響應(yīng)面法優(yōu)化火龍果皮蛇果皮復(fù)合酸奶的工藝

洪豆，江宇峰，王順余，賈磊，楊柳*，吳淑清*

1.長(zhǎng)春大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院（長(zhǎng)春 130022）；2.浙江李子園食品股份有限公司（金華 321031）

火龍果又名紅龍果，是一種低脂肪、高水分、高膳食纖維、微量營(yíng)養(yǎng)素豐富的水果，不但營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，且具有解毒排毒、降血壓等功效[1-2]，深受消費(fèi)者的喜愛(ài)。火龍果皮是火龍果加工的主要副產(chǎn)物，約占果重的25%，其中富含膳食纖維、花青素及黃酮類物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及活性成分[3-4]，具有抗氧化[5]、抑菌[6]等作用。蛇果皮中含有豐富的花青素、多酚、黃酮類物質(zhì)，這些活性物質(zhì)可以抑制引起血壓升高的血管緊張素轉(zhuǎn)化酶，有助于預(yù)防慢性疾病，如心血管疾病、冠心病，降低其發(fā)病率[7]，此外，蛇果皮還可以抑制齒垢的酶活性及口腔內(nèi)細(xì)菌的生長(zhǎng)，具有抗蝕作用，保護(hù)牙齒。

酸奶作為一種發(fā)酵乳制品，具有調(diào)節(jié)腸道菌群、降低膽固醇、改善便秘等生理功能，因此深受廣大消費(fèi)者的青睞。隨著生活水平的日益提高，單一品種的酸奶已逐漸滿足不了消費(fèi)者的飲用需求，復(fù)合酸奶的研究與開(kāi)發(fā)已成為今后酸奶的發(fā)展的大趨勢(shì)[8]。

試驗(yàn)研制出一種集火龍果皮、蛇果皮、酸奶營(yíng)養(yǎng)與保健價(jià)值于一體的復(fù)合型酸奶，提高了它們作為單一產(chǎn)品時(shí)的商品價(jià)值和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，同時(shí)提高了其經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)單因素試驗(yàn)及響應(yīng)面試驗(yàn)，確定火龍果皮蛇果皮復(fù)合酸奶生產(chǎn)的最佳工藝條件，為市場(chǎng)增添酸奶新品種提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

發(fā)酵菌種：保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌質(zhì)量比1∶1。新鮮火龍果、蛇果，市售；牛奶，市售蒙牛純牛奶；白砂糖，市售，食品級(jí)；黃原膠、果膠和羧甲基纖維素鈉（CMC-Na），市售，食品級(jí)。

1.2 儀器與設(shè)備

HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋，金壇市江南儀器廠；SRH型高壓均質(zhì)機(jī)，上海申鹿均質(zhì)機(jī)有限公司；DH4000Ⅱ型電熱恒溫培養(yǎng)箱，天津市泰斯特儀器有限公司；EZ-SX型質(zhì)構(gòu)儀，日本島津公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

原料處理→調(diào)配→高壓均質(zhì)→殺菌→冷卻→接種→發(fā)酵→冷藏后熟→儲(chǔ)藏

1.3.2 操作要點(diǎn)

（1）原料處理[9]：將火龍果和蛇果用清水洗凈，瀝干水分?；瘕埞魅[片，去除果皮表層，分離果皮和果肉，取皮備用，蛇果削皮備用，將準(zhǔn)備好的火龍果皮和蛇果皮切小片，按果皮和水質(zhì)量比1∶1打漿。

（2）調(diào)配：在鮮牛奶中添加試驗(yàn)設(shè)定的火龍果皮漿、蛇果皮漿、8%的白砂糖、0.09%的穩(wěn)定劑（果膠、黃原膠和羧甲基纖維素鈉質(zhì)量比4∶2∶3）[10]，攪拌均勻后預(yù)熱至60 ℃。

（3）均質(zhì)：將混勻的料液在均質(zhì)機(jī)中于45 MPa壓強(qiáng)下均質(zhì)10 min，使料液充分混勻，避免發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生分層現(xiàn)象。

（4）殺菌、冷卻：95 ℃條件下殺菌20 min，然后冷卻至43～45 ℃。

（5）接種、發(fā)酵：在無(wú)菌操作條件下，接種混勻后放入培養(yǎng)箱中，42 ℃恒溫發(fā)酵，發(fā)酵時(shí)為了不影響成品的組織狀態(tài)，避免晃動(dòng)。

（6）冷藏后熟：將已經(jīng)凝固的酸奶置于2～4 ℃的環(huán)境條件冷藏24 h，進(jìn)行后發(fā)酵以便產(chǎn)品成熟，使酸奶產(chǎn)生良好的風(fēng)味。

1.3.3 工藝優(yōu)化

1.3.3.1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將火龍果皮漿添加量、蛇果皮漿添加量、復(fù)合菌種添加量、發(fā)酵時(shí)間設(shè)為單因素，再分別改變單一因素用量，其他條件不變。以感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用單因素試驗(yàn)確定各因素的最適范圍。單因素試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 單因素試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

1.3.3.2 工藝條件的響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，以感官評(píng)分（Y）作為響應(yīng)值，利用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而確定最優(yōu)的火龍果皮蛇果皮復(fù)合酸奶發(fā)酵工藝，試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素及水平表

1.3.4 感官評(píng)定

隨機(jī)選定10名（男女各半）有經(jīng)驗(yàn)的品評(píng)員組成感官評(píng)分小組，根據(jù)產(chǎn)品色澤、氣味、滋味、組織狀態(tài)4項(xiàng)指標(biāo)對(duì)火龍果皮蛇果皮復(fù)合酸奶進(jìn)行感官評(píng)定[11]，采用加權(quán)平均法對(duì)產(chǎn)品的感官品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)定，感官評(píng)分滿分為100分，各項(xiàng)指標(biāo)所占分值及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

1.3.5 理化和微生物指標(biāo)測(cè)定

酸度測(cè)定：按照GB 5009.239—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品酸度的測(cè)定》進(jìn)行。

微生物指標(biāo)檢測(cè)：按照GB 4789.18—2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn)乳與乳制品檢驗(yàn)》進(jìn)行。

質(zhì)構(gòu)測(cè)定：參數(shù)為348-38511-11探頭（直徑12.7 mm）；探頭測(cè)試前下降速度為2 mm/s，探頭測(cè)試后回升速度為2 mm/s；探頭進(jìn)入樣品距離為15 mm；觸發(fā)類型為自動(dòng)，觸發(fā)力為0.05 N[12-13]。

表3 火龍果皮蛇果皮復(fù)合酸奶感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 火龍果皮漿添加量對(duì)火龍果皮蛇果皮復(fù)合酸奶感官評(píng)分的影響

由圖1可知，當(dāng)火龍果皮漿添加量為8%時(shí)，感官評(píng)分最高，為87.2分。由于火龍果皮本身的顏色偏紅，隨著火龍果皮漿添加量的增多，酸奶的顏色逐漸變深。添加量過(guò)少，酸奶口感不佳；添加量過(guò)多，顏色過(guò)深，色澤狀態(tài)和凝固狀態(tài)不好。因此，火龍果皮漿最適添加量為8%。

圖1 火龍果皮漿添加量對(duì)火龍果皮蛇果皮復(fù)合酸奶感官評(píng)分的影響

2.1.2 蛇果皮漿添加量對(duì)火龍果皮蛇果皮復(fù)合酸奶感官評(píng)分的影響

由圖2可知，當(dāng)蛇果皮漿添加量為8%時(shí)，感官評(píng)分最高，為88.4分。當(dāng)添加量過(guò)少，酸奶口感不佳，沒(méi)有蛇果的香氣；蛇果果皮本身較酸，添加量過(guò)多，酸奶酸度增加，凝固狀態(tài)不好。因此，蛇果皮漿最適添加量為8%。

圖2 蛇果皮漿添加量對(duì)火龍果皮蛇果皮復(fù)合酸奶感官評(píng)分的影響

2.1.3 復(fù)合菌種添加量對(duì)火龍果皮蛇果皮復(fù)合酸奶感官評(píng)分的影響

由圖3可知，當(dāng)菌種接種量為0.2%時(shí)，酸奶的口感較好，酸度和黏稠度最合適，感官評(píng)分最高，為86.9分。接種量決定菌種在發(fā)酵中生長(zhǎng)繁殖的速度，接種量過(guò)少，發(fā)酵不成熟，影響酸奶的凝固狀態(tài)；隨著接種量的逐漸增加，乳酸發(fā)酵過(guò)多，酸奶黏稠度和酸度增加，使得酸奶口感偏酸。因此，最適接種量為0.2%。

圖3 復(fù)合菌種添加量對(duì)火龍果皮蛇果皮復(fù)合酸奶感官評(píng)分的影響

2.1.4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)火龍果皮蛇果皮復(fù)合酸奶感官評(píng)分的影響

由圖4可知，當(dāng)發(fā)酵時(shí)間為7 h，感官評(píng)分最高，為86.9分。發(fā)酵時(shí)間短，菌種產(chǎn)酸不足，導(dǎo)致酸奶較稀，組織狀態(tài)不好。隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，酸奶的酸度升高，酸奶中原有的聚集體發(fā)生改變，最終形成以酪蛋白膠粒為基礎(chǔ)的凝膠狀態(tài)。發(fā)酵時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)酸過(guò)多，酸奶的組織狀態(tài)不好，并且出現(xiàn)了凝塊的現(xiàn)象。因此，最適發(fā)酵時(shí)間為7 h。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果及分析

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以火龍果皮漿添加量（A）、蛇果皮漿添加量（B）、復(fù)合菌種添加量（C）、發(fā)酵時(shí)間（D）為影響因素，以感官評(píng)分（Y）作為響應(yīng)值，利用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而確定火龍果皮蛇果皮復(fù)合酸奶的最優(yōu)工藝。試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表4，方差分析見(jiàn)表5。

利用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)表4結(jié)果進(jìn)行回歸方程擬合，得到火龍果皮蛇果皮復(fù)合酸奶的響應(yīng)面回歸方程：

Y=90.18+5.233 33A+3.216 67B+1.966 67C+2.183 33D+1.4AB-0.8AC-0.45AD+0.125BC+1.275BD-1.175CD-11.785 83A2-8.735 83B2-2.385 83C2-3.210 83D2

根據(jù)響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行方差分析，結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可知，當(dāng)模型F=187.73時(shí)，p＜0.000 1，說(shuō)明該模型是極顯著的；當(dāng)失擬項(xiàng)F=1.29時(shí)，p=0.433＞0.05，說(shuō)明模型的失擬項(xiàng)不顯著。決定系數(shù)R2=0.994 7，校正決定系數(shù)R2Adj=0.989 4，表示感官評(píng)分的實(shí)際值和預(yù)測(cè)值之間有較好的擬合度，因而證明該模型能夠很好地對(duì)火龍果皮蛇果皮復(fù)合酸奶工藝進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。該模型中的一次項(xiàng)A、B、C、D與二次項(xiàng)A2、B2、C2、D2對(duì)結(jié)果影響極顯著（p＜0.000 1），交互項(xiàng)AB、BD對(duì)結(jié)果影響較顯著（p＜0.01），交互項(xiàng)CD對(duì)結(jié)果影響顯著（p＜0.05）。影響火龍果皮蛇果皮復(fù)合酸奶品質(zhì)的主次順序?yàn)榛瘕埞{添加量＞蛇果皮漿添加量＞發(fā)酵時(shí)間＞復(fù)合菌種添加量。

圖4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)火龍果皮蛇果皮復(fù)合酸奶感官評(píng)分的影響

表4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

表5 回歸模型方差分析

利用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)回歸方程進(jìn)行運(yùn)算，分別做出兩個(gè)交互項(xiàng)之間的響應(yīng)面圖及等高線圖，結(jié)果見(jiàn)圖5。由圖5可知，在試驗(yàn)所選擇的水平范圍內(nèi)，因素AB、BD、CD之間交互作用對(duì)火龍果皮蛇果皮復(fù)合酸奶感官評(píng)分的影響相似，都隨著因素水平的增加，感官評(píng)分先增加達(dá)到最大值后又降低，響應(yīng)值存在最大值，即因素AB、BD、CD之間有一定的交互作用。

圖5 因素AB、BD、CD之間對(duì)感官評(píng)分交互影響的響應(yīng)面圖

通過(guò)Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)已建立的回歸方程進(jìn)行優(yōu)化分析，可得到最佳發(fā)酵工藝條件：火龍果皮漿添加量8%，蛇果皮漿添加量8%，復(fù)合菌種添加量0.2%，發(fā)酵時(shí)間7 h。在此發(fā)酵工藝條件下，火龍果皮蛇果皮復(fù)合酸奶顏色適中，質(zhì)地細(xì)膩，口味良好。

2.3 理化指標(biāo)和微生物指標(biāo)的測(cè)定

酸度為78 °T，硬度為0.196 85 N，黏附力為0.005 44±0.008 93 N。大腸桿菌含量＜5 MPN/100 mL，乳酸菌數(shù)＞1.2×107CFU/mL，致病菌未檢出，微生物指標(biāo)均符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)

為了檢驗(yàn)響應(yīng)面法所得結(jié)果的可靠性，對(duì)上述響應(yīng)面分析求得的最佳工藝條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，條件設(shè)定為火龍果皮漿添加量8.4%，蛇果皮漿添加量8.3%，白砂糖添加量8%，復(fù)合菌種添加量0.23%，復(fù)合穩(wěn)定劑添加量0.09%，發(fā)酵時(shí)間7 h。經(jīng)過(guò)3次平行試驗(yàn)，實(shí)際測(cè)得感官評(píng)分為91.1分，與預(yù)測(cè)值相近，說(shuō)明試驗(yàn)優(yōu)化得到的技術(shù)參數(shù)是可靠穩(wěn)定的。

3 結(jié)論與討論

以火龍果皮和蛇果皮為主要原材料，以感官評(píng)價(jià)和色差分析作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面法確定火龍果皮蛇果皮復(fù)合酸奶的工藝。結(jié)果表明，火龍果皮蛇果皮復(fù)合酸奶的最佳工藝條件：火龍果皮漿添加量8%，蛇果皮漿添加量8%，白砂糖添加量8%，復(fù)合菌種添加量0.2%，復(fù)合穩(wěn)定劑添加量0.09%，發(fā)酵時(shí)間7 h。在此優(yōu)化發(fā)酵工藝條件下，火龍果皮蛇果皮復(fù)合酸奶顏色適中，質(zhì)地均勻細(xì)膩，無(wú)乳清析出，具備特有香氣和風(fēng)味。通過(guò)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品火龍果皮蛇果皮酸奶，對(duì)其發(fā)酵工藝進(jìn)行理論與實(shí)踐的研究，為實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化提供新的思路，同時(shí)奠定了理論基礎(chǔ)[14-15]。