高蛋白酸奶復(fù)配穩(wěn)定劑的響應(yīng)面法優(yōu)化

梁佳祺，張書文，馬春麗，石靜文，依勝男，郝莉雨，吳禹昊，王童，邵伯悅，亓藝潔，呂加平

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，北京 100093；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，哈爾濱 150030）

0 引言

酸奶是在乳中添加含有嗜熱鏈球菌和保加利亞桿菌的發(fā)酵劑發(fā)酵而成的產(chǎn)品[1]。當(dāng)前消費(fèi)者對酸奶的需求進(jìn)一步升級[2]，市場上銷售的酸奶產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重。因此，開發(fā)營養(yǎng)健康美味的新型酸奶產(chǎn)品非常必要。

目前，酸奶加工的穩(wěn)定劑主要有果膠、瓊脂、明膠、變性淀粉等[3-4]，多以變性淀粉為主，含量高達(dá)0.8%～1.0%，口感糊口黏滯。明膠可提高產(chǎn)品的組織狀態(tài)及穩(wěn)定性[5]。但近幾年劣質(zhì)明膠事件一直成為輿論的話題，消費(fèi)者多有顧慮[6-7]。本研究選用乳蛋白濃縮物（MPC）為配料添加到牛乳中，可提高酸奶的蛋白質(zhì)含量，同時獲得較好的口感及穩(wěn)定的產(chǎn)品。本研究在參考相關(guān)文獻(xiàn)[8-10]及前期單因素試驗其適宜用量的基礎(chǔ)上，通過響應(yīng)面法優(yōu)化穩(wěn)定劑的復(fù)配方案，得到一種新型復(fù)配穩(wěn)定劑。

1 實(shí)驗

1.1 材料

純牛乳（超高溫滅菌乳），酸奶發(fā)酵劑（CHR HANSEN），白砂糖，MPC，穩(wěn)定劑：瓊脂，變性淀粉。

1.2 儀器與設(shè)備

BSA124S-CW型電子天平，DK-S24電熱恒溫水浴鍋，LHS-150/250HC-II恒溫恒濕箱，SRH 60-70型均質(zhì)機(jī)，RW-20高速攪拌器。

2 方法

2.1 工藝流程

牛乳→配料→均質(zhì)→殺菌→冷卻→接種→保溫發(fā)酵→冷卻→后熟→檢驗→成品

2.2 制備要點(diǎn)

（1）配料。牛奶預(yù)熱至60℃，按試驗設(shè)計加入白砂糖，MPC，穩(wěn)定劑，用高速攪拌裝置使其充分溶解。

（2）均質(zhì)。采用高速剪切均質(zhì)方法。

（3）殺菌、冷卻。經(jīng)均質(zhì)后的料液在95℃的條件下，保溫5 min殺菌，將殺菌后的料液迅速冷卻至42℃左右。

（4）接種。菌種（CHR HANSEN），接種量0.117 g/L，接種時應(yīng)注意無菌操作，防止雜菌污染。接種后充分?jǐn)嚢杈鶆颍扪b于高壓滅菌（121℃，15 min）后的玻璃瓶中進(jìn)行發(fā)酵。

（5）發(fā)酵。接種后的料液攪拌均勻后，在恒溫恒濕箱中進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度是42℃，培養(yǎng)時間約4 h～5 h。

（6）發(fā)酵終點(diǎn)的判定。酸奶發(fā)酵終點(diǎn)判定是酸奶制作的關(guān)鍵技術(shù)之一，直接影響酸奶的組織狀態(tài)和風(fēng)味。酸奶終點(diǎn)確定過早，則酸奶組織過軟，風(fēng)味差；過遲則酸度高，乳清析出過多。判斷方法：發(fā)酵一段時間，抽樣觀察其組織狀態(tài)并測定酸度。當(dāng)組織狀態(tài)良好，有較穩(wěn)定均勻的凝固狀態(tài)，表面無乳清，滴定酸度達(dá)到80～95oT后終止發(fā)酵。

（7）冷卻、后熟。冷藏的溫度控制在4℃。冷卻可抑制后酸化過度，改善酸奶的硬度、促進(jìn)香味物質(zhì)的產(chǎn)生等。后熟時間約12～14 h。

2.3 產(chǎn)品感官評價標(biāo)準(zhǔn)

由10位感官正常人員經(jīng)培訓(xùn)后品嘗，分別從口感及組織狀態(tài)兩個方面對發(fā)酵乳樣品進(jìn)行評定，滿分100分，平均值取整后作為結(jié)果。參考GB 19302-2010中發(fā)酵乳的評價標(biāo)準(zhǔn)[11]并進(jìn)行適當(dāng)修改[12]，具體感官項目權(quán)重的分布如表1所示。

表1 酸奶穩(wěn)定性感官評價標(biāo)準(zhǔn)

2.4 單因素實(shí)驗

選取對酸奶發(fā)酵有顯著影響的3個因素，即蛋白、瓊脂和變性淀粉的添加量。按表1的評價標(biāo)準(zhǔn)對酸奶進(jìn)行感官評分。

2.5 響應(yīng)曲面實(shí)驗設(shè)計

以單因素實(shí)驗結(jié)果為基礎(chǔ)，以蛋白質(zhì)、變性淀粉和瓊脂的添加量為自變量，以感官評分為因變量，采用Box-Behnken軟件設(shè)計三因素三水平回歸組合實(shí)驗[8-10]，實(shí)驗設(shè)計如表2所示。

表2 酸奶配方響應(yīng)面試驗因素水平%

2.6 數(shù)據(jù)處理

每個試驗平行重復(fù)3次，取平均值，采用Design Expert 8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析[13]。

2.7 酸奶主要指標(biāo)測定

（1）酸度測定采用NaOH滴定法測定[14－15]。

（2）黏度測定采用NDJ-1旋轉(zhuǎn)黏度計測定[16]。

（3）持水力測定采用離心法測定持水力[17-18]。

3 結(jié)果與分析

3.1 單因素實(shí)驗

3.1.1 蛋白添加量對酸奶的影響

加糖量6%，瓊脂添加量為0.4%，變性淀粉添加量0.3%，蛋白添加量分別為3%，6%，9%，12%，42℃培養(yǎng)4 h、20 min，經(jīng)后熟后，感官評價結(jié)果如圖1所示。

圖1 蛋白添加量對酸奶的影響

由圖1可以看出，蛋白添加量為6%時，口感和質(zhì)地最佳，再繼續(xù)添加蛋白時，酸奶的質(zhì)地粗糙，口感差，因此確定蛋白的添加量為3%～9%為優(yōu)化時的考察范圍。

3.1.2 變性淀粉添加量對酸奶的影響

加糖量6%，瓊脂添加量為0.4%，蛋白添加量為6%，變性淀粉添加量分別為0%，0.3%，0.6%，0.9%；42℃培養(yǎng)4 h，20 min，經(jīng)后熟后，感官評價結(jié)果如圖2所示。

圖2 變性淀粉添加量對酸奶的影響

由圖2可以看出，變性淀粉在添加量為0.3%時，酸奶的口感和質(zhì)地最佳。因此確定變性淀粉的添加量為0%～0.6%為優(yōu)化時的考察范圍。

3.1.3 瓊脂添加量對酸奶的影響

加糖量6%，蛋白添加量為6%，變性淀粉添加量為0.3%，瓊脂添加量分別為0.2%，0.4%，0.6%，0.8%；42℃培養(yǎng)4 h，20 min，經(jīng)后熟后，感官評價結(jié)果如圖3所示。

圖3 瓊脂添加量對酸奶的影響

由圖3可以看出，瓊脂在添加量為0.4%時，酸奶的口感和質(zhì)地最佳。因此確定瓊脂的添加量為0.2%～0.6%為優(yōu)化時的考察范圍。

3.2 Box-Bohnken實(shí)驗

根據(jù)表2的實(shí)驗因素水平設(shè)計，得到酸奶穩(wěn)定劑配方Box-Bohnken實(shí)驗結(jié)果，如表3所示。

表3 Box-Bohnken實(shí)驗方案及結(jié)果

各模型方差比較如表4所示。在擬合模型中，二次多項式模型的擬合效果要好于其他模型。由表4可以看出，實(shí)驗選用的模型極顯著（P＜0.0001），失擬項不顯著（P=0.0976＞0.05），說明模型是合適的；由回歸方程系數(shù)顯著性檢驗可知，P＜0.05說明模型顯著；P＜0.0001說明模型極顯著。模型的校正絕對系數(shù)R2=0.9915，R2Adj=0.9807，說明該模型擬合效果良好，試驗誤差小，可信度高，可以用來分析和預(yù)測酸奶穩(wěn)定劑的復(fù)配方案。

模型中的各影響因素的方差分析如表4所示。由表4可以看出，經(jīng)酸奶穩(wěn)定劑配方響應(yīng)面試驗后，其感官評分與各影響因素之間關(guān)系符合二次方程模型。在三個因素交互作用下，其中，交互作用對酸奶口感有顯著影響。從單個因素影響來看，三個因素對酸奶感官評分的影響順序是：蛋白添加量＞變性淀粉添加量＞瓊脂添加量。

表4 酸奶感官評分回歸模型方差分析

利用Design Expert8.0軟件對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得感官評分與各因素之間的三元二次回歸的方程為

感官評分=59.09+10.53A+8.57B-0.33C-2.22AB-0.33AC-0.41BC-0.91A2+1.47B2+5.81C2。

圖4 Y=f(A,B)的響應(yīng)面曲面

圖5 Y=f(A,C)的響應(yīng)面曲面

圖6 Y=f(B,C)的響應(yīng)面曲面

圖4—圖6為各響應(yīng)面立體分析結(jié)果。由圖4—圖6及軟件分析可知，回歸方程存在穩(wěn)定點(diǎn)。通過嶺脊分析預(yù)測，當(dāng)酸奶復(fù)配穩(wěn)定劑MPC的添加量為5.64%、變性淀粉的添加量為0%，瓊脂的添加量為0.6%時，響應(yīng)值Y達(dá)到最大值，即酸奶綜合得分，為90.1。由于以上最佳條件沒有包括在響應(yīng)面優(yōu)化的17組實(shí)驗中，需進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗驗證。驗證實(shí)驗結(jié)果表明，酸奶的綜合得分89.4與預(yù)測值相差不大，說明該方程與實(shí)際情況擬合良好，充分驗證了所建模型的正確性，說明響應(yīng)面法適用于酸奶發(fā)酵工藝進(jìn)行回歸分析和參數(shù)優(yōu)化。

4 結(jié)論

通過Box-Bohnken試驗設(shè)計及回歸模型預(yù)測確定的酸奶穩(wěn)定劑最佳配方為蛋白添加量5.64%，變性淀粉添加量0%，瓊脂添加量0.6%，在此條件下測得的感官評分均值為89.4，與理論預(yù)測值90.1誤差較小，各因素對感官評分的影響排序為A蛋白添加量＞B變性淀粉添加量＞C瓊脂添加量。經(jīng)最佳復(fù)配穩(wěn)定劑實(shí)驗方案制得的酸奶在冷卻后熟后能保持產(chǎn)品均勻一致，口感細(xì)膩爽滑，無結(jié)塊分層和乳清析出現(xiàn)象。并且此配方用MPC成功替代了變性淀粉，使產(chǎn)品具有較高的蛋白質(zhì)含量，可以在滿足消費(fèi)者對酸奶風(fēng)味及口感的同時為消費(fèi)者提供更高的營養(yǎng)價值。