響應面法優化紅酒酸奶的制作工藝

阮雁春，馮印

（1.江蘇旅游職業學院烹飪科技學院，江蘇揚州225100；2.長春科技學院生命科學學院，吉林長春130600）

酸奶是以新鮮牛乳為原料，添加適量白砂糖，經殺菌冷卻后，在乳酸菌的作用下發酵制成的一類乳制品。酸奶味道酸甜可口，營養豐富，蛋白質和脂肪利用率高，并含有大量的活性益生菌，具有抗病原菌、促進腸道蠕動、提高免疫力、抗齲齒等多種保健功能[1-2]。此外，原料牛乳中的主要碳水化合物乳糖在發酵過程中被分解，產生乙醛、乙醇、雙乙酰等揮發性風味物質，賦予酸奶獨特的發酵乳香[3-4]。

紅酒，又稱紅葡萄酒，是由葡萄在密封條件下發酵而成的酒類飲品[5]。紅酒色澤鮮艷，口感香醇，在世界范圍內廣受歡迎。研究表明，適量飲用紅酒能增加腸道微生物的多樣性，有益腸道健康，而其他酒類如啤酒、烈酒、蘋果酒等卻沒有此關聯性[6-7]。此外，紅酒中富含多酚類物質、白藜蘆醇等生物活性成分，使紅酒對人體具有一定的保健功能[8]。

隨著酸奶消費市場的發展，單純的原味發酵酸奶口感單一，選擇范圍較窄，已不能滿足消費者的需要，而添加了具有獨特風味和營養價值的功能性物質的酸奶，因其口味豐富，選擇性廣，食療合一等特點，正逐漸受到消費者的喜愛。本文以紅酒和全脂牛乳為主要原料開發一種紅酒酸奶，融合了紅酒的清香及酸奶的發酵乳香，不僅能增強酸奶的風味和口感，而且在保留酸奶的營養價值的同時增加了紅酒的保健效果，具有較強的市場發展潛力。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

全脂牛乳：內蒙古蒙牛乳業股份有限公司；紅酒：煙臺蓬泰酒業有限公司；乳酸菌發酵粉[保加利亞乳桿菌（Lactobacillus bulgaricus）、噬熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus）]：昆山佰生優生物科技有限公司；氫氧化鈉（分析純）：天津市福祿化工廠；鹽酸（分析純）：南寧化工集團有限公司。

1.2 儀器與設備

電子分析天平（WT-B）：杭州萬特衡器有限公司；電熱恒溫水浴鍋（HWS-11）：上海尚道儀器制造有限公司；高壓均質機（Scientx-150）：上海史恒儀器設備有限公司；電熱恒溫培養箱（HN-25S）：上海力辰儀器科技有限公司；離心機（TD3）：湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司；凱氏定氮儀（K9840）：濟南海能儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

全脂牛乳→配料（紅酒，白砂糖）→預熱，均質→滅菌→冷卻→接種→發酵→冷藏后熟→成品

1.3.2 操作要點

鮮牛乳中加入白砂糖充分攪拌溶解，按比例添加紅酒；于 55℃～60℃、10 MPa～15 MPa條件下均質1次～2次。把均質后的混合乳于90℃～95℃殺菌10 min。將殺菌后的混合乳，冷卻至45℃左右，無菌條件下接種發酵劑，42℃下培養4 h～5 h。待酸奶凝固后，放入4℃冰箱中，后熟12 h[9]。

1.3.3 紅酒酸奶制作優化試驗

1）單因素試驗：研究紅酒添加量、白砂糖添加量、發酵劑接種量、發酵時間對紅酒酸奶品質的影響，以4℃下后熟12 h后的感官評分為考察指標，每組試驗重復3次，取平均值。

2）響應面法優化：根據單因素試驗的結果，確定紅酒添加量（A）、白砂糖添加量（B）、發酵劑接種量（C）和發酵時間（D）4個因素為自變量，以感官評分（Y）為響應值，通過Design-Expert 8.0.6軟件，采用Box-Behnken設計法，對紅酒酸奶的發酵工藝進行響應面優化設計。響應面優化試驗設計與水平見表1。

表1 紅酒酸奶發酵工藝響應面優化設計與水平Table 1 Optimal design and level of response surface of red wine yogurt fermentation process

1.3.4 產品感官評定

紅酒酸奶的感官評定采用評分檢驗法，選取10位有感官評定經驗的人員對產品的綜合性質進行評定，從紅酒酸奶的色澤、風味、組織狀態和口感4個方面進行評分，總計為100分，取平均值為最終結果[10]。感官評分標準見表2。

表2 紅酒酸奶感官評定標準Table 2 Sensory assessment criteria for red wine yogurt

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 紅酒添加量對紅酒酸奶感官品質的影響

在鮮牛奶中分別添加質量分數4%、6%、8%、10%、12%的紅酒，8%蔗糖，5%發酵劑，發酵6 h，按照1.3.1工藝流程制作酸奶，以表2為感官評價標準，紅酒添加量對酸奶感官品質的影響見圖1。

圖1 紅酒添加量對紅酒酸奶感官評分的影響Fig.1 Effect of the red wine addition on sensory score of red wine yogurt

適量的紅酒可改善酸奶的風味，當紅酒添加量在4%～12%的范圍內時，隨著紅酒添加量的增加，感官評分呈現先升高后降低的趨勢。當紅酒添加量過小時，紅酒風味較淡，酸奶色澤偏白。而紅酒添加量過高時，酸奶色澤偏紅，紅酒味過重，產生明顯酒精味，口感變差。當紅酒添加量為8%時，酸奶具有紅酒清香及發酵乳香，呈微紅色，凝固性好。所以紅酒的最佳添加量為8%。

2.1.2 白砂糖添加量對紅酒酸奶感官品質的影響

在鮮牛奶中分別添加質量分數8%的紅酒，再分別加入4%、6%、8%、10%、12%的白砂糖，5%發酵劑，發酵6 h，按照1.3.1工藝流程制作酸奶，以表2為感官評價標準，白砂糖添加量對酸奶感官品質的影響見圖2。

圖2 白砂糖添加量對紅酒酸奶感官評分的影響Fig.2 Effect of the sugar addition on sensory score of red wine yogurt

由圖2可知，隨著白砂糖添加量的增加，感官評分呈現先升高后降低的趨勢，并在添加量為6%時，感官評分達到最大值。當白砂糖添加量過低時，酸奶甜度不足，口感偏酸。而白砂糖添加量過高時，酸奶甜度過高，口感偏甜，產生糖結晶，口感粗糙。當添加量為6%時，酸奶酸甜適中，口感細膩，風味最好。所以白砂糖的最佳添加量為6%，與張小芳[10]的研究結論相近。

2.1.3 發酵劑接種量對紅酒酸奶感官品質的影響

在鮮牛奶中分別添加質量分數8%的紅酒，8%的白砂糖，再分別接入3%、4%、5%、6%、7%的乳酸菌發酵粉，發酵6 h，按照1.3.1工藝流程制作酸奶，以表2為感官評價標準。發酵劑接種量對酸奶感官品質的影響見圖3。

圖3 發酵劑接種量對紅酒酸奶感官評分的影響Fig.3 Effect of starter inoculum on sensory score of red wine yogurt

當發酵劑接種量在3%～7%的范圍內時，隨著發酵劑接種量的增加，感官評分呈現先升高后降低的趨勢。當發酵劑接種量過低時，發酵不完全，凝固性差。而發酵劑接種量過高時，產酸過多，口感偏酸，酸奶表面產生氣泡，并有大量乳清析出，組織狀態差。當發酵劑接種量為4%時，酸奶凝固性好，表面光滑無氣泡，有少量乳清析出，酸甜適中，口感最好。所以發酵劑的最佳接種量為4%。

2.1.4 發酵時間對紅酒酸奶感官品質的影響

在鮮牛奶中分別添加質量分數8%的紅酒，8%的白砂糖，5%發酵劑，分別發酵 6、7、8、9、10 h，按照1.3.1工藝流程制作酸奶，以表2為感官評價標準。發酵時間對酸奶感官品質的影響見圖4。

圖4 發酵時間對紅酒酸奶感官評分的影響Fig.4 Effect of fermentation time on sensory score of red wine yogurt

由圖4可知，隨著發酵時間的增加，感官評分呈現先升高后降低的趨勢。當發酵時間過短時，發酵不完全。酸奶凝固性不佳，酸度不足。而發酵時間過長，發酵過度，酸奶酸度過高，乳清大量析出，組織狀態變差。當發酵時間為7 h時，酸奶凝固性好，有少量乳清析出，口感細膩，酸甜適中，風味最好。所以最佳發酵時間為7 h。

2.2 響應面試驗結果與分析

響應面試驗結果與方差分析見表3和表4。

利用Design-Expert8.0.6對表3數據進行回歸分析，得到紅酒添加量、白砂糖添加量、發酵劑接種量和發酵時間對感官測評得分（Y）的響應值回歸方程為：Y=92.60-1.83A-1.08B+3.00C+1.92D+0.50AB-1.25AC+2.25AD-1.50BC+0.75BD-1.75CD-4.22A2-6.34B2-4.22C2-2.09D2。對回歸模型進行方差分析，結果如表4所示。該回歸模型極顯著（p<0.01），失擬項不顯著（p>0.05），說明該模型可靠。一次項中的紅酒添加量（A）、發酵劑接種量（C）和發酵時間（D）交互項AD及二次項中 A2、B2、C2和 D2的 p 值均小于 0.01，說明對紅酒酸奶的感官評分的影響極顯著。一次項中的白砂糖添加量（B），交互項中的AC、BC、CD的p值均小于0.05，說明影響顯著。

表3 響應面試驗結果Table 3 Test results of response surface

表4 回歸模型方差分析結果Table 4 Analysis of variance in regression model

根據4個主要因素的F值分析，得到各因素對紅酒酸奶感官評分的影響順序為：發酵劑接種量（C）>發酵時間（D）>紅酒添加量（A）>白砂糖添加量（B）。

2.3 響應曲面圖分析

各因素交互影響紅酒酸奶感官評分的響應曲面圖見圖5。

圖5 各因素交互影響紅酒酸奶感官評分的響應曲面圖Fig.5 Response surface of each factor influencing sensory score of red wine yogurt

由圖5可知，當紅酒添加量（A）、白砂糖添加量（B）、發酵劑接種量（C）和發酵時間（D）兩兩交互作用時，AC、AD、BC和CD的等高線的橢圓度較大，3D曲面的坡度較陡，說明這4組交互作用對紅酒酸奶感官評分的影響顯著，其中紅酒添加量（A）和發酵時間（D）的交互作用對感官評分的影響最大。紅酒酸奶的感官評分隨紅酒添加量（A）、白砂糖添加量（B）、發酵劑接種量（C）和發酵時間（D）的增加均呈現先升高后降低的趨勢，說明存在感官評分的極大值點。

2.4 驗證試驗

經Design-Expert分析可得，紅酒酸奶的最佳發酵工藝條件為：紅酒添加量6.96%，白砂糖添加量5.76%，發酵劑接種量4.11%，發酵時間6.87 h。在此工藝條件下，產品的預測感官評分達93.32分。考慮實際工藝條件，調整最優發酵工藝條件為：紅酒添加量7%，白砂糖添加量6%，發酵劑接種量4%，發酵時間7 h。根據此優化條件進行3次平行驗證試驗，結果取平均值為93分，與預測值93.32分接近，證明該優化發酵工藝條件的可行性。

3 結論

本文以紅酒和酸奶為主要原料，以紅酒添加量、白砂糖添加量、發酵劑接種量和發酵時間作為單因素，以感官評分為評價指標，采用單因素試驗和響應面試驗對紅酒酸奶的發酵工藝進行優化。根據單因素試驗和響應面優化試驗的結果，得到紅酒酸奶的最佳發酵工藝條件為：紅酒添加量7%，白砂糖添加量6%，發酵劑接種量4%，發酵時間7 h。在此條件下發酵的紅酒酸奶，色澤均勻，酸甜適中，組織細膩，具有紅酒特有的清香及發酵乳香，感官評分為93分，基本符合消費者期望，為以后紅酒酸奶的產品研發提供技術參考。