響應面優化山楂薏仁復合攪拌型酸奶發酵工藝

（福建師范大學閩南科技學院，福建泉州 362332）

響應面優化山楂薏仁復合攪拌型酸奶發酵工藝

譚屬瓊，謝勇武

（福建師范大學閩南科技學院，福建泉州 362332）

選擇營養價值高的薏仁和藥食價值高的山楂為材料，將復原乳、白砂糖以及發酵劑按照一定的比例調制而成的酸性奶制品。在單因素實驗的基礎上，再用響應面實驗優化山楂薏仁復合攪拌型酸奶的最佳制備工藝。結果表明：奶粉與純凈水的比例為1∶6，山楂的添加量為5.18%，薏仁的添加量為1.02%，白砂糖的添加量為5.08%，菌種的接種量為0.13%（均為質量分數，下同），發酵時間為4 h，發酵溫度為42℃。所制備的山楂薏仁復合攪拌型酸奶組織狀態均勻黏稠，色澤光亮，不僅具有醇厚的酸奶味外，還具有獨特的薏仁和山楂的風味，口感爽口，酸甜適中，是一款風味優質及飽含豐富營養價值的酸奶。

薏仁；山楂；酸奶；響應面法

0 引言

以具有獨特風味的薏仁、山楂和牛奶為主要原料進行發酵，制成一款具有獨特風味和高營養價值的山楂薏仁復合攪拌型酸奶。酸奶[1]中的乳酸菌對食物消化吸收有重要作用[2]，可緩解便秘[3]，控制并緩解體內的毒素[4]，還能有效地延緩衰老[5]。山楂對人體的心血管疾病有多方面藥理作用[6]，還可助消化、增強食欲、消食健胃[7]，其還對散瘀止血，安神防暑及防癌抗癌等[8]具有重要的作用；薏仁中的VB和VE具有美容抗衰老的作用，還可清除色斑、粉刺等，對腳氣病的防治有較好的效果[9]；牛奶營養豐富，其含有豐富的礦物質，且鈣磷比例非常適當，利于鈣的吸收。在單因素試驗的基礎上利用響應面優化工藝，最終確定最優工藝，通過該工藝制備的產品在一定程度滿足了消費者的需求，并豐富了奶制品的市場。

1 實驗

1.1原料

新鮮山楂，白砂糖，雀巢全脂奶粉，純凈水（均為市售）。真空包裝的薏仁，菌種（保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌）。

1.2設備

JJ600型電子天平，JYZ-D525九陽打漿機，WK2102型電磁爐，ET-D8型封杯機，SPX-150B-Z型生化培養箱，100目標準檢驗篩，PHS-3型pH計，DKL(FC)型遠紅外電熱食品烤爐，NDJ-1旋轉式黏度計，BCD-256KF型海爾電冰箱。

1.3方法

1.3.1 山楂薏仁復合攪拌工藝流程

圖1為山楂薏仁復合攪拌型酸奶的制備工藝流程。

1.3.2 操作要點

（1）薏仁的預處理。將合格薏仁洗凈、浸泡5 h、然后蒸制40 min、80℃烘干、粉碎至100目過篩即可。

圖1 山楂薏仁復合攪拌工藝流程

（2）山楂漿的制備。將挑選好的山楂洗凈，去核去柄去花萼，先蒸制再切塊、打漿，最終制成山楂醬。

（3）復原乳的制備。將雀巢全脂奶粉與純凈水按一定比例混合，攪拌均勻，不結塊，得到復原乳。

（4）殺菌處理。將復原乳在100℃的條件下煮沸5 min，按比例加入薏仁粉和粉碎的白砂糖，一起殺菌，并不斷的攪拌，直至混合均勻。

（5）發酵處理。邊冷卻邊攪拌到溫度40℃左右，以防結皮，加入適量發酵劑，攪拌均勻，再灌裝密封，置于適宜溫度下發酵數小時，并觀察其狀態，當發現酸奶呈較粘稠態時，停止發酵。

（6）冷藏后熟。待酸奶呈凝固狀態后，加入殺菌后的山楂漿攪拌均勻，置于2～7℃的冰箱內，冷藏后熟12h，即可飲用，并進行感官評價。

1.3.3 產品的質量指標的測定

1.3.3.1 感官評分標準

隨機選取10～15名專業人員組成評價小組，對山楂薏仁復合攪拌型酸奶的組織狀態，口感，色澤等方面進行感官評價，并通過認真分析，計算其平均值，評分標準如表1所示。

表1 山楂薏仁復合攪拌型酸奶的感官評定標準

1.3.3.2 理化指標

持水力的測定：使用校正后的低速臺式離心機進行測定三次，最終結果取平均值。

黏度的測定：使用校正后的旋轉式黏度計進行測定三次，最終結果取平均值。

酸度的測定[10]：取酸乳樣品5.0 mL，加入50 mL蒸餾水，混合均勻，滴入2滴酚酞指示劑，用濃度為0.1 mol/L的NaOH滴定至淡粉色，并在1 min不消失，根據消耗濃度0.1 mol/L的NaOH標準溶液的量計算出滴定酸度(°T)，用滴定酸度=20V換算。

pH值的測定[11]：使用校正后的pH計直接進行測定3次，最終結果取平均值。

1.3.3.3 衛生指標

根據細菌總數GB/T 4789.2-2010，采用平板菌落計數法進行細菌總數的測定；根據大腸桿菌GB/T 4789.3-2010，采用大腸菌群平板計數法進行大腸菌群的測定。

1.3.4 單因素試驗設計

將奶粉與純凈水按照的比例（質量濃度比為1∶4，1∶5，1∶6，1∶7，1∶8）制備成復原乳，加入薏仁粉（質量分數為0.5%，1%，1.5%，2%，2.5%）和白砂糖（質量分數為3%，4%，5%，6%，7%）；均勻攪拌制成混合乳，經均質殺菌處理后，放涼并加入菌種（0.08%，0.1%，0.12%，0.14%，0.16%），在生化培養箱中（溫度為40，41，42，43，44℃）發酵3，4，5，6，7 h；發酵結束后，將山楂醬按質量分數為3%，4%，5%，6%，7%加入凝乳中攪拌均勻；再放入4℃冰箱后熟12 h。最后進行感官評分，確定各因素對山楂薏仁復合攪拌型酸奶的影響。

1.3.5 響應面實驗的設計

在單因素實驗的基礎上，確定試驗因素，用響應面分析法優化山楂薏仁復合攪拌型酸奶的工藝，以酸奶感官評分為響應值，確定山楂薏仁復合攪拌型酸奶制備的最佳工藝。

2 結果與分析

2.1單因素實驗結果分析

2.1.1 奶粉與水的比例對酸奶的影響

圖2為奶粉與水的比例對酸奶的影響。由圖2可以看出，奶粉與純凈水的比例在1∶4～1∶6范圍內，酸奶感官評分升高，酸奶的組織狀態變得更好，酸奶味更加醇厚，山楂和薏仁的香氣也越來越凸顯；當奶粉與水的比例為1∶6時，感官得分最高，為87分，所制備的酸奶顏色呈明亮的乳白色，酸味醇厚，無沉淀物質；而比例在1∶6～1∶8范圍時，酸奶凝乳狀態變差，奶味不足，酸奶感官評分反而下降。隨著奶粉與純凈水的比例的變化，酸奶的感官評分相對其他變量作用較小，因此，奶粉與水的比例固定為為1∶6。

圖2 奶粉與水的比例對酸奶的影響

2.1.2 山楂添加量對酸奶的影響

圖3為山楂添加量對酸奶的影響。由圖3可以看出，酸奶感官評分在山楂的添加量為3%～5%范圍內增加而升高，酸奶的口感增加，山楂獨特的香氣越來越凸顯；當山楂的添加量達到5%時，感官得分最高，所制備的酸奶有山楂獨特的香氣，與薏仁和酸奶的香氣相協調，組織狀態均勻，無沉淀現象；當山楂的添加量超過5%時，山楂的酸味過于強烈，掩蓋了酸奶和薏仁的風味，感官得分隨著品質的下降而下降。因此，山楂添加量以5%左右為宜。

圖3 山楂添加量對酸奶的影響

2.1.3 薏仁添加量對酸奶的影響

圖4為薏仁添加量對酸奶的影響。由圖4可以看出，酸奶的感官評分在薏仁添加量為0.5%～1%范圍內增加而升高，酸奶的口感和風味變得更好，薏仁獨特的香氣凸顯；當薏仁的添加量達到1%時，感官得分最高，為88分，酸奶有薏仁獨特的香氣，口感絲滑，且不掩蓋酸奶的香氣；但在薏仁添加量超過1%時，酸奶色澤漸漸變暗，口感也越來越粗糙，有分層的現象，感官評分反而下降。因此，薏仁添加量以1%左右為宜。

圖4 薏仁添加量對酸奶的影響

2.1.4 白砂糖添加量對酸奶的影響

圖5為白砂糖添加量對酸奶的影響。由圖5可以看出，白砂糖的添加量在3%～5%范圍內，酸奶感官評分升高，酸奶爽口舒適，酸甜度比例更好；當白砂糖的添加量為5%時，此時的酸奶感官得分最高，為90分，酸奶酸味醇厚，甜度充足，風味柔和，黏稠度適中；但當白砂糖的添加量超過5%時，酸奶酸味不足，偏甜，隨著風味下降，感官評分隨著下降。因此，白砂糖的添加量以5%左右為宜。

2.1.5 菌種接種量對酸奶的影響

圖6為菌種接種量對酸奶的影響。由圖6可以看出，當菌種的添加量在0.08%～0.12%范圍內，感官評分升高，酸奶的風味增加，口感更舒適；當菌種的接種量為0.12%時，感官得分最高，為89分，所制備的酸奶酸度醇厚，黏稠度適中，組織狀態穩定，無沉淀；當菌種的添加量超過0.12%時，酸奶酸味過于刺激，有分層和乳清析出現象。因此，酸奶的菌種接種量以0.12%左右為宜。

圖5 白砂糖添加量對酸奶的影響

圖6 菌種接種量對酸奶的影響

2.1.6 發酵時間對酸奶的影響

圖7為發酵時間對酸奶的影響。由圖7可以看出，酸奶的感官評分在2～4 h范圍內隨發酵時間的增加而升高，酸奶的風味和口感增加，組織狀態均勻黏稠度更好，且無乳清析出；當酸奶發酵時間為4 h時，酸奶的感官得分最高，為84分，所得產品黏稠度好，酸甜度適中，無分層現象；當發酵時間超過4 h時，黏稠過度，酸味刺激，口感較差，酸奶的感官得分隨酸奶的品質減弱而下降。隨著發酵時間的變化，酸奶的感官評分相對于其他變量作用相對較小，因此，酸奶的發酵時間固定在4 h。

圖7 時間對酸奶的影響

2.1.7 發酵溫度對酸奶的影響

圖8為發酵溫度對酸奶的影響。由圖8可以看出，當酸奶的發酵溫度在40～42℃的范圍內，酸奶感官評分升高，口感潤滑，風味增加；當酸奶的發酵溫度為42℃時，酸奶的感官得分最高，為86分，在適宜的溫度下，菌種生長較旺盛，所制備的酸奶組織狀態穩定，酸甜適中，無乳清分離現象；當酸奶的發酵溫度高于42℃時，菌種的生長受到抑制，產酸緩慢，酸味不夠醇厚，有分層現象，使得感官得分降低。由于發酵溫度變化不大，酸奶的感官評分相對于其他變量作用相對較小，因此，酸奶的發酵溫度固定為42℃。

圖8 溫度對酸奶的影響

2.2響應面模型的建立及回歸方程的分析

通過Design-expert軟件設計4因素3水平實驗[12]，共設計29個關鍵點，其中24個析因點，5個為零點，以零點估計誤差，通過感官評價來確定29組試驗中的酸奶的最佳工藝。響應面試驗因素水平表見表2所示，山楂薏仁復合攪拌型酸奶的因素水平和試驗結果見表3。對本模型進行回歸方程方差分析結果見表4。

表2 響應面試驗因素水平 %

利用Design-Expert軟件，由根據表3的數據處理后，進行二次多元回歸擬合[13]，A、B、C、D為變量的編碼值，Y為得到山楂薏仁復合攪拌型酸奶的感官評分?；貧w方程為 Y=95.8+5.07A+0.83B+3.30C+ 4.92D-0.22AB-1.90AC-3.43AD+.43BC-0.20BD-3.38CD-9.79A2-7.84B2-11.02C2-5.37D2。

根據表4的數據分析出，一次項的山楂的添加量（A）、薏仁的添加量（B）、白砂糖的添加量（C）、菌種的添加量（D）及其四者的二次項和各因素之間的交互作用（AC、AD、CD）對感官評分的分值（P＜0.05）均為顯著水平，表明回歸方程結果可靠。而失擬項（P= 0.9897＞0.05），為不顯著，表明了模型的相對誤差較小。由主要因素A、B、C、D的各F值可知，各個因素對山楂薏攪拌型酸奶的感官品質影響的順序為：山楂的添加量＞菌種的添加量＞白砂糖的添加量＞薏仁的添加量。

表3 響應面試驗結果 %

2.3多種因素交互作用的響應面圖分析

通過Design-Expert分析得到山楂薏仁復合攪拌型酸奶響應面分析圖，圖9至圖14為交互因素對響應面值的響應曲面及等高線圖[14]。

由圖9可以看出，隨著山楂和薏仁的添加量增加，酸奶的感官評分也隨之升高，當山楂和薏仁的添加量達到某一水平時，酸奶的感官評分達到最大值，隨后呈下降趨勢。等高線圖呈圓形，說明山楂和薏仁添加量的交互作用弱。山楂添加量的變化趨勢快于薏仁添加量，說明山楂添加量比薏仁添加量對酸奶的感官評分的影響相對顯著。

由圖10可以看出，隨著山楂和白砂糖的添加量增加，酸奶的感官評分也隨之升高，當山楂和白砂糖的添加量達到某一水平時，酸奶的感官評分達到最大值，隨后呈下降趨勢。山楂添加量比白砂糖添加量的曲面陡，說明山楂的添加量對酸奶的感官評分影響更加顯著。等高線圖呈橢圓形，說明山楂和白砂糖添加量的交互作用較強，等高線沿山楂添加量軸向白砂糖添加量軸密集說明山楂添加量比白砂糖添加量對酸奶的感官評分影響更為顯著。

表4 響應面試驗回歸方程方差分析

圖9 山楂和薏仁的添加量對交互作用的響應面和等高線

圖10 山楂和白砂糖的添加量對交互作用的響應面和等高線

圖11 山楂和菌種的添加量對交互作用響應面和等高線

由圖11可知，隨著山楂和菌種的添加量增加，酸奶的感官評分也隨之升高，當山楂和菌種的添加量達到某一水平時，酸奶的感官評分達到最大值，隨后呈下降趨勢。等高線圖接近橢圓形，說明山楂和菌種添加量的交互作用較強，山楂添加量的變化趨勢快于菌種添加量，說明山楂添加量比菌種添加量對酸奶的感官評分的影響更為顯著。

圖12 薏仁和白砂糖添加量對交互作用的響應面和等高線

由圖12可以看出，隨著白砂糖和薏仁添加量的增加，酸奶的感官評分也隨之升高，當白砂糖和薏仁的添加量達到某一水平時，酸奶的感官評分達到最大值，隨后呈下降趨勢。等高線圖呈橢圓形，說明薏仁和白砂糖添加量的交互作用強。等高線沿白砂糖添加量軸向薏仁添加量軸密集，說明白砂糖添加量比薏仁添加量對于酸奶的感官評分影響更加顯著。

圖13 薏仁和菌種添加量對交互作用的響應面和等高線

由圖13可以看出，隨著薏仁和菌種添加量的增加，酸奶的感官評分也隨之升高，當薏仁和菌種的添加量達到某一水平時，酸奶的感官評分達到最大值，隨后呈下降趨勢。等高線圖呈圓形，說明薏仁和菌種添加量的交互作用弱，對酸奶的感官評分影響不顯著。菌種添加量的變化趨勢明顯快于薏仁添加量，說明菌種添加量比薏仁添加量對于酸奶的感官評分影響更加顯著。

圖14 白砂糖和菌種添加量對交互作用的響應面和等高線

由圖14可以看出，隨著白砂糖和菌種添加量的增加，酸奶的感官評分也隨之升高，當白砂糖和菌種的添加量達到某一水平時，酸奶的感官評分達到最大值，隨后呈下降趨勢。菌種的添加量比白砂糖添加量的曲面陡，說明山楂的添加量對酸奶的感官評分影響更加顯著。等高線圖呈橢圓形，說明白砂糖和菌種添加量的交互作用較強，對酸奶的感官評分影響顯著。

綜上所述，山楂的添加量和菌種的添加量對山楂薏仁復合攪拌型酸奶的影響較為明顯，而薏仁的添加量和白砂糖的添加量對山楂薏仁復合攪拌型酸奶的品質影響比較小。根據等高線圖中的密集程度以及圖形是否趨近于圓形或者橢圓形[15]，最終判斷出山楂薏攪拌型酸奶的感官品質影響的順序為：山楂的添加量＞菌種的添加量＞白砂糖的添加量＞薏仁的添加量。利用回歸模型預測山楂薏仁復合攪拌型酸奶的最佳工藝條件為：山楂的添加量為5.18%，薏仁的添加量為1.02%，白砂糖的添加量為5.08%，發酵劑的接種量為0.13%，感官評分達到96.81分，為了驗證模型的精準性，在最佳優化配方下驗證3次制備酸奶，得到實際得分為95.89分，與理論值較接近，說明該模型的擬合程度較好，該工藝可行。

2.4產品質量指標測定結果

感官評價指標：酸奶呈光亮的乳白色，口感潤滑，具有濃郁的酸奶的香氣，同時帶有薏仁和山楂獨特的香氣，黏稠度適中，無分層現象。

理化指標：持水力為54.78%；黏度為1 550 mPa·s；酸度為85°T；pH值為4.68。

微生物指標：細菌總數≤100 mL-1；大腸菌群＜30個/100mL；未檢出致病菌。

3 結論

通過單因素試驗和響應面優化試驗，確定了山楂薏仁復合攪拌形式酸奶的最優工藝參數為：奶粉與純凈水的比例為1∶6，山楂的添加量為5.18%，薏仁的添加量為1.02%，白砂糖的添加量為5.08%，發酵劑的接種量為0.13%，發酵時間為4 h，發酵溫度為42℃，所得的酸奶持水力為54.78%，黏度為1 550 mPa·s，酸度為85°T，pH值為4.68。最終所制備的山楂薏仁復合攪拌型酸奶組織狀態均勻黏稠，色澤光亮，不僅具有醇厚的酸奶味外，還具有獨特的薏仁和山楂的風味，口感爽口，酸甜適中。

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Optimization of fermentation process of hawthorn and coix seed compound stirring yoghurt by response surface methodology

TAN Shuqiong,XIE Yongwu
(Fujian Normal University,Minnan Science and Technology Institute,Quanzhou 362332,China)

The choice of materials for the high nutritional value of coix seed food and medicine with high value of hawthorn,milk,white sugar,and the fermentation agent are prepared in accordance with a certain proportion.On the basis of single factor test,then the response surface experiment to optimize the hawthorn and coix seed compound stir yogurt the best preparation process.The results showed that the proportion of milk powder and pure water was 1∶6,hawthorn 5.18%,coix seed 1.02%,sugar 5.08%,the amount of strain 0.13%,fermentation time 4 h,fermentation temperature is 42℃.Compound stirred yoghurt prepared by hawthorn and coix seed,uniform texture thick, bright color,not only has the mellow taste of yogurt,also has a unique coix seed and hawthorn flavor,refreshing taste,sweet and sour moderate is a flavor quality and contains rich nutritional value of yogurt.

coix seed;hawthorn;yogurt;response surface methodology

TS252.54

A

1001-2230（2017）02-0051-06

2016-07-22

譚屬瓊（1985－），女，講師，研究方向為農產品加工及貯藏。