響應(yīng)面法優(yōu)化黃芪保健酸奶的工藝研究

王 丹

（徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇徐州 221000）

黃芪是一味常見中藥，常被用于保健品中，其有效成分為黃芪多糖。研究表明，黃芪具有提高免疫力、抗衰老、防癌癥和軟化心血管等功效。酸奶營養(yǎng)豐富且風(fēng)味較佳。將黃芪多糖加入到酸奶中，能有效提升酸奶的保健功能和價值。本文將黃芪提取液與脫脂牛奶共同發(fā)酵，以感官評分為考察指標(biāo)，從蔗糖添加量、黃芪提取液添加量、發(fā)酵時間三方面優(yōu)化，可為黃芪保健酸奶的研發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

軒慶黃芪，徐州軒慶藥店；蒙牛脫脂奶粉，蒙牛集團；蔗糖，食品級，徐州玉堂食品公司；保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌，本實驗室保藏。

1.2 試驗儀器

YXQ-SG46-280SA 高壓立式滅菌鍋；BCD-203TM(E)美的冰箱；BS110S 電子天平；TS-211B 型全溫振蕩培養(yǎng)箱；SW-CJ-IF 超凈雙人工作臺。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

a)黃芪飲片→粉碎過篩→高溫超聲提取→醇沉→濃縮→黃芪提取液

b)脫脂牛奶+黃芪提取液→混合均質(zhì)→滅菌→接種→發(fā)酵→冷藏后發(fā)酵→黃芪保健酸奶

1.3.2 操作要點

黃芪提取液的制備：將黃芪飲片粉碎過篩后，加一定比例的水，在75 ℃、450 W 條件下超聲提取15 min，加乙醇沉降，取上清液濃縮得黃芪提取液。

混合均質(zhì)：將脫脂牛奶、蔗糖與黃芪提取液按一定比例混均，過均質(zhì)機，調(diào)整壓力18 MPa，均質(zhì)2 min。

發(fā)酵：將保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌接種于滅菌后常溫混合液中，42 ℃下發(fā)酵。

后熟：將發(fā)酵成型后的酸奶在4 ℃下發(fā)酵24 h。

1.3.3 單因素試驗設(shè)計

1.3.3.1 黃芪提取液添加量的確定

蔗糖添加量10%，菌接種量1.5%，發(fā)酵時間5.5 h 時，考察黃芪提取液添加量（1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%）對感官評分的影響。

1.3.3.2 蔗糖添加量的確定

黃芪多糖添加量5%，菌種接種量1.5%，發(fā)酵時間5.5 h 時，考察蔗糖添加量（6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%）對感官評分的影響。

1.3.3.3 菌接種量的確定

蔗糖添加量10%，黃芪提取液添加量5%，發(fā)酵時間5.5 h 時，考察菌種接種量（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%、4.5%）對感官評分的影響。

1.3.3.4 發(fā)酵時間的確定

蔗糖添加量10%，黃芪提取液添加量5%，菌接種量1.5%時，考察發(fā)酵時間（4.0 h、4.5 h、5.0 h、5.5 h、6.0 h、6.5 h、7.0 h、7.5 h、8.0 h）對感官評分的影響。

1.3.4 響應(yīng)面試驗

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選擇黃芪提取液添加量（A）、蔗糖添加量（B）、發(fā)酵時間（C）作自變量，以感官評分（Y）為響應(yīng)值，進行響應(yīng)面優(yōu)化試驗。每組做3 次平行試驗，取平均值。響應(yīng)面試驗設(shè)計因素與水平見表1。

表1 黃芪酸奶發(fā)酵工藝優(yōu)化因素與水平

1.3.5 指標(biāo)測定

感官評定方法：挑選10 個熟悉專業(yè)感官評價的評價人員對黃芪保健酸奶從色澤、氣味、口感、組織狀態(tài)4 個方面進行感官評價，最終評價得分為3 次試驗的平均值。黃芪保健酸奶的感官評測標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 黃芪保健酸奶感官評定標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 蔗糖添加量的確定

蔗糖添加量對黃芪保健酸奶品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 蔗糖添加量對黃芪保健酸奶品質(zhì)的影響

由圖1 可知，隨著蔗糖添加量的增加，感官評分先升高后降低，當(dāng)添加量為8%～12%時感官評分均在85 分以上。因此，選擇蔗糖最適添加量范圍為8%～12%。

2.2 黃芪提取液添加量的確定

黃芪提取液添加量對黃芪保健酸奶品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 黃芪提取液添加量對黃芪保健酸奶品質(zhì)的影響

由圖2 可知，隨著黃芪提取液添加量的逐漸升高，感官評分先升高后降低，當(dāng)添加量在4%～6%之間時，感官評分結(jié)果均高于85 分。因此，選擇黃芪提取液添加量范圍為4%～6%。

2.3 菌種接種量的確定

菌種接種量對黃芪保健酸奶品質(zhì)的影響見圖3。

圖3 菌種接種量對黃芪保健酸奶品質(zhì)的影響

由圖3 可知，隨著接種量的升高，感官評分先升高后降低，但在一定范圍內(nèi)菌種接種量對感官評分影響不如其他單因素顯著，因此，選擇最佳接種量為3%。

2.4 發(fā)酵時間的確定

發(fā)酵時間對黃芪保健酸奶品質(zhì)的影響結(jié)果見圖4。

圖4 發(fā)酵時間對黃芪保健酸奶品質(zhì)的影響

由圖4 可知，隨著發(fā)酵時間的延長，感官評分先升高后降低，當(dāng)發(fā)酵時間在5.0 h～6.0 h 時，感官測評得分均高于85 分。因此，選擇發(fā)酵時間范圍為5.0 h～6.0 h。

2.5 模型的建立及參數(shù)分析結(jié)果

黃芪保健酸奶發(fā)酵中心組合試驗設(shè)計矩陣及試驗結(jié)果見表3，方差分析結(jié)果見表4。蔗糖添加量、黃芪提取液添加量、發(fā)酵時間對感官評分（Y）的響應(yīng)面模型為：Y=-531.7+51.9A+101.0B+35.9C-0.3AB-0.3AC-4.0BC-2.4A2-7.5B2-1.1C2。由方差分析和顯著性檢驗可知，感官測評得分的模型中的P值＜0.01，說明該模型的感官評分極顯著；失擬項P 值為0.402 8（P＞0.05），說明不顯著；同時該模型的R2為0.997 9 接近1，表明試驗數(shù)據(jù)與回歸數(shù)學(xué)模型擬合性良好，能夠用上述模型較好地預(yù)測各指標(biāo)的實際值。

表3 黃芪保健酸奶發(fā)酵工藝優(yōu)化試驗設(shè)計結(jié)果

表4 方差分析

模型回歸系數(shù)顯著性檢驗結(jié)果表明，各試驗因素對感官評價指標(biāo)的影響呈線性關(guān)系，且該模型極顯著（P＜0.01）；蔗糖添加量、黃芪提取液添加量、發(fā)酵時間、黃芪提取液添加量和發(fā)酵時間的交互作用、蔗糖添加量的二次項、黃芪提取液添加量的二次項、發(fā)酵時間的二次項對感官測評得分P 值均＜0.01，說明線性效應(yīng)極顯著；蔗糖添加量和黃芪多糖提取液添加量交互作用、蔗糖添加量和發(fā)酵時間的交互作用、發(fā)酵時間的二次項對感官測評得分中P 值均＞0.05，說明影響不顯著。

2.6 響應(yīng)曲面結(jié)果分析

利用Design-Expert7.0 中的等高線圖和3D 圖對3 因素間的交互作用進行分析，結(jié)果如下頁圖5所示。

由圖5 可知，在B 和C 不變的情況下，增加蔗糖添加量，會使感官評分先遞增再遞減。在A 和C不變的情況下，隨著黃芪提取液添加量的提升，感官評分也先升高后降低。

圖5 等高線和響應(yīng)面圖

2.7 試驗優(yōu)化結(jié)果

由試驗結(jié)果分析可得，以感官評分為考察指標(biāo)，得到黃芪保健酸奶發(fā)酵最優(yōu)工藝條件為：蔗糖添加量10.07%，黃芪提取液添加量4.95%，發(fā)酵時間6.0 h，預(yù)測此工藝條件下黃芪保健酸奶感官評分為88.18 分。考慮實際試驗操作最后確定優(yōu)化條件為：蔗糖添加量10%，黃芪提取液添加量5%，發(fā)酵時間6.0 h，做3 次平行試驗取平均值，黃芪保健酸奶感官評分為88 分，與預(yù)測值88.18 分基本接近，表明該模型對黃芪保健酸奶發(fā)酵工藝的優(yōu)化可靠。

3 結(jié) 論

本研究利用前期試驗成果黃芪提取液，與傳統(tǒng)酸奶發(fā)酵工藝相結(jié)合，研制出一種黃芪保健酸奶，并對其發(fā)酵工藝參數(shù)進行了優(yōu)化。采用單因素試驗考察了蔗糖添加量、黃芪提取液添加量、菌種接種量和發(fā)酵時間對黃芪酸奶發(fā)酵的影響。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以蔗糖添加量、黃芪提取液添加量、發(fā)酵時間為自變量進行響應(yīng)面法優(yōu)化。試驗結(jié)果表明，黃芪保健酸奶的最佳工藝參數(shù)為：蔗糖添加量10%，黃芪提取液添加量5%，菌種接種量3%，發(fā)酵時間6 h，最終感官評分為88 分，與模型預(yù)測值十分接近。本研究為保健酸奶的開發(fā)研究提供了一條新思路。