響應面優(yōu)化凝固型白姜紅棗酸奶的配方研究

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(1.安徽科技學院 食品工程學院，安徽 鳳陽 233100；2.銅陵富饒綠園有限責任公司，安徽 銅陵 244100)

白姜是姜科多年生草本植物姜的新鮮根莖，有開胃健脾、促進食欲、防暑、降溫、提神以及殺菌消毒等作用[1]。銅陵白姜是安徽省原產(chǎn)地標志產(chǎn)品，口味獨特，營養(yǎng)豐富，深受消費者喜愛。研究表明，在白姜浸提液中含有蛋白酶、姜醇、姜烯酚、姜酮等物質(zhì)，具有很強的凝乳特性[2]，白姜天然的防腐作用可顯著延長酸奶的貨架期[3]。在酸奶中添加白姜汁，提高了酸奶的營養(yǎng)保健功能，增加了白姜的附加值[3-4]。

紅棗是鼠李科植物棗的成熟果實，富含蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、維生素、礦物質(zhì)及環(huán)磷酸腺苷等營養(yǎng)物質(zhì)，其最突出的特點是維生素含量極高，有“天然維生素丸”的美譽[5]。經(jīng)常食用紅棗對健康有益，其中多糖能有效消除體內(nèi)的氧自由基，對增強人體免疫力、降血糖、抗腫瘤、延緩衰老和抗炎癥等方面有良好的作用，具有開發(fā)成保健食品或藥品的潛力[6-7]。

目前,市場上的凝固型酸奶，產(chǎn)品單一且品種和風味有限，因此，為了豐富酸奶的品種，擴大白秉的應用范圍，本文對凝固型白姜紅棗酸奶進行了研制，在酸奶中添加白姜汁和紅棗汁，利用感官評價和質(zhì)構分析，進行了配方優(yōu)化和工藝研究，加工成凝固型酸奶具有一定的益氣補血和養(yǎng)胃健脾的保健作用[8-9]，為同類產(chǎn)品的開發(fā)提供了思路。

1 材料與方法

1.1 材料

純牛奶(伊利，市售)；白姜(銅陵白姜，產(chǎn)自銅陵)；紅棗(忠來若羌紅棗，鳳陽縣某超市)； 保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌(上海一研生物科技有限公司)；白砂糖、抗壞血酸、黃原膠、CMC-Na、卡拉膠(均為食品級，市售)。

1.2 儀器

HH-B11型電熱恒溫培養(yǎng)箱(上海躍進醫(yī)療器械廠);CT3-10000型質(zhì)構儀(美國BROOK FIELD公司);HH-4型恒溫水浴鍋(常州朗越儀器制造有限公司);APV-60型均質(zhì)機(上海雅程儀器設備有限公司);B-D068型立式冰箱(青島海爾集團);JJ-2型組織搗碎機(江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司)。

1.3 方法

1.3.1 試驗預處理 優(yōu)質(zhì)的銅陵白姜清理后切成白姜片，按質(zhì)量比1∶2與水混合，加入0.05%的抗壞血酸護色，用組織搗碎機將白姜打漿后倒入燒杯中，置于50 ℃恒溫水浴鍋浸提1 h。之后用三層紗布過濾，殘渣用2倍質(zhì)量的水浸提1 h，過濾擠漿，合并濾液，得到澄清的白姜汁[10]。紅棗清洗干凈后放進燒杯，按質(zhì)量比1∶10與水混合，恒溫靜置60 min；將浸泡后的紅棗取出棗核，按質(zhì)量比6∶1的比例加水，倒入搗碎機中打漿，然后置于恒溫水浴鍋中50 ℃浸提1 h。浸提后使棗漿溫度迅速降低至室溫，用已滅菌的多層紗布進行過濾，得到純度較高的紅棗汁[11]。

1.3.2 工藝流程

1.3.3 操作要點

1.3.3.1 調(diào)配 選擇適量純牛奶，將5%的白砂糖和0.25%的卡拉膠用熱水溶解置于純牛奶中，再加入11%的白姜汁和13%的紅棗汁調(diào)配均勻[12]。

1.3.3.2 殺菌、冷卻 把調(diào)配好的復合牛奶進行90 ℃、5 min巴氏殺菌后，立即放入無菌室中冷卻至42～45 ℃。

1.3.3.3 發(fā)酵劑的制備和菌種活化 將質(zhì)量比為1∶1的保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌混合，以牛奶為培養(yǎng)基，在43 ℃下活化20～23 h后，保存于4 ℃冰箱中[13]。

1.3.3.4 接種 將接種器具嚴格殺菌，用質(zhì)量比為1∶1的保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌混合培養(yǎng)制成的發(fā)酵劑進行接種，接種量為總質(zhì)量的5%，接種溫度為42～44 ℃，并攪拌均勻[13]。

1.3.3.5 裝瓶和發(fā)酵 取待裝的100 mL燒杯洗凈，高溫滅菌后干燥冷卻至室溫待用。將接種好的原料乳快速的倒入燒杯中。之后用保鮮膜封好，立即放入恒溫培養(yǎng)箱中，置42 ℃培養(yǎng)3 h，至凝乳形成，即可停止發(fā)酵。

1.3.3.6 冷藏后熟 把發(fā)酵好的酸奶放置4 ℃冰箱中22 h以上進行后熟，即為成品。

1.3.4 單因素試驗

1.3.4.1 白姜汁加入順序試驗 試驗中固定牛奶添加量為70%，白砂糖添加量為6%，白姜汁添加量為8%，紅棗汁添加量為16%，卡拉膠添加量為產(chǎn)品總量的0.1%，以感官評價為依據(jù)，設計以下試驗。(1)白姜汁、紅棗汁混合添加，白姜汁、紅棗汁和牛奶按比例混合添加后，再進行殺菌處理，冷卻后接種發(fā)酵；(2)白姜汁、紅棗汁分開添加，紅棗與牛奶加熱殺菌發(fā)酵1 h后，再添加滅菌的白姜汁與其攪拌，最后進行后熟凝固。

1.3.4.2 穩(wěn)定劑種類試驗 選擇黃原膠、CMC-Na、卡拉膠為穩(wěn)定劑，分別進行以下6組試驗：黃原膠、CMC-Na、卡拉膠、黃原膠和CMC-Na(1∶1)、黃原膠和卡拉膠(1∶1)、CMC-Na和卡拉膠(1∶1)。試驗中固定牛奶添加量為70%、白砂糖添加量為6%，白姜汁添加量為8%，紅棗汁添加量為16%，穩(wěn)定劑按照產(chǎn)品總量的0.1%加入，混合均勻，進行加熱殺菌，發(fā)酵后熟處理，最后進行感官評價選定最優(yōu)的穩(wěn)定劑。

1.3.4.3 卡拉膠添加量試驗 試驗中固定牛奶添加量為70%，白砂糖添加量為6%，白姜汁添加量為8%，紅棗汁添加量為16%，然后分別添加產(chǎn)品總量的0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的卡拉膠，并做一組空白對照試驗，進行加熱殺菌，發(fā)酵后熟處理，最后進行感官評價后得出試驗結(jié)果。

1.3.4.4 白姜汁添加量試驗 試驗中固定白砂糖添加量為6%，紅棗汁添加量為16%，白姜汁分別按照5%、7%、9%、11%、13%的比例添加，牛奶添加量隨著白姜汁添加量變化而變化，卡拉膠按照產(chǎn)品總量的0.2%加入，混合均勻，進行加熱殺菌，發(fā)酵后熟處理。通過感官評價確定白姜汁的最佳比例。

1.3.4.5 紅棗汁添加量試驗 試驗中固定白砂糖添加量為6%，白姜汁添加量為11%，紅棗汁分別按照9%、11%、13%、15%、17%的比例添加，牛奶添加量隨著紅棗汁添加量變化而變化，卡拉膠按照產(chǎn)品總量的0.2%添加，混合均勻，進行加熱殺菌，發(fā)酵后熟處理。通過感官評價確定紅棗汁的最優(yōu)配比。

1.3.4.6 白砂糖添加量試驗 試驗中固定白姜汁添加量11%，紅棗汁添加量為13%，白砂糖分別按照3%、4%、5%、6%、7%的比例添加，牛奶添加量隨著白砂糖添加量變化而變化，卡拉膠按照產(chǎn)品總量的0.2%加入，混合均勻，進行加熱殺菌，發(fā)酵后熟處理。通過感官評價得出白砂糖的最佳配比。

1.3.5 響應面優(yōu)化試驗設計 由于白砂糖對酸奶的質(zhì)構特性影響較小，所以在單因素試驗基礎上，固定白砂糖用量為5%，以百姜汁添加量A、紅棗汁添加量B和穩(wěn)定劑添加量C為自變量，以感官評價和TPA質(zhì)構測定的硬度、粘力為響應值，根據(jù)Box-Behnken中心組合設計原理，采用三因素三水平響應面分析法進行試驗設計[14]，試驗因素及水平見表1。

表1 響應面試驗因素及水平

1.4 檢測方法

1.4.1 TPA質(zhì)構分析 采用CT3-10000質(zhì)構儀對樣品進行TPA質(zhì)構測試，對酸奶硬度、粘力進行測定分析[14-15]。測試的探頭為TA11/1000的圓柱形探頭，半徑為35 mm，參數(shù)如下：測試速度設為2.0 mm/s，測試前與測試后速度一致，兩次壓縮的停留間隔為0 s，觸發(fā)點負載2 g，測試距離設為15 mm，循環(huán)次數(shù)為2次[16]。通過TPA質(zhì)構分析法輔助感官評價，選定最優(yōu)酸奶配料，對酸奶的品質(zhì)進行分析。

1.4.2 感官鑒評 感官鑒評小組由7位專業(yè)人士組成，分別對產(chǎn)品進行品嘗，根據(jù)表2中的感官評價標準[17]對每一次試驗進行評定，取其平均值作為評價結(jié)果。

表2 凝固型酸奶感官評價標準

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Design Expert 8.05軟件,用Box-Behnken中心組合方法建立試驗模型并進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 穩(wěn)定劑種類的確定

由表3可知，將白姜紅棗汁混合后一起加入牛奶中比發(fā)酵后再加入白姜汁效果更好。試驗結(jié)果顯示，處理1制得的酸奶，組織狀態(tài)均勻，白姜味比較適中，凝固性也較好。處理2制得的酸奶，凝固性太差，基本呈現(xiàn)凝乳狀，因此,處理1為最優(yōu)方案。

表3 白姜汁的加入順序?qū)λ崮唐焚|(zhì)的影響

2.2 白姜汁加入順序的確定

由表4可知，用卡拉膠做穩(wěn)定劑時，穩(wěn)定效果最好，對白姜紅棗汁酸奶的凝固作用顯著，感官評價分數(shù)為(87±1.1)分。而CMC-Na的性能最差，復合型的穩(wěn)定劑比單一的黃原膠和CMC-Na的凝固性效果好，因此,卡拉膠為最佳的穩(wěn)定劑。

表4 穩(wěn)定劑的選擇對酸奶品質(zhì)的影響

2.3 卡拉膠添加量的確定

由圖1可知，當卡拉膠添加量小于0.2%時，酸奶的凝固性較差，表面有乳清析出；而卡拉膠添加量過多時，酸奶組織較硬，有顆粒。因此,確定卡拉膠的最佳配比為0.2%。

圖1 卡拉膠添加量對酸奶品質(zhì)的影響

2.4 白姜汁添加量的確定

由圖2可知，白姜汁添加量在11%時，感官評分最高。感官評分隨白姜汁添加量的增加，先上升后降低，當白姜汁添加量過少時，白姜風味較淡；而白姜汁添加量高于11%時，白姜風味較濃，較辛辣。因此,白姜汁的最佳配比為11%。

圖2 白姜汁添加量對酸奶品質(zhì)的影響

2.5 紅棗汁添加量的確定

由圖3可知,感官評分隨紅棗汁添加量的增加，先上升后下降，當紅棗汁添加量為11%時，酸奶的風味口感與添加13%的紅棗汁相比，甜度略微弱一些，凝固性較好；紅棗汁添加量高于13%時，感官評分迅速下降。因此,紅棗汁的最佳配比為13%。

圖3 紅棗汁添加量對酸奶品質(zhì)的影響

2.6 白砂糖添加量的確定

由圖4可知，白砂糖添加量為5%時，感官評分最高。感官評分隨著白砂糖添加量的增加，先上升后下降，在白砂糖的配比為5%～7%時，酸奶感官評分逐漸下降。因此,白砂糖的最佳配比為5%。

圖4 白砂糖添加量對酸奶品質(zhì)的影響

2.7 響應面法優(yōu)化試驗

2.7.1 響應面試驗設計和結(jié)果 在單因素試驗的基礎上，固定白砂糖添加量5%，以白姜汁、紅棗汁和穩(wěn)定劑添加量3個因素為自變量，以感官評價和TPA質(zhì)構測定的硬度、粘力為響應值，進行Box-Behnken設計以及響應面分析試驗，結(jié)果如表5所示。

表5 響應面試驗設計和結(jié)果

2.7.2 回歸模型及方差分析 利用Design Expert 8.05軟件對表5中的試驗數(shù)據(jù)進行回歸分析，得出酸奶的硬度、粘力、感官評分與白姜汁添加量、紅棗汁添加量、穩(wěn)定劑添加量三因素的二次多項式回歸方程式如下：

R1=76.293 75-3.666 25A-3.006 25B-117.015C+0.131 25AB-1.85AC+2.575BC+0.093 437A2+0.026 563B2+328.08C2

R2=1.784 69-0.045 625A+2.364 37B-60.975C+0.012 031AB+1.062 5AC+1.157 5BC-0.016 797A2-0.104 61B2+102.9C2

R3=-137.569 38+17.655A+17.758 75B+164.47C-0.196 87AB-1.9AC-6.35BC-0.657 19A2-0.554 06B2-95.44C2

模型的顯著性檢驗及方差分析見表6。

表6 模型的顯著性檢驗及方差分析

注：*表示P<0.05，模型或考察因素有顯著影響；**表示P<0.01，模型或考察因素有極顯著影響；***表示P<0.000 1，模型或考察因素有高度顯著影響；在模型中P>0.10，模型或考察因素影響不顯著[16]。

從表6可以看出，三個響應值的模型高度顯著(P<0.000 1)，失擬項均不顯著(P>0.05)，說明模型預測結(jié)果與實際發(fā)生情況吻合程度良好；R2均大于0.98，說明因變量與自變量之間線性關系明顯，可以很好地表達感官評價、硬度、粘力與白姜汁、紅棗汁和穩(wěn)定劑添加量的關系[14]。

2.7.3 因素間的交互作用 根據(jù)回歸方程作各因素間交互作用的響應曲面見圖5～7。

圖5 白姜汁和紅棗汁添加量與紅棗汁和穩(wěn)定劑添加量對酸奶硬度影響的響應曲面圖

圖6 白姜汁和穩(wěn)定劑添加量與紅棗汁和穩(wěn)定劑添加量對酸奶粘力影響的響應面圖

由圖5可以看出，在研究范圍內(nèi)，酸奶的硬度隨白姜汁添加量增加緩慢下降，隨后迅速的上升；隨著紅棗汁添加量的增加，酸奶的硬度緩慢上升；酸奶的硬度隨穩(wěn)定劑添加量增加，先下降后上升，穩(wěn)定劑添加量較低時，酸奶的硬度隨穩(wěn)定劑添加量增加而明顯下降，之后酸奶的硬度又隨之上升，變化趨勢較明顯。且由表6可以看出，白姜汁和紅棗汁添加量的交互項對酸奶硬度有顯著影響(P<0.05)，紅棗汁和穩(wěn)定劑添加量的交互項對酸奶的硬度有極顯著影響(P<0.01)，穩(wěn)定劑的添加量對酸奶硬度有高度顯著影響(P<0.000 1)。

從圖6中可看出，在研究范圍內(nèi)，酸奶的粘力隨白姜汁和紅棗汁添加量的增加先增大后減小，穩(wěn)定劑添加量的增加對酸奶粘力的影響，呈現(xiàn)先減小后增大的走向。穩(wěn)定劑添加量較低時，酸奶的粘力隨穩(wěn)定劑添加量的增加而迅速減小，隨著穩(wěn)定劑添加量的繼續(xù)增加，酸奶的粘力隨之迅速增大。白姜汁和紅棗汁添加量對酸奶粘力的影響較小，紅棗汁添加量比白姜汁添加量對酸奶粘力的影響大。且由表6可以看出，穩(wěn)定劑添加量對酸奶粘力有高度顯著影響(P<0.000 1)。

圖7 白姜汁和紅棗汁添加量與紅棗汁和穩(wěn)定劑添加量對酸奶感官評價影響的響應面圖

由圖7可以看出，在研究范圍內(nèi)，白姜汁和紅棗汁添加量過少時，感官評價隨二者的增加而明顯增加，白姜汁和紅棗汁添加量處于高水平時，感官評價隨之迅速降低。穩(wěn)定劑添加量較低時，感官評價隨著穩(wěn)定劑添加量的增多而緩慢上升，隨著穩(wěn)定劑添加量繼續(xù)上升時，感官評分隨穩(wěn)定劑添加量的增多而明顯下降。且由表6可知，白姜汁和紅棗汁添加量的交互項對酸奶感官評價有極顯著影響(P<0.01)，紅棗汁和穩(wěn)定劑添加量的交互項對感官評價有極顯著影響(P<0.01)。

由于質(zhì)構參數(shù)不能整體的體現(xiàn)酸奶的品質(zhì)，而感官評價可以充分地體現(xiàn)產(chǎn)品本身的感官特性，因此采用感官評價作為最佳響應值。經(jīng)Design Expert 8.05軟件優(yōu)化分析，得到產(chǎn)品的最佳配比為：牛奶添加量為71.84%，白姜汁添加量為11.12%，紅棗汁添加量為12.04%，白砂糖添加量為5%，穩(wěn)定劑為產(chǎn)品質(zhì)量0.35%的卡拉膠，在此條件下酸奶的感官評分為96.35分，硬度為35.19，粘力為14.75。

2.7.4 響應驗證 為檢驗響應面法所得結(jié)果的可靠性，采用上述優(yōu)化配方配制白姜紅棗汁酸奶，結(jié)合生產(chǎn)實際操作條件，取牛奶添加量為72%，白姜汁添加量為11%，紅棗汁添加量為12%，白砂糖添加量為5%，穩(wěn)定劑添加量為產(chǎn)品質(zhì)量的0.35%，在此條件下配制白姜紅棗汁酸奶，感官評分的平均值為95.48分，與理論預測值96.35分極為接近，說明用該模型對白姜紅棗汁酸奶進行配方優(yōu)化具有一定的實際可操作性。

3 結(jié)論與討論

利用單因素試驗及響應面優(yōu)化試驗對凝固型白姜紅棗汁酸奶的配方和工藝進行研究。本文對凝固型白姜紅棗酸通讀進行了研究，將白姜汁和紅棗汁加入到牛奶中進行發(fā)酵后研制的酸奶，凝固性好、風味更加醉醇厚可口、口感營養(yǎng)俱佳。對白姜的開發(fā)和利用起到非常重要的作用，而且豐富了酸奶的品種，具有較好的開發(fā)前景。