響應面法優化黃精紅棗酸奶的工藝配方

王玉茜，范宜雯，張學新，任曉丹，王超，楊悅*

（1.山東農業大學食品科學與工程學院，山東 泰安 271018；2.山東省高校食品加工技術與質量控制重點實驗室，山東 泰安 271018）

黃精與何首烏、四葉參、紫草一起被中藥界譽為“泰山四大名藥”，它是一味常見中藥，以根莖入藥，性味甘平[1]，具有補中益氣、益脾潤肺、保健強身[2]的養生功效，用于脾胃虛弱、體倦乏力、口干舌燥、肺虛燥咳、精血不足、內熱消渴等癥狀。現代研究也表明，黃精具有抗衰老[3]、調節免疫力[4-6]、抗腫瘤[7-9]、抑菌抗炎[10-14]、抗糖[15]等功能。黃精除在醫藥上的應用外，也在食品領域中得到廣泛應用。很多研究者將黃精多糖提取液與食材組合，或是經過發酵制成黃精米酒[16]和黃精保健醋[17]，或是經過簡單混合制成富含黃精多糖的黃精餅干、黃精五仁餅、黃精膏、黃精酸奶、黃精酸豆奶、黃精飲料等富含黃精多糖的健康食品[18]。

紅棗是一種天然美食，營養物質豐富，包括氨基酸、多糖、維生素、核苷酸、黃酮類、有機酸、生物堿等豐富營養成分。在藥用價值方面，紅棗味甘性平，具有滋陰補陽、安中養脾、補血安神等功效[19]，現代醫學上紅棗多糖具有抗氧化、保肝護肝[20-21]等作用。而在食品領域，新形勢下創新的紅棗制品，如紅棗醋[22]、大米紅棗混合發酵飲料[23]、鐵皮石斛紅棗復合乳酸菌飲料[24]、藕粉紅棗酥性餅干[25]，在豐富營養成分的同時滿足消費者需求，受到廣大消費者喜愛。

在低脂奶粉基礎上，將紅棗和黃精混合，加之適量木糖醇增加甜味制成黃精紅棗酸奶，將使四者優良特性有效結合。黃精紅棗酸奶的風味特征顯著，兼具黃精獨有風味和紅棗傳統果香，混合后風味協調無異味，同時解決了發酵乳口味單一的問題，在傳統紅棗風味酸奶的基礎上進行一定創新；此外，在營養成分與保健功效方面，黃精有效成分以及紅棗中的營養物質對于人體健康功能已被大量試驗研究所證實，并且能夠滿足低脂低糖產品消費需求。

本研究旨在探究黃精紅棗酸奶的最優配方，通過單因素試驗、響應面優化設計，測定黃精液添加量、紅棗液添加量、木糖醇添加量以及脫脂奶粉添加量對產品感官品質的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅棗（散裝棗圈）：泰安中心銀座超市；黃精：泰安市泰山四大名藥開發有限公司；木糖醇：廣州華糖食品有限公司；高蛋白脫脂奶粉：內蒙古伊利實業集團股份有限公司；乳酸菌酸奶發酵粉5菌型：北京川秀科技有限公司。

1.2 儀器與設備

JT502N電子天平：上海精天電子儀器有限公司；DL-1電子萬用爐：北京市永光明醫療儀器廠；HH8數顯電子恒溫水浴鍋：常州國華電器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 黃精紅棗復合提取液制備

工藝流程：紅棗、黃精→去雜、清洗→加熱浸提、濃縮、過濾→提取液。

紅棗液的制備：固定料水比為1∶5（g/mL）。將洗凈的原料于70℃浸提1 h，過濾得紅棗液（0.2 g/mL）。

黃精液的制備：黃精100 g，加入500 mL水浸泡30 min后在可調溫電爐上煎煮，煮沸之后，文火使其保持微沸30 min。將煮得的黃精液倒出后，再加入500 mL水按上述方法煎煮，濾過，將2次所得黃精液混合，濃縮，得黃精液（0.2 g/mL），滅菌，密封，4℃冷藏保存[16]。

1.3.2 黃精紅棗酸奶制作

工藝流程：水＋提取液+奶粉+木糖醇→混勻、靜置→滅菌、冷卻→接種→發酵→冷卻→后熟→成品。

將1.3.1中制得的提取液、奶粉按一定比例置于50℃～60℃的溫水中攪拌混合5 min，使其充分溶解。奶粉完全溶解后，停止攪拌，靜置30 min，加入木糖醇。然后將靜置后的混合液（不含發酵劑）裝到玻璃瓶，封蓋后放入90℃水浴鍋中滅菌10 min，隨后冷卻至42℃左右，接種發酵粉，攪拌均勻，然后將混合物料置于42℃的恒溫培養箱中發酵，至凝乳良好，酸度達到72°T～80°T，pH值達到4.5～4.7時終止發酵。隨后置于4℃冰箱冷卻（后熟）12 h[26]。

1.3.3 感官評價

由10名食品質量與安全的大四學生（男女各半）組成評定小組，進行感官評定，評價指標為酸奶的外觀、組織狀態、風味及口感。該小組成員針對產品的評分標準進行培訓后評定，收集成員的評定結果，去除最高和最低分后取平均值作為感官評價結果，依據表1感官評定標準進行感官評價[26]。

表1 黃精紅棗酸奶感官評定標準Table 1 Sensory evaluation criteria for yoghurt with Polygonatum sibiricum and red jujube

1.3.4 單因素試驗設計

1.3.4.1 黃精液添加量對酸奶感官品質的影響

將添加量分別為 20、30、40、50、60 g/L 的黃精液與30 g/L的紅棗液復合后，與160 g/L奶粉、6 g/L木糖醇調配后，均質，滅菌，冷卻，接入0.20%的發酵劑，42℃發酵5 h，4℃后熟12 h，進行感官評價，確定最佳黃精液添加量。

1.3.4.2 紅棗液添加量對酸奶感官品質的影響

按1.3.4.1單因素試驗得出的最佳黃精液添加量與添加量分別為10、20、30、40、50 g/L 的紅棗液復合，與160 g/L奶粉、6 g/L木糖醇調配后，均質、滅菌、冷卻，接入0.20%的發酵劑，42℃發酵5 h，4℃后熟12 h，進行感官評價，確定最佳紅棗液添加量。

1.3.4.3 木糖醇添加量對酸奶感官品質的影響

按1.3.4.1和1.3.4.2單因素試驗得出的最佳黃精液添加量、最佳紅棗液添加量，添加復合汁與160 g/L奶粉、添加量分別為 2、4、6、8、10g/L 的木糖醇調配后，均質、滅菌、冷卻，接入0.20%的發酵劑，42℃發酵5 h，4℃后熟12 h，進行感官評價，確定最佳木糖醇添加量。

1.3.4.4 奶粉添加量對酸奶感官品質的影響

按1.3.4.1、1.3.4.2和1.3.4.3結果得出的最佳黃精液、紅棗液添加量與最佳木糖醇添加量添加，分別與120、140、160、180、200 g/L 奶粉調配后，均質、滅菌、冷卻，接入0.20%的發酵劑，42℃發酵5 h，4℃后熟12 h，進行感官評價，確定最佳奶粉添加量。

1.3.4.5 發酵時間對酸奶感官品質的影響

按1.3.4.1、1.3.4.2、1.3.4.3和1.3.4.4結果得出的最佳黃精液、紅棗液添加量、最佳木糖醇添加量和最佳奶粉添加量添加，均質、滅菌、冷卻，分別接入0.20%的發酵劑，42 ℃分別發酵 4.0、4.5、5.0、5.5、6.0 h，4 ℃后熟12 h，進行感官評價，確定最佳發酵時間。

1.3.5 響應面試驗

根據Box-Beknhen中心組合試驗設計原理，在單因素試驗的基礎上，以黃精液添加量、紅棗液添加量、木糖醇添加量、奶粉添加量為特征值，以感官評分為響應值（Y），設計四因素三水平響應面試驗。響應面試驗因素及水平見表2。

表2 響應面試驗因素與水平編碼Table 2 Response surface test factors and horizontal coding

1.4 數據的統計與分析

根據響應面試驗得到的數據，采用Design-Expert軟件進行二次多項式回歸和方差分析。

2 結果與分析

2.1 單因素分析

2.1.1 黃精液添加量對黃精紅棗酸奶感官品質的影響黃精液添加量對黃精紅棗酸奶感官品質的影響見表3。

表3 黃精液添加量對黃精紅棗酸奶感官品質的影響Table 3 Effect of Polygonatum sibiricum liquor addition on the sensory quality of yoghurt with Polygonatum sibiricum and red jujube

黃精液微帶甜味，具有特色風味的同時其土腥味可能不易被消費者接受，因此黃精液添加量不能過多，添加過少又不能體現黃精典型風味與功能價值。由表3可以看出，酸奶感官評分隨著黃精液添加量的增加先增大后減小，在添加量為30 g/L時達到最高，故選用黃精液最佳添加量為30 g/L，在提供特有風味和功能價值的同時又不至于讓消費者難以接受其味道。并且在紅棗液的調和下，味道更加柔和，呈現特有風味。

2.1.2 紅棗液添加量對黃精紅棗酸奶感官品質的影響

紅棗液添加量對黃精紅棗酸奶感官品質的影響見表4。

表4 紅棗液添加量對黃精紅棗酸奶感官品質的影響Table 4 Effect of red jujube liquor addition on the sensory quality of yoghurt with Polygonatum sibiricum and red jujube

紅棗液添加量過多會掩蓋黃精特有風味，導致產品特色不突出；紅棗液添加量過少，一方面無法協調黃精不良氣味，另一方面也導致酸奶整體甜度的下降，喪失了紅棗天然增甜、改善低脂酸奶口感和風味的功能。由表4可以看出，酸奶感官評分隨著紅棗液添加量的增加先增大后減小，在添加量為40 g/L時達到最高，故選用紅棗液最佳添加量為40 g/L。

2.1.3 木糖醇添加量對黃精紅棗酸奶感官品質的影響木糖醇添加量對黃精紅棗酸奶感官品質的影響見表5。

表5 木糖醇添加量對黃精紅棗酸奶感官品質的影響Table 5 Effect of xylitol addition on sensory quality of yoghurt with Polygonatum sibiricum and red jujube

木糖醇作為一種功能性甜味劑，可為酸奶補充一定的甜度，形成良好的風味和口感。由表5可以看出，酸奶感官評分隨著木糖醇添加量的增加先增大后減小，在添加量為8 g/L時達到最高，故選用木糖醇最佳添加量為8 g/L。

2.1.4 奶粉添加量對黃精紅棗酸奶感官品質的影響

奶粉添加量對黃精紅棗酸奶感官品質的影響見表6。

表6 奶粉添加量對黃精紅棗酸奶感官品質的影響Table 6 Effect of milk powder addition on sensory quality of yoghurt with Polygonatum sibiricum and red jujube

脫脂奶粉調配出來的復原乳不像全脂復原乳因富含脂肪而有著飽滿的口感和豐富的奶香，因此大眾消費者對于脫脂奶粉復原乳的接受程度低于全脂復原乳。脫脂奶粉添加過多或過少發酵出的酸奶無論是從口感還是風味上都不佳。奶粉過少，酸奶過酸且寡淡稀薄；奶粉過多，脫脂奶粉的咸味就容易突顯出來且組織狀態粗糙。由表6可以看出，酸奶感官評分隨著奶粉添加量的增加先增大后減小，在添加量為160 g/L時達到最高，故選用160 g/L為奶粉最佳添加量。

2.1.5 發酵時間對黃精紅棗酸奶感官品質的影響

發酵時間對黃精紅棗酸奶感官品質的影響見表7。

表7 發酵時間對黃精紅棗酸奶感官品質的影響Table 7 Effect of fermentation time on sensory quality of yoghurt with Polygonatum sibiricum and red jujube

由表7可以看出，酸奶感官評分隨著發酵時間的增加先增大后減小，在5 h時達到最高，酸度、口感以及組織狀態都適宜。隨著發酵時間的延長，酸度過高，乳清析出量增加，感官品質也隨之下降。因此，確定5 h為最佳發酵時間。

2.2 響應面分析

2.2.1 響應面試驗結果

根據表2的試驗因素與水平進行試驗，試驗設計及結果見表8。

表8 響應面試驗結果Table 8 Response surface experiment results

續表8 響應面試驗結果Continue table 8 Response surface experiment results

2.2.2 響應面試驗數據處理及數值分析

利用Design-Expert 8.0.6軟件進行工藝數據分析，得到感官評分Y與自變量A、B、C、D的二次回歸方程為：Y=90.80+0.58A-1.33B+1.92C+1.00D-0.50AB-0.75AC-0.50AD-3.00BC-1.50BD-2.00CD-4.07A2-3.44B2-3.82C2-4.69D2。

回歸模型方差分析見表9。

表9 回歸模型方差分析Table 9 Analysis of variance for the response surface quadratic model

由表9分析可知，模型P值小于0.000 1，說明該模型極顯著。失擬項P值為0.131 1，大于0.05，不顯著，說明該模型與實際情況比較吻合。在回歸模型中，一次項 B、C，交互項 BC、CD 以及二次項 A2、B2、C2、D2對結果影響極顯著，因素A、D及交互項BD對結果影響顯著。4個因素影響黃精紅棗酸奶感官評分的順序為C>B>D>A，即木糖醇添加量對感官評分影響最為顯著，紅棗液添加量也較為顯著。同時，負相關系數R2=0.982 7，表明預測效果佳，可用該模型對黃精紅棗酸奶加工工藝進行分析和預測。

2.2.3 多因素交互作用響應面分析

各因素交互作用響應曲面分析結果如圖1～圖6所示。

圖1 黃精液添加量和紅棗液添加量交互作用對黃精紅棗酸奶感官品質影響的曲面線圖Fig.1 Curved surface diagram of the influence of the interaction between Polygonatum sibiricum liquor addition and red jujube liquor addition on the sensory quality of yoghurt with Polygonatum sibiricum and red jujube

圖2 黃精液添加量與木糖醇添加量交互作用對黃精紅棗酸奶感官品質影響的曲面線圖Fig.2 Curved surface diagram of the effect of interaction between Polygonatum sibiricum liquor addition and xylitol addition on the sensory quality of yoghurt with Polygonatum sibiricum and red jujube

圖3 黃精液添加量與奶粉添加量交互作用對黃精紅棗酸奶感官品質影響的相應曲面圖Fig.3 Corresponding surface diagram of the effect of interaction between Polygonatum sibiricum liquor addition and milk powder addition on the sensory quality of yoghurt with Polygonatum sibiricum and red jujube

圖4 紅棗液添加量與木糖醇添加量交互作用對黃精紅棗酸奶感官品質影響的響應曲面圖Fig.4 Response surface diagram of the interaction between red jujube liquor addition and xylitol addition on the sensory quality of yoghurt with Polygonatum sibiricum and red jujube

圖5 紅棗液添加量與奶粉添加量交互作用對黃精紅棗酸奶的感官品質影響的響應曲面圖Fig.5 Response surface diagram of the interaction between red jujube liquor addition and milk powder addition on the sensory quality of yoghurt with Polygonatum sibiricum and red jujube

圖6 木糖醇添加量與奶粉添加量交互作用對黃精紅棗酸奶感官品質影響的響應曲面圖Fig.6 Response surface diagram of the interaction between xylitol addition and milk powder addition on the sensory quality of yoghurt with Polygonatum sibiricum and red jujube

由圖1至圖6可知，響應值隨著黃精液添加量、紅棗液添加量、木糖醇添加量及奶粉添加量各因素添加量的增加均呈現先增大后減小的趨勢。其中，由圖4和圖6可見，紅棗液添加量和木糖醇添加量的交互作用以及木糖醇添加量與奶粉添加量的交互作用對黃精紅棗酸奶的感官評分影響極顯著。由圖5可見，紅棗液添加量與奶粉添加量對黃精紅棗酸奶的感官評分影響也較為顯著。經分析可得，黃精紅棗酸奶發酵的最佳配方為：黃精液添加量為30.56 g/L，紅棗液添加量為36.21 g/L，木糖醇添加量為8.74 g/L，脫脂奶粉添加量為161.71 g/L，黃精紅棗酸奶感官評分預測值可達91.47分。

2.3 最佳工藝條件的驗證

根據實際操作，將工藝參數調整為：黃精液添加量、紅棗液添加量、木糖醇添加量及奶粉添加量分別為 30.6、36.2、8.7、162 g/L，進行 3 次平行試驗，最終感官評分為92.18分，與預測值91.47分較接近，說明響應面優化的結果可行，具有實際利用價值。

3 結論

由單因素試驗得到黃精紅棗酸奶的初步配方，紅棗液、黃精液、木糖醇、奶粉添加量取值分別為30、40、8、160 g/L，以及確定了發酵時間為5 h，為下一步的優化試驗打下基礎。經響應面優化得出黃精紅棗酸奶的最佳工藝配方：黃精液添加量為30.6 g/L，紅棗液添加量為36.2 g/L，木糖醇添加量為8.7 g/L，奶粉添加量為162 g/L，在此基礎上進行驗證試驗得出的感官評分最高。因此，利用響應面法對黃精紅棗酸奶的配方進行優化，可獲得最優的配方設計，有效減少試驗操作盲目性，為進一步試驗改進與優化提供參考基礎。