菊芋膳食纖維酸奶的工藝研究及營(yíng)養(yǎng)分析

【摘 要】通過研究菊糖與蔗糖的配比、膳食纖維的添加量、發(fā)酵時(shí)間、菌種接種量對(duì)菊糖膳食纖維酸奶品質(zhì)的影響，得到較優(yōu)工藝參數(shù)，再對(duì)各因素間的相互作用進(jìn)行分析，最終確定菊糖膳食纖維酸奶的最優(yōu)工藝參數(shù)組合為：菊糖與蔗糖的配比7：5、膳食纖維的添加量2.27%、發(fā)酵時(shí)間4.02h、菌種接種量3.02%。得到的菊糖膳食纖維酸奶：膳食纖維含量明顯增加，水分含量略有減少，不明顯，乳酸菌菌數(shù)為10.98±1.7×107 cfu/ml，同時(shí)帶有全脂脂肪的口感。

【關(guān)鍵詞】菊糖；膳食纖維；響應(yīng)面法

[Abstract] This research get the optimal process parameters through the research of inulin and sucrose ratio， amount of dietary fibre， strains of fermentation time， quantity of influence on quality of inulin dietary fiber yoghurt， and analyzed the interaction between different affecting factors， which is finally determined the optimal process parameters combination of dietary fiber yoghurt is： inulin and the ratio of sugar， dietary fiber， 2.27% of bacterial species， fermentation time 4.02 h， inoculation amount 3.02%. The inulin dietary fiber yoghurt： dietary fiber content increased significantly， moisture content is reduced slightly， not obvious， lactic acid bacteria count was 10.98 + / - 1.7 x 107 cfu/ml， at the same time with the taste of whole milk fat.

[Key words] inulin； dietary fiber； response surface method

菊糖為菊芋（Helianthus tuberosus L.）加工產(chǎn)品，是由D-果糖經(jīng)β （1→2）鍵連接而成的線性直鏈多糖，作為一種天然食品配料被廣泛應(yīng)用[1-2]。菊糖具有改善食品組織狀態(tài)，改變?nèi)橹破返目诟校种朴泻ξ⑸锏纳L(zhǎng)，維持腸道微生態(tài)平衡以及促進(jìn)鈣，磷等物質(zhì)吸收等保健功能[3-4]。膳食纖維（dietary fiber，DF）通常被認(rèn)為是既不能被人體的胃腸道中消化酶所消化的，且不被人體吸收利用。膳食纖維能減少腸道吸收糖類、脂類，潤(rùn)滑腸道，促進(jìn)排便，可有效預(yù)防肥胖、糖尿病、冠心病、直腸癌、結(jié)腸癌等。高纖維食品將是21 世紀(jì)主導(dǎo)食品之一[5-7]。隨著生活水平的提高，人們追求更營(yíng)養(yǎng)、更全面功能食品。本論文以菊糖與蔗糖的配比、膳食纖維的添加量、發(fā)酵時(shí)間、菌種接種量為因子，通過響應(yīng)面分析，確定菊糖膳食纖維酸奶的最優(yōu)工藝參數(shù)，為菊芋的綜合開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

1.1.1 試驗(yàn)材料 菊粉：白銀熙瑞生物工程有限公司（質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Q/BYXR0001S）；菌種：嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus，簡(jiǎn)稱S）、保加利亞乳酸桿菌（Lactobacillus bulgar，簡(jiǎn)稱L）；伊利純牛奶（市售），蔗糖（市售）；膳食纖維（市售）；其他試劑均為分析純。

1.1.2 試驗(yàn)設(shè)備 HWS智能型恒溫恒濕培養(yǎng)箱（寧波江南儀器廠）；DH6000電熱恒溫培養(yǎng)箱（天津市泰斯特儀器有限公司）；DSX—2808高壓蒸汽滅菌鍋（上海市申安醫(yī)療器械廠）；SLS-60-70高壓均質(zhì)機(jī)（上海申鹿均質(zhì)有限公司）；FR-88手壓盒杯封口機(jī)（瑞安市天馬包裝機(jī)械有限公司）；全自動(dòng)定氮儀2300（瑞典福斯特卡托公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)流程

1.2.2 感官評(píng)分評(píng)價(jià)

感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示：

1.2.3單因素條件的確立 ①菊糖與蔗糖的配比對(duì)酸奶品質(zhì)的影響：試驗(yàn)固定總糖添加量為6%，膳食纖維添加量為2%，菌種接種量為3%，發(fā)酵時(shí)間為4h，菊糖和蔗糖的配比分別為5：7、6：6、7：5、8：4、9：3五個(gè)水平進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每個(gè)梯度做三個(gè)平行樣，按照2.2.2方法經(jīng)品嘗者品評(píng)評(píng)定后得出結(jié)果，確定最佳配比。②膳食纖維添加量對(duì)酸奶品質(zhì)的影響：如2.2.3.1 同法；膳食纖維添加量分別為1%、1.5%、2%、2.5%、3%五個(gè)水平進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定膳食纖維最佳添加量。③菌種添加量對(duì)酸奶品質(zhì)的影響：如2.2.3.1 同法；菌種接種量為1%，2%，3%，4%，5%五個(gè)水平進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定最適宜種添加量。④發(fā)酵時(shí)間對(duì)酸奶品質(zhì)的影響：如2.2.3.1；發(fā)酵時(shí)間分別為3h，4h，5h，6h，7h五個(gè)水平進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定最佳發(fā)酵時(shí)間。

1.2.4 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以菊糖和蔗糖的配比、膳食纖維添加量（%）、菌種接種量（%）、發(fā)酵時(shí)間（h）為自變量，感官得分平均分為響應(yīng)值，應(yīng)用Design-expert 7.1.6中的Box-Behnken（BBD）原理設(shè)計(jì)試驗(yàn)，因素水平編碼見表2。

1.2.5 響應(yīng)面優(yōu)化數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Design-Expert 7.1.6建模，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素生產(chǎn)工藝優(yōu)化條件

2.1.1 菊糖與蔗糖的配比對(duì)酸奶品質(zhì)的影響 由圖1可知：菊糖與蔗糖的配比逐漸增加時(shí)，感官得分也不斷升高。當(dāng)菊糖與蔗糖的配比超過7：5時(shí)，感官評(píng)分下降。實(shí)驗(yàn)的最佳菊糖與蔗糖的配比為7：5。

2.1.2 膳食纖維添加量對(duì)酸奶品質(zhì)的影響 由圖2可知：提取膳食纖維添加量的增加，感官評(píng)分也隨之增加。當(dāng)添加量超過2%后，感官得分又重新呈下降趨勢(shì)，實(shí)驗(yàn)的最佳膳食纖維添加量為2%。

2.1.3 菌種添加量對(duì)酸奶品質(zhì)的影響 由圖3可知：隨著菌種添加量的增加，感官得分也在升高。當(dāng)菌種添加量超過3%后，又開始下降，所以本實(shí)驗(yàn)中最佳的菌種添加量為3%。

2.1.4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)酸奶品質(zhì)的影響 由圖4可知：當(dāng)發(fā)酵時(shí)間為4h時(shí)，感官評(píng)分最高，所以該實(shí)驗(yàn)中最佳的發(fā)酵時(shí)間為4h.

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化分析結(jié)果

2.2.1 數(shù)學(xué)建模 在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以菊糖和蔗糖的配比、膳食纖維添加量（%）、菌種接種量（%）、發(fā)酵時(shí)間（h）為自變量，感官得分平均分為響應(yīng)值，應(yīng)用Design-expert 7.1.6中的Box-Behnken（BBD）原理設(shè)計(jì)試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表3。

利用Design-Expert 7.1.6 對(duì)表3結(jié)果進(jìn)行方差分析，方差分析的結(jié)果見表4。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元回歸擬合，建立以感官得分（R）為目標(biāo)函數(shù)的多元二次回歸方程：R1=-187.97500-4.75000A+57.03333B+159.56667C+5.15000D+1.00000AB-0.50000AC-7.10543E-015AD+2.00000BC+3.75000BD+4.50000CD-13.73333A2-9.23333B2-44.43333C2-4.60833D2。

2.2.2 方差分析 利用BBD原理對(duì)模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表4。

注：*代表該項(xiàng)具有顯著性（P≤0.05），下表同。

由表4可知，對(duì)菊糖膳食纖維酸奶感官得分?jǐn)?shù)學(xué)模型驚醒方差分析，二次多元模型中F=66.69，P<0.0001，而失擬項(xiàng)P=0.1909>0.05，表明該模型顯著。在模型中，一次項(xiàng)（A、B、C和D），二次項(xiàng)（A2、B2、C2、D2）以及交互項(xiàng)AB和BD的P值均小于0.05，表明這些項(xiàng)的作用顯著，而交互項(xiàng)AC、AD、BC、CD項(xiàng)的P值大于0.05，為不顯著交互項(xiàng)。

2.3 響應(yīng)面工藝優(yōu)化分析

在其他兩個(gè)因素固定的條件下，利用Design-Expert 7.1.6分析交互項(xiàng)對(duì)還原糖含量的影響，結(jié)果如圖5-圖10所示。

從圖5中看出，當(dāng)菊糖與蔗糖的配比為7：5、發(fā)酵時(shí)間為4h時(shí)，隨著發(fā)酵時(shí)間的增加，感官得分逐漸升高，在發(fā)酵時(shí)間為4h左右時(shí)達(dá)到最大，之后又逐漸下降。隨著菊糖與蔗糖配比增加，感官得分逐漸增大，在配比數(shù)值為7：5左右時(shí)，感官得分達(dá)最大，之后又逐漸下降。同時(shí)，從等高線圖中可看出菊糖與蔗糖配比對(duì)酸奶感官得分的影響要比發(fā)酵時(shí)間對(duì)酸奶感官得分的影響顯著。而發(fā)酵時(shí)間在合理數(shù)值內(nèi)對(duì)響應(yīng)值影響不大。

從圖6中看出，當(dāng)菊糖與蔗糖的配比為7：5、膳食纖維添加量為2%時(shí)，隨著提菊糖與蔗糖配比增加，感官得分逐漸升高，在配比值為7：5左右時(shí)達(dá)到最大，之后又逐漸下降。隨著膳食纖維添加量增加，感官得分逐漸增大，在膳食纖維添加量2%左右時(shí)，感官得分達(dá)最大，之后又逐漸下降。同時(shí)，從等高線圖中可看出菊糖與蔗糖配比對(duì)酸奶感官得分的影響要比膳食纖維添加量對(duì)酸奶感官得分的影響顯著。

從圖7中看出，當(dāng)菊糖與蔗糖的配比為7：5、菌種接種量為3%時(shí)，隨著菊糖與蔗糖配比的增加，感官得分逐漸升高，在菊糖和蔗糖配比7：5左右時(shí)達(dá)到最大，之后又逐漸下降。隨著菌種接種量的增加，感官得分略微增大，在數(shù)值為3%左右時(shí)，感官得分達(dá)最大，之后又逐漸下降。同時(shí)，從等高線圖中可看出菊糖與蔗糖的配比對(duì)酸奶感官得分影響要比菌種接種量對(duì)酸奶感官得分的影響顯著。而菌種接種量在合理數(shù)值內(nèi)對(duì)響應(yīng)值影響不大。

從圖8中看出，當(dāng)膳食纖維添加量為2%、發(fā)酵時(shí)間為4h時(shí)，隨著膳食纖維添加量增加，感官值逐漸增大，在膳食纖維添加量為2%左右時(shí)，感官值達(dá)最大，之后又逐漸下降。隨著發(fā)酵時(shí)間的增加，感官得分逐漸升高，在發(fā)酵時(shí)間為4h左右時(shí)達(dá)到最大，之后又逐漸下降。

從圖9中看出，當(dāng)發(fā)酵時(shí)間為4h、菌種接種量為3%時(shí)，隨著菌種接種量的增加，感官得分逐漸增大，在菌種接種量為3%左右時(shí)，感官值達(dá)最大，之后又逐漸下降。隨著發(fā)酵時(shí)間的增加，感官得分逐漸升高，在發(fā)酵時(shí)間為4h左右時(shí)達(dá)到最大，之后又逐漸下降。從圖中可以看出。發(fā)酵時(shí)間和菌種接種量對(duì)菊糖膳食纖維酸奶感官得分不顯著。

從圖10中看出，當(dāng)膳食纖維添加量為2%、發(fā)酵時(shí)間為4h時(shí)，隨著膳食纖維添加量增加，感官值逐漸增大，在膳食纖維添加量為2%左右時(shí)，感官值達(dá)最大，之后又逐漸下降。隨著菌種接種量的增加，感官得分逐漸增大，在菌種接種量為4%左右時(shí)，感官值達(dá)最大，之后又逐漸下降。

綜上所述，菊糖與蔗糖配比和膳食纖維的添加量比對(duì)菊糖膳食纖維酸奶感官值的影響較為明顯，表現(xiàn)為曲線較為陡峭，而發(fā)酵時(shí)間、菌種接種量對(duì)菊糖膳食纖維酸奶感官值的影響較小，表現(xiàn)為曲線較為平緩，即隨其添加量的增加，響應(yīng)值變化范圍不大。因此，在所選因素水平范圍內(nèi)各因素對(duì)結(jié)果的影響排序?yàn)椋壕仗桥c蔗糖配比>膳食纖維添加量>發(fā)酵時(shí)間>菌種接種量。

為進(jìn)一步確定工藝最佳點(diǎn)，用Design-Expert 7.1.6軟件進(jìn)行數(shù)值優(yōu)化分析，經(jīng)軟件分析，最適條件值分別為菊糖與蔗糖配比7：5、膳食纖維添加量為2.27%、發(fā)酵時(shí)間為4.02h、菌種接種量3.02%，在此條件下經(jīng)手動(dòng)化調(diào)節(jié)的回歸方程對(duì)菊糖膳食纖維酸奶工藝的分析和預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)98.99%。

2.4 營(yíng)養(yǎng)成分分析

通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定的數(shù)據(jù)，得到以下結(jié)果：

由表5看出，制得的菊糖膳食纖維酸奶，增加了較多的營(yíng)養(yǎng)元素膳食纖維，而膳食纖維具有吸水性，水分含量較純酸奶略有減少；因?yàn)樯攀忱w維的加入，有利于保加利亞乳桿菌具有一定的促進(jìn)增殖作用，乳酸菌菌數(shù)增加幅度較大；同時(shí)帶有全脂脂肪口感，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和口感總體高于純酸奶。

3 結(jié)論

將菊糖與蔗糖的配比、膳食纖維添加到鮮牛乳中進(jìn)行乳酸發(fā)酵，制備菊糖膳食纖維酸奶。試驗(yàn)通過單因素試驗(yàn)，以膳食纖維添加量、菌種接種量、發(fā)酵時(shí)間、白砂糖添加量為自變量，感官評(píng)分為因變量。再采用響應(yīng)面法，按照中心組合設(shè)計(jì)法中的 Box-Behnken 法設(shè)計(jì)試驗(yàn)，得出優(yōu)化菊糖膳食纖維酸奶的生產(chǎn)工藝參數(shù)。優(yōu)化得到的最佳工藝參數(shù)為：菊糖與蔗糖的配比為7：5，膳食纖維添加量 2.27%，菌種接種量 3.02%，發(fā)酵時(shí)間4.02h。各因素影響順序：菊糖與蔗糖的配比>膳食纖維添加量>發(fā)酵時(shí)間>菌種接種量。

工藝優(yōu)化后的菊糖膳食纖維酸奶的表面有少量乳清析出，口感細(xì)膩，并帶有全脂脂肪口感，色澤均勻，呈微黃色，質(zhì)地均勻，具有奶香味及乳酸發(fā)酵香味。最佳工藝條件下制備的菊糖膳食纖維酸奶：膳食纖維含量明顯增加，水分含量略有有減少，不明顯，乳酸菌菌數(shù)為10.98±1.7×107 cfu/ml，同時(shí)帶有全脂脂肪的口感。

隨著國(guó)際、國(guó)內(nèi)糖質(zhì)資源的匱乏，菊芋作為工業(yè)原料部分可緩解糧食深加工行業(yè)原料來源不足的難題，菊糖正在被越來越多熱愛生活、追求生活的消費(fèi)者所認(rèn)識(shí)、關(guān)注，為菊芋的綜合開發(fā)提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]饒志娟，鄭建仙，賈呈祥.功能性食品基料—菊粉的研究進(jìn)展[J].中國(guó)甜菜業(yè)，2002，4：26-30.

[2]薛龍，朱英蓮，張培正.低糖發(fā)酵酸乳生產(chǎn)工藝的優(yōu)化[A].食品與發(fā)酵科技，2011，47（6）：30-39.

[3]譚曉瓊，董全，丁紅梅.功能保健食品菊糖的研究進(jìn)展與發(fā)展前景[J].中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng)，2007（1）：22-24.

[4]郝昭琳. 第七營(yíng)養(yǎng)素———膳食纖維[J] . 食品與藥品，2005，（ 6） ： 65- 67.

[5]劉楊柳，禚同友，王平悅等.玉米皮膳食纖維酸奶的工藝優(yōu)化及營(yíng)養(yǎng)學(xué)評(píng)價(jià)[A].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，2014，55-59.

[6]張曉敏等.膳食纖維的功能及其在食品中的應(yīng)用[J].農(nóng)產(chǎn)品加工.學(xué)刊，2007，（11）：40-45.

[7]Meyer D，Bayarri S，Tarrega A，et al.Inulin as texture modifier in daiay products[J].Food Hydrocolloids，2011，25（8）：1881-1890.