響應面法優化褐藻膠寡糖酸奶工藝及品質分析

中圖分類號：TS252.54 文獻標志碼：A 文章編號：1000-9973（2025）08-0161-08

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2025.08.022

引文格式：，等.響應面法優化褐藻膠寡糖酸奶工藝及品質分析[J].中國調味品，2025，50（8）：161-168. SHIYF，ZHUYB，LIUJY，etal.Optimizationof processof alginateoligosaccharides yogurtbyresponsesurface methodology and quality analysis[J].China Condiment，2025，50（8） ：161-168.

Abstract： In order to investigate the effects of the addition of alginate oligosaccharides on the quality characteristics and antioxidant activity of yogurt，alginate oligosaccharides and pure milk are used as the main raw materials to make yogurt. With sensory score and water holding capacity as the evaluation indexes，based on single factor test，the processing technology of yogurt is optimized through response surface test，the optimal fermentation process of alginate oligosaccharides yogurt is determined，and the quality indexes of yogurt are measured and the antioxidant activity is analyzed. The results show that the optimal fermentation process of alginate oligosaccharides yogurt is 5.93% sucrose， 0.29% alginate oligosaccharides， 0.21% lactic acid bacteria yogurt fermentation agent， fermentation temperature of 41.9^°C ， and fermentation time of 7.19h . Under these conditions，the sensory score of alginate oligosaccharides yogurt is high，and the pH value，titratable acidity and total number of lactic acid bacteria are all in accordance with the national standard of fermented milk. The yellowness value （b^?） increases，and the color tends to be yellwish.Meanwhile，the addition of alginate oligosaccharides improves the water holding capacity，hardness， cohesiveness，the total number of lactic acid bacteria and ABTS radical and DPPH radical scavenging capacity of yogurt. The addition of alginate oligosaccharides improves the quality characteristics and antioxidant activity of yogurt and endows yogurt with good sensory quality. This study has provided theoretical references for the application of alginate oligosaccharides in yogurt.

Key words： alginate oligosaccharides; yogurt; sensory evaluation; water holding capacity; response surface optimization

褐藻膠是從褐藻的細胞壁和細胞間基質中提取的直鏈線性多糖，由隨機排列的 β -D-甘露糖醛酸和 α -L-古洛糖醛酸組成，通過 α，β-（1，4） -糖苷鍵連接，在食品、化妝品和醫藥等領域廣泛用作增稠劑、乳化劑和膠凝劑等[。然而，褐藻膠的高分子量也導致其溶解度和生物利用度較差[2]。褐藻膠寡糖（alginate oligosaccharides，AOS）是褐藻膠經過降解得到的產物。相較于褐藻膠多糖，褐藻膠寡糖具有分子量小、黏度低、溶解性好、生理活性高等特點。據報道，褐藻膠寡糖具有調節腸道菌群[3]、抗炎[4]、抗氧化[5]、抗腫瘤[]等多種生物活性，廣泛應用于食品、農業、醫藥等領域。

酸奶是以牛乳或其他畜乳作為主要原料，經過有益微生物發酵而形成的具有維持腸道菌群平衡、預防便秘、降低膽固醇等保健功能的乳制品[7-8]。用功能性食品強化酸奶是食品工程的研究熱點。研究表明，在酸奶中添加水果、蔬菜、谷物或其他化合物（如中藥成分、植物提取物等），可以改善酸奶的營養和功能特性。酸奶是由水、糖類、蛋白質、無機鹽共同組成的復雜體系，在酸奶生產、加工、儲運過程中容易受到外界環境中溫度、pH值、機械力等的影響，致使酸奶存在乳清析出、黏稠度降低等問題[9]。因此，在研制功能性食品強化酸奶中，對可同時滿足酸奶的品質特性和生物活性的添加物提出了挑戰。

先前研究表明添加褐藻膠寡糖的乳制品具有降低膽固醇的作用[1°，本研究以褐藻膠寡糖和純牛奶為原料，通過單因素試驗和響應面法相結合確定褐藻膠寡糖酸奶的最佳發酵工藝，檢測褐藻膠寡糖酸奶的品質特性和抗氧化活性，為褐藻膠寡糖在乳制品中的應用提供了理論依據。

1材料與方法

1.1 材料與儀器

純牛奶：內蒙古蒙牛乳業（集團）股份有限公司；蔗糖：河南萬邦實業有限公司；褐藻膠寡糖：陜西朗德生物科技有限公司；乳酸菌酸奶發酵劑：北京川秀科技有限公司；DPPH自由基清除能力檢測試劑盒：上海源葉生物科技有限公司；ABTS自由基清除能力檢測試劑盒：北京索萊寶科技有限公司。

DHP-9012恒溫培養箱上海一恒科學儀器有限公司；AvantiJ-25冷凍離心機美國BeckmanCoulter公司；SW-CJ-2FD超凈工作臺蘇州凈化設備有限公司；C21-ST2106電磁爐廣東美的生活電器制造有限公司； FE28pH 計梅特勒-托利多集團;TA.XTC-16質構儀上海保圣實業發展有限公司；Epoch2T微量酶標儀美國 BioTek 公司;SD-2 色度計上海悅豐儀器儀表有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

褐藻膠寡糖、蔗糖√純牛奶→混合調配 $$ 滅菌 $$ 冷卻→接種→恒溫發酵 $$ 后熟 $$ 成品。

1.2.2 操作要點

混合、滅菌：將純牛奶水浴煮沸，于 85°C 保持 15s 將稱量好的蔗糖、褐藻膠寡糖加入煮沸的牛奶中，攪拌混合均勻。

冷卻、接種、恒溫發酵：將牛奶冷卻至 42°C ，接種發酵劑，充分攪拌混勻，裝人發酵瓶中，貼上標簽，放人恒溫培養箱中于 42^°C 發酵 。

后熟：將發酵結束的酸奶置于 4^°C 冰箱中 12h ，使其風味更佳。

1.2.3 單因素試驗

以持水力和感官評分為指標，設定各因素的發酵條件，按1.2.1工藝流程進行酸奶發酵，每組重復3次。

1.2.3.1 蔗糖添加量對褐藻膠寡糖酸奶的影響

120mL 純牛奶，褐藻膠寡糖添加量 0.1% ，發酵劑添加量 0.1% ，分別設置蔗糖添加量為 4%.5%.6%.7% 8%，42% 發酵 ⁶h 。發酵結束后進行感官評分和持水力的測定，確定最佳蔗糖添加量。

1.2.3.2褐藻膠寡糖添加量對褐藻膠寡糖酸奶的影響120mL 純牛奶，蔗糖添加量 6% ，發酵劑添加量0.1% ，分別設置褐藻膠寡糖添加量為 0.1%.0.3% F0.5%.0.7%.0.9%.42% 發酵 6h 發酵結束后進行感官評分和持水力的測定，確定最佳褐藻膠寡糖添加量。

1.2.3.3發酵劑添加量對褐藻膠寡糖酸奶的影響

120mL 純牛奶，蔗糖添加量 6% ，褐藻膠寡糖添加量 0.1% ，分別設置發酵劑添加量為 0.1%.0.2% 、0.3%0.0.4%0.0.5%0.42^°C 發酵 ⁶h 。發酵結束后進行感官評分和持水力的測定，確定最佳發酵劑添加量。

1.2.3.4發酵時間對褐藻膠寡糖酸奶的影響

120mL 純牛奶，蔗糖添加量 6% ，褐藻膠寡糖添加量 0.1% ，發酵劑添加量 0.1% ，發酵溫度 42^°C ，分別設置發酵時間為 6，7，8，9，10h 。發酵結束后進行感官評分和持水力的測定，確定最佳發酵時間。

1.2.3.5發酵溫度對褐藻膠寡糖酸奶的影響

120mL 純牛奶，蔗糖添加量 6% ，褐藻膠寡糖添

加量 0.1% ，發酵劑添加量 0.1% ，分別設置發酵溫度為 38，40，42，44，46^°C ，發酵 ⁶h 。發酵結束后進行感官評分和持水力的測定，確定最佳發酵溫度。

1.2.4 褐藻膠寡糖酸奶的響應面優化

在單因素試驗的基礎上，以蔗糖添加量（A）、褐藻膠寡糖添加量（B）、發酵劑添加量（C）、發酵溫度 （D ）發酵時間 （E） 為自變量，以褐藻膠寡糖酸奶的感官評分為響應值進行響應面優化試驗，因素與水平設定見表1。

表1褐藻膠寡糖酸奶發酵工藝優化響應面試驗因素與水平

Table1 Factors and levels of response surface test for the optimization of fermentation process of alginate oligosaccharides yogurt

1.3褐藻膠寡糖酸奶品質指標測定

1.3.1 感官評價

產品的感官品質按GB19302—2010《食品安全國家標準發酵乳》[11進行評價。邀請10名經過感官評價培訓的人員，根據色澤、口感、組織狀態和氣味4個方面的評價標準（見表2）進行評價，結果取平均分。

表2褐藻膠寡糖酸奶感官評價標準

Table2 Sensoryevaluationstandards of alginate oligosaccharides yogurt

1.3.2pH值和可滴定酸度測定

稱量 10g 酸奶樣品，用 pH 計測量酸奶樣品的pH 值。可滴定酸度參照GB5009.239—2016《食品安全國家標準食品酸度的測定》中的酚酞指示劑法測定[12]。

1.3.3 持水力測定

參照馮子健等[13]的方法進行酸奶持水力的測定。

1.3.4 質構特性測定

參照Du等[14]的方法，采用質構儀對酸奶樣品的硬度、黏聚性、彈性和膠著性進行測定。參數設置：選擇柱形探頭TA/O.5，檢測模式為TPA（textureprofileanalysis），觸發力為 5g 。測試前速度為 2mm/s ，測試速度為 1mm/s 測試后速度為 2mm/s ，測試距離為 15mm ，每組平行測定3次。

1.3.5 色度值測定

酸奶的色度值參照Wang等[15的方法進行測定，檢測 L^* 值、 ?a^* 值和 b^* 值， L^* 值代表亮度， a^* 值和 b^* 值分別代表酸奶樣品的紅綠度和黃藍度。

1.3.6 乳酸菌檢驗

參照GB4789.35—2023《食品安全國家標準食品微生物學檢驗乳酸菌檢驗》[16]，采用平板計數法對酸奶中的乳酸菌進行測定。

1.3.7抗氧化活性測定

分別根據DPPH自由基和ABTS自由基清除能力檢測試劑盒說明書進行樣品抗氧化活性的測定。

1.4數據處理

試驗數據均平行測定3次，結果以平均值士標準差表示，采用Excel2016和SPSS16.0軟件進行數據處理，采用Design-Expert13軟件進行響應面分析，采用OriginPro7.5軟件進行繪圖。

2 結果與討論

2.1單因素對酸奶感官評分和持水力的影響

2.1.1 蔗糖添加量的影響

圖1不同蔗糖添加量對酸奶感官評分和持水力的影響 Fig.1Effect of different sucrose addition amount on the sensory score and water holding capacity of yogurt

由圖1可知，隨著蔗糖添加量的增加，酸奶的感官評分呈現先上升后下降的趨勢。當蔗糖添加量為 6% 時，酸奶的感官評分最高，酸甜適中，組織狀態均勻；當蔗糖添加量超過 6% 后，酸甜度較差，甜味蓋過酸奶原有的發酵風味。隨著蔗糖添加量的增加，酸奶的持水力逐漸升高，這可能是由于蔗糖為乳酸菌提供了充足的碳源，促進酸奶在發酵過程中產生胞外多糖，提高了酸奶的持水力[17]。因此，選擇蔗糖添加量為 5%～7% 進一步優化。

2.1.2 褐藻膠寡糖添加量的影響

圖2不同褐藻膠寡糖添加量對酸奶感官評分和持水力的影響 Fig.2Effect of different additionamount of alginate oligosaccharides onthesensoryscoreandwaterholdingcapacity ofyogurt

由圖2可知，隨著褐藻膠寡糖添加量的增加，酸奶的感官評分整體呈先下降后上升的趨勢。當褐藻膠寡糖添加量小于 0.3% 時，可獲得具有濃稠感、口感較佳的酸奶；當褐藻膠寡糖添加量大于 0.3% 時，對酸奶原有風味產生一定影響。隨著褐藻膠寡糖添加量的增加，酸奶的持水力呈現先上升后下降的趨勢，這可能是由于褐藻膠寡糖中存在的羥基與酸奶中蛋白的氨基通過氫鍵交聯，使凝膠網絡更加穩定[18]，增強了酸奶的持水力；隨著褐藻膠寡糖添加量的繼續增加，持水力開始降低，酸奶的持水力與酸奶的蛋白濃度存在一定關系，分析原因可能是過量褐藻膠寡糖的加入導致酸奶中酪蛋白與乳清蛋白的濃度發生變化[19]。因此，選擇褐藻膠寡糖添加量為 0.1%～0.5% 進一步優化。

2.1.3 發酵劑添加量的影響

圖3不同發酵劑添加量對酸奶感官評分和持水力的影響 Fig.3Effectof different fermentationagentadditionamount on the sensory score and water holding capacity of yogurt

由圖3可知，隨著發酵劑添加量的增加，酸奶的感官評分先上升后下降。當發酵劑添加量小于 0.2% 時，酸奶發酵不充分，組織狀態較差，酸奶風味較弱；當發酵劑添加量大于 0.2% 時，乳酸菌發酵導致酸奶產酸過多，酸奶口感過酸，有少量乳清析出。隨著乳酸菌發酵劑添加量的增加，酸奶的持水力呈現先上升后下降的趨勢，酸奶發酵過程中產生乳酸，導致酸奶的 pH 值降低，酪蛋白分子間吸引力增加，當pH接近酪蛋白等電點時，會導致凝膠化，從而增強酸奶的持水力[20]；當乳酸菌添加量過多時，酸奶發酵過程中蛋白的水合作用不足，持水力下降[21]。因此，選擇發酵劑添加量為 0.1%～0.3% 進一步優化。

2.1.4 發酵時間的影響

圖4不同發酵時間對酸奶感官評分和持水力的影響Fig.4 Effect of different fermentation time on the sensoryscoreand water holding capacity of yogurt

由圖4可知，隨著發酵時間的延長，酸奶的感官評分呈現先上升后下降的趨勢。當發酵時間為 ^7h 時，感官評分最高，酸奶風味協調，口感綿密；發酵時間過短或過長都會導致酸奶的組織狀態疏松或口感過酸。酸奶的持水力隨著發酵時間的延長呈現先上升后緩慢下降的趨勢，發酵時間為 6～8h 時乳酸菌活力增強，形成組織狀態致密的發酵乳，隨著發酵時間的延長，酸奶發酵產酸量過大， pH 值較低，不利于酸奶凝膠網絡結構的形成[22]。因此，選擇發酵時間為 6～8h 進一步優化。

2.1.5發酵溫度的影響

圖5不同發酵溫度對酸奶感官評分和持水力的影響Fig.5 Effect of different fermentation temperatures on thesensoryscoreandwaterholdingcapacityof yogurt

由圖5可知，隨著發酵溫度的升高，酸奶的感官評分呈現先上升后下降的趨勢。適宜的發酵溫度有利于乳酸菌的生長繁殖，產生的有機酸、風味物質豐富，酸奶酸甜適中，組織狀態好；發酵溫度過高或過低都會抑制乳酸菌生長，導致發酵不夠充分，酸奶的組織狀態較差，酸奶固有的發酵風味較弱[23]。酸奶的持水力隨著發酵溫度的升高呈現先緩慢上升后緩慢下降的趨勢，這是因為較低或較高溫度下酸奶發酵不充分，形成的凝膠系統較弱[24]。因此，選擇發酵溫度為 40～44^°C 進一步優化。

2.2褐藻膠寡糖酸奶的響應面優化

根據酸奶發酵的單因素試驗結果，以蔗糖添加量（A）、褐藻膠寡糖添加量 （B） 、發酵劑添加量 （C） 、發酵溫度 （D） 、發酵時間（E）為因素，以感官評分為響應值，進行BoxBehnken響應面試驗，對褐藻膠寡糖酸奶的制備工藝進行優化，響應面試驗設計方案及結果見表3。

表3響應面試驗設計方案及結果

Table3 Response surface testdesign scheme and results

續表

對所得數據進行回歸分析，得到褐藻膠寡糖酸奶的感官評分對蔗糖添加量、褐藻膠寡糖添加量、發酵劑添加量、發酵溫度和發酵時間5個因素的二次多項回歸方程 ：Y=95.67-2.09625A-1.93688B+1.47875C- =365D+3.468125E+3.6625AB+0.96AC-0.46AD+ （200.3925AE-2.34BC+0.875BD+6.935BE-3CD+ 0.9CE-5.095DE-14.3013A²-9.76042B²-11.9429C²- 22.0479D²-9.08E²

回歸模型的方差分析結果見表4。

表4回歸模型的方差分析

Table4 Variance analysis of regression model

由表4可知，模型的 P 值小于0.0001，該模型極顯著。失擬項的 P 值大于0.05，失擬項不顯著，表明該模型的擬合度較好。 R² 為0.9632，證明模型的擬合精度和試驗誤差都很小。C.V.值為 3.79% ，表明所建立的模型具有較好的穩定性，模型可用于對褐藻膠寡糖酸奶的生產過程進行分析與預測。通過 F 值判斷出5個因素對褐藻膠寡糖酸奶感官評分的影響順序為發酵時間 （E）gt; 蔗糖添加量 （A）gt; 褐藻膠寡糖添加量 （B）gt; 發酵溫度 （D）gt; 發酵劑添加量 （C） 。

不同因素間交互作用的響應面圖見圖6。坡度越陡、等高線越接近橢圓形，表明因素間交互作用的影響越顯著。

圖6各因素交互作用對褐藻膠寡糖酸奶感官評分影響的響應面圖

由圖6可知，隨著各因素水平的升高，感官評分呈現先上升后下降的趨勢。交互項 AB 、 BE 、 CD 、 DE 的曲面傾斜度較大，坡度較陡，等高線為橢圓形，表明它們之間存在明顯的交互作用。 AC 、 AD AE 、BC、BD、CE的等高線為圓形，表明它們之間無顯著交互作用，與方差分析結果一致。響應面優化的褐藻膠寡糖酸奶發酵工藝參數為蔗糖添加量5. 93% 、褐藻膠寡糖添加量0.29% 、發酵劑添加量 0.21% 、發酵溫度 41.9^°C 、發酵時間 7.19h ，此時感官評分可達96.24分。在最佳工藝條件下發酵制備酸奶3次，驗證模型的可靠性，得到的實際感官評分為 （95.61±0.22） 分。試驗結果與預測值接近，說明響應面法優化得到的褐藻膠寡糖酸奶工藝參數可行。

2.3褐藻膠寡糖酸奶成品檢測

2.3.1 理化指標和乳酸菌檢驗

以未添加褐藻膠寡糖的酸奶作為對照，對最佳發酵工藝條件下制備的褐藻膠寡糖酸奶的理化指標進行分析，結果見表5。

表5不同酸奶樣品的理化指標和乳酸菌檢驗

Table 5 Physicochemical indexes of different yogurt samplesand examination oflactic acid bacteria

注：同列不同小寫字母表示差異顯著 （Plt;0.05） ，表7同。

由表5可知，褐藻膠寡糖酸奶的 pH 值顯著低于對照酸奶，褐藻膠寡糖酸奶的可滴定酸度和持水力分別為 83.67^°T 和 75.32% ，均顯著高于對照酸奶，且符合GB19302—2010《食品安全國家標準發酵乳》中的要求。另外，褐藻膠寡糖酸奶的乳酸菌總數達 2.33× 10⁶ CFU/mL，高于對照酸奶的 2.24×10⁶ CFU/mL，且符合GB19302—2010《食品安全國家標準發酵乳》中的要求。

2.3.2 質構特性

在客觀評價酸奶質量時，質構特性與酸奶產品的味道、質量和穩定性密切相關，其中硬度和黏聚性是酸奶質構的重要評價指標[25]。以未添加褐藻膠寡糖的酸奶作為對照，對最佳發酵工藝條件下制備的褐藻膠寡糖酸奶的質構特性進行分析，結果見表6。

表6不同酸奶樣品的質構特性

Table 6 Texture properties of different yogurt samples

注：同行不同小寫字母表示差異顯著 （Plt;0.05） 。

由表6可知，褐藻膠寡糖酸奶的硬度、黏聚性和膠著性較高，彈性與未添加褐藻膠寡糖的酸奶接近。褐藻膠寡糖的添加可能促進了酸奶酪蛋白凝膠網絡結構的形成，使得酸奶的硬度和黏聚性增加[26]。總體而言，褐藻膠寡糖酸奶具有較好的質構特性，體現出潛在的應用價值。

2.3.3 色度值

在消費者的日常生活中，食物的顏色是影響其購買決策的一個關鍵因素。對未添加褐藻膠寡糖的酸奶、褐藻膠寡糖酸奶的 L^* 值 ?^a* 值和 b^* 值進行測定，結果見表7。

表7不同酸奶樣品的色度值

Table7 Chroma values of different yogurt samples

由表7可知，褐藻膠寡糖酸奶的 L^* 值 ?^a* 值與對照酸奶沒有顯著性差異，而褐藻膠寡糖酸奶的 b^* 值升高，色澤偏黃，這可能是因為褐藻膠寡糖本身呈現淺黃色[27]

2.4 抗氧化活性分析

以未添加褐藻膠寡糖的酸奶作為對照，對樣品的DPPH自由基和ABTS自由基清除能力進行分析，結果見圖7。

圖7酸奶樣品對DPPH自由基和ABTS自由基的清除率 Fig.7 DPPH radical and ABTS radical scavenging rates of yogurt samples

由圖7可知，與未添加褐藻膠寡糖的酸奶相比，褐藻膠寡糖酸奶對DPPH自由基和ABTS自由基的清除能力更強。未添加褐藻膠寡糖的酸奶同樣具有清除DPPH自由基和ABTS自由基的能力，其原因可能是酸奶在發酵過程中分解產生一些具有抗氧化活性的肽段[3]。研究表明，褐藻膠寡糖具有較高的抗氧化活性[28]，體現出其在乳制品中的應用價值。

3結論

本研究利用響應面法優化褐藻膠寡糖酸奶的制備工藝，并進行品質分析，獲得了褐藻膠寡糖酸奶制備的最優工藝參數：蔗糖添加量 5.93% 、褐藻膠寡糖添加量 0.29% 、發酵劑添加量 0.21% 、發酵溫度 41.9^°C 發酵時間 7.19h 。制備的褐藻膠寡糖酸奶酸甜適中，組織狀態均勻，顏色呈淺黃色，具有發酵酸乳固有的香味。褐藻膠寡糖的添加提高了酸奶的持水力、硬度，并顯著提高了酸奶的抗氧化能力。褐藻膠寡糖的添加提高了酸奶的品質特性和生物活性，在乳制品中具有潛在的應用價值。

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