香蕉酸奶的工藝優(yōu)化及質(zhì)構(gòu)特性研究

鄭鳳錦，劉國明，李杰民，衛(wèi)　萍，盛金鳳，孫　健，李　麗，零東寧

（廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，廣西南寧530007）

香蕉酸奶的工藝優(yōu)化及質(zhì)構(gòu)特性研究

鄭鳳錦，劉國明*，李杰民，衛(wèi)萍，盛金鳳，孫健，李麗，零東寧

（廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，廣西南寧530007）

以香蕉酸奶為研究對象，在單因素實驗的基礎上，選取乳酸菌添加量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間為自變量，感官評定得分為響應值，利用Box-Behnken中心組合設計原理和響應面分析法，對香蕉酸奶的發(fā)酵工藝進行優(yōu)化。確定其最優(yōu)工藝參數(shù)為乳酸菌添加量0.1%、發(fā)酵溫度40℃、發(fā)酵時間7.6h，感官評分可達15.19。建立質(zhì)構(gòu)特性與感官得分之間的線性回歸模型為：y（感官評定得分）=18.114-0.157x1（硬度）-3.211x2（粘性）-0.324x4（彈性）。

香蕉酸奶，工藝優(yōu)化，響應面分析法，質(zhì)構(gòu)特性

香蕉廣泛種植于熱帶亞熱帶地區(qū)，富含礦物質(zhì)、多種抗氧化物質(zhì)和維生素，具有宜人的特征果香［1］。中國是香蕉原產(chǎn)地之一，栽培歷史已達3000多年，近20年來，中國香蕉產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，現(xiàn)已成為南亞熱帶地區(qū)最大宗水果，產(chǎn)量僅次于蘋果、柑橘、梨，名列水果第4位［2］。由于自身特點及保鮮貯藏技術的不足，目前香蕉主要以鮮食為主，然而每年都有大量香蕉因變質(zhì)而造成巨大的經(jīng)濟損失。為此，對香蕉的加工極為迫切和重要［3］。

酸奶是以鮮牛奶為主要原料，利用嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌等微生物，通過乳酸發(fā)酵作用而得到的一種發(fā)酵型乳制品［4］。由于易于被消化吸收、促進胃液分泌、利于提高食欲、營養(yǎng)價值高等特點，受到廣大消費者的青睞［5］。目前，市面上銷售的各品種酸奶基本都添加了大量添加劑，少有“純天然”產(chǎn)品。因此，本研究探討既富含營養(yǎng)又無添加劑的新型凝固型香蕉酸奶的優(yōu)化制備工藝，并分析其質(zhì)構(gòu)特性，為香蕉加工提供新的思路。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

蜂蜜上海冠生園蜂制品有限公司；乳酸菌北京川秀科技有限公司；純牛奶內(nèi)蒙古伊利實業(yè)集團股份有限公司；白糖南寧糖業(yè)股份有限公司；香蕉清汁自制；復合果膠酶（酶活力：100000U/g）南寧東恒華道生物科技有限責任公司。

CT3型質(zhì)構(gòu)儀美國BROOKFIELD公司；WGLL-230BE型電熱鼓風干燥箱廣州市華瑞化玻儀器有限公司；JY6002、JA2003型電子天平上海良平儀器儀表有限公司；LGBCD180型冰箱海信容聲冰箱有限公司；SS260-D3型多功能食物攪拌器中山市好媽咪電器廠；WJ-3A型三孔獨立控溫水浴鍋常州偉嘉儀器制造有限公司。

表1　單因素實驗表Table 1　The single factor experiment

1.2實驗方法

1.2.1香蕉酸奶的工藝流程將新鮮香蕉去皮，在100℃條件下熱燙10m in［6］后進行打漿。打漿后的香蕉果漿，在42℃下用濃度為1%的果膠酶解120min后，經(jīng)過離心、過濾得到澄清的香蕉清汁。將制備好的香蕉清汁與牛奶、白糖、蜂蜜按比例混合攪拌均勻后，在水浴鍋中85℃殺菌15m in，待溫度降至40℃時加入乳酸菌混勻后在電熱鼓風干燥箱中發(fā)酵。具體流程如下：

1.2.2單因素實驗設計經(jīng)過前期預實驗，確定牛奶與香蕉清汁比例為4∶1、白糖添加量為香蕉清汁牛奶混合液的5%、蜂蜜添加量為香蕉清汁牛奶混合液的4%。在此基礎上設計單因素實驗，如表1所示。

1.2.3響應面法優(yōu)化香蕉酸奶工藝在單因素實驗基礎上，選擇乳酸菌添加量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間為自變量，根據(jù)Box-Behnken實驗設計原理采用3因素3水平的響應面分析法［7］，確定香蕉酸奶的最佳工藝參數(shù)。

表2　響應面實驗因素水平表Table 2　Factors and levels of response surface experiments

1.2.4感官評定［8］感官評定由9人組成的評定小組，通過視覺、嗅覺、味覺三方面對樣品進行描述，并根據(jù)表3打分。

1.2.5TPA測試實驗用質(zhì)構(gòu)儀對香蕉酸奶樣品進行TPA測試［9］，每個樣品測試3次，取平均值。測試探頭型號為12.7mm的TA10。測試條件如下：形變量為20%，觸發(fā)點負載為5g，測試速率為1mm/s。

表3　感官評定表Table 3　Sensory evaluation of fermented milk products

1.2.6感官評分與質(zhì)構(gòu)特性相關性分析使用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件對17個香蕉酸奶樣品感官評分與質(zhì)構(gòu)特性的相關性進行分析。統(tǒng)計項條件選取Descriptives、Casewise diagnostic中的Outliers（n=3），選擇項條件選取引入值p＜0.05，剔除值p＞0.06，方法項條件選取Stepwise（逐步引入一剔除法），其他項選取默認值。

2　結(jié)果與分析

2.1單因素實驗結(jié)果與分析

2.1.1乳酸菌添加量對香蕉酸奶品質(zhì)的影響由圖1可知，隨著乳酸菌添加量的增大，香蕉酸奶的感官評定得分呈先增大后減小的趨勢。分析原因是當乳酸菌的添加量為0.05%時，不足以產(chǎn)生足夠多的乳酸，以致于香蕉酸奶的酸度不夠，同時凝固性也不強，影響了香蕉酸奶的感官評定得分。圖1中，隨著乳酸菌添加量的提高，香蕉酸奶的感官品質(zhì)不斷提升；當乳酸菌添加過量后，導致乳中蛋白過度減少而使乳清析出，影響了感官評定得分。根據(jù)評分結(jié)果，選擇乳酸菌添加量為0.1%、0.15%、0.2%三個水平做響應面實驗進行工藝優(yōu)化。

圖1　乳酸菌添加量對感官評分的影響Fig.1　Influence of lactobacillus addition on sensory evaluation scores

2.1.2發(fā)酵溫度對香蕉酸奶品質(zhì)的影響由圖2可知，隨著發(fā)酵溫度的升高，感官評定得分呈現(xiàn)先升后降的趨勢。當發(fā)酵溫度為36℃時，因發(fā)酵溫度稍偏低，不利于乳酸菌產(chǎn)酸，影響了香蕉酸奶感官評定得分。當發(fā)酵溫度升到39℃時，香蕉酸奶的酸度大幅提升，但酸香氣息還弱于香蕉特征香氣，未能達到諧調(diào)的程度。當發(fā)酵溫度為42℃時，香蕉酸奶酸甜適中，且酸香、奶香、香蕉特征香氣相互諧調(diào)，感官評定得分也最高。當發(fā)酵溫度達到45℃時，香蕉酸奶的口感有所下降，略顯粗糙，感官評定得分略微降低。當發(fā)酵溫度為48℃時，因發(fā)酵溫度偏高，香蕉酸奶有乳清析出的現(xiàn)象，極大地影響了感官評定得分。綜合上述評分結(jié)果，選取發(fā)酵溫度39、42、45℃三個水平做響應面實驗進行工藝優(yōu)化。

圖2　發(fā)酵溫度對感官評分的影響Fig.2　Influence of fermentation temperature on sensory evaluation scores

2.1.3發(fā)酵時間對香蕉酸奶品質(zhì)的影響由圖3可知，隨著發(fā)酵時間延長，香蕉酸奶感官評定得分同樣呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。發(fā)酵時間為5h時，香蕉酸奶的凝固性不佳，感官評定得分過低。當發(fā)酵6h后，香蕉酸奶的凝固性得到大幅提升，酸度也增加不少，感官評定得分也大幅提高。發(fā)酵時間在6～8h之間，香蕉酸奶的感官評定得分變化不大。當發(fā)酵時間達到9h后，香蕉酸奶出現(xiàn)了乳清析出現(xiàn)象，感官評定得分降低。依據(jù)感官評定得分結(jié)果，選擇發(fā)酵時間6、7、8h三個水平做響應面實驗進行工藝優(yōu)化。

圖3　發(fā)酵時間對感官評分的影響Fig.3　Influence of fermentation time on sensory evaluation scores

2.2響應面法發(fā)酵條件的優(yōu)化

2.2.1響應面實驗設計及結(jié)果香蕉酸奶響應面實驗設計實驗結(jié)果見表4。

表4　響應面實驗設計結(jié)果Table 4　Experimental results of response surface analysis

將表4中數(shù)據(jù)利用軟件進行二次多元回歸擬合，得到模型的二次多項回歸方程如下：Y=14.51-0.33A+ 0.12B-0.21C+1.06AB-0.44AC-0.59BC+0.28A2-1.12B2-0.45C2。

為了檢驗方程的有效性，對香蕉酸奶感官評定得分的數(shù)學模型進行方差分析，結(jié)果如表5、表6所示。

表5　回歸模型方差分析表Table 5　The analysis of variance for the experimental results

在模型中p＜0.01，表明回歸模型達到了極顯著的水平，而失擬項的p值為0.0568，大于0.05，表明失擬項不顯著。該表中一次項A、B、C的p值都小于0.05，達到顯著的影響水平，說明乳酸菌添加量A、發(fā)酵溫度B、發(fā)酵時間C對感官評定得分有顯著的影響。在所選取的因素水平范圍內(nèi)，對感官評定得分的影響程度為：乳酸菌添加量＞發(fā)酵時間＞發(fā)酵溫度。交互項AB、AC、AB的p值都小于0.01，對響應值影響極顯著；二次項A2、B2、C2的p值小于0.01，對響應值影響極顯著。

表6　方程相關系數(shù)Table 6　Estimated regression coefficients for the quadratic polynomialmodel

由表6可知R2為0.9919，R2adj為0.9814，說明此模型與實際實驗擬合較好，自變量與響應值之間線性關系顯著；R2Pred為0.8911，說明該模型預測性良好。變異系數(shù)CV為0.94%，小于5%，表明方程有良好的重現(xiàn)性。信噪比為27.741，遠大于4，說明模型可信度較高。因此，可以用此模型來分析預測響應值隨自變量的變化規(guī)律。

2.2.2香蕉酸奶感官評定得分的響應面圖形分析

根據(jù)所得回歸方程做出響應面圖，預測乳酸菌添加量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間三個因素對感官得分的影響。

圖4　乳酸菌添加量與發(fā)酵溫度的交互作用對感官得分的影響Fig.4　Surface plots of sensory results affected by lactobacillus addition and fermentation temperature

由圖4知，發(fā)酵時間一定時，發(fā)酵溫度較小時，隨著乳酸菌添加量的增大，感官得分呈現(xiàn)緩慢減小的趨勢，發(fā)酵溫度較大時，隨著乳酸菌添加量的增大，感官得分呈現(xiàn)緩慢增大的趨勢。

圖5　乳酸菌添加量與發(fā)酵時間的交互作用對感官得分的影響Fig.5　Surface plots of sensory results affected by lactobacillus addition and fermentation time

由圖5知，發(fā)酵溫度一定時，發(fā)酵時間較小時，隨著乳酸菌添加量的增大，感官得分呈現(xiàn)緩慢增大的趨勢，總體變化不大；當發(fā)酵溫度較大時，隨著乳酸菌添加量的增大，感官得分呈現(xiàn)緩慢減小的趨勢。

圖6　發(fā)酵溫度與發(fā)酵時間的交互作用對感官得分的影響Fig.6　Surface plots of sensory results affected by fermentation temperature and fermentation time

由圖6知，乳酸菌添加量一定時，隨著發(fā)酵溫度的提高及發(fā)酵時間的延長，感官得分都呈先增大后減小的拋物線之勢。

2.2.3香蕉酸奶發(fā)酵工藝參數(shù)的確定通過Design Expert V 8.0.6.1軟件對所得回歸方程求解，固定加糖量為5%、蜂蜜添加量為4%、牛奶與香蕉清汁比例為4∶1，在選取的實驗范圍內(nèi)得出的香蕉酸奶最佳工藝條件為：乳酸菌添加量0.1%、發(fā)酵溫度40.23℃、發(fā)酵時間7.63h。在此條件下，感官評定得分可達15.46。根據(jù)實際操作的可行性，將工藝條件調(diào)整為乳酸菌添加量0.1%、發(fā)酵溫度40℃、發(fā)酵時間7.6h。經(jīng)過實驗驗證，此條件下發(fā)酵所得香蕉酸奶感官評分為15.19，接近預測值15.46。

2.3香蕉酸奶感官評分與質(zhì)構(gòu)特性相關性分析

2.3.1香蕉酸奶質(zhì)構(gòu)特性數(shù)據(jù)對17個香蕉酸奶樣品進行TPA測試之后，得到其硬度、粘性、內(nèi)聚性、彈性4個質(zhì)構(gòu)指標的平均值。具體結(jié)果見表7。

2.3.2香蕉酸奶感官評分與質(zhì)構(gòu)特性相關性分析［10-12］結(jié)果將香蕉酸奶感官評分y及質(zhì)構(gòu)特性指標經(jīng)SPSS 17.0分析后，得到感官評分y與硬度（x1）、粘性（x2）、彈性（x4）之間有直線關系，多元線性回歸方程為：y= 18.114-0.157x1-3.211x2-0.324x4。

3　結(jié)論

香蕉酸奶發(fā)酵的最優(yōu)工藝為：乳酸菌添加量0.1%、發(fā)酵溫度40℃、發(fā)酵時間7.6h，此時感官評分可達15.19。對響應面實驗所得的17個香蕉酸奶樣品進行TPA測試，得到硬度、粘性、彈性、內(nèi)聚性的質(zhì)構(gòu)特性數(shù)據(jù)，在此基礎上，質(zhì)構(gòu)特性與感官評定得分通過SPSS 17.0軟件分析處理，得到多元線性回歸方程為：y（感官得分）=18.114-0.157x1（硬度）-3.211x2（粘性）-0.324x4（彈性）。

表7　香蕉酸奶質(zhì)構(gòu)特性測試結(jié)果Table 7　Test results on texture properties of banana yogurt

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Optim ization processes and textural properties study of banana yogurt

ZHENG Feng-jin，LIU Guo-m ing*，LI Jie-m in，WEIPing，SHENG Jin-feng，SUN Jian，LILi，LING Dong-ning
（Agro-food Science and Technology Research Institute，Guangxi Academy of Agricultural Sciences（GXAAS），Nanning 530007，China）

In this study，the banana yogurt was used as the research ob ject and the sensory evaluation score was used as a measure ind icator.For achieving the maximal sensory evaluation score，three fermentation parameters，inc lud ing lactobacillus add ition，fermentation temperature and fermentation time，were op tim ized using the Box-Behnken central composite design and the response surface methodology was based on sing le factor investigations.The op timum p rocess parameters were lactobacillus add ition 0.1%，fermentation tem perature 40℃，fermentation time 7.6h and sensory evaluation scores 15.19.The linear regression modelbetween textural p roperties and sensory evaluation scores was y（sensory evaluation scores）=18.114-0.157x1（hardness）-3.211x2（adhesiveness）-0.324x4（sp ringiness）.

banana yogurt；p rocess op tim ization；response surface methodology；textural p roperties

TS252.4

B

1002-0306（2015）06-0299-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.06.057

2014-07-31

鄭鳳錦（1982-），女，碩士，講師，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工研究與產(chǎn)品開發(fā)。

劉國明（1984-），男，碩士，助理研究員，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工研究與產(chǎn)品開發(fā)。

廣西農(nóng)業(yè)科學院基本科研業(yè)務專項（桂農(nóng)科2013YT02）；廣西農(nóng)業(yè)科學院科技發(fā)展基金（桂農(nóng)科2014JQ04）。