響應(yīng)面法優(yōu)化果仁夾心酸奶球的制作工藝

張雅琪 隋沅均 周 圍 耿麗晶 薩日那 張俊鵬 張 翔

[摘要]本文以牛奶、核桃和花生為主要原料，以感官評價為主要評分指標，開發(fā)出了一種新型的夾心凝固性酸奶球，即果仁夾心酸奶球。通過單因素實驗分析果仁夾心酸奶球制作過程中6個主要關(guān)鍵工藝點對產(chǎn)品感官的影響，并進一步用響應(yīng)面分析法優(yōu)化出最佳工藝，確定果仁夾心酸奶球制作的最佳生產(chǎn)工藝條件是果仁夾心中木糖醇的添加量為15%，酸奶外包膜發(fā)酵溫度為42℃發(fā)酵6h，明膠使用量為3%，果仁夾心添加25%，冷藏固型時間為7h，綜合感官評分最高為81.6分，獲得的產(chǎn)品組織均勻且無分層，口感細膩爽口，有明顯的果仁香氣，具有一定的營養(yǎng)保健功能。

[關(guān)鍵詞]果仁;夾心;酸奶;響應(yīng)面法;工藝

中圖分類號：TS213.23 文獻標識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.201912

核桃，又稱胡桃、羌桃，為胡桃科植物，核桃仁含有豐富的營養(yǎng)素，每100g含蛋白質(zhì)15～20g，脂肪較多，碳水化合物10g;并含有人體必需的鈣、磷、鐵等多種微量元素和礦物質(zhì)，以及胡蘿卜素、核黃素等多種維生素，有健腦益智、抗衰老、防便秘、降血脂的功能[1-3]?；ㄉ写罅康牡鞍踪|(zhì)和脂肪，很適宜制造各種營養(yǎng)食品，能滋養(yǎng)補益?；ㄉ云轿陡剩行哑㈤_胃、潤肺利水的功效[4-6]。酸奶，是牛奶經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵而成。含有蛋白質(zhì)、乳酸菌、鈣，還有多種維生素，具有滋養(yǎng)皮膚、補鈣補磷、潤腸通便降血脂的功效[7-8]。由于三者的功效各有所長也各有特色，因此該功能性食品旨在將它們有效結(jié)合起來，共同發(fā)揮作用，起到一定的保健作用。

到目前為止，功能性食品的生產(chǎn)規(guī)模正在逐漸擴大，養(yǎng)生的概念逐漸深入人心。市場上也出現(xiàn)了多種類別的保健類食品[9-10]，但是具有保健養(yǎng)生功效的酸奶還沒有大批進入群眾的視野。在食品生產(chǎn)過程中，核桃與花生各自作為個體，應(yīng)用較少。為此，該研究以酸奶作為載體包裹果仁（花生、核桃），不光從營養(yǎng)價值的角度上發(fā)展多元化，在口感上也獨具一格，具有創(chuàng)新性，故果仁夾心酸奶球的研發(fā)具有一定的實踐價值和應(yīng)用價值。

1 實驗概述

1.1 材料與設(shè)備

顆粒完整質(zhì)量較好的花生仁和核桃仁：市售;伊利巴氏殺菌奶（菌種：嗜熱乳鏈球菌∶保加利亞乳桿菌=1∶10的酸奶混合發(fā)酵劑）：市售;木糖醇、食用明膠：上海品廚商貿(mào)有限公司。

ZS46-350型蘇泊爾榨汁機：浙江蘇泊爾股份有限公司;BCD-539WT型海爾冷藏箱：青島海爾股份有限公司;恒溫水浴鍋，C21-RH2133型電磁爐：廣東美的生活電器制造有限公司;DHP-9082型恒溫培養(yǎng)箱：天津市順諾儀器科技有限公司;TP302N型電子天平：上海菁海儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 果仁夾心酸奶球制作基本方法

除某考察因素水平變化外，其他非考察因素按如下基本方法進行實驗：按5∶2（料液比）的比例向果仁（花生仁∶核桃仁=2∶1）中添加蒸餾水，用ZS46-350型號榨汁機榨汁后過濾得果仁夾心汁，并向其中添加15%的木糖醇，充分攪拌至溶解后，加入4%提前泡好的食用明膠，倒入模具中冷藏7h固型獲得果仁夾心。按向加熱至40℃的牛奶中添加5%酸奶混合發(fā)酵劑，混勻后置于42℃恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵8h，發(fā)酵結(jié)束后添加4%食用明膠，攪拌均勻后獲得酸奶外包膜，最后添加37.5%果仁夾心，共同倒入模具中，貯存于6℃冰箱冷藏7h固型。

1.2.2 工藝流程

果仁夾心酸奶球制作工藝流程見圖1。

1.2.3 單因素實驗考察果仁夾心酸奶球制備的最佳工藝條件

本實驗以果仁夾心酸奶球感官評價為指標，分別從果仁夾心中木糖醇添加量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間、酸奶外包膜中明膠使用量、果仁夾心酸奶球中果仁夾心最佳添加量和果仁夾心酸奶球最佳冷藏固型時間等幾個主要關(guān)鍵工藝點為考察因素，設(shè)置單因素水平見表1，其他工藝條件見實驗基礎(chǔ)方法1.2.1。

1.2.4 響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計

響應(yīng)曲面法是一種應(yīng)用廣泛的試驗優(yōu)化方法，可有效快速地確定多因素試驗過程中的最佳試驗條件。目前，RSM在乳飲料加工、研制以及優(yōu)化生產(chǎn)工藝過程已有廣泛的應(yīng)用[11-12]。根據(jù)單因素實驗結(jié)果，選擇果仁夾心中木糖醇的添加量（A），酸奶外包膜中明膠使用量（B）以及冷藏固型時間（C）這三個因素為響應(yīng)面優(yōu)化考察的自變量，通過Design Expert 8.0.6軟件，根據(jù)Box-Behnken試驗設(shè)計原理，分別對每個自變量的三個水平用-1、0、1進行編碼，以感官評價為響應(yīng)值（Y），進行三因素三水平的響應(yīng)面優(yōu)化出最佳的生產(chǎn)工藝條件。具體響應(yīng)面試驗因素與水平見表2。

1.2.5 指標測定

（1）感官評定。本次實驗采用綜合評分法，根據(jù)《食品安全國家標準 發(fā)酵乳》（GB 19302-2010）感官要求進行感官評定。請10名具有感官評定經(jīng)驗的人員組成感官評定小組。參照表3的評分標準，分別對果仁夾心酸奶的色澤、組織硬度、口感風(fēng)味以及氣味進行評分，滿分以100分計。

（2）理化指標檢測。酸度檢測：采用酚酞指示劑法測定果仁酸奶的酸度，參考《食品酸度的測定》（GB 5000.239-2016）;蛋白質(zhì)測定：采用凱氏定氮法測定產(chǎn)品的蛋白質(zhì)，參考《食品中蛋白質(zhì)的測定》（GB 5009.5-2016）。

（3）微生物指標測定。按照《食品微生物學(xué)檢驗》（GB 19302-2010）測定酸奶中大腸菌群、致病菌數(shù)和乳酸菌數(shù)。

1.2.6 統(tǒng)計分析方法

數(shù)據(jù)采用Design Expert 8.0.6和SPSS 20.0統(tǒng)計分析軟件進行數(shù)據(jù)分析，組間比較采用單因素方差分析（ANOVA），組間多重比較用LSD（L）和Tamhane’s T2（M）法來檢驗數(shù)值間的差異顯著性。當(dāng)P<0.05時視為具有顯著性差異，P<0.01時具有極顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗優(yōu)化最佳制備果仁夾心酸奶球工藝的結(jié)果

2.1.1 果仁夾心中木糖醇的最佳添加量

果仁夾心中木糖醇的添加量對酸奶品質(zhì)的影響的結(jié)果如圖2（A）所示?！妒称钒踩珖覙藴?食品添加劑使用標準》（GB 2760-2014）中對木糖醇的規(guī)定用量是以不低于80%的復(fù)原乳為主要原料[13]，但木糖醇偏涼性，不易被胃酶分解，食用過量會對胃腸有一定的刺激性，且吸收率不到20%，故一日內(nèi)攝入的木糖醇的總量不能超過50g。圖2（A）結(jié)果顯示，當(dāng)果仁夾心中木糖醇的添加量達到10%～15%時，感官評價分數(shù)較高（P<0.01），整體的口感風(fēng)味較為爽口，酸甜度適中;而當(dāng)木糖醇的添加量為20%時，果仁夾心酸奶出現(xiàn)了明顯刺激的甜味;木糖醇添加量為5%時，果仁夾心酸奶甜度不足，整體表現(xiàn)出較明顯的酸性。后兩種情況下，果仁夾心酸奶的口感蜂風(fēng)味均出現(xiàn)明顯的失衡現(xiàn)象，因此感官評分值較低（P<0.01）。

2.1.2 酸奶外包膜的最佳發(fā)酵溫度

本論文采用混合發(fā)酵菌種，由于不同的菌種對應(yīng)不同的發(fā)酵溫度[15]，溫度過高會導(dǎo)致酸奶酸化過快，不利于風(fēng)味物質(zhì)的形成[16]，因此本文研究酸奶外包膜最佳發(fā)酵溫度。由圖2（B）可以看出，發(fā)酵溫度為42℃時的感官評價分數(shù)最高（P<0.01），酸奶的組織狀態(tài)細膩且無凝塊、均勻、酸甜口味適中;發(fā)酵溫度過高或者過低時，不僅會影響發(fā)酵速度，還會對酸奶整體的質(zhì)構(gòu)以及口感產(chǎn)生一系列影響，主要表現(xiàn)為組織硬度不均勻，有較多乳清析出，酸甜口感不平衡（P<0.01）。

2.1.3 酸奶外包膜的最佳發(fā)酵時間

由圖2（C）可以看出，當(dāng)發(fā)酵時間較短為4h和5h時，發(fā)酵后的酸奶出現(xiàn)了明顯的分層現(xiàn)象，內(nèi)含部分乳凝塊，黏度較差，酸奶的氣味成分不足，感官評分較低（P<0.01）;而當(dāng)發(fā)酵時間過長，為7h和8h時，乳酸菌產(chǎn)出大量的酸，酸度明顯提高，出現(xiàn)較為強烈的酸味，引起口感降低（P<0.01）;當(dāng)發(fā)酵時間為6h時，產(chǎn)品的色澤、口感風(fēng)味、組織硬度以及氣味都達到較高水平，感官評分較高（P<0.01），品嘗效果最好。

2.1.4 酸奶外包膜中明膠最佳使用量

圖2（D）表明，采用不同量的明膠對酸奶感官品質(zhì)，特別是組織狀態(tài)有較明顯的影響，在《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》（GB 2760-2014）中明膠的添加量隨著原料的添加比例而適量調(diào)整。酸奶感官品質(zhì)隨著明膠量的遞增先增加后降低，在4%范圍內(nèi)，隨著明膠量的遞增，酸奶基質(zhì)更美觀、穩(wěn)定，口感更細膩、濃厚，組織均勻分布，黏性也較高。當(dāng)明膠添加量遞增到4%時，酸奶中無乳清析出，且凝乳細膩，穩(wěn)定效果好（P<0.05）。當(dāng)果膠添加量大于5%時，酸奶質(zhì)地較硬，有膠味，口感差（P<0.05）。

2.1.5 果仁夾心酸奶球中果仁夾心的最佳添加量

圖2（E）顯示，隨著果仁夾心添加量的增加，其感官評分存在先升高后降低的趨勢。當(dāng)果仁夾心添加量過低，為12.5%時，果仁風(fēng)味不明顯，整體以酸奶的風(fēng)味為主（P<0.01）;隨著果仁夾心添加量的增加，在25%時感官評價達到最大值（P<0.01）;果仁夾心添加量過高時，果仁香味較為濃郁，同時口感過于甜膩，整體評價不理想（P<0.01）。

2.1.6 果仁夾心酸奶球最佳冷藏固型時間

為了達到食品所需的凝固程度，需要將酸奶放到冰箱中冷藏[17-18]。圖2（F）表明，冷藏固型時間為8～9h時的酸奶整體感官品質(zhì)較好（P<0.05），色澤呈現(xiàn)出均勻的乳白色，具有純?nèi)榘l(fā)酵特有的氣味，并且組織狀態(tài)保持一種細膩、均勻的狀態(tài);冷藏固型時間過長時，酸奶的色澤會出現(xiàn)微黃色，甚至出現(xiàn)了輕微的氣味異常，冷藏后酸奶析出少量的上清液，攪拌后會出現(xiàn)小塊的凝塊物;冷藏時間太短，為5～7h時，酸奶口感風(fēng)味不佳（P<0.01），酸奶中乳酸菌數(shù)較少，酸度較低，致使整體口感偏甜，同時組織硬度狀態(tài)較軟，凝結(jié)狀態(tài)不好。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗設(shè)計與結(jié)果分析

2.2.1 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果

Box-Behnken Design響應(yīng)面分析試驗結(jié)果見表4，并進一步進行方差分析（見表5）和擬合模型。

回歸方程中的諸多變量對感官評價的分值Y影響的顯著性，均有F檢驗來確定，如果P的概率值較小，則其對應(yīng)變量的顯著程度較高。由表4可知，感官評分模型顯著（P<0.05），失擬項不顯著（P>0.05），回歸方程的相關(guān)系數(shù)R2=0.980 7，方程擬合較為充分，說明實驗數(shù)據(jù)可以良好的反應(yīng)和感官評價之間的關(guān)系。一次項中酸奶外包膜中明膠使用量（B）、冷藏固型時間（C）對感官評分有顯著影響（P<0.05）。二次項A2、B2和C2對感官評分有極顯著影響（P<0.01）。由主要因素A、B、C、D的各F值可知，各因素對果仁夾心酸奶的感官品質(zhì)影響的順序為A2>B2>C2>酸奶冷藏固型時間（C）>酸奶外包膜中明膠使用量（B）>果仁夾心中木糖醇的添加量（A）。

用Design Expert 8.0.6對實驗數(shù)據(jù)進行多項擬合回歸，以感官評價（Y）為因變量，木糖醇的添加量（A）、酸奶外包膜中明膠使用量（B）和酸奶冷藏固型時間（C）為自變量，建立回歸方程如下：

Y=82.31-0.84×A+1.90×B+1.91×C+0.46×AB-1.48×AC+1.59×BC-10.57×A2-8.25×B2-5.51×C2 ? ?（1）

2.2.2 響應(yīng)面圖分析

響應(yīng)面圖形是響應(yīng)值（感官評分分值Y）對各個實驗因素所構(gòu)成的三維的曲面圖，見圖3，可以看出通過Design expert 8.0.6分析得到的各參數(shù)及參數(shù)間相互作用對響應(yīng)面值的響應(yīng)曲面及等高線圖。

圖3（A）和（B）表示果仁夾心中木糖醇的添加量（A）和酸奶外包膜中明膠使用量（B）的交互作用。結(jié)果表明隨著因素A和因素B的增加，夾心酸奶的感官評分均呈現(xiàn)增加后減少的關(guān)系，且隨著果仁夾心中木糖醇和酸奶中明膠的添加量的增加，感官評分在果仁夾心中木糖醇和酸奶中明膠的添加量的中心部分的位置有一個最大值。響應(yīng)面等高線接近圓形，說明果仁夾心中木糖醇和酸奶中明膠的添加量的相互作用不顯著。

果仁夾心中木糖醇的添加量（A）和冷藏固型時間（C）的交互關(guān)系見圖3（C）和（D）。果仁夾心酸奶球的感官評價隨著因素A和因素B的增加先增加后減少。等高線成圓形，說明果仁夾心中木糖醇的添加量和冷藏固型時間的交互作用不明顯。

酸奶外包膜中明膠使用量（B）和冷藏固型時間（C）的交互作用見圖3（E）和（F）。結(jié)果表明果仁夾心酸奶球的感官評價隨著因素B和因素C的增加先增加后減少。等高線成橢圓形，說明酸奶外包膜中明膠使用量和冷藏固型時間的交互顯著。

2.2.3 果仁夾心酸奶最佳工藝優(yōu)化及驗證

響應(yīng)面圖和等高線直觀地表現(xiàn)了果仁夾心中木糖醇的添加量、酸奶中明膠的添加量和酸奶的冷藏時間對該產(chǎn)品整體感官評價的影響。利用回歸模型預(yù)測果仁夾心酸奶的最佳工藝條件為果仁夾心中木糖醇的添加量（A）為14.74%，酸奶外包膜中明膠使用量（B）3.36%，冷藏固型時間（C）7.2h?？紤]到實際情況，將最佳工藝參數(shù)調(diào)整為果仁夾心中木糖醇的添加量為15%，酸奶外包膜中明膠使用量3%，冷藏固型時間7h。為了驗證模型的準確性，按最佳優(yōu)化工藝條件進行三次重復(fù)驗證試驗，所得酸奶綜合感官評分為81.6分，見表6。與模擬預(yù)測值較為接近，說明驗證了響應(yīng)面研究的果仁夾心酸奶球工藝是可行的。

2.3 果仁夾心酸奶球質(zhì)量評價結(jié)果

本論文研發(fā)的果仁夾心酸奶球產(chǎn)品的理化指標檢測結(jié)果和微生物檢測結(jié)果見表7，結(jié)果表明該產(chǎn)品各項理化檢測和微生物檢測結(jié)果符合國家標準。

3 結(jié) 論

經(jīng)單因素實驗及響應(yīng)面優(yōu)化實驗，確定果仁夾心酸奶球制作的最佳生產(chǎn)工藝條件為果仁夾心中木糖醇的添加量為15%，酸奶外包膜發(fā)酵溫度為42℃，發(fā)酵6h，明膠使用量為3%，果仁夾心添加25%，冷藏固型時間為7h，綜合感官評分最高為（下轉(zhuǎn)第頁）（上接第頁）81.6分，獲得的產(chǎn)品組織均勻且無分層，口感細膩爽口，有明顯的果仁香氣，具有一定的營養(yǎng)保健功能。

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收稿日期：2019-09-18

基金項目：國家自然科學(xué)基金（81401189）;遼寧省“百千萬人才工程”項目（20184750）;遼寧省自然科學(xué)基金指導(dǎo)計劃項目（20170540385）;錦州醫(yī)科大學(xué)“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”項目（2019013）。

作者簡介：張雅琪，女，本科，研究方向為食品科學(xué)與工程。

通信作者：周圍，男，博士，研究方向為高校教育。