响应面结合模糊综合评判法优化鹰嘴豆酸奶稳定剂配方

张子若，廖 丹，杜晚霞，胡妍妍，王雪雪，宋小娟

（贵州医科大学公共卫生与健康学院，贵州 贵阳 550025）

鹰嘴豆（Cicer arietinum. Linn.)，豆科鹰嘴豆属，面形尖如鹰嘴，又称桃尔豆、鸡豆等，被称为“豆中之王”的鹰嘴豆富含蛋白质、维生素、矿物质与多种生物活性物质，其蛋白质功效比、生物利用价值和消化吸收率均高于其他豆类[1]，研究表明鹰嘴豆有抗氧化、调脂降糖、预防心血管疾病等[2-3]功效，是良好的药食两用豆类[4]。

随着健康生活理念的日益流行，植物基酸奶渐渐被人们所熟知。近年来，我国的农夫山泉与伊利、蒙牛等大型企业相继推出了植物基酸奶产品[5]。与动物酸奶相比，植物基酸奶微量元素更丰富，膳食纤维含量更高，还含有异黄酮等植物营养成分[6]。植物基酸奶在生产、贮存等过程也存在结构不稳定、脂肪上浮、蛋白质沉淀等现象，为了使产品达到结构稳定、体系均一、口感良好的目的，通常将2 种及以上稳定剂进行复配[7]。孟岳成等人[8]通过正交试验得到发酵豆乳饮料最佳增稠剂添加量为果胶0.11%，CMC 0.23%，黄原胶0.05%。梁莹等人[9]以感官评价、离心分离、分子历经分析等评价样品的稳定性与口感，得到最佳稳定剂添加量为复合辛烯基琥珀酸淀粉钠0.3%，羧甲基纤维素钠0.4%，高酯果胶0.2%。

通过对黄原胶、果胶、瓜尔豆胶、魔芋胶、卡拉胶5 种稳定剂进行单因素试验，以持水力和感官评定为指标进行模糊综合评判，通过响应面试验优化稳定剂复配比，得到一款稳定性好、风味协调、口感细腻的植物基酸奶产品，为鹰嘴豆开发利用提供一定理论基础，拓宽鹰嘴豆酸奶市场。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鹰嘴豆，北京和雅堂食品有限公司提供；椰浆，印度尼西亚Kara 公司提供；白砂糖，市售；嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌，深圳市前海保国玫瑰供应链有限公司提供；黄原胶、果胶、卡拉胶、魔芋胶、瓜尔豆胶，山东阜丰发酵有限公司提供。

1.2 仪器与设备

豆浆机，九阳股份有限公司产品；SHP-160 型智能生化培养箱，上海三发科学仪器有限公司产品；ST-8R 型高速冷冻离心机，赛默飞世尔科技有限公司产品；冰箱，海尔智家股份有限公司产品。

1.3 鹰嘴豆酸奶的加工工艺

鹰嘴豆预处理→添加椰浆、白砂糖后冷却→加入稳定剂→均质→接种→发酵→冷藏后熟→成品。

1.4 操作要点

1.4.1 前处理

挑选符合要求的鹰嘴豆，用无菌蒸馏水浸泡12 h，按照鹰嘴豆∶水= 1∶1 (g∶mL） 用豆浆机打浆，添加椰浆、白砂糖后冷却至不烫手，去掉表层的膜后加入稳定剂（温水化开）。

1.4.2 接种

将均质好的混合浆液分装到杀菌的瓶中，加入嗜热链球菌∶保加利亚乳杆菌为1∶1（V∶V） 的混合菌种0.1%，搅拌均匀后密封。

1.4.3 发酵

置于恒温培养箱于42 ℃条件下发酵10 h。

1.4.4 冷藏

将发酵后的样品置于4 ℃条件下冷藏6 h。

1.5 单因素试验

根据文献[10-11]，选择黄原胶、卡拉胶、瓜尔豆胶、果胶、魔芋胶5 种稳定剂进行单因素试验。控制温度为42 ℃，发酵时间为7 h，椰浆添加量为16%，白砂糖添加量为6%，菌种添加量为0.1%，鹰嘴豆汁添加量为68%，分别探究单一稳定剂添加量对酸奶持水力和感官评价的影响。黄原胶、卡拉胶、瓜尔豆胶的添加量均设置为0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，0.25%；果胶、魔芋胶的添加量均设置为0.05%，0.10%，0.20%，0.30%，0.50%（均为g/L）。

1.6 鹰嘴豆酸奶品质指标的测定

1.6.1 持水力测定

参考文献[12]，称取10 g酸奶，以转速5 000 r/min离心15 min，静置5 min 后去上清液，称量残余物质量A。

式中：A——残余物质量，g；

Ai——离心管质量，g。

1.6.2 感官评价

选择10 位经过感官评定培训的学生成立感官评定小组，参考国家标准[13]并做相应增加修改，按照感官评分对鹰嘴豆酸奶进行评分。

感官评分见表1。

表1 感官评分

1.7 模糊综合评价法

根据文献[14]，利用模糊综合评判法进行分析，评价因素X=｛X1，X2，…，Xi｝ =｛感官评价，持水力｝，其无量纲化转换函数为，权重系数集W =｛W1，W2，…，Wi｝ =（感官评价，持水力） =｛0.5，0.5｝，模糊综合评判Y=W持水·X持水力+W感官·X感官。

1.8 响应面试验设计

以单因素试验结果为参考，选取魔芋胶、果胶、瓜尔豆胶为自变量，模糊综合评判值为响应值，利用Box-behnken 设计法设计三因素三水平响应面分析试验。

响应面分析因素与水平的确定见表2。

表2 响应面分析因素与水平的确定/%

1.9 数据统计与分析

所有试验数据取3 次试验平均值，利用Excel 和Origin 2021 绘制图表，IBM SPSS 19 进行数据分析，Design Expert 软件设计分析响应面试验。

2 结果与分析

2.1 单一稳定剂对鹰嘴豆酸奶品质的影响

2.1.1 黄原胶添加量对鹰嘴豆酸奶品质的影响

黄原胶添加量对鹰嘴豆酸奶品质的影响见图1。

图1 黄原胶添加量对鹰嘴豆酸奶品质的影响

由图1 可知，随着黄原胶添加量的增加，感官评分先升高后降低，持水力呈上升趋势，且差异显著（p＜0.05），有研究表明黄原胶添加量为0.05%～0.25%时，酸奶持水力随添加量的增大而增大[15]。可能是因为黄原胶分子在溶液中具有刚性结构或螺旋状结构，使得分子的氢键缔合，表现出较高的黏附性而使持水力升高[16]；同时，黄原胶添加量较少时可提高酸奶黏度与顺滑化的口感，添加量过高使酸奶稠度过高，口感偏涩[17]。当黄原胶添加量为0.25%时持水力最大，为84.00%；黄原胶添加量为0.15%时感官评分最高，为93.33 分；其模糊综合评判值在黄原胶添加量为0.25%时最大，为0.93。因此，酸奶品质在黄原胶添加量为0.25%时最佳。

2.1.2 卡拉胶添加量对鹰嘴豆酸奶品质的影响

卡拉胶添加量对鹰嘴豆酸奶品质的影响见图2。

图2 卡拉胶添加量对鹰嘴豆酸奶品质的影响

由图2 可知，当卡拉胶添加量为0.20%时，对酸奶持水力和感官评分有显著影响（p＜0.05），此时酸奶持水力上升，感官评分下降，而后趋于稳定，可能是因为较高添加量显著提高酸奶体系的硬度和黏弹性等指标[18]，引起酸奶持水力增大；导致酸奶细腻度不够，感官评分降低。当卡拉胶添加量为0.20%时持水力最高，为52.70%；卡拉胶添加量为0.15%时感官评分最高，为84.67 分；其模糊综合评判值在卡拉胶添加量为0.20%时最大值，为0.95。因此，酸奶品质在卡拉胶添加量为0.20%时最佳，与毕宇[19]的研究结果相一致。

2.1.3 瓜尔豆胶添加量对鹰嘴豆酸奶品质的影响

瓜尔豆胶添加量对鹰嘴豆酸奶品质的影响见图3。

图3 瓜尔豆胶添加量对鹰嘴豆酸奶品质的影响

由图3 可知，随着瓜尔豆胶添加量增加，感官评分先升高后降低，持水力先升高而后趋于稳定，石玉琴等人[20]发现随着瓜尔豆胶添加量的增加有助于提高持水力，感官评分先增后减。可能是因为少量添加瓜尔豆胶可增加酸奶持水力和黏度，使酸奶质地均匀细腻，同时促进乳酸菌产生风味物质，过量添加引起酸奶质地醇厚，细腻度降低，酸度过高导致评分降低[20]。当瓜尔豆胶添加量为0.20%时持水力最大，为66.63%；瓜尔豆胶添加量为0.15%时感官评分最高，为86.33 分；其模糊综合评判值在瓜尔豆胶添加量为0.20%时最大，为0.99。因此，酸奶品质在瓜尔豆胶添加量为0.20%时最佳。

2.1.4 果胶添加量对鹰嘴豆酸奶品质的影响

果胶添加量对鹰嘴豆酸奶品质的影响见图4。

图4 果胶添加量对鹰嘴豆酸奶品质的影响

由图4 可知，随着果胶添加量增加，感官评分先升高后降低，持水力先升高而后趋于稳定，可能是因为果胶添加量较低时与蛋白之间产生“架桥絮凝”导致酸奶质地松散[21]，口感较差；果胶在酸奶中主要起顺滑和增强光泽的作用，对持水力影响不大[22]。当果胶添加量为0.50%时持水力最大，为51.83%；果胶添加量为0.20%时感官评分最高，为91.00 分；其模糊综合评判值在果胶添加量为0.20%时最大，为0.98。因此，酸奶品质在果胶添加量为0.20%时最佳，与陈琼等人[23]的研究结果相一致。

2.1.5 魔芋胶添加量对鹰嘴豆酸奶品质的影响

魔芋胶添加量对鹰嘴豆酸奶品质的影响见图5。

图5 魔芋胶添加量对鹰嘴豆酸奶品质的影响

由图5 可知，随着魔芋胶的添加量增加，感官评分呈先升高后降低的趋势，持水力先升高而后趋于稳定，可能是因为可与植物蛋白进行混合，提高组分的稳定性，魔芋胶具有较高的吸水溶胀性，过量添加导致酸奶过于浓稠，颗粒感严重导致评分下降[24-25]。当魔芋胶添加量为0.30%时持水力最大，为51.80%；魔芋胶添加量0.20%时感官评分最高，为86.67 分；其模糊综合评判值在魔芋胶添加量为0.10%和0.20%时最大，为0.97。因此，酸奶品质在魔芋胶添加量为0.10%和0.20%时最佳，与王莉莉[26]的研究结果相一致。

2.2 响应面试验结果与分析

由单因素试验结果可知，单一稳定剂在提高产品稳定性和感官方面存在一定局限性，所以选取模糊综合评判值较高的瓜尔豆胶（0.10%～0.20%）、果胶（0.10%～0.30%）、魔芋胶（0.10%～0.20%） 进行复配试验。以模糊综合评判值为响应值，魔芋胶添加量（A）、果胶添加量（B）、瓜尔豆胶添加量（C）为自变量，进行响应面试验设计。

响应面试验设计结果见表3。

表3 响应面试验设计结果

利用Design Expert 软件对表3 进行分析，得到模糊综合评判值与魔芋胶添加量、果胶添加量、瓜尔豆胶添加量三因素的二次三元回归方程：

回归模型方差分析见表4。

表4 回归模型方差分析

由表4 可知，该模型p＜0.000 1，极显著，失拟项p＞0.05，不显著，表明该模型显著可靠；模型决定系数R2=0.973 3，校正决定系数R2Adj=0.938 9，表明该模型拟合程度好，可用于对稳定剂对鹰嘴豆酸奶品质影响的结果预测。由表4 回归模型方差分析可知，一次项B，C，交互项AB，二次项A2，B2，C2对模糊综合评判值影响及显著（p＜0.01）；交互项BC 对模糊综合评判值影响显著（p＜0.05）；其余对模糊综合评判影响不显著（p＞0.05）。3 种因素对模糊综合评判值的影响大小为果胶添加量＞瓜尔豆胶添加量＞魔芋胶添加量。

魔芋胶、果胶和瓜尔豆胶的交互作用见图6。

图6 魔芋胶、果胶和瓜尔豆胶的交互作用

由图6 可知，在试验所选择的添加量范围，因素AB，AC，BC 之间都有一定交互作用，等高线均为椭圆，交互项AB，BC 对模糊综合评判值影响显著，交互项AC 的响应曲面较缓，对模糊综合评判值影响较小。

通过响应面软件预测鹰嘴豆酸奶的最优参数为魔芋胶添加量0.177%，果胶添加量0.270%，瓜尔豆胶添加量0.177%，预测感官评分为88.208 分，持水力为74.993%，模糊综合评判值为0.931，为验证响应面试验结果的可靠性，调整最优参数为魔芋胶添加量0.18%，果胶添加量0.27%，瓜尔豆胶添加量0.18%进行验证试验，此条件下发酵的鹰嘴豆酸奶感官评分为90 分，持水力为77.75%，与预测值相差不大，说明响应面法对分析预测鹰嘴豆酸奶稳定剂复配配方可靠，其中发酵后鹰嘴豆酸奶pH 值降低为4.28，黏度增加为5 182.5 mPa·s，说明该条件下发酵的酸奶酸度和口感都较适宜。

3 结论

以黄原胶、卡拉胶、魔芋胶、果胶和瓜尔豆胶不同添加量对鹰嘴豆酸奶感官评价和持水力的影响为指标，采用模糊综合评判法选取魔芋胶、果胶和瓜尔豆胶3 种稳定剂进行响应面分析，通过响应面试验，确定鹰嘴豆酸奶的复合稳定剂最佳配比为魔芋胶添加量0.18%，果胶添加量0.27%，瓜尔豆胶添加量0.18%，该条件下发酵的鹰嘴豆酸奶感官评分为90 分，持水力为77.75%，pH 值为4.28，黏度为5 182.5 mPa·s，样品结构稳定，且具有良好的口感和香气。