響應面法優(yōu)化艾草酸奶的發(fā)酵工藝

王婷婷 賈娟

摘要 [目的]優(yōu)化艾草酸奶的發(fā)酵工藝。[方法]以感官評價為指標，在單因素試驗的基礎上，利用響應曲面對試驗方法進行分析，優(yōu)化艾草酸奶的發(fā)酵工藝。[結(jié)果] 艾草酸奶的最佳生產(chǎn)工藝參數(shù)為接種量40 g/kg，發(fā)酵時間4.7 h，艾草汁添加量90 g/kg，蔗糖添加量70 g/kg。以此條件發(fā)酵出的艾草酸奶感官評分為91.66分，與預測值92.76分較一致。[結(jié)論]該研究為艾草酸奶的發(fā)酵提供了一定的理論依據(jù)，豐富了酸奶種類，具有廣闊的市場前景。

關鍵詞 艾草;酸奶;響應面;感官品質(zhì)

中圖分類號 TS252.54文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）17-0151-04

Abstract[Objective]To optimize the fermentation technology of Artemisia argyi yogurt. [Method]With sensory score as evaluation index，based on single factor experiments， the fermentation process were optimized by response surface method. [Result]A. argyi yogurt processing parameters were optimized as inoculum 40 g/kg，fermentation time 4.7 h， the addition of A. argyi juice 90 g/kg， the sucrose content 90 g/kg.Under the conditions，the sensory score of A. argyi yogurt was 91.66，which was consistent with the predicted value of 92.76. [Conclusion]The study provided the theoretical foundation about processing technology of A. argyi yogurt. It enriched the types of yogurt and had broad market prospects.

Key words Artemisia argyi;Yogurt;Response surface;Sensory quality

酸奶作為集營養(yǎng)保健為一體的多功能食品[1]，一直受到消費者的青睞，特別是近幾年在酸奶中添加膳食纖維、茶多酚[2]等活性成分，得到了人們的高度認可。艾草既是我國傳統(tǒng)的中藥，也是一種營養(yǎng)豐富的蔬菜[3]，其含有豐富的有效成分，因而具有增強免疫力、延緩衰老等多種生理作用，用艾草做出的酸奶既有艾草特殊的清香和酸奶的混合氣味，又能使產(chǎn)品保健增效，具有廣闊的市場前景。筆者通過研究艾草對酸奶品質(zhì)的影響，確定艾草酸奶的最佳生產(chǎn)工藝，對艾草添加量、接種量、發(fā)酵時間和蔗糖添加量等參數(shù)進行優(yōu)化，從而提高酸奶的品質(zhì)，促進酸奶品種多樣化，也為開發(fā)我國豐富的野生艾草資源開辟一條新的研發(fā)途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與器材

1.1.1 材料。生牛乳，市售;蔗糖、純凈水、艾草，均在漯河市的集市購買。

1.1.2 器材。冰箱（河南新飛電器集團有限公司）;C21-ST2106型電磁爐（廣東美的電器有限公司）;JA2003型電子天平（上海精天電子儀器有限公司）;精密pH計（北京云浮科技有限公司）;CYB型高壓均質(zhì)機（鄭州玉祥灌裝機械設備有限公司）;DNP-9162-1型電熱恒溫培養(yǎng)箱（長沙騰健醫(yī)療器械有限公司）;BC/BD-68HA溫度計;榨汁機;燒杯;量筒等。

1.2 加工方法

1.2.1 工藝流程。艾草酸奶工藝流程見圖1。

1.2.2 工藝要點。

1.2.2.1 艾草汁的制備。選用組織鮮嫩、無腐爛變質(zhì)的艾葉，將其反復清洗，剪成大小1 cm左右的小塊，稱取一定量艾葉，于5倍水體積中浸泡一段時間后用多功能榨汁機榨汁，5層紗布過濾，擠壓得艾草汁于冷藏冰箱內(nèi)備用。

1.2.2.2 原料乳的驗收。生牛乳的檢驗標準是國家乳品生鮮乳的安全標準;驗收標準是乳品企業(yè)的《原料牛乳驗收規(guī)程》;原料乳驗收后過濾備用。

1.2.2.3 配料混合、均質(zhì)。將牛奶、艾葉汁、蔗糖等按照設計比例進行調(diào)配，混合均勻后將混合物在60 ℃、25 MPa下進行2次均質(zhì)處理。

1.2.2.4 殺菌、冷卻、接種。將混合物加熱95 ℃左右煮沸，保溫5～10 min后，冷卻到42 ℃，將發(fā)酵乳接種于冷卻后的乳中，攪拌均勻。

1.2.2.5 發(fā)酵。將接種后乳迅速移至42 ℃左右恒溫箱內(nèi)發(fā)酵，當pH=4.6左右時，終止發(fā)酵。

1.2.2.6 冷藏。將發(fā)酵好的酸乳于4 ℃冰箱內(nèi)12～24 h完成后發(fā)酵，用于發(fā)酵乳芳香物質(zhì)的產(chǎn)生。

1.2.2.7 檢驗。按照GB19302—2010《食品安全國家標準發(fā)酵乳》和GB 2746—1999《酸牛乳》對產(chǎn)品進行感官檢驗評定。

1.2.3 艾葉酸奶的感官評價[4]。評價小組是由10名食品加工專業(yè)并且經(jīng)訓練過的人員組成，他們熟悉酸奶的加工過程，熟悉相關產(chǎn)品的感官評價標準。評價標準主要為產(chǎn)品的色澤、氣味、口感和組織狀態(tài)4類，取10人的平均分作為結(jié)果，評價標準如表1。

1.2.4 艾草酸奶的理化檢測[5]。蛋白質(zhì)的檢測采用凱氏定氮法，按照 GB 5009.5—2010《 食品中蛋白質(zhì)的測定》執(zhí)行;脂肪的測定采用索氏抽提法，按照GB/T 5413.3—2010《乳品中的脂肪測定》執(zhí)行;酸度檢測采用酸堿滴定法，按照GB/T 5413-34《乳制品酸度測定》執(zhí)行。

1.2.5 微生物指標檢測。微生物檢測主要按照GB 4789.18—2010《乳與乳制品檢驗》執(zhí)行。

1.2.6 艾草酸奶的單因素試驗。在其他條件不變的情況下，依次改變艾草汁添加量、蔗糖添加量、接種量、發(fā)酵時間進行單因素試驗，以感官評價為指標，確定出影響艾草酸奶的因素水平。

1.2.7 響應面試驗設計。在單因素試驗的基礎上，確定影響艾草酸奶感官最為主要的因素，然后對這些因素進行Box-Behnken 試驗設計，以感官評分為響應值，從而得到優(yōu)化的提取工藝參數(shù)[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 艾草汁添加量對艾草酸奶的影響。在蔗糖添加量為70 g/kg，發(fā)酵乳接種量為40 g/kg，發(fā)酵時間為4.5 h的條件下，分別添加60、70、80、90、100 g/kg的艾草汁，對發(fā)酵后的酸奶進行感官評價。

艾草汁是艾草酸奶的特征成分，可以賦予酸奶特有的功能，但是艾草汁的添加也會影響到菌種的生長繁殖，有可能對發(fā)酵產(chǎn)品的代謝產(chǎn)物含量造成一定影響，從而影響到酸奶的顏色和口感。由圖2可知，添加不同比例的艾草汁影響酸奶綜合評分，艾草汁比例在80～90 g/kg時，酸奶的口感細膩，有艾草淡淡的清香味，色澤和風味較好，感官評分高;當艾草汁比例在60～70 g/kg時，酸奶味太重，艾草的風味不足;艾草汁比例在100 g/kg時，顏色深綠，組織狀態(tài)粗糙，艾草味太濃，已經(jīng)完全掩蓋了酸奶的風味。根據(jù)感官品質(zhì)評分，分值隨著艾草汁添加量的增加先提高后降低，在添加量在90 g/kg時感官分值達到最大，故選用90 g/kg左右的艾草添加量作為后續(xù)研究數(shù)據(jù)。

2.1.2 蔗糖添加量對艾草酸奶的影響。在艾草汁添加量為90 g/kg，發(fā)酵乳接種量為40 g/kg，發(fā)酵時間為4.5 h的條件下，分別添加50、60、70、80和90 g/kg的蔗糖，對發(fā)酵后的酸奶進行感官評價。

蔗糖是制作酸奶時最常用的甜味劑[7]，可以提高產(chǎn)品的黏度[8]，增加產(chǎn)品的穩(wěn)定性，給予酸奶適當?shù)娘L味和良好的口感。由圖3可知，蔗糖用量在50 g/kg時，口味偏酸，酸奶的酸甜口感不協(xié)調(diào)，蔗糖用量提高到 60、70和80 g/kg時，產(chǎn)品的組織狀態(tài)均細膩，產(chǎn)品的感官評分好，評分都在85分以上，尤以添加量為70 g/kg時酸奶酸甜可口，黏度適中且無乳清析出。添加量小于60 g/kg則甜度不夠，酸奶味道不濃厚，添加量 為90 g/kg時甜度過高，掩蓋了酸奶特殊香味。這可能是由于蔗糖添加過多會產(chǎn)生高滲透壓而抑制乳酸菌的生長繁殖[9]。綜合感官評定結(jié)果，選取蔗糖添加量70 g/kg作為后續(xù)研究數(shù)據(jù)。

2.1.3 接種量對艾草酸奶的影響。在艾草添加量為90 g/kg，蔗糖添加量為70 g/kg，發(fā)酵時間為4.5 h的條件下，分別添加30、35、40、45和50 g/kg的接種量，對發(fā)酵后酸奶進行感官評價。

接種量的多少是影響酸奶最終品質(zhì)的主要因素。可以在保證成品質(zhì)量的前提下，節(jié)省時間，降低生產(chǎn)成本[10]。由圖4可知，隨著接種量的不斷升高，感官分值出現(xiàn)先升高后下降的趨勢。當接種量為40 g/kg 時，感官評分最高，此時酸奶風味柔和，組織細膩，口感好;當接種量大于40 g/kg 時，酸奶有乳清析出，口味偏酸。因此，艾草酸奶的最佳菌種添加量為 40 g/kg。

2.1.4 發(fā)酵時間對艾草酸奶的影響。在艾草汁添加量為90 g/kg，蔗糖添加量為70 g/kg，發(fā)酵乳接種量為40 g/kg的條件下，分別發(fā)酵3.5、4.0、4.5、5.0、5.5 h，對發(fā)酵后的酸奶進行感官評價。

由圖5可知，當產(chǎn)品發(fā)酵時間為3.5 h時，凝乳狀態(tài)差，有乳清析出，感官評分比較低，這可能是由于酸奶剛開始發(fā)酵，蛋白質(zhì)膠體結(jié)構(gòu)沒有形成，不能包裹乳中水分，所以會有乳清析出現(xiàn)象[9];當達到4.5 h時，感官評分達到最高，隨著發(fā)酵時間的增加，也有大量乳清析出，這可能是由于發(fā)酵時間增加，乳酸菌持續(xù)發(fā)酵，使產(chǎn)品析出了水樣物質(zhì)，產(chǎn)品的感官評分偏低[11]。因此，最佳發(fā)酵時間為4.5 h。

2.2 響應面試驗

2.2.1 響應面方差試驗分析。綜合單因素試驗分別選取對艾草酸奶感官品質(zhì)有影響的發(fā)酵乳接種量（A）、發(fā)酵時間（B）、艾草汁添加量（C）和蔗糖添加量（D）這4個因素為自變量，每個變量分別以-1，0，1 表示，以感官評分為響應值，設計響應面試驗（表2），利用Design-Expert.V8.0.6軟件進行4因素3水平響應面試驗，確定艾草酸奶的最佳工藝條件（表3）。

通過對表3所示結(jié)果進行響應面分析，經(jīng)過二次回歸擬合后，得出擬合方程如下：

感官評分=92.20+0.75A+0.67B+1.83C+0.42D+0.25AB+1.00AC+2.00AD+2.25BC+0.50BD+0.25CD-1.77A 2-1.89B 2-4.64C 2-4.52D 2

方差分析結(jié)果表明，因變量和自變量之間相關性極顯著（R=326.81/352.69=0.926 6），模型的F值為12.63（P<0.001），說明回歸模型極顯著。失擬項不顯著（P=0.130 7），說明模型擬合度良好，可以用來預測艾草保健酸奶的最佳組合情況。蔗糖添加量和接種量兩因素間的交互作用影響顯著（P<0.05），發(fā)酵時間和艾草汁添加量兩因素間的交互作用影響顯著（P<0.05）;從單個因素影響來看，艾草汁添加量對產(chǎn)品感官評分的影響較大，其次是接種量、發(fā)酵時間，對產(chǎn)品感官評分影響最小的是蔗糖添加量。由圖6～9可知，隨著各交互因素添加量的增大，艾草酸奶的感官品質(zhì)分值都呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。

f Artemisia argyi yogurt

2.2.2 艾草酸奶最佳工藝條件的確定。通過響應面優(yōu)化，得到最佳提取條件為接種量41.7 g/kg，發(fā)酵時間4.7 h，艾草汁添加量93.3 g/kg，蔗糖添加量70 g/kg，預測艾草酸奶的感官評分達92.76分。

2.3 產(chǎn)品質(zhì)量各指標的測定

2.3.1 艾草酸奶感官指標。該品為淺綠色或淡黃色，色澤均勻，氣味協(xié)調(diào)，沒有乳清析出，具有艾草和酸奶特有的風味，口感細膩、柔和，酸甜比例合適。

2.3.2 艾草酸奶品質(zhì)。蛋白質(zhì)含量3.36%，脂肪含量4.8%，酸度82.2 °T，乳酸菌數(shù)≥3.2×10 8 CFU/mL，致病菌未檢出。

3 結(jié)論

由單因素試驗得到艾草酸奶發(fā)酵前期的試驗條件范圍，為下一步響應面優(yōu)化試驗提供條件。經(jīng)響應面優(yōu)化得出艾草酸奶的最優(yōu)工藝配方，為了對此結(jié)果進行驗證，也為了方便實際操作，在接種量、發(fā)酵時間、艾草汁添加量、蔗糖添加量分別為40 g/kg、4.7 h、90 g/kg、70 g/kg條件下，艾草酸奶的感官評分為91.66分，與預測值很接近，說明響應面法優(yōu)化的結(jié)果可信度大。該試驗建立的數(shù)學模型能較好地預測各因素與感官評分之間的關系，減少了試驗操作的盲目性，也為實際生產(chǎn)提供了一定的理論依據(jù)[12]。

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