響應面法優(yōu)化藜麥核桃酸奶發(fā)酵工藝研究

李翔，蔣方國，凌云坤，鄧杰，徐漪沙，趙鋼，2，*

（1.成都大學藥學與生物工程學院，四川成都610106；2.成都大學農業(yè)農村部雜糧加工重點實驗室，四川成都610106）

藜麥（Chenopodium quinoa Willd）是莧科藜屬一年生雙子葉草本植物[1]，與其他谷物相比，藜籽營養(yǎng)全面且更為豐富，堪稱糧食之王[2-4]。食用藜麥可有效防治血脂異常、肥胖癥、糖尿病和心血管等疾病[5-8]。核桃（Juglans regia L.），主要營養(yǎng)成分有脂類、糖類、蛋白質，還含有豐富的維生素和礦物質[9-10]，具益智健腦、抗炎消腫、補氣養(yǎng)血之功效[11-12]。

現(xiàn)今我國藜麥產業(yè)發(fā)展迅速，但仍存在加工處理形式較為單一的問題，將藜麥與其他食物以及加工工藝相結合的研究較少。本研究將藜麥漿和核桃漿注入到脫脂牛奶中發(fā)酵，將藜麥、核桃的豐富營養(yǎng)與清香風味相結合，研制出更美味、更營養(yǎng)的新型酸奶，旨在為藜麥產品的開發(fā)提供新思路，拓寬藜麥產品市場，同時為酸奶的研發(fā)生產提供一定理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

藜麥：四川涼山州鹽源藜麥；核桃、蔗糖：市售；脫脂滅菌純牛奶：內蒙古伊利實業(yè)集團；安琪酵母酸奶發(fā)酵劑8菌型（嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌、嗜酸乳桿菌、兩歧雙歧桿菌、植物乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、干酪乳桿菌、羅伊氏乳桿菌）：江蘇·蘇州安琪酵母股份有限公司；氫氧化鈉（分析純）：成都市科龍化工試劑廠；海藻酸鈉（分析純）：河南萬邦實業(yè)有限公司。

1.2 主要設備

2200A1智能電磁爐：廣州半球實業(yè)集團公司；C5電子天平：中國·凱豐集團；DGF-4S電熱恒溫鼓風干燥箱：力辰科技股份有限公司；Scientz-150高壓均質機：寧波新芝生物科技股份有限公司；BHS-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋：寧波市鄞州群安實驗儀器有限公司；DHP-600電熱恒溫培養(yǎng)箱：天津賽得利斯實驗分析儀器制造廠。

1.3 方法

1.3.1 核桃藜麥酸奶工藝流程及操作要點

工藝流程：（藜麥漿+核桃漿+蔗糖+海藻酸鈉）+脫脂牛奶→均質→滅菌→冷卻→接種→發(fā)酵→后熟悉→檢驗。

1）藜麥漿的制備：挑選清洗新鮮飽滿的藜麥100 g，加500 mL純凈水常溫25℃浸泡1 h至充分潤脹并瀝干，蒸煮鍋內汽蒸15 min至透明膨脹，冷卻后以藜麥與蒸餾水的料液比1∶6（g/mL）打漿，過80目篩煮漿，迅速加熱至沸保溫5 min滅酶并去除表面浮沫[13]，過150目篩留存?zhèn)溆谩?/p>

2）核桃漿的制備：選取優(yōu)質無蟲害核桃，取仁，于 90℃的烘箱烘45 min，置于濃度為 0.5%的NaOH溶液中，水浴溫度70℃，浸泡8 min除去褐色皮層[14]，流動清水漂洗多次，再用溫水浸泡2 h，以核桃與蒸餾水的料液比1∶3（g/mL）打漿，過150目篩留存?zhèn)溆谩?/p>

3）酸奶制備工藝：按照配方量取脫脂牛奶，預熱（60℃～70℃）后依次加入藜麥漿、核桃漿、蔗糖等調配均勻，在65℃，20 MPa壓力下均質[15]，在水浴溫度90℃，15 min條件下進行滅菌處理，待其冷卻至（42±1）℃，在超凈工作臺無菌操作接入菌種并混勻，在42℃條件下恒溫培養(yǎng)6 h直至乳液凝固，終止培養(yǎng)，待成品冷至常溫后置于4℃冰箱冷藏24 h進行后熟。

1.3.2 藜麥核桃酸奶感官評分的測定

選10名（5男5女）經過訓練的感官評定人員，將產品分為3個等級，根據(jù)產品的色澤、感官狀態(tài)、風味和口感等指標進行整體評分，總分為100分。感官評定標準見表1。

1.3.3 理化指標

1）酸度測定：滴定法測定藜麥核桃酸奶的酸度，參考GB 5009.239-2016《食品安全國家標準食品酸度的測定》[16]。

表1 藜麥核桃酸奶感官評定標準Table 1 Sensory evaluation criteria of quinoa walnut yogurt

2）蛋白質測定：凱氏定氮法測定產品蛋白質含量，參考GB 5009.5-2016《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》[17]。

1.3.4 單因素試驗設計

以藜麥核桃酸奶的感官評分為指標，經過預試驗，若核桃漿添加量比重大，會使產品澀味明顯，風味下降，在魏艷麗等[18]青海藜麥復合型酸乳的工藝基礎上進行修改，固定核桃漿添加量10%，發(fā)酵溫度42℃，研究藜麥漿添加量（10%、15%、20%、25%、30%）、蔗糖添加量（3%、5%、7%、9%、11%）、發(fā)酵劑接種量（1%、2%、3%、4%、5%）、發(fā)酵時間（4、5、6、7、8 h）、穩(wěn)定劑添加量（0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%）對藜麥核桃酸奶的品質影響。

1.3.5 響應曲面試驗設計

在單因素試驗基礎上，采用Box-Behnken中心組合設計原理，選取藜麥漿添加量（A）、蔗糖添加量（B）、發(fā)酵劑接種量（C）、發(fā)酵時間（D）為主要考察因素，以藜麥核桃酸奶感官評分為響應值，進行四因素三水平的分析。試驗設計因素與水平設計見表2。

表2 Box-Behnken試驗設計因素與水平Table 2 Box-Behnken test design factors and levels

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Design Expert 8.0.6.1軟件對該試驗進行數(shù)據(jù)處理及分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 藜麥漿添加量對酸奶的影響

藜麥漿添加量對酸奶的影響見圖1。

圖1 藜麥漿添加量對酸奶的影響Fig.1 Effect of adding amount of quinoa pulp on yogurt

將藜麥豐富的營養(yǎng)賦予到酸奶中，同時對酸奶風味、狀態(tài)等產生影響。當藜麥漿添加量過多時，酸奶會產生不愉快的澀味。由圖1可以看出，藜麥漿添加量低于20%，感官評分低，可能是因為藜麥香氣被核桃和酸奶的風味掩蓋，達不到人體感官閾值；當添加量為20%時，感官評分最高，此條件下制備的酸奶質地均勻，香氣協(xié)調；當添加量超過20%時，感官評分迅速下降，此時藜麥的苦澀味過于濃重，影響食欲。

2.1.2 蔗糖添加量對酸奶的影響

蔗糖添加量對酸奶的影響見圖2。

圖2 蔗糖添加量對酸奶的影響Fig.2 Effect of sucrose content on yogurt

在酸奶中加入適量蔗糖，為乳酸發(fā)酵提供原料、平衡酸味的同時，還可以提高成品黏度和凝乳狀態(tài)。由圖2可以看出，蔗糖添加量小于7%，感官評分低，此時酸奶甜度和酸度都低，可能是碳源濃度低導致發(fā)酸不足，總體口感不夠爽滑，狀態(tài)稀薄，風味不易接受；當添加量為7%時，感官評分最高，此條件下制備的酸奶酸甜適度，黏稠度良好，口感細膩；當添加量超過7%時，酸奶過甜、風味變差、酸奶凝固狀態(tài)變差。

2.1.3 發(fā)酵劑接種量對酸奶的影響

發(fā)酵劑接種量對酸奶的影響見圖3。

圖3 發(fā)酵劑接種量對酸奶的影響Fig.3 Effect of inoculated amount of starter on yogurt

安琪酵母酸奶發(fā)酵菌是直投式發(fā)酵菌，含有多種發(fā)酵菌及益生菌，對酸奶的質地、風味有極大改善，對人體也有很大的益處。由圖3可以看出，當發(fā)酵劑添加量不足3%，感官評分低，酸奶風味口感不佳，可能是發(fā)酵基質相對過量，給發(fā)酵菌帶來負荷，導致酸奶形成差劣；當接種量為3%時，感官評分最高，此條件下制備的酸奶質地細膩、外觀良好、凝固性好；當接種量超過3%，酸奶獨特的風味過于濃厚，并隨著接種量的添加酸奶出現(xiàn)分層和乳清析出過多的現(xiàn)象。

2.1.4 發(fā)酵時間對酸奶的影響

發(fā)酵時間對酸奶的影響見圖4。

圖4 發(fā)酵時間對酸奶的影響Fig.4 Effect of fermentation time on yogurt

發(fā)酵時間對發(fā)酵菌的生長有很大影響，發(fā)酵開始時有充足的基質給發(fā)酵菌的生長提供充分的營養(yǎng)，經過一定時間進入發(fā)酵旺盛時期，生長代謝活力慢慢達到最強，進入酸奶形成的最佳時期。由圖4可知，發(fā)酵時間在4 h～6 h，感官評分持續(xù)上升，此期間發(fā)酵菌緩慢產酸，pH值下降，酸奶風味得以增加；當發(fā)酵時間為6 h時，感官評分最高，此條件下制備的酸奶酸度適中、凝乳良好；當發(fā)酵時間過長，酸味過濃，甚至會出現(xiàn)輕微酒味。

2.1.5 海藻酸鈉添加量對酸奶的影響

海藻酸鈉添加量對酸奶的影響見圖5。

圖5 海藻酸鈉添加量對酸奶的影響Fig.5 Effect of adding amount of sodium alginate on yogurt

海藻酸鈉可以增強酸奶凝固性、增加稠度、提高持水性，給予酸奶優(yōu)異的口感和良好的外觀。由圖5可以看出，海藻酸鈉添加量小于0.2%，感官評分隨著添加量增加而逐步上升，但在試驗過程中可觀察到有大量乳清析出，產品凝乳狀態(tài)不夠好；當添加量為0.2%時，感官評分最高，此時凝固性好，風味清香且乳清析出量極少；當海藻酸鈉添加過多，酸奶凝固過度、口感粗糙、甚至會形成硬實的膠體。

2.2 響應面試驗結果與分析

2.2.1 響應面試驗設計與結果

以藜麥核桃酸奶的感官評分為響應值，選取A、B、C、D 4個主要因素為自變量進行響應面試驗設計，進一步優(yōu)化藜麥核桃酸奶的配方工藝，試驗方案與結果見表3。

2.2.2 響應面回歸模型的方差分析

采用Design-Expert 8.0.6.1統(tǒng)計軟件對表3進行回歸擬合與方差分析，得回歸方程：Y＝95.40+4.67A-0.17B+4.33C+3.50D-0.25AB-4.00AC-1.75AD-0.25BC+1.00BD-3.25CD-9.78A2-9.03B2-6.03C2-10.78D2。

表3 響應面設計方案與結果Table 3 Results of response surface experiments

回歸方程方差分析見表4。

分析表4的數(shù)據(jù)，其中模型P＜0.0001，該模型極顯著。失擬項P＝0.756 7＞0.05，不顯著，表明理論與實際較為擬合。方差分析表中，一次項A、C、D和二次項AC、A2、B2、C2、D2對試驗的影響均為極顯著，二次項CD對試驗的影響為高度顯著，對試驗影響顯著的為二次項AD。通過交互項和單項之間的顯著水平判斷出4個單因素影響藜麥核桃酸奶感官評價分值的順序為：A＞C＞D＞B，即藜麥漿添加量對感官評價最為顯著。同時，復相關系數(shù) R2＝0.984 8，R2adj為 0.969 6，由此可知該模型中的98.48%藜麥核桃酸奶的感官評分變化都是因為自變量。表明此模型預測效果較佳，可以較好反映各因素對酸奶品質的影響。

表4 回歸方程方差分析Table 4 Variance analysis of regression equation

2.2.3 多因素交互作用響應曲面分析

由表4可知交互項（AC、AD、CD）對酸奶感官評分的影響較為顯著，各因素交互作用響應曲面分析結果如圖6所示。

由圖6可知，藜麥漿添加量與發(fā)酵劑接種量、藜麥漿添加量和發(fā)酵時間、發(fā)酵劑接種量和發(fā)酵時間的交互作用對酸奶品質的影響強烈，但3個響應曲面的陡峭程度有一定差異，總體規(guī)律是先增后減。這也充分說明了各交互因素對酸奶影響的顯著性之間的差異，其中AC坡面最為陡峭，AD曲線投影面趨于圓形，CD坡度次于AC，底面橢圓程度高于AD，表明交互項顯著性程度：AC＞CD＞AD。這與方差分析結果一致。

2.3 驗證試驗

為驗證響應面預測的最佳工藝參數(shù)，在實際操作過程下，添加藜麥漿20.9%、蔗糖7.0%、發(fā)酵劑接種量3.3%、發(fā)酵時間6.1 h，在此條件下驗證制備3次酸奶，最終感官評分平均值為95.98分，接近于預測值96.583 5分，說明響應面優(yōu)化的結果切實可行。

圖6 各因素交互作用對酸奶感官評分影響的響應面Fig.6 Response surface of the interaction of factors on the sensory score

2.4 產品質量指標測定結果

1）感官評價指標：色澤均一，具有酸奶的獨特香氣，同時帶有藜麥和核桃的清香，黏稠度適中，酸甜適口，組織狀態(tài)光滑細膩，無分層現(xiàn)象。

2）理化指標：酸度為 76 °T；蛋白質為 3.03 g/100 g。均滿足標準要求。

3 結論

以藜麥、核桃等為原料，制作藜麥核桃新型復合酸奶，通過單因素試驗、Box-Behnken響應面優(yōu)化試驗，以感官評分為依據(jù)篩選藜麥核桃酸奶的最優(yōu)工藝參數(shù)，結果表明：藜麥漿添加量20.9%、蔗糖添加量7.0%、發(fā)酵劑接種量3.3%、發(fā)酵時間6.1 h，通過感官試驗得到的感官評分較高。在此配方下的藜麥核桃酸奶的成品組織狀態(tài)光滑細膩，色澤均一，口感細膩，具有酸奶的獨特香氣，同時帶有藜麥和核桃的清香，營養(yǎng)風味俱佳，綜合口感良好。且此產品中藜麥、核桃、脫脂牛奶均不含麩質蛋白，可為腹腔病人和小麥過敏患者補足營養(yǎng)；酸奶中還含有多種益生菌，可促進人體新陳代謝，非常適合熱愛健身塑形的人群。