（A）、白砂糖添加量（B）、柚子汁添加量（C）作为自变量因子，设立三因素三水平试验并建立二次回归方程：Y=-228.11062＋29.18875A＋29.188 75B＋11.589 50C-0.425 00AB＋0.0425 00AC-0.120 00BC-1.626 7A2-1.720 62B2-0.286 30C2。

方差分析见表10。由表10可知，本试验模型F值为41.33，P值小于0.000 1，可以得出此模型极为显著。失拟项为0.150 8＞0.05，该项不显著，这表示模型与真实情况接近。因素A、C影响极显著，因素B的P＞0.05，影响显著。二次项A2、B2、C2影响极显著；交互项AB的P值为0.047 8，小于0.05，影响显著；交互项AC、BC影响不显著。因此影响蒲公英柚子酸奶综合评分从大到小排序为蒲公英汁添加量＝柚子汁添加量＞白砂糖添加量（A＝C＞B）。

表10 Box-Behnken试验方差分析Table 10 Test anova of Box-Behnken

相关系数 R2＝0.981 5，校正系数 R2Adj＝0.957 8，此模型能够解释95.78%的总变异。预测值与真实值非常靠拢，模型能够反映实际情况。它的变异系数CV%＝1.78%，这就说明模型与实际情况相契合，试验结果的可靠性较高。

2.5 多因素交互作用对曲面分析的影响

利用Design Expert V8.1响应面软件得到的三维视图可以精确地对各个因素水平进行分析，得出的数据更加精确。响应面图和等高线图见图1～图3。

从图1可以看出，蒲公英汁添加量与白砂糖添加量的交互作用3D曲面比较陡，且等高线为椭圆形，表明蒲公英汁添加量和白砂糖添加量的交互作用对蒲公英柚子酸奶综合评分影响显著。蒲公英汁添加量对蒲公英柚子酸奶综合评分的影响大于白砂糖添加量对蒲公英柚子酸奶综合评分的影响，说明在蒲公英汁添加量和白砂糖添加量两因素中，综合评分的分值主要受蒲公英汁添加量的影响。当蒲公英汁添加量不变时，曲面坡度随着白砂糖添加量增加先呈现先升高而后缓慢降落的趋势。在白砂糖添加量为7 g时，综合评分达到最佳值。

图1 蒲公英汁添加量和白砂糖添加量交互作用的3D曲面图和等高线Fig.1 3D surface graph and contour line of interaction between dandelion juice and white granulated sugar supplementation

从图2可以看出，蒲公英汁添加量与柚子汁添加量的交互作用曲线比较平缓，等高线近似圆形，表明二者之间的交互作用不显著。当蒲公英汁添加量保持不变，3D曲面坡度随着柚子汁添加量增加呈现先上升后下降趋势。在柚子汁添加量为20 g时，综合评分达到最佳值。

图2 蒲公英汁添加量和柚子汁添加量交互作用的3D曲面图和等高线Fig.2 3D surface graph and contour line of interaction between dandelion juice and grapefruit juice supplementation

从图3可以看出，柚子汁添加量与白砂糖添加量的交互作用3D曲面比较平缓，且等高线为近似圆形，表明柚子汁添加量和白砂糖添加量的交互作用对蒲公英柚子酸奶综合评分影响不显著。柚子汁添加量对蒲公英柚子酸奶综合评分的影响大于白砂糖添加量对蒲公英柚子酸奶综合评分的影响，说明在柚子汁添加量和白砂糖添加量两因素中，综合评分的分值主要受柚子汁添加量的影响。当柚子汁添加量不变时，曲面坡度随着白砂糖添加量增加呈现先升高而后缓慢降落的趋势。在白砂糖添加量为7 g时，综合评分达到最佳值。

图3 白砂糖添加量和柚子汁添加量交互作用的3D曲面图和等高线Fig.3 3D surface graph and contour line of interaction between white granulated sugar and grapefruit juice supplementation

2.6 优化工艺验证

由响应面软件处理数据后得到最优试验配方为蒲公英汁添加量7.69 g、白砂糖添加量6.89 g、柚子汁添加量19.86 g，得到综合评分（Y）的最大值是89.53分。根据实际情况，将具体工艺参数调整为蒲公英汁添加量8 g，白砂糖添加量7 g，柚子汁添加量20 g。在此情况中进行3次平行试验，得到的综合评分结果为89.8分，与模型值差异较小，表明蒲公英柚子酸奶的最优工艺是相当可靠的。

2.7 理化指标和微生物指标检验结果

蒲公英柚子酸奶理化指标检验结果见表11，微生物指标检验结果见表12。

表11 蒲公英柚子酸奶理化指标检验结果Table 11 Test results of physicochemical indexes of dandelion and pomelo yoghurt

表12 蒲公英柚子酸奶微生物指标检验结果Table 12 Test results of microbial index of dandelion and pomelo yoghurt

由表11、表12可知，产品符合GB 19302-2010《食品安全国家标准发酵乳》中的规定范围，因此该产品为合格产品。

3 结论

本试验对蒲公英柚子酸奶工艺进行研究，采用单因素试验得出蒲公英汁添加量、白砂糖添加量、柚子汁添加量的最优参数范围，然后根据响应面软件分析数值，得出3个因素影响顺序从大到小为蒲公英汁添加量=柚子汁添加量＞白砂糖添加量。在这基础上得到3个因素的最佳参数：蒲公英汁8 g，白砂糖7 g，柚子汁20 g。在此工艺条件下得到综合评分为89.8分。这样的工艺配方制成的酸奶色泽微绿，组织结构细腻，具有蒲公英和柚子的清香，口感俱佳，发展前景广阔。