響應面法優化荷葉汁發酵乳飲料工藝研究

金 杰，張 鋒，孫 蓓，王秀杰，趙功寶

（1. 江蘇省徐州醫藥高等職業學校，江蘇 徐州 221116；2. 徐州工業職業技術學院，江蘇 徐州 221140）

荷葉被稱為蓮葉，是中國傳統的中藥材之一，具有減肥、減少脂肪、抗氧化、抗纖維化[1-2]等效果。在中藥上的荷葉常常以干制的形式出現。在古代荷葉就已經流入中國，《醫林纂要》就有記載，荷葉入肝，可平熱，去濕，除妄熱[3-4]。在浙江和遼寧出土的碳化蓮子[5]均可表明古人就已經開始對荷葉蓮子有所涉獵，可見其歷史悠久。現在，湖南、江蘇、安徽都是產荷葉的大省。雖然歷史悠久，但是目前市面上關于荷葉的產品少之又少，少數用于中醫藥研究，大多數無人采摘，造成了很大的浪費。目前，荷葉大多被運用于中醫藥行業，而對食品方面的研究進展少之又少，高附加值的產品研發還處于初始階段。

乳酸菌飲料是以奶粉（牛奶）、果汁（梨、西瓜、獼猴桃、草莓等）、蔬菜汁為主要原料，發酵發酵劑制成的產品[6-9]。隨著人們生活水平的提高，消費者的健康意識增強，對牛奶飲料的營養、味道等特點的認識越來越高，牛奶飲料的消費需求也增加了。通過大量相關資料的調查，目前，對以荷葉為原料的產品研發類型很少[10-12]，只有干制荷葉在市面上出現的較多。現有研究證明，荷葉浸提液含有大量生物活性物質[1]，保健功能較高，應用價值較好。試驗以發酵型酸奶為原料，以荷葉浸提液為復配液制備條件，研制活菌型乳酸菌飲料。研究中將具有生物活性的荷葉浸提液與凝固型酸奶相結合，做出一款口感風味極好、營養價值極高的活菌型乳酸菌飲料，進一步豐富發酵乳飲料的產品種類，滿足社會不同人群的需求，同時提高荷葉在食品中的利用率，具有較好的經濟效益和社會效益。

1 材料與方法

1.1 材料、原料及試劑

伊利全脂乳粉、同仁堂荷葉茶、安琪酸奶發酵劑，均購自京東商城；發酵乳，實驗室自制；檸檬酸（食品級）、白砂糖（食品級），浙江一諾科技公司提供；黃原膠（食品級），河南萬邦公司提供。

氫氧化鈉、鄰苯二甲酸氫鉀、酚酞、硫酸、硫酸銅、硫酸鉀、硼酸、鹽酸、氯化鈉、乙醇、溴甲酚綠指示劑、甲基紅指示劑、亞甲基藍指示劑、MC培養基以上試劑均為分析純。

1.2 儀器設備

FA1004 型電子天平，天馬衡基儀器制造有限公司產品；LDZX-30KA 型立式電熱壓力蒸汽滅菌器，上海申安醫療器械廠產品；JM-L50；膠體磨，溫州市一州機械有限公司產品；VS-840-U 型超凈工作臺，江蘇益愷實驗裝備有限公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 荷葉汁風味發酵乳飲料加工基本工藝流程

乳粉復原→預熱→加糖→滅菌→冷卻→接種→發酵→后熟→破乳→混合→均質→灌裝→冷卻→成品。 ↑

水料水、黃原膠、荷葉汁、白砂糖、食鹽

1.3.2 試驗方案設計

根據試驗技術路線，荷葉風味發酵乳飲料分別進行了單因素試驗和響應面試驗，在單因素試驗基礎上，以檸檬酸添加量、白砂糖添加量、水與酸奶液料比和食鹽添加量4 個變量為影響因素，感官評分為響應值，根據Box-behnken 試驗設計原理進行四因素三水平組合試驗[13-16]。

響應面試驗因素與水平設計見表1。

表1 響應面試驗因素與水平設計

1.3.3 荷葉汁發酵乳飲料感官評分標準

根據NY/T 898—2016 綠色食品含乳飲料文件為標準[17]，并結合荷葉風味發酵乳飲料感官評分標準，隨機給9 位經驗者提供發酵乳飲料并進行感官評價，最后計算合計分數，最終獲得9 人的平均分。

荷葉風味乳飲料感官評價標準見表2。

表2 荷葉風味乳飲料感官評價標準

1.3.4 荷葉汁發酵乳飲料主要指標檢驗方法

（1） 感官指標檢驗方法。將適量樣品放入50 mL的燒杯中，在自然光下觀察結構和顏色，聞味道，用溫水漱口，品嘗味道，每次品嘗4~10 mL。

（2） 理化指標檢驗方法。①蛋白質指標按照GB 5009.5—2016 凱氏定氮進行測定[18]；②酸度指標按照GB 5009.239—2016 食品安全國家標準 食品酸度的測定進行[19]。

（3） 微生物指標檢驗方法。乳酸菌指標按照GB 4789.35—2016 食品微生物學檢驗進行測定[20]。

2 結果與分析

2.1 荷葉汁發酵乳飲料配制指南優化單因素試驗

2.1.1 料液比單因素試驗

取600 mL 荷葉汁，向其中添加0.15%的檸檬酸，0.15%的黃原膠，8%的白砂糖和0.12%的食鹽，混勻，待冷卻。將酸奶和復配的料液比以1∶6，1∶5，1∶4，1∶3，1∶2 比例進行復配。

料液比單因素試驗見圖1。

圖1 料液比單因素試驗

由圖1 可知，隨著酸奶料液比的增加，荷葉發酵乳飲料的感官評價先增加后降低，當料液比達到1∶4 時獲得最高點。當水量較少時，酸奶口味較濃，荷葉味寡淡，故評分較低；隨著酸奶和荷葉汁復配液的比例持續增加時，其得到感官評價下降了。因為當水量過多時，荷葉味較苦澀且味道比較濃，影響了感官評分。所以酸奶與水的料液比選擇為1∶4時口感風味和組織狀態最佳。

2.1.2 檸檬酸對荷葉風味乳飲料的影響

試驗取600 mL 的荷葉汁，在其中添加0.15%的黃原膠，8%的白砂糖和0.12%的食鹽充分攪拌混勻。酸奶與復配好的荷葉汁（荷葉汁、白砂糖、黃原膠）比為1 ∶4，分別選用了添加量0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，0.25%的檸檬酸，研究檸檬酸對荷葉發酵乳飲料品質的影響。

檸檬酸對荷葉風味發酵乳飲料的影響見圖2。

由圖2 可知，荷葉發酵乳飲料的感官評價根據檸檬酸添加量的增加而不同，當達到0.15%時，得分最高。因為檸檬酸添加量過低時，入口甜而后苦，酸甜比比例失調；當檸檬酸添加過多時，入口酸而后轉為澀，甜味較少，口感不佳，所以當檸檬酸添加量選擇為0.15%時口感風味最佳。

圖2 檸檬酸對荷葉風味發酵乳飲料的影響

2.1.3 二次添加白砂糖對荷葉汁發酵乳飲料的影響

二次添加白砂糖，可以改善荷葉汁發酵乳飲料的味道與口感。因此試驗取600 mL 荷葉汁，向其中加入0.15%的檸檬酸，0.15 的黃原膠和0.12%的食鹽，酸奶與水的料液比為1∶4，再選擇不同白砂糖添加量6%，7%，8%，9%，10%，研究不同白砂糖添加量對荷葉汁發酵乳飲料的影響。

二次添加白砂糖對荷葉汁發酵乳飲料的影響見圖3。

圖3 二次添加白砂糖對荷葉汁發酵乳飲料的影響

由圖3 可知，荷葉風味發酵乳飲料的感官評分隨著白砂糖添加量的增加而變化，其感官評分從低升高，當達到8%時評分最高，因為二次添加白砂糖減少了荷葉中的苦味。評分逐漸降低，是因為當白砂糖添加過多時，白砂糖掩蓋了乳酸味，使得飲品過于甜，故評分較低，因此試驗選擇白砂糖添加量為8%。

2.1.4 食鹽添加量對荷葉汁發酵乳飲料品質的影響

食鹽可以有效減少荷葉中的苦澀感，適量的添加可以將口味達到最好，因此試驗取荷葉汁600 mL向其中添加0.15%檸檬酸，0.15%的黃原膠，8%的白砂糖和酸奶與水料比為1∶4，選擇食鹽添加量分別為0.04%，0.08%，0.12%，0.16%，0.20%進行試驗。

食鹽對荷葉風味發酵乳飲料的影響見圖4。

由圖4 可知，荷葉風味發酵乳飲料的感官評分根據食鹽添加量的增加而變化，當達到0.08%時，得分最高。因為食鹽添加量過低時，荷葉中的苦澀感并沒有完全消除，或多或少可以嘗出苦澀感；而食鹽添加過多時，食鹽的咸味占據了飲料中絕大多數的滋味。所以，食鹽添加量過高時會影響梨果汁發酵乳飲料的口感，所以食鹽添加量選擇為0.08%時口感風味最佳。

圖4 食鹽對荷葉風味發酵乳飲料的影響

2.2 響應面試驗設計結果與分析

2.2.1 響應面試驗設計結果

在單因素試驗基礎上，以檸檬酸添加量、白砂糖添加量、水與酸奶液料比和食鹽添加量4 個變量為影響因素，感官評分為響應值，根據Box-behnken試驗設計原理，采用四因素三水平的響應面分析法，對荷葉風味發酵乳飲料工藝參數[21]進行優化。

Box-behnken 設計方案及響應值見表3。

表3 Box-behnken 設計方案及響應值

應用Design Expert 8.0.6 軟件將表3 中的試驗數據進行分析處理，得到了4 個因素與感官評分之間的回歸方程如下：

為了更好地驗證方程的有效性，對得出的數據模型進行了方差分析。

回歸方程的方差分析見表4。

由表4 可知，模型的p<0.01，表現為極顯著水平。失擬項p=0.243 2，表現為不顯著，說明回歸模型與實際情況吻合度高，試驗誤差小，因此可采用此模型對試驗結果進行預測。模型中D、CD、B2、C2、D2的p值均小于0.01，有極顯著的水平，對感官評價得分有極顯著的影響。根據表4 中的數據可得出，在所選取的水平因素范圍內，根據F值的大小，各因素對感官評分影響的程度順序為檸檬酸添加量（D） >料液比（C） >白砂糖添加量（B） >食鹽添加量（A）。

表4 回歸方程的方差分析

2.2.2 響應面圖形分析

通過Design Expert 8.0.6 軟件對回歸模型的分析，可以得到當2 個因素為零水平時，其他2 個因素的交互作用對響應值的影響效果。

食鹽添加量和白砂糖添加量對提取率影響的響應面及等高線見圖5，食鹽添加量和料液比對提取率影響的響應面及等高線見圖6，食鹽添加量和檸檬酸添加量對提取率影響的響應面及等高線見圖7，白砂糖添加量和料液比對提取率影響的響應面及等高線見圖8，白砂糖添加量和檸檬酸添加量對提取率影響的響應面及等高線見圖9，料液比和檸檬酸添加量對提取率影響的響應面及等高線見圖10。

圖5 食鹽添加量和白砂糖添加量對提取率影響的響應面及等高線

圖6 食鹽添加量和料液比對提取率影響的響應面及等高線

圖7 食鹽添加量和檸檬酸添加量對提取率影響的響應面及等高線

圖8 白砂糖添加量和料液比對提取率影響的響應面及等高線

圖9 白砂糖添加量和檸檬酸添加量對提取率影響的響應面及等高線

由等高線可以看出，橢圓形的表示兩兩交互作用顯著，而圓形則相反，響應面的坡度變化反映出各因素變化時，對響應值的變化情況。由圖5 ~ 圖10 可知，檸檬酸添加量對產品感官評分影響最大。

圖10 料液比和檸檬酸添加量對提取率影響的響應面及等高線

2.2.3 配方參數優化

根據響應面優化分析得到荷葉汁發酵乳飲料的最佳配方為檸檬酸添加量0.048%，白砂糖添加量7.64%，料液比1∶4，食鹽添加量0.19%，感官評價理論值93.07，根據實際操作的可行性，最佳配方修正為，食鹽添加量為0.20%，白砂糖添加量8%，檸檬酸添加量0.04%，料液比1∶4，為檢驗模型預測的準確性，采用以上工藝配方做3 次平行試驗并進行感官評價，經過試驗驗證，此條件下制作的荷葉汁發酵乳飲料的感官評分為93.07±0.03 分，接近預測值93.37 分，說明響應面分析法對優化荷葉汁發酵乳飲料的工藝條件是可行的。

2.3 優化工藝的荷葉汁發酵乳飲料的指標測定

參照含乳飲料產品標準，將試驗最優條件下得到的荷葉風味發酵乳飲料成品的主要指標進行檢驗，評價產品質量。

荷葉汁發酵乳飲料產品檢驗結果與標準對照見表5。

3 結論

在單因素試驗的基礎上，利用響應面分析法優化荷葉汁發酵乳飲料的制作工藝，得出最佳工藝條件為檸檬酸添加量0.04%，白砂糖添加量8%，料液比1∶4，食鹽添加量0.20%，黃原膠添加量0.15%，此時感官評分最高為93.07 分。4 個因素對荷葉汁發酵乳飲料的影響順序為檸檬酸添加量（D） >料液比（C） >白砂糖添加量（B） >食鹽添加量（A）。按此配方生產的荷葉汁乳飲料顏色為淺黃色，色澤均勻、味道醇厚，具有荷葉清香味和奶香味，其主要檢驗指標均達到相關標準要求，為進一步市場化開發奠定了較好的研究基礎。