響應面法優化糯米益生菌奶片的工藝

吳新宇，趙麗，劉靜雪，曾英男

吉林農業科技學院食品工程學院（吉林 132101）

水磨糯米粉是采用水磨法制備的糯米粉，通過浸泡、水洗后加水磨成稀漿，使浸泡后的淀粉膨脹、分裂，淀粉顆粒再經過干燥后，產生可逆的分裂和膨脹過程，使得淀粉糊化，黏性增加[1]。水磨糯米粉和預糊化淀粉在奶片中具有良好的黏結作用，低聚果糖既作為甜味劑，又可作為益生元促進腸道益生菌生長增殖，制成的奶片感官平整且硬度較高，不易脆裂。試驗以全脂奶粉為主要原料，添加預糊化淀粉、水磨糯米粉為黏合劑，低聚果糖為甜味劑，嗜酸乳桿菌為益生菌，制作糯米益生菌奶片。這種奶片具有一定的調節腸道功能、增強機體免疫力、補虛、補血、健脾暖胃等功能[2]，旨在開發出適合減肥人群食用的一種健康功能奶片。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

全脂奶粉、低聚果糖、水磨糯米粉、預糊化淀粉（市售）；嗜酸乳桿菌菌粉（河北一然生物科技有限公司）。

壓片機；硬度計；BSA124S型電子天平（鶴壁市科達儀器儀表有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 糯米益生菌奶片的制備

全脂奶粉→過篩（60目，即0.250 mm）→全脂奶粉、低聚果糖、預糊化淀粉-糯米粉復合物和羧甲基纖維素鈉（CMC）按一定比例與1%嗜酸乳桿菌菌粉混合均勻→添加少量蒸餾水→混勻（混勻至手握成型，輕觸即散為宜）→壓片機壓型→成品

1.2.2 預糊化淀粉-糯米復合物的制備

將經水磨法制備的糯米粉中添加8%（按復合粉總質量計）預糊化淀粉，經混合機混合均勻[3]。

1.2.3 單因素試驗

1.2.3.1 低聚果糖添加量的確定

以100份全脂奶粉為基準，固定預糊化淀粉-糯米復合物添加量6%、CMC添加量2.5%，低聚果糖添加量為14.0%，16.0%，18.0%，20.0%和22.0%，根據硬度和感官評分標準確定最佳低聚果糖添加量。

1.2.3.2 CMC添加量的確定

根據1.2.3.1中確定的最佳低聚果糖添加量，固定預糊化淀粉-糯米復合物添加量6%，以100份全脂奶粉為基準，CMC添加量為2.1%，2.3%，2.5%，2.7%和2.9%，根據硬度和感官評分標準確定出最佳CMC添加量。

1.2.3.3 預糊化淀粉-糯米復合物添加量的確定

根據1.2.3.1和1.2.3.2中確定低聚果糖、CMC的最佳添加量，以100份全脂奶粉為基準，預糊化淀粉-糯米復合物添加量為4%，5%，6%，7%和8%，根據硬度和感官評分標準確定最佳預糊化淀粉-糯米復合物添加量。

1.2.4 響應面試驗

通過單因素試驗得出糯米益生菌奶片各添加量的最佳值，以CMC添加量（A）、預糊化淀粉-糯米粉復合物添加量（B）、低聚果糖添加量（C）為影響因子，以奶片的感官評分（Y）為響應值，進行響應面試驗，通過Design-Expert 8.0軟件，確定糯米益生菌奶片的最佳工藝方案。

1.2.5 驗證試驗

根據優化的試驗數據，將選中的3個因素的最佳添加量，進行重復試驗，重復3次，驗證試驗結果的正確性[4]。

1.2.6 感官評價標準

選取10人組成感官評定小組，利用感官評定標準（表1）對奶片外觀、風味、色澤、口感、質地進行品評[5]。

表1 奶片感官評定標準

硬度測定[6]：隨機選取10片奶片，采用硬度計測其硬度，觀察奶片硬度大小。

2 結果分析

2.1 單因素試驗分析

2.1.1 低聚果糖添加量的確定

由圖1可看出：低聚果糖添加量14%～20%時，糯米益生菌奶片的感官評分和硬度隨著低聚果糖添加量增加而上升；低聚果糖添加量20%～22%時，奶片的感官評分和硬度隨著低聚果糖添加量增加而下降；低聚果糖添加量20%時，奶片的感官評分和硬度有最大值。因此，低聚果糖添加量選定20%。

圖1 低聚果糖添加量對奶片感官評價和硬度的影響

2.1.2 CMC添加量的確定

由圖2可看出：CMC添加量2.1%～2.5%時，糯米益生菌奶片的感官評分和硬度隨著CMC增加而上升；羧甲基纖維素鈉添加量2.5%～2.9%時，奶片的感官評分和硬度隨著CMC增加而下降；CMC添加量2.5%時，奶片的感官評分最高，且奶片具有較高的硬度不易脆裂。因此，CMC添加量初步選定2.5%。

圖2 CMC添加量對奶片感官評價和硬度的影響

2.1.3 預糊化淀粉-糯米復合物添加量的確定

由圖3可看出：預糊化淀粉-糯米復合物添加量4%～ 7%時，糯米益生菌奶片的感官評分和硬度隨著預糊化淀粉-糯米復合物增加而上升；預糊化淀粉-糯米復合物添加量7%～8%時，奶片的感官評分和硬度隨著預糊化淀粉-糯米復合物增加而下降；預糊化淀粉-糯米復合物添加量7%時，奶片的感官評分和硬度有最大值。因此，預糊化淀粉-糯米復合物添加量初步選定7%。

圖3 預糊化淀粉-糯米復合物添加量對奶片感官評價和硬度的影響

2.2 響應面優化試驗分析

采用Box-Behnken中心組合試驗設計，用單因素試驗結果作為基礎，進行三因素三水平響應面試驗，考察CMC添加量（A）、預糊化淀粉-糯米粉復合物添加量（B）、低聚果糖添加量（C）分別對桃味糯米益生菌奶片感官評分（Y）的影響。響應面結果見表2。

表2 試驗因素水平與編碼表 單位：%

2.2.1 模型方程的建立與顯著性檢驗表

響應面法優化糯米益生菌奶片的工藝結果詳見表3，對各因素回歸擬合后，獲得感官評分（Y）的三元二次回歸方程：Y=89.00+2.50A+2.12B-1.88C-3.50AB-1.50AC-4.75BC-3.63A2-3.38B2-2.88C2。

表3 Box-Behnken的中心組合試驗設計及結果

分析表4和表5，可得出p＜0.000 4，遠小于0.01，表明數據分析結果極顯著，回歸數字模型和實際測定數值能夠完全擬合，試驗誤差較小，因此能夠利用此數學回歸方程代替試驗結果，同時對其進行計算。R2=96.02%，理論值與實際測定的數值有很高的相關聯性，表明此方程較可靠。回歸模型中，一次項A、B，交互項AB、BC，二次項A2、B2、C2，均表現出極顯著水平。方差分析結果還表明，影響糯米益生菌奶片感官評定的因素有強到弱為：A（CMC）＞B（預糊化淀粉-糯米復合物）＞C（低聚果糖）。

表4 回歸方程方差分析表

表5 回歸模型的可信度分析

2.2.2 響應面等高線分析

響應面優化法能直觀、清楚地反映出兩兩因素的交互作用，經Design Expert 8.0軟件進行回歸擬合，可得出各個因素之間的交互作用的三維立體等高線圖和響應曲面，如圖4～圖6所示。

圖4 預糊化淀粉-糯米復合物添加量與CMC添加量交互作用對感官品質影響的響應面和等高線

圖6 低聚果糖添加量與CMC添加量交互作用對感官品質影響的響應面和等高線

由圖4可見CMC（A）與預糊化淀粉-糯米復合物（B）之間交互作用極顯著；由圖5可看出低聚果糖（C）和預糊化淀粉-糯米復合物（B）之間交互作用極顯著，對糯米益生菌奶片的影響較大；由圖6可看出CMC（A）與低聚果糖（C）之間交互作用不顯著，相對于低聚果糖（C）與預糊化淀粉-糯米復合物（B）、CMC（A）和預糊化淀粉-糯米復合物（B）之間的交互作用影響較小。

圖5 低聚果糖添加量與預糊化淀粉-糯米復合物添加量交互作用對感官品質影響的響應面和等高線

2.2.3 最佳工藝的確定與驗證

應用Design-Expert 8.0.6試驗軟件將表3進行多元回歸擬合、方差分析及顯著性檢驗，能夠得出感官評價作為目標函數，關于每個因素編碼值二次回歸方程為Y=89.00+2.50A+2.12B-1.88C-3.50AB-1.50AC-4.75BC-3.63A2-3.38B2-2.88C2。其中，2.50-3.50B-1.50C-7.26A=0；2.12-3.50A-4.75C-6.76B=0；-1.88-1.50A-4.75B-5.76C=0。

求解得A=1.000，B=0.449，C=-1.000，即最佳工藝參數為CMC添加量2.7%、預糊化淀粉-糯米粉復合物添加量7.5%、低聚果糖添加量18.0%，在此條件下，糯米益生菌奶片的感官評價分數為89.21分，為便于實際操作，將參數修正為CMC添加量2.7%、預糊化淀粉-糯米粉復合物添加量8.0%、低聚果糖添加量18.0%。采用便于操作的數據作為工藝參數繼續做3次平行試驗，糯米益生菌奶片的感官評分為90分，實際測定值和理論值比較相近，說明該模型可以反映各因素對奶片制作工藝的影響，具有實用價值[7]。

3 結論

以單因素試驗為基礎，利用響應面試驗分析對糯米益生菌奶片工藝配方進行優化，結果表明影響糯米益生菌奶片感官評價的因素順序是CMC添加量＞預糊化淀粉-糯米復合物添加量＞低聚果糖添加量。最佳工藝配方：在100份為基準的奶粉中CMC添加量2.7%、預糊化淀粉-糯米粉復合物添加量8.0%、低聚果糖添加量18.0%，其奶片呈乳黃色，口感良好，表面平整且硬度較高，不易脆裂。