响应面法优化藜麦发酵酸奶的工艺研究

权帆，朱文秀，张晴，洪豆，王君能，吴淑清*

（1.长春大学食品科学与工程学院，吉林 长春 130022；2.浙江李子园食品股份有限公司，浙江 金华 321031）

藜麦（Chenopodium quinoa Willd.）苋科藜属植物，起源于南美洲安第斯山脉[1]，是一种古老的伪谷物，具有独特而丰富的营养价值，被称为丢失的远古“营养黄金”、“超级粮食[2]”、“未来食品”和“粮食之王[3]”。研究发现，藜麦不仅富含优质蛋白质、多糖和不饱和脂肪酸等宏量营养素，还含有天然维生素、矿物质等微量营养素；此外，核黄素、叶酸和钙、镁、铁、锌等含量明显高于其他谷物[4-6]。藜麦具备抗癌[7]、抗氧化[8]、防治“高血脂、高血压、高血糖”[9]、减肥[10]、抑菌[11]等功能特性。

近年来，藜麦在国际市场上供不应求，2016年全球产量超过19.2万吨，主要消费市场在美国、加拿大和爱尔兰等国家[12]。国内外对藜麦的开发集中在蒸煮类、焙烤类、发酵类及其他类产品。市场上陆续出现了藜麦面条[13]、藜麦面包[14]、藜麦饼干[15]、藜麦酒[16]、藜麦粥[17]等产品。本论文以藜麦、鲜牛奶为主要原料，运用单因素试验与响应面优化试验获得藜麦发酵酸奶的最佳工艺条件，制作出一种风味独特且营养丰富的酸奶。此研究不仅丰富了酸奶种类，同时也为藜麦产品的开发提供思路及依据。

1 材料与方法

1.1 材料

藜麦（青海海西格尔木藜麦米）、牛奶、白砂糖：市售；发酵菌粉（含有保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、干酪乳杆菌）：北京川秀科技有限公司；黄原胶、羧甲基纤维素钠（食品级）：浙江一诺生物科技有限公司。

1.2 设备与仪器

FA11204N型电子天平：上海市精密仪器设备有限公司；XMT-DA型恒温水浴锅：余姚市亚星仪器仪表有限公司；DH4000Ⅱ型电热恒温发酵箱：天津市泰斯特仪器有限公司；EG720KG4-NA型电磁炉：美的集团有限公司；EZ-SX型质构仪：日本岛津公司；RSO型流变仪：美国Brookfield公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

浸泡→煮制→调配→均质→杀菌→冷却→接种→发酵→后熟→成品。

1.3.2 操作要点

（1）浸泡：挑选颗粒饱满、大小均一、表面干净、无病虫害的藜麦浸泡40 min[藜麦与水的料液比为1∶10（g/mL）]，去除其表面略有苦涩味且影响蛋白质吸收的皂苷成分[18]。

（2）煮制：将浸泡之后的藜麦在100℃水中煮制10 min。

（3）均质：将含有白砂糖、黄原胶和羧甲基纤维素钠的混合料液进行均质，均质压力为25 MPa。

（4）杀菌：在85℃恒温水浴锅中杀菌20 min。

（5）冷却：将杀菌后的成品冷却至室温25℃。

（6）接种：将适量的发酵菌粉快速接入发酵瓶后，轻轻摇晃。避免杂菌污染使产品出现异味。

（7）发酵：将发酵瓶放入42℃的恒温发酵箱内，发酵7 h。

（8）后熟：将发酵好的酸奶放入4℃冰箱后熟12h。

1.4 单因素试验

以藜麦添加量、白砂糖添加量、发酵时间和发酵菌接种量为单因素，各因素分别选取5个水平，考察藜麦添加量（8%、10%、12%、14%、16%）时，分别固定白砂糖添加量、发酵时间和发酵菌接种量为7%、7 h、0.20%；考察白砂糖添加量（3%、5%、7%、9%、11%）时，分别固定藜麦添加量、发酵时间和发酵菌接种量为12%、7 h、0.20%；考察发酵时间（5、6、7、8、9 h）时，分别固定藜麦添加量、白砂糖添加量和发酵菌接种量为12%、7%、0.20%；考察发酵菌接种量（0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%）时，分别固定藜麦添加量、白砂糖添加量和发酵时间为12%、7%、7 h，以感官评分为指标，确定响应面试验中各因素最适考察范围。

1.5 响应面试验设计

在单因素试验结果的基础上，以藜麦添加量、白砂糖添加量、发酵菌接种量和发酵时间为因素，感官评分为评价指标，设计四因素三水平响应面试验。响应面试验因素水平见表1。

表1 响应面试验因素水平Table 1 Factors and levels of response surface test

1.6 检测指标

1.6.1 藜麦发酵酸奶的感官评价

由16位食品专业人员组成评定小组，根据RHB 104—2020《发酵乳感官评鉴细则》从酸奶色泽、滋味与气味、组织状态3个方面进行感官评价，评分3次取平均值。评价标准见表2。

表2 藜麦发酵酸奶感官评定标准Table 2 Sensory evaluation criteria of quinoa fermented yogurt

1.6.2 理化检测

按照GB 5009.239—2016《食品安全国家标准食品酸度检测》测定酸奶的酸度[19]。

按照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》测定酸奶中蛋白质含量[20]。

1.6.3 质构检测

质构测定参数为348-38511-11探头（直径12.7mm）；探头测试前下降速度为2 mm/s，探头测试后回升速度为2 mm/s；探头进入样品距离为15 mm；触发类型为自动，触发力为0.05 N[21]，主要测定酸奶的硬度、黏附力、咀嚼性。

1.7 数据统计

本试验数据采用Origin软件绘制图。采用Design Expert 8.06软件进行试验数据分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 藜麦添加量对藜麦发酵酸奶感官品质的影响藜麦添加量对藜麦酸奶感官品质的影响见图1。

图1 藜麦添加量对藜麦酸奶感官品质的影响Fig.1 The effect of quinoa addition on the sensory quality of quinoa yogurt

由图1可知，当藜麦添加量为12%时，感官评分达到最高值86。此时，酸奶组织均匀、颗粒感饱满且含有纯正、浓厚的藜麦香气；当藜麦添加量小于10%时，酸奶无明显藜麦香味，稠度也不够，感官评分较低。随着藜麦添加量的增加，藜麦的香味愈发浓厚，但当藜麦添加量大于14%时，酸奶的黏稠度增加，细腻感减弱，口感较差。因此，选择藜麦添加量为10%、12%、14%进行响应面试验。

2.1.2 白砂糖添加量对藜麦发酵酸奶感官品质的影响

白砂糖添加量对藜麦酸奶感官品质的影响见图2。

图2 白砂糖添加量对藜麦酸奶感官品质的影响Fig.2 The effect of added amount of white sugar on the sensory quality of quinoa yogurt

由图2可知，当白砂糖添加量逐渐增加时，酸奶感官评分呈先上升后下降的趋势。当白砂糖添加量小于5%时，口感过酸，感官评分较低；随着白砂糖添加量的增加，酸奶口感得到改善；当白砂糖添加量为7%时，酸奶具有纯正的奶味和自然的发酵滋味，且酸甜比适中，组织状态均一；当白砂糖添加量大于9%时，酸奶的甜度过高，口味过甜，掩盖了酸奶独特的风味与口感。因此，选择白砂糖添加量为5%、7%、9%进行响应面试验。

2.1.3 发酵时间对藜麦发酵酸奶感官品质的影响

发酵时间对藜麦酸奶感官品质的影响见图3。

图3 发酵时间对藜麦酸奶感官品质的影响Fig.3 The effect of fermentation time on the sensory quality of quinoa yogurt

由图3可知，当发酵时间为7 h时，感官评分达到最高值85；当发酵时间小于6 h，酸奶发酵不足，表面有乳清析出或伴有少量凝块，凝固性差，感官评分较低；当发酵时间为7%时，酸奶的酸甜适中，无乳清析出，组织状态均一，口感达到最佳；发酵时间大于8 h时，酸奶酸度升高，组织状态变差，口味偏酸，感官评分下降。因此选择发酵时间为6、7、8 h进行响应面试验。

2.1.4 发酵菌接种量对藜麦发酵酸奶感官品质的影响

发酵菌接种量对藜麦酸奶感官品质的影响见图4。

图4 发酵菌接种量对藜麦酸奶感官品质的影响Fig.4 The effect of fermenting bacteria inoculation amount on the sensory quality of quinoa yogurt

由图4可知，随着发酵菌接种量增加，酸奶的感官评分以接种量0.20%为拐点，呈现先上升后下降的趋势。当发酵菌接种量为0.10%时，酸奶发酵不完全，呈半固体状态，表面出现裂纹，组织不均匀；当发酵菌接种量为0.20%时，酸奶组织细腻均一、酸甜味适宜；当发酵菌接种量达到0.30%时，酸奶的发酵速度加快，导致乳中蛋白过度减少使乳清析出[22]，使得感官评分下降。因此，选择发酵菌接种量为0.15%、0.20%、0.25%进行响应面试验。

2.2 响应面试验

响应面试验设计及结果见表3，根据响应面设计方案，对其进行方差分析，回归模型方差分析见表4。

表3 响应面试验设计及结果Table 3 Design and results of response surface test

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

续表4 回归模型方差分析Continue table 4 Analysis of variance of regression model

利用Design Expert 8.06软件对表4结果进行回归方程拟合，得到响应面回归方程：Y=90.30+6.05A+3.06B+1.19C+2.23D+2.25AB-1.40AC-1.75AD-0.13BC-0.95BD-1.55CD-12.08A2-7.47B2-1.82C2-2.53D2。

分析表4可知，藜麦添加量和白砂糖添加量对酸奶的感官评分影响极显著，发酵时间和发酵菌接种量对酸奶感官评分的影响较显著，因素影响的主次顺序为藜麦添加量＞白砂糖添加量＞发酵菌接种量＞发酵时间。

2.3 响应面图分析

各因素交互作用对感官评分影响的响应面图及等高线图见图5、图6。

图5 藜麦添加量与白砂糖添加量交互作用对感官评分影响的响应面图及等高线图Fig.5 Response surface plot and contour plot of the effect of the interaction between the addition of quinoa and the addition of white sugar on the sensory score

图6 藜麦添加量与发酵菌接种量交互作用对感官评分影响的响应面图及等高线图Fig.6 Response surface plot and contour plot of the offect of interaction between the amount of quinoa added and the amount of fermenting bacteria inoculated on the sensory score

由图5等高线分析可知，当白砂糖添加量不变时，沿藜麦添加量变化的方向看，感官评分呈先上升后下降的趋势，且等高线较密，趋于椭圆形，从3D图看，曲线较为陡峭，说明藜麦添加量和白砂糖添加量交互作用对感官评分的影响显著。同理，可知藜麦添加量与发酵菌接种量交互作用对感官评分的影响显著，与方差分析结果一致。

由响应面优化分析可知，藜麦发酵酸奶的最佳工艺条件：藜麦添加量为12.48%，白砂糖添加量为7.45%，发酵时间为7.09 h，发酵菌接种量为0.22%，此时感官评分为91.6。

2.4 验证试验

为了试验的可操作性，将最优条件调整为藜麦添加量12.5%，白砂糖添加量7.5%，发酵时间7 h，发酵菌接种量0.20%，进行3次平行试验，实际感官评分平均值为90.7，与预测值相近。说明该模型可较好地优化藜麦发酵酸奶工艺。

2.5 理化指标检测结果

测得藜麦发酵酸奶的蛋白质含量为5.2 g/100 g，酸度为 76 °T，符合国家标准[23]。

2.6 物性质构检测

测得酸奶的黏度为（776.20±8.50）MPa·s，硬度为（0.137 82±0.008 6）N，黏附力为（0.004 60±0.000 93）N，咀嚼性为（5.286 7±0.035）mJ。

3 结论

以藜麦、鲜牛奶为主要原料，以感官评分作为指标，通过单因素试验和响应面试验确定藜麦发酵酸奶的最佳工艺条件。结果表明：当藜麦添加量为12.5%，白砂糖添加量为7.5%，发酵时间为7 h，发酵菌接种量为0.20%时，藜麦发酵酸奶的酸度为76°T、蛋白质含量为 5.2 g/100 g、黏度为 776.20 MPa·s、硬度为 0.138 N、咀嚼性为5.28 mJ，酸奶具有纯正的奶味与藜麦谷香味，组织均匀，营养丰富。