響應面法優化橙絨凝固型酸奶發酵工藝概述

文/徐廣新 楊仁琴 周 煒 楊忠良 劉 陽 吳 慧，3 印伯星，3＊

（1 江蘇省乳業生物工程技術研究中心；2 揚州市揚大康源乳業有限公司；3 揚州大學實驗農牧場）

甜橙是蕓香科柑橘屬植物橙樹的果實，又稱黃果、柑子、金環、柳丁。甜橙果實中含有黃酮苷、內脂、生物堿和有機酸等成分，具有開胃消食、化痰止咳和醒酒等功效，其果肉中營養成分豐富，尤其是維生素C含量較高，是開發利用價值較大的水果[1，2]。

酸奶中富含多種人體必需的營養成分，其中的益生菌可有效改善人體腸道微生物豐度，有利于抵御多種疾病[3，4]。本試驗利用橙絨果醬制成橙絨凝固型酸奶，不僅滿足了消費者對新型口味的需求，也拓寬了橙絨果醬市場，發展前景樂觀。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 試驗材料

生牛乳，揚大康源乳業牧場；橙絨果醬，保定明花食品有限公司；發酵劑ST338-1，上海昊特有限公司；蔗糖，南京甘汁園糖業有限公司；氫氧化鈉（分析純）及溴甲酚紫（分析純）等試劑，科百奧生物技術公司。

1.1.2 試驗儀器

GZX-9070ME數顯鼓風干燥箱，上海博迅實業有限公司；0DELTA320 數顯pH計梅特勒托利多國際貿易（上海）有限公司；U V-1 0 0 0 型紫外可見分光光度計，上海天美科學儀器有限公司；TMS-PRO型質構儀，美國FTC公司；SRH60-70高壓均質機，上海申鹿均質機有限公司；超凈工作臺及生物培養箱，賽默飛世爾科技（中國）有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

生牛乳→均質（19 MPa）→殺菌（95 ℃、5 min）→冷卻→添加橙絨果肉→接種→灌裝→發酵（30 ℃，17 h）→冷藏→成品。

1.2.2 感官評價

選擇1 0 名專業人員，按照《GB19302—2010 食品安全國家標準 發酵乳》中規定的感官評價標準，對試驗所得到產品進行評定[5]。

1.2.3 乳酸菌總數測定

按照《GB4789.35—2010 食品安全國家標準 食品微生物學檢驗乳酸菌檢驗》中規定的乳酸菌總數檢驗方法進行測定[6]。

1.2.4 滴定酸度測定

氫氧化鈉滴定法測定[7]。

1.2.5 響應面試驗設計

根據單因素試驗結果，以蔗糖添加量、果醬添加量、穩定劑添加量為自變量，以感官評分值為因變量，利用Design-Expert軟件Box-Behnken設計法設計3 因素3水平響應面分析試驗，通過分析和建立數學模型確定橙絨凝固型酸奶的最佳配方，試驗設計見表1[8，9]。

表1 響應面設計因素及水平

2 結果與分析

2.1 蔗糖添加量的影響

固定果醬添加量6.00%、穩定劑添加量為0.60%、蔗糖添加量為分別為4.00%、5.00%、6.00%、7.00%、8.00%，經30 ℃發酵17 h后進行感官評分，結果見圖1。

由圖1可知，隨著蔗糖添加量的增加，感官分數先上升后下降，分數最高時對應的蔗糖添加量為6.00%，此時產品結構穩定、感官特性優異。這主要由于蔗糖在酸奶發酵過程中會促進形成22 種揮發性成分，有利于改善產品風味感官質量[10]。

2.2 果醬添加量的影響

固定蔗糖添加量6.00%、穩定劑添加量為0.60%、果醬添加量為分別為2.00%、4.00%、6.00%、8.00%、10.00%，經30 ℃發酵17 h后進行感官評分，結果見圖2。

圖1 蔗糖添加量對橙絨凝固型酸奶感官評分的影響

圖2 果醬添加量對橙絨凝固型酸奶感官評分的影響

表2 Box-behnken 試驗及結果

由圖2 可知，隨著果醬添加量的增加，感官評分先增加后降低，果醬添加量為6.0 0%時感官評分最高。此時，產品色澤均勻、風味怡人、質地厚實，僅有少量乳清析出。果醬添加量增加或減少時，橙絨酸奶中乳清析出量增加。另外，果醬添加量較高時，果醬會沉到杯底影響感官。這與陰芳冉等對蘋果渣制備凝固型酸奶的研究結論相似[11]。

2.3 穩定劑添加量對凝固型酸奶品質的影響

固定蔗糖添加量6.00%、果醬添加量為6.00%、穩定劑添加量為分別為0.40%、0.50%、0.60%、0.70%、0.80%，經30 ℃發酵17 h后進行感官評分，結果見圖3。

由圖3可知，隨著穩定劑添加量的增加，感官評分先增加后降低，穩定劑添加量為0.60%時感官評分最高。這主要由于穩定劑在凝固型酸奶中可顯著改善持水力、黏度和綜合感官評分[12]，適量的穩定劑不僅有利于橙絨在酸奶中分布均勻，也有利于酸奶凝乳的穩定性。穩定劑添加量較低時，橙絨果醬無法均勻分散在酸乳體系中；添加量較高時，產品口感粗糙，感官品評分較低。

圖3 穩定劑添加量對橙絨凝固型酸奶感官評分的影響

2.4 響應面優化試驗結果

響應面優化試驗結果見表2。

表3 回歸模型方差分析

2.5 方差分析

利用軟件對表2 的數據進行方差分析后可得到模型的二次多項回歸方程：Y=95+2.25A+2.5B+2.25C+2AB-0.5AC-BC-0.75A2-11.25B2-6.75C2?；貧w模型方差分析見表3。

由表3 可知，試驗選擇的模型差異極顯著（P＜0.01），失擬項不限制（P=0.43＞0.01），說明模型適合本試驗。3 個因素對橙絨凝固型酸奶感官評分順序為B＞C＞A，即橙絨果醬添加量對感官評分的影響最大。該模型的校正決定系數為R2=0.9968，表明感官評分的實測值與預測值之間具有較高的擬合度，同時該模型能夠很好地對橙絨凝固型酸奶的感官評分進行分析和預測。

2.6 多因素交互作用的響應面分析

根據回歸方程得到響應面的3D圖形，通過分析圖形得出橙絨凝固型酸奶的最佳工藝。如圖4～6所示，隨著各交互因素添加量的增加，產品的感官評分值均呈現先增大后減小的趨勢。經分析可得，橙絨酸奶發酵的最佳工藝參數為：蔗糖添加量7.00%、果醬添加量6.39%、穩定劑添加量0.61%，橙絨酸奶的感官評分預測值可達97.04 分。

圖4 蔗糖添加量與果醬添加量的交互作用

2.7 試驗產品的品質

試驗產品的理化及微生物指標分別見表4和表5。由表可知，產品酸度、脂肪、總可溶性固形物、蛋白質含量及持水力均符合國家標準規定的理化值；乳酸菌數遠遠高于國家標準，致病菌沒有檢出，微生物指標符合國家標準。

3 小結

以單因素試驗為基礎，利用Box-Behnken軟件進行中心組合設計，對蔗糖添加量、果醬添加量、穩定劑添加量3 個因素進行響應面分析，得出最佳的發酵工藝條件為蔗糖添加量為7.00%、果醬添加量為6.39%、穩定劑添加量為0.61%。在此基礎上進行驗證試驗，得出質地風味最佳的橙絨凝固型酸奶。因此，利用響應曲面法對橙絨凝固型酸奶的工藝進行優化，可以獲得最優的工藝參數，可有效地降低試驗操作的盲目性。

表4 理化指標

表5 微生物指標

圖5 蔗糖添加量與穩定劑添加量的交互作用

圖6 果醬添加量與穩定劑添加量的交互作用