冻干酸奶块配方设计及优化

苏德亮 ，罗丽 ，宋礼，崔广智，李亚萍，尹兰

1. 甘肃华羚生物技术研究中心有限公司（兰州 730000）；

2. 甘南牦牛乳研究院（甘南 747000）；3. 甘肃省干酪素工程技术研究中心（兰州 730000）

酸奶是一种营养丰富的发酵型乳制品，通过牛奶发酵使乳酸菌将乳糖分解转化为乳酸[1-4]，保留原有营养成分的同时让乳糖不耐症患者放心食用。酸奶富含多种氨基酸，特别是蛋氨酸、硫氨基酸、色氨酸和半胱氨酸[5-10]，易吸收消化，改善人体肠道环境，增强机体免疫力，具有抗衰老、补钙及平衡人体肠道菌群等功能[11-13]，但因其本身的货架期较短，运输时需要在低温状态下进行保存，所以导致运输和销售均需用冷链保证品质，其产品本身的成本较高[14-15]。冻干酸奶是将发酵乳通过急速冷冻，并抽真空的方式制得的一种产品，其特点是延长了货架期，并且在运输贮藏过程中无需低温条件。口感清爽酥脆，老少皆宜。

以脱脂乳粉、麦芽糊精、酸奶粉、白砂糖、麦芽糖浆等为原料，通过单因素试验、正交试验和Box-Behnken响应面试验设计，确定冻干酸奶块的最佳配方，为酸奶粉相关休闲食品的开发和高附加值冻干酸奶块的研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

酸奶粉（和政县华龙乳制品有限公司）；脱脂乳粉（新西兰恒天然公司）；麦芽糖浆（济南鸿桥化工有限公司）；白砂糖（广州华糖食品有限公司）；麦芽糊精（保龄宝生物股份有限公司）；果胶（河南赛森化工产品有限公司）。

1.2 仪器与设备

FA1204型分析天平（常州市幸运电子设备有限公司）；DZKW-2电热恒温不锈钢水浴锅（金坛市大地自动化仪器厂）；ZLE-B500高速剪切机（众时（上海）机械有限公司）；LGJ型冷冻干燥机（湘仪离心机仪器有限公司）。

1.3 工艺流程

原料过筛→原料溶解→高速剪切→静置消泡→料液入模→真空冻干 ↑

果胶、白砂糖预混→添加麦芽糖浆

1.3.1 操作要点

1.3.1.1 原料过筛、溶解

称取配料前分别将酸奶粉、脱脂乳粉、麦芽糊精用0.250 mm孔径筛过筛，溶于40 ℃水中。

1.3.1.2 果胶、白砂糖预混

果胶与白砂糖混合均匀，加入60~65 ℃水搅拌溶解，搅拌3~5 min，搅拌完成后冷却至40~45 ℃，加入麦芽糖浆并与溶解好的料液混合。

1.3.1.3 高速剪切

搅拌均匀后料液进行高速剪切，剪切转速2 000 r/min，剪切3~5 min。之后静置5 min，使高速剪切产生的泡沫消失。

1.3.1.4 真空冻干

冻干机参数设定：-60~-70 ℃冷冻4 h，之后真空干燥30 h。

1.3.2 感官评定方法

配方配比的优劣将从产品的口感、组织状态、色泽3个指标进行整体感官评价，满分为100分，其中口感和组织状态为35分，色泽为30分，选择10名有食品专业背景的人员对成品进行感官评价，小组人员身体健康，味觉灵敏，在正式评定前进行相应指导，冻干酸奶的感官评定标准如表1所示。

表1 酸奶块感官评分标准

1.3.3 主料单因素试验

在大量预试验基础上，选择感官评价较好的配比参数点，以这些参数点为基础上下浮动取点，通过单因素试验，确定脱脂乳粉、麦芽糊精、白砂糖合适的添加范围。

1.3.3.1 脱脂乳粉添加量的确定

在白砂糖添加量15 g、酸奶粉添加量15 g、麦芽糖浆添加量15 g条件下，脱脂乳粉添加量分别为26，28，30，32和34 g，进行感官评价。

1.3.3.2 麦芽糊精添加量的确定

在脱脂乳粉添加量25 g、白砂糖添加量15 g、酸奶粉添加量15 g、麦芽糖浆添加量15 g条件下，麦芽糊精添加量分别为9，11，13，15和17 g，进行感官评价。

1.3.3.3 白砂糖添加量的确定

在脱脂乳粉添加量25 g、白砂糖添加量15 g、酸奶粉添加量15 g、麦芽糖浆添加量15 g条件下，白砂糖添加量分别为18，20，22，24和26 g，进行感官评价。

脱脂乳粉添加量、麦芽糊精添加量、白砂糖添加量单因素感官评价结果见表4。

1.3.4 正交试验设计

在单因素试验基础上，用L9(33)正交表设计三因素三水平试验，共9个组合。以感官评价评分为指标，正交优化试验设计因素及水平见表2。

表2 正交试验因素和水平 单位：g

1.3.5 辅料最佳配比单因素试验

在正交试验基础上，优化对终产品品质影响较大的因素，对酸奶粉添加量、麦芽糖浆添加量、果胶添加量、溶液浓度4个因素进行单因素试验，每个因素取5个水平，各因素水平分别为酸奶粉添加量（10%，15%，20%，25%和30%）、麦芽糖浆添加量（5%，10%，15%，20%和25%）、果胶添加量（0.2%，0.4%，0.6%，0.8%和1.0%）、溶液浓度（20%，25%，30%，35%和40%）。

1.3.6 酸奶块配方优化

在单因素基础上，选择酸奶粉添加量、麦芽糖浆添加量、果胶添加量、溶液浓度四因素三水平，以感官分值为指标，采用Design-Expert 8.0.6软件的Box-Behnken响应面设计优化酸奶块的配方，因素水平编码见表3。

表3 酸奶块配方响应面因素水平表 单位：%

2 结果与分析

2.1 主料单因素试验结果

由表4可知，脱脂乳粉添加量30 g、麦芽糊精添加量11 g、白砂糖添加量22 g时对应单因素试验感官评分最高。因此选取脱脂乳粉28~32 g、麦芽糊精10~12 g、白砂糖20~24 g进行正交优化。

表4 单因素试验感官评价表

2.2 主料配方确定

在单因素试验基础上，以脱脂乳粉添加量、麦芽糊精添加量、白砂糖添加量为因素进行L9(33)正交试验，以感官评价评分为指标，直观分析及方差分析结果如表5所示。

表5 正交试验结果及直观分析

由表5可以看出各因素对感官评价影响程度依次为A＞C＞B，即脱脂乳粉添加量是影响感官评分的主要因素，其次为白砂糖添加量、麦芽糊精添加量。通过正交试验结果分析可知，A2B2C3组合为最优组合，对最优组合进行验证试验，其综合感官评分为89分，因此正交试验结果较为可靠。因此主料的配比为脱脂乳粉添加量30.0 g、白砂糖添加量11.0 g、麦芽糊精添加量24.0 g。

2.3 辅料最佳配比的确定

2.3.1 酸奶粉添加量对酸奶块品质的影响

由图1可以看出，随酸奶粉添加量增加，产品感官评分出现先上升后下降趋势。酸奶添加量15%时，感官评分最高。添加量10%，产品酸奶口味不明显，综合得分较低。在配料溶解环节，酸奶粉会随着添加量增加出现乳清液分层状态，由图2可以看出，添加量超过25%时，酸奶块冻干后截面会明显出现中间透明状形态，感官性状变差。因此选择添加量15%~20%为混料设计所需的水平范围。

图1 酸奶粉添加量对感官评分的影响

图2 酸奶粉添加量25%产品外观

2.3.2 麦芽糖浆添加量对酸奶块品质的影响

由图3可以看出，随麦芽糖浆添加量增加，产品感官评分出现先上升后下降趋势。酸奶添加量15%时，感官评分最高。当麦芽糖浆添加量较低时，产品外观较好，但质地偏酥脆，不易包装运输，感官评分较低。图4显示，添加量20%以上时，产品表面会出现气泡，影响感官。因此选择添加量15%~20%为混料设计所需的水平范围。

图3 麦芽糖浆添加量对感官评分的影响

图4 麦芽糖浆添加量20%产品外观

2.3.3 果胶添加量对酸奶块品质的影响

由图5可以看出，随果胶添加量增加，产品感官评分出现先上升后下降趋势。酸奶添加量0.6%时，感官评分最高。果胶添加量较低时，产品外观较好。图6显示，添加量超过0.8%时，产品质地会变硬，并且表面会出现颗粒感，影响感官。因此选择添加量0.5%~0.7%为混料设计所需的水平范围。

图5 果胶添加量对感官评分的影响

图6 果胶添加量0.8%时产品外观

2.3.4 溶液浓度对酸奶块品质的影响

由图7可以看出，随着溶液浓度增加，产品感官评分出现先上升后下降趋势。溶液浓度25%时，感官评分最高。溶液浓度升高时，酸奶块质地会逐渐紧实，咀嚼费力。图8显示，溶液浓度35%时，酸奶块质地紧实并且表面会出现裂纹，影响感官。因此选择溶液浓度23%~27%为混料设计所需的水平范围。

图7 溶液浓度对感官评分的影响

图8 溶液浓度35%时产品外观

2.4 酸奶块Box-Behnken响应面结果与分析

Box-Behnken响应面优化结果见表6。

表6 酸奶块配方响应面试验设计及结果

利用Box-Behnken响应面对数据进行多元回归拟合，得到感官评分的二次多项回归方程：

Y=93.8-0.58A+0.75B+2.08C-0.92D+1.5AB-2.25AC+1.5AD+1.75BC+0.5BD-0.75CD-12.57A2-2.82B2-7.82C2-7.82D2

酸奶块回归模型方差分析见表7。

表7 酸奶块回归模型方差分析

由表7可知该模型是极显著的（p＜0.000 1），各单因素中一次项C、D，交互项AC、BC，二次项A2、B2、C2、D2均为极显著，B、AB、AD一般显著。果胶添加量、溶液浓度对冻干酸奶块的感官评价影响最大，其次是麦芽糖浆，影响最小的是酸奶粉，交互项AC、BC极显著说明酸奶粉添加量、麦芽糖浆添加量和果胶添加量相互作用对酸奶块品质有显著影响，回归模型的决定系数为R2=0.948 0，说明模型拟合度良好，可用此模型作为酸奶块配方的分析和预测，该模型失拟项p=0.722 9＞0.05，说明失拟项不显著，用该模型表明各因素和响应值的函数关系具有可靠性，各单因素对响应值的影响程度主次顺序为果胶添加量＞溶液浓度＞麦芽糖浆添加量＞酸奶粉添加量。

酸奶粉添加量和果胶添加量的交互作用的响应面如图9和图10所示，麦芽糖浆添加量和果胶添加量的交互作用的响应面如图11和图12所示。

图9 酸奶粉添加量和果胶添加量对感官评分影响响应面

图10 酸奶粉添加量和果胶添加量对感官评分等高线

图11 麦芽糖浆添加量和果胶添加量对感官评分影响响应面

图12 麦芽糖浆添加量和果胶添加量对感官评分影响等高线

由图5a、5b和图6a、6b可知，响应面和等高线图都存在顶点，所选范围存在极值，等高线形状为椭圆形，说明酸奶粉添加量、麦芽糖浆添加量和果胶添加量的交互作用显著，与方差分析结果基本一致。响应面和等高线在描述酸奶粉添加量、麦芽糖浆添加量和果胶添加量对感官评分的影响时，固定其中一个因素，感官评分随另一个自变量的增大呈先增大后减小趋势，规律与单因素试验结果相近。

2.5 酸奶块配方的确定

在各因素可选范围内，以感官评分为响应值，根据模型回归分析可得冻干酸奶块最佳配方：酸奶粉添加量17.42%、麦芽糖浆添加量16.75%、果胶添加量0.62%、溶液浓度24.87%。在此优化条件下冻干酸奶块的理论综合分值为94.06分，同时为验证该模型的可靠性，根据此条件进行3组重复验证试验，所得最终评分为94，95和94分，平均分为94.3分，与模型预测分值接近，并且配方所得的成品在色泽、口感和组织状态均良好。

3 结论

通过单因素试验、正交试验和Box-Behnken响应面优化，确定冻干酸奶块的最佳工艺配方：脱脂乳粉添加量30.0%、麦芽糊精添加量11.0%、白砂糖添加量24.0%、酸奶粉添加量17.42%、麦芽糖浆添加量16.75%、果胶添加量0.62%、溶液浓度24.87%。根据该配方得到的酸奶块感官良好，口感舒爽，方便携带，是一种具有广阔开发前景的产品。