響應面法優化藜麥發酵酸奶的工藝研究

權帆，朱文秀，張晴，洪豆，王君能，吳淑清*

（1.長春大學食品科學與工程學院，吉林 長春 130022；2.浙江李子園食品股份有限公司，浙江 金華 321031）

藜麥（Chenopodium quinoa Willd.）莧科藜屬植物，起源于南美洲安第斯山脈[1]，是一種古老的偽谷物，具有獨特而豐富的營養價值，被稱為丟失的遠古“營養黃金”、“超級糧食[2]”、“未來食品”和“糧食之王[3]”。研究發現，藜麥不僅富含優質蛋白質、多糖和不飽和脂肪酸等宏量營養素，還含有天然維生素、礦物質等微量營養素；此外，核黃素、葉酸和鈣、鎂、鐵、鋅等含量明顯高于其他谷物[4-6]。藜麥具備抗癌[7]、抗氧化[8]、防治“高血脂、高血壓、高血糖”[9]、減肥[10]、抑菌[11]等功能特性。

近年來，藜麥在國際市場上供不應求，2016年全球產量超過19.2萬噸，主要消費市場在美國、加拿大和愛爾蘭等國家[12]。國內外對藜麥的開發集中在蒸煮類、焙烤類、發酵類及其他類產品。市場上陸續出現了藜麥面條[13]、藜麥面包[14]、藜麥餅干[15]、藜麥酒[16]、藜麥粥[17]等產品。本論文以藜麥、鮮牛奶為主要原料，運用單因素試驗與響應面優化試驗獲得藜麥發酵酸奶的最佳工藝條件，制作出一種風味獨特且營養豐富的酸奶。此研究不僅豐富了酸奶種類，同時也為藜麥產品的開發提供思路及依據。

1 材料與方法

1.1 材料

藜麥（青海海西格爾木藜麥米）、牛奶、白砂糖：市售；發酵菌粉（含有保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌、嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌、干酪乳桿菌）：北京川秀科技有限公司；黃原膠、羧甲基纖維素鈉（食品級）：浙江一諾生物科技有限公司。

1.2 設備與儀器

FA11204N型電子天平：上海市精密儀器設備有限公司；XMT-DA型恒溫水浴鍋：余姚市亞星儀器儀表有限公司；DH4000Ⅱ型電熱恒溫發酵箱：天津市泰斯特儀器有限公司；EG720KG4-NA型電磁爐：美的集團有限公司；EZ-SX型質構儀：日本島津公司；RSO型流變儀：美國Brookfield公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

浸泡→煮制→調配→均質→殺菌→冷卻→接種→發酵→后熟→成品。

1.3.2 操作要點

（1）浸泡：挑選顆粒飽滿、大小均一、表面干凈、無病蟲害的藜麥浸泡40 min[藜麥與水的料液比為1∶10（g/mL）]，去除其表面略有苦澀味且影響蛋白質吸收的皂苷成分[18]。

（2）煮制：將浸泡之后的藜麥在100℃水中煮制10 min。

（3）均質：將含有白砂糖、黃原膠和羧甲基纖維素鈉的混合料液進行均質，均質壓力為25 MPa。

（4）殺菌：在85℃恒溫水浴鍋中殺菌20 min。

（5）冷卻：將殺菌后的成品冷卻至室溫25℃。

（6）接種：將適量的發酵菌粉快速接入發酵瓶后，輕輕搖晃。避免雜菌污染使產品出現異味。

（7）發酵：將發酵瓶放入42℃的恒溫發酵箱內，發酵7 h。

（8）后熟：將發酵好的酸奶放入4℃冰箱后熟12h。

1.4 單因素試驗

以藜麥添加量、白砂糖添加量、發酵時間和發酵菌接種量為單因素，各因素分別選取5個水平，考察藜麥添加量（8%、10%、12%、14%、16%）時，分別固定白砂糖添加量、發酵時間和發酵菌接種量為7%、7 h、0.20%；考察白砂糖添加量（3%、5%、7%、9%、11%）時，分別固定藜麥添加量、發酵時間和發酵菌接種量為12%、7 h、0.20%；考察發酵時間（5、6、7、8、9 h）時，分別固定藜麥添加量、白砂糖添加量和發酵菌接種量為12%、7%、0.20%；考察發酵菌接種量（0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%）時，分別固定藜麥添加量、白砂糖添加量和發酵時間為12%、7%、7 h，以感官評分為指標，確定響應面試驗中各因素最適考察范圍。

1.5 響應面試驗設計

在單因素試驗結果的基礎上，以藜麥添加量、白砂糖添加量、發酵菌接種量和發酵時間為因素，感官評分為評價指標，設計四因素三水平響應面試驗。響應面試驗因素水平見表1。

表1 響應面試驗因素水平Table 1 Factors and levels of response surface test

1.6 檢測指標

1.6.1 藜麥發酵酸奶的感官評價

由16位食品專業人員組成評定小組，根據RHB 104—2020《發酵乳感官評鑒細則》從酸奶色澤、滋味與氣味、組織狀態3個方面進行感官評價，評分3次取平均值。評價標準見表2。

表2 藜麥發酵酸奶感官評定標準Table 2 Sensory evaluation criteria of quinoa fermented yogurt

1.6.2 理化檢測

按照GB 5009.239—2016《食品安全國家標準食品酸度檢測》測定酸奶的酸度[19]。

按照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》測定酸奶中蛋白質含量[20]。

1.6.3 質構檢測

質構測定參數為348-38511-11探頭（直徑12.7mm）；探頭測試前下降速度為2 mm/s，探頭測試后回升速度為2 mm/s；探頭進入樣品距離為15 mm；觸發類型為自動，觸發力為0.05 N[21]，主要測定酸奶的硬度、黏附力、咀嚼性。

1.7 數據統計

本試驗數據采用Origin軟件繪制圖。采用Design Expert 8.06軟件進行試驗數據分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 藜麥添加量對藜麥發酵酸奶感官品質的影響藜麥添加量對藜麥酸奶感官品質的影響見圖1。

圖1 藜麥添加量對藜麥酸奶感官品質的影響Fig.1 The effect of quinoa addition on the sensory quality of quinoa yogurt

由圖1可知，當藜麥添加量為12%時，感官評分達到最高值86。此時，酸奶組織均勻、顆粒感飽滿且含有純正、濃厚的藜麥香氣；當藜麥添加量小于10%時，酸奶無明顯藜麥香味，稠度也不夠，感官評分較低。隨著藜麥添加量的增加，藜麥的香味愈發濃厚，但當藜麥添加量大于14%時，酸奶的黏稠度增加，細膩感減弱，口感較差。因此，選擇藜麥添加量為10%、12%、14%進行響應面試驗。

2.1.2 白砂糖添加量對藜麥發酵酸奶感官品質的影響

白砂糖添加量對藜麥酸奶感官品質的影響見圖2。

圖2 白砂糖添加量對藜麥酸奶感官品質的影響Fig.2 The effect of added amount of white sugar on the sensory quality of quinoa yogurt

由圖2可知，當白砂糖添加量逐漸增加時，酸奶感官評分呈先上升后下降的趨勢。當白砂糖添加量小于5%時，口感過酸，感官評分較低；隨著白砂糖添加量的增加，酸奶口感得到改善；當白砂糖添加量為7%時，酸奶具有純正的奶味和自然的發酵滋味，且酸甜比適中，組織狀態均一；當白砂糖添加量大于9%時，酸奶的甜度過高，口味過甜，掩蓋了酸奶獨特的風味與口感。因此，選擇白砂糖添加量為5%、7%、9%進行響應面試驗。

2.1.3 發酵時間對藜麥發酵酸奶感官品質的影響

發酵時間對藜麥酸奶感官品質的影響見圖3。

圖3 發酵時間對藜麥酸奶感官品質的影響Fig.3 The effect of fermentation time on the sensory quality of quinoa yogurt

由圖3可知，當發酵時間為7 h時，感官評分達到最高值85；當發酵時間小于6 h，酸奶發酵不足，表面有乳清析出或伴有少量凝塊，凝固性差，感官評分較低；當發酵時間為7%時，酸奶的酸甜適中，無乳清析出，組織狀態均一，口感達到最佳；發酵時間大于8 h時，酸奶酸度升高，組織狀態變差，口味偏酸，感官評分下降。因此選擇發酵時間為6、7、8 h進行響應面試驗。

2.1.4 發酵菌接種量對藜麥發酵酸奶感官品質的影響

發酵菌接種量對藜麥酸奶感官品質的影響見圖4。

圖4 發酵菌接種量對藜麥酸奶感官品質的影響Fig.4 The effect of fermenting bacteria inoculation amount on the sensory quality of quinoa yogurt

由圖4可知，隨著發酵菌接種量增加，酸奶的感官評分以接種量0.20%為拐點，呈現先上升后下降的趨勢。當發酵菌接種量為0.10%時，酸奶發酵不完全，呈半固體狀態，表面出現裂紋，組織不均勻；當發酵菌接種量為0.20%時，酸奶組織細膩均一、酸甜味適宜；當發酵菌接種量達到0.30%時，酸奶的發酵速度加快，導致乳中蛋白過度減少使乳清析出[22]，使得感官評分下降。因此，選擇發酵菌接種量為0.15%、0.20%、0.25%進行響應面試驗。

2.2 響應面試驗

響應面試驗設計及結果見表3，根據響應面設計方案，對其進行方差分析，回歸模型方差分析見表4。

表3 響應面試驗設計及結果Table 3 Design and results of response surface test

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

續表4 回歸模型方差分析Continue table 4 Analysis of variance of regression model

利用Design Expert 8.06軟件對表4結果進行回歸方程擬合，得到響應面回歸方程：Y=90.30+6.05A+3.06B+1.19C+2.23D+2.25AB-1.40AC-1.75AD-0.13BC-0.95BD-1.55CD-12.08A2-7.47B2-1.82C2-2.53D2。

分析表4可知，藜麥添加量和白砂糖添加量對酸奶的感官評分影響極顯著，發酵時間和發酵菌接種量對酸奶感官評分的影響較顯著，因素影響的主次順序為藜麥添加量＞白砂糖添加量＞發酵菌接種量＞發酵時間。

2.3 響應面圖分析

各因素交互作用對感官評分影響的響應面圖及等高線圖見圖5、圖6。

圖5 藜麥添加量與白砂糖添加量交互作用對感官評分影響的響應面圖及等高線圖Fig.5 Response surface plot and contour plot of the effect of the interaction between the addition of quinoa and the addition of white sugar on the sensory score

圖6 藜麥添加量與發酵菌接種量交互作用對感官評分影響的響應面圖及等高線圖Fig.6 Response surface plot and contour plot of the offect of interaction between the amount of quinoa added and the amount of fermenting bacteria inoculated on the sensory score

由圖5等高線分析可知，當白砂糖添加量不變時，沿藜麥添加量變化的方向看，感官評分呈先上升后下降的趨勢，且等高線較密，趨于橢圓形，從3D圖看，曲線較為陡峭，說明藜麥添加量和白砂糖添加量交互作用對感官評分的影響顯著。同理，可知藜麥添加量與發酵菌接種量交互作用對感官評分的影響顯著，與方差分析結果一致。

由響應面優化分析可知，藜麥發酵酸奶的最佳工藝條件：藜麥添加量為12.48%，白砂糖添加量為7.45%，發酵時間為7.09 h，發酵菌接種量為0.22%，此時感官評分為91.6。

2.4 驗證試驗

為了試驗的可操作性，將最優條件調整為藜麥添加量12.5%，白砂糖添加量7.5%，發酵時間7 h，發酵菌接種量0.20%，進行3次平行試驗，實際感官評分平均值為90.7，與預測值相近。說明該模型可較好地優化藜麥發酵酸奶工藝。

2.5 理化指標檢測結果

測得藜麥發酵酸奶的蛋白質含量為5.2 g/100 g，酸度為 76 °T，符合國家標準[23]。

2.6 物性質構檢測

測得酸奶的黏度為（776.20±8.50）MPa·s，硬度為（0.137 82±0.008 6）N，黏附力為（0.004 60±0.000 93）N，咀嚼性為（5.286 7±0.035）mJ。

3 結論

以藜麥、鮮牛奶為主要原料，以感官評分作為指標，通過單因素試驗和響應面試驗確定藜麥發酵酸奶的最佳工藝條件。結果表明：當藜麥添加量為12.5%，白砂糖添加量為7.5%，發酵時間為7 h，發酵菌接種量為0.20%時，藜麥發酵酸奶的酸度為76°T、蛋白質含量為 5.2 g/100 g、黏度為 776.20 MPa·s、硬度為 0.138 N、咀嚼性為5.28 mJ，酸奶具有純正的奶味與藜麥谷香味，組織均勻，營養豐富。