開菲爾發酵芒果汁技術響應面優化

羅旻怡 龐立 易有金 蔣卓 李慧琳 向微霓 夏菠

摘要?為了確定開菲爾粒發酵芒果汁的最佳生產工藝，用純牛奶發酵開菲爾粒經24 h制成發酵液，用芒果汁與牛奶的混合液作為原液，選取接種量、含糖量、芒果汁添加量和穩定劑添加量進行試驗。在單因素試驗的基礎上，進行Design Expert試驗設計，建立了4個因素對芒果汁感官總分影響的數學模型，并得出最佳生產工藝。結果表明，各因素對芒果汁品質的影響順序依次為芒果汁添加量、接種量、含糖量、穩定劑添加量。最佳生產工藝條件為接種量18.0 mL，含糖量11.0 g，芒果汁添加量38 mL，穩定劑添加量3.0 g，此條件下可以得到產品感官評價的最佳預測值84.343。

關鍵詞?開菲爾，芒果汁，響應曲面

中圖分類號?TS275.4文獻標識碼?A

文章編號?0517-6611（2020）06-0143-05

Abstract?In order to determine the best production technology of kefir grains fermented mango juice， the fermentation broth of Kefir grains fermented with pure milk was prepared for 24 hours. The mixture of mango juice and milk was used as the original broth. The inoculation amount， sugar content， mango juice content and stabilizer content were selected for the experiment. Based on the single factor experiment， the Design Expert experiment design was carried out， and the mathematical model of four factors affecting the sensory total score of mango juice was established， and the optimum production process was obtained. The results showed that the order of effects of various factors on the quality of mango juice was mango juice content > inoculation quantity > sugar content > stabilizer content. The optimum production conditions were as follows： inoculum 18.0 mL， sugar 11.0 g， mango juice 38 ?mL， stabilizer 3.0 g.The optimum predictive value of sensory evaluation was 84.343.

Key words?Kefir，Mango juice，Response surface

傳統開菲爾是以牛乳、羊乳或山羊乳為原料，添加含有乳酸菌和酵母菌的開菲爾粒發酵劑，經發酵釀制而成的一種傳統酒精發酵乳飲料[1-2]。而發酵開菲爾發酵乳的開菲爾粒是主要含有乳酸菌和酵母菌以及醋酸菌的一個復雜微生物體系，其中以乳酸菌種類最多，在開菲爾發酵中起主要作用。與普通發酵乳相比，開菲爾發酵乳具有更多的營養價值以及保健功能，它具有抑制病原菌、提高免疫力、降低膽固醇水平、改善消化機能等功能[3]。另外，在開菲爾粒中，益生菌所分泌的蛋白酶和肽酶可將蛋白質分解成幾段長度不一的生物活性肽，具有潛在的功能作用，而且其種類和含量比普通發酵乳中更多[4]。

芒果的營養價值很高，其中，胡蘿卜素含量是蘋果的45～104倍，VC含量是蘋果的3～10倍，硒含量是蘋果的2～12倍，VB1、VB2含量與熱帶水果柑橘和菠蘿相比也毫不遜色[4]。芒果還含有豐富的沒食子酸、槲皮素、芒果酮酸、異芒果醇酸、阿波酮酸、阿波醇酸等化合物和芒果苷、β-隱黃質、番茄紅素、丁香酸、櫟精等植物化學物質。芒果具有抗氧化、抗癌、防治心腦血管疾病、祛痰止咳、延緩衰老、護目養眼健胃止暈等功效[5]。

現階段對于開菲爾產品的開發思路以原料替換為主，主要利用一些植物性蛋白乳或調配乳代替牛乳進行發酵，得到風味獨特的新型開菲爾飲料。目前已有對板栗乳、大豆乳、紫薯乳等多種原料開發的研究報道[6]。以水果原料與開菲爾結合的乳飲料目前研究還較少，隨著酸奶市場的不斷發展，各種類型發酵制品不斷出現，逐漸飽和。在追求口味的同時，人們也更加在意食品本身的營養以及一些保健功能等。所以新型發酵乳的開發也是十分需要的。該研究將芒果與開菲爾的風味以及二者的營養價值與保健功能相結合，以芒果汁與純牛奶為主要原料，利用開菲爾粒發酵出營養豐富、風味獨特的芒果開菲爾發酵飲料。

1?材料與方法

1.1?材料與試劑?芒果汁：昊雨芒果汁，純牛奶：市售伊利純牛奶，白砂糖：市售白砂糖，發酵劑：開菲爾粒，穩定劑：吉利丁粉。

1.2?設備與儀器

電熱恒溫培養箱、冰箱、超凈工作臺、布丁瓶、移液管、量筒。

1.3?方法

1.3.1?制備工藝流程（圖1）及操作要點。

將牛奶倒入芒果汁中預熱至50～60 ℃，加糖混勻，然后與融化的吉利丁粉再次混勻冷卻至室溫，加入活化好的開菲爾液，邊加邊攪拌防止絮狀物形成，然后放入電熱恒溫箱中25 ℃發酵21～22 h，最后冷藏保存得到成品[7]。

1.3.2?菌種活化擴大培養。

以市售開菲爾粒作為發酵劑，伊利純牛奶培養24 h擴大培養，發酵完成液用作發酵劑，剩余開菲爾粒繼續用純牛奶擴大培養[8]。

1.3.3?開菲爾粒發酵芒果汁飲料感官評價。發酵好的芒果汁，由5個專業工作人員進行感官評價（表1），取其平均分值。

1.3.4?開菲爾粒發酵芒果汁飲料原料配比單因素試驗。

采用開菲爾液發酵芒果汁，分別以芒果汁添加量（40%～70%）、蔗糖添加量（2～8 g）、穩定劑添加量（1～2 g）、接種量（15～24 mL）進行單因素試驗，考察各因素對整個產品風味的影響。在考察芒果汁含量、含糖量、接種量、穩定劑添加量4項單因素[9]后，得出在芒果汁含量為38%～42%、含糖量為9.0～11.0 g、接種量為18.0%～22.0%、穩定劑添加量為2.0～3.0 g時，產品有較優風味，使用響應曲面設計方法[10]決定最佳原料配比。

1.3.5?響應面優化試驗。

由單因素試驗可知，芒果汁含量、含糖量、接種量、穩定劑添加量是影響產品風味的關鍵因素，采用Box-Behnken模型，以X1、X2、X3、X4為關鍵因子，1、0、-1代表高、中、低水平（表2），數據分析由Design Expert軟件輔助完成。

1.3.6?數據分析。

試驗重復3次，取其平均值，采用Excel 2010、SPSS 20.0、Origin 8.0軟件進行數據分析。

2?結果與分析

2.1?產品風味感官評價響應面分析與優化

數學模型的建立與檢驗[11]，在單因素試驗分析的基礎上，依據Box-Behnken中心組合試驗設計4 因素3水平共29個試驗，響應面試驗結果見表3。

2.2?響應面分析?通過Design Expert所得到的響應面曲面圖及其等高線圖（圖2～7），可以對任意2個影響產品風味的因素的交互效應進行分析和評價，并從中得到最佳因素水平范圍。

圖2顯示在芒果汁含量和穩定劑添加量為最佳時（芒果汁含量38 mL，穩定劑添加量2.999 81 g）含糖量與接種量之間的交互影響。在試驗水平范圍內，含糖量為10.0～11.0 g時，適量增加接種量可以使產品風味更優，而在含糖量為9.0～10.0 g時，接種量越多，反而會使風味變糟，在含糖量為10.8～11.0 g時，產品風味的感官評價有最佳預測值。

圖3顯示在接種量和穩定劑添加量為最佳時（接種量18.0 mL，穩定劑添加量2.999 81 g）芒果汁含量與含糖量之間的交互影響，圖中表明二者之間交互影響表現不顯著。

圖4顯示在芒果汁含量與接種量為最佳時（芒果汁含量38 mL，接種量18.0 mL）穩定劑添加量與含糖量之間的交互效應，圖中表明二者之間的交互效應表現不顯著。

圖5顯示在含糖量和穩定劑添加量為最佳時（含糖量11.0 g，穩定劑添加量2.999 81 g）接種量與芒果汁含量之間的交互影響。在試驗水平范圍內接種量為18.0～19.4 mL時，適量增加芒果汁的含量可以改善產品風味，但接種量在20.0～22.0 mL時，芒果汁含量越高，風味越差。接種量為18.0～19.0 mL，芒果汁含量為40～41 mL時，產品風味的感官評價有最佳預測值。

圖6顯示在含糖量和芒果汁含量為最佳時（含糖量11.0 g，芒果汁含量38 mL）接種量與穩定劑添加量之間的交互影響。在試驗水平范圍內，接種量為18.0～19.0 mL時，適量提高穩定劑添加量可以有更好的風味，接種量為20.0～22.0 mL時，結果相反，穩定劑添加量越高則風味越差。接種量為18.0～18.3 mL，穩定劑添加量為2.8～3.0 g時，產品有最佳風味。

圖7顯示在接種量與含糖量為最佳時（接種量18.0 mL，含糖量11.0 g）穩定劑添加量與芒果汁含量之間的交互影響，圖中表明二者之間交互影響表現不顯著。

3?結論

選用接種量、含糖量、芒果汁含量和穩定劑添加量4個因素進行優化試驗，利用響應面法優化開菲爾粒發酵芒果汁的生產工藝。通過Design Expert所建立的模型，對影響產品風味的4項因素進行優化。并且通過響應面曲面及其等高線圖，對任意2個影響產品風味的因素之間的交互效應進行分析和評價，在芒果汁含量為38 mL，穩定劑添加量為2.999 81 g，含糖量為10.0～11.0 g，適量提高接種量可以得到較好風味產品，而在含糖量為11.0 g，穩定劑添加量為2.999 81 g，接種量為18.0～19.4 mL時，適量增加芒果汁可改善產品風味，在芒果汁含量為38 mL，含糖量為11.0 g，接種量為18.0～19.0 mL時，風味隨穩定劑添加量適當提高有所改善。通過上面獲得最佳范圍，在接種量為18.0 mL，含糖量為11.0 g，芒果汁添加量為38 mL，穩定劑添加量為3.0 g時，可以得到產品感官評價的最佳預測值84.343。

該試驗研究出了既具有芒果特有清香風味又具有開菲爾獨特風味的芒果汁發酵飲料，試驗證明利用響應曲面進行優化得到的結果準確且快速。

參考文獻

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