開(kāi)菲爾發(fā)酵芒果汁技術(shù)響應(yīng)面優(yōu)化

羅旻怡 龐立 易有金 蔣卓 李慧琳 向微霓 夏菠

摘要?為了確定開(kāi)菲爾粒發(fā)酵芒果汁的最佳生產(chǎn)工藝，用純牛奶發(fā)酵開(kāi)菲爾粒經(jīng)24 h制成發(fā)酵液，用芒果汁與牛奶的混合液作為原液，選取接種量、含糖量、芒果汁添加量和穩(wěn)定劑添加量進(jìn)行試驗(yàn)。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行Design Expert試驗(yàn)設(shè)計(jì)，建立了4個(gè)因素對(duì)芒果汁感官總分影響的數(shù)學(xué)模型，并得出最佳生產(chǎn)工藝。結(jié)果表明，各因素對(duì)芒果汁品質(zhì)的影響順序依次為芒果汁添加量、接種量、含糖量、穩(wěn)定劑添加量。最佳生產(chǎn)工藝條件為接種量18.0 mL，含糖量11.0 g，芒果汁添加量38 mL，穩(wěn)定劑添加量3.0 g，此條件下可以得到產(chǎn)品感官評(píng)價(jià)的最佳預(yù)測(cè)值84.343。

關(guān)鍵詞?開(kāi)菲爾，芒果汁，響應(yīng)曲面

中圖分類(lèi)號(hào)?TS275.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼?A

文章編號(hào)?0517-6611（2020）06-0143-05

Abstract?In order to determine the best production technology of kefir grains fermented mango juice， the fermentation broth of Kefir grains fermented with pure milk was prepared for 24 hours. The mixture of mango juice and milk was used as the original broth. The inoculation amount， sugar content， mango juice content and stabilizer content were selected for the experiment. Based on the single factor experiment， the Design Expert experiment design was carried out， and the mathematical model of four factors affecting the sensory total score of mango juice was established， and the optimum production process was obtained. The results showed that the order of effects of various factors on the quality of mango juice was mango juice content > inoculation quantity > sugar content > stabilizer content. The optimum production conditions were as follows： inoculum 18.0 mL， sugar 11.0 g， mango juice 38 ?mL， stabilizer 3.0 g.The optimum predictive value of sensory evaluation was 84.343.

Key words?Kefir，Mango juice，Response surface

傳統(tǒng)開(kāi)菲爾是以牛乳、羊乳或山羊乳為原料，添加含有乳酸菌和酵母菌的開(kāi)菲爾粒發(fā)酵劑，經(jīng)發(fā)酵釀制而成的一種傳統(tǒng)酒精發(fā)酵乳飲料[1-2]。而發(fā)酵開(kāi)菲爾發(fā)酵乳的開(kāi)菲爾粒是主要含有乳酸菌和酵母菌以及醋酸菌的一個(gè)復(fù)雜微生物體系，其中以乳酸菌種類(lèi)最多，在開(kāi)菲爾發(fā)酵中起主要作用。與普通發(fā)酵乳相比，開(kāi)菲爾發(fā)酵乳具有更多的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值以及保健功能，它具有抑制病原菌、提高免疫力、降低膽固醇水平、改善消化機(jī)能等功能[3]。另外，在開(kāi)菲爾粒中，益生菌所分泌的蛋白酶和肽酶可將蛋白質(zhì)分解成幾段長(zhǎng)度不一的生物活性肽，具有潛在的功能作用，而且其種類(lèi)和含量比普通發(fā)酵乳中更多[4]。

芒果的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高，其中，胡蘿卜素含量是蘋(píng)果的45～104倍，VC含量是蘋(píng)果的3～10倍，硒含量是蘋(píng)果的2～12倍，VB1、VB2含量與熱帶水果柑橘和菠蘿相比也毫不遜色[4]。芒果還含有豐富的沒(méi)食子酸、槲皮素、芒果酮酸、異芒果醇酸、阿波酮酸、阿波醇酸等化合物和芒果苷、β-隱黃質(zhì)、番茄紅素、丁香酸、櫟精等植物化學(xué)物質(zhì)。芒果具有抗氧化、抗癌、防治心腦血管疾病、祛痰止咳、延緩衰老、護(hù)目養(yǎng)眼健胃止暈等功效[5]。

現(xiàn)階段對(duì)于開(kāi)菲爾產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)思路以原料替換為主，主要利用一些植物性蛋白乳或調(diào)配乳代替牛乳進(jìn)行發(fā)酵，得到風(fēng)味獨(dú)特的新型開(kāi)菲爾飲料。目前已有對(duì)板栗乳、大豆乳、紫薯乳等多種原料開(kāi)發(fā)的研究報(bào)道[6]。以水果原料與開(kāi)菲爾結(jié)合的乳飲料目前研究還較少，隨著酸奶市場(chǎng)的不斷發(fā)展，各種類(lèi)型發(fā)酵制品不斷出現(xiàn)，逐漸飽和。在追求口味的同時(shí)，人們也更加在意食品本身的營(yíng)養(yǎng)以及一些保健功能等。所以新型發(fā)酵乳的開(kāi)發(fā)也是十分需要的。該研究將芒果與開(kāi)菲爾的風(fēng)味以及二者的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與保健功能相結(jié)合，以芒果汁與純牛奶為主要原料，利用開(kāi)菲爾粒發(fā)酵出營(yíng)養(yǎng)豐富、風(fēng)味獨(dú)特的芒果開(kāi)菲爾發(fā)酵飲料。

1?材料與方法

1.1?材料與試劑?芒果汁：昊雨芒果汁，純牛奶：市售伊利純牛奶，白砂糖：市售白砂糖，發(fā)酵劑：開(kāi)菲爾粒，穩(wěn)定劑：吉利丁粉。

1.2?設(shè)備與儀器

電熱恒溫培養(yǎng)箱、冰箱、超凈工作臺(tái)、布丁瓶、移液管、量筒。

1.3?方法

1.3.1?制備工藝流程（圖1）及操作要點(diǎn)。

將牛奶倒入芒果汁中預(yù)熱至50～60 ℃，加糖混勻，然后與融化的吉利丁粉再次混勻冷卻至室溫，加入活化好的開(kāi)菲爾液，邊加邊攪拌防止絮狀物形成，然后放入電熱恒溫箱中25 ℃發(fā)酵21～22 h，最后冷藏保存得到成品[7]。

1.3.2?菌種活化擴(kuò)大培養(yǎng)。

以市售開(kāi)菲爾粒作為發(fā)酵劑，伊利純牛奶培養(yǎng)24 h擴(kuò)大培養(yǎng)，發(fā)酵完成液用作發(fā)酵劑，剩余開(kāi)菲爾粒繼續(xù)用純牛奶擴(kuò)大培養(yǎng)[8]。

1.3.3?開(kāi)菲爾粒發(fā)酵芒果汁飲料感官評(píng)價(jià)。發(fā)酵好的芒果汁，由5個(gè)專(zhuān)業(yè)工作人員進(jìn)行感官評(píng)價(jià)（表1），取其平均分值。

1.3.4?開(kāi)菲爾粒發(fā)酵芒果汁飲料原料配比單因素試驗(yàn)。

采用開(kāi)菲爾液發(fā)酵芒果汁，分別以芒果汁添加量（40%～70%）、蔗糖添加量（2～8 g）、穩(wěn)定劑添加量（1～2 g）、接種量（15～24 mL）進(jìn)行單因素試驗(yàn)，考察各因素對(duì)整個(gè)產(chǎn)品風(fēng)味的影響。在考察芒果汁含量、含糖量、接種量、穩(wěn)定劑添加量4項(xiàng)單因素[9]后，得出在芒果汁含量為38%～42%、含糖量為9.0～11.0 g、接種量為18.0%～22.0%、穩(wěn)定劑添加量為2.0～3.0 g時(shí)，產(chǎn)品有較優(yōu)風(fēng)味，使用響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)方法[10]決定最佳原料配比。

1.3.5?響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

由單因素試驗(yàn)可知，芒果汁含量、含糖量、接種量、穩(wěn)定劑添加量是影響產(chǎn)品風(fēng)味的關(guān)鍵因素，采用Box-Behnken模型，以X1、X2、X3、X4為關(guān)鍵因子，1、0、-1代表高、中、低水平（表2），數(shù)據(jù)分析由Design Expert軟件輔助完成。

1.3.6?數(shù)據(jù)分析。

試驗(yàn)重復(fù)3次，取其平均值，采用Excel 2010、SPSS 20.0、Origin 8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2?結(jié)果與分析

2.1?產(chǎn)品風(fēng)味感官評(píng)價(jià)響應(yīng)面分析與優(yōu)化

數(shù)學(xué)模型的建立與檢驗(yàn)[11]，在單因素試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)Box-Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)4 因素3水平共29個(gè)試驗(yàn)，響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

2.2?響應(yīng)面分析?通過(guò)Design Expert所得到的響應(yīng)面曲面圖及其等高線圖（圖2～7），可以對(duì)任意2個(gè)影響產(chǎn)品風(fēng)味的因素的交互效應(yīng)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，并從中得到最佳因素水平范圍。

圖2顯示在芒果汁含量和穩(wěn)定劑添加量為最佳時(shí)（芒果汁含量38 mL，穩(wěn)定劑添加量2.999 81 g）含糖量與接種量之間的交互影響。在試驗(yàn)水平范圍內(nèi)，含糖量為10.0～11.0 g時(shí)，適量增加接種量可以使產(chǎn)品風(fēng)味更優(yōu)，而在含糖量為9.0～10.0 g時(shí)，接種量越多，反而會(huì)使風(fēng)味變?cè)?，在含糖量?0.8～11.0 g時(shí)，產(chǎn)品風(fēng)味的感官評(píng)價(jià)有最佳預(yù)測(cè)值。

圖3顯示在接種量和穩(wěn)定劑添加量為最佳時(shí)（接種量18.0 mL，穩(wěn)定劑添加量2.999 81 g）芒果汁含量與含糖量之間的交互影響，圖中表明二者之間交互影響表現(xiàn)不顯著。

圖4顯示在芒果汁含量與接種量為最佳時(shí)（芒果汁含量38 mL，接種量18.0 mL）穩(wěn)定劑添加量與含糖量之間的交互效應(yīng)，圖中表明二者之間的交互效應(yīng)表現(xiàn)不顯著。

圖5顯示在含糖量和穩(wěn)定劑添加量為最佳時(shí)（含糖量11.0 g，穩(wěn)定劑添加量2.999 81 g）接種量與芒果汁含量之間的交互影響。在試驗(yàn)水平范圍內(nèi)接種量為18.0～19.4 mL時(shí)，適量增加芒果汁的含量可以改善產(chǎn)品風(fēng)味，但接種量在20.0～22.0 mL時(shí)，芒果汁含量越高，風(fēng)味越差。接種量為18.0～19.0 mL，芒果汁含量為40～41 mL時(shí)，產(chǎn)品風(fēng)味的感官評(píng)價(jià)有最佳預(yù)測(cè)值。

圖6顯示在含糖量和芒果汁含量為最佳時(shí)（含糖量11.0 g，芒果汁含量38 mL）接種量與穩(wěn)定劑添加量之間的交互影響。在試驗(yàn)水平范圍內(nèi)，接種量為18.0～19.0 mL時(shí)，適量提高穩(wěn)定劑添加量可以有更好的風(fēng)味，接種量為20.0～22.0 mL時(shí)，結(jié)果相反，穩(wěn)定劑添加量越高則風(fēng)味越差。接種量為18.0～18.3 mL，穩(wěn)定劑添加量為2.8～3.0 g時(shí)，產(chǎn)品有最佳風(fēng)味。

圖7顯示在接種量與含糖量為最佳時(shí)（接種量18.0 mL，含糖量11.0 g）穩(wěn)定劑添加量與芒果汁含量之間的交互影響，圖中表明二者之間交互影響表現(xiàn)不顯著。

3?結(jié)論

選用接種量、含糖量、芒果汁含量和穩(wěn)定劑添加量4個(gè)因素進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，利用響應(yīng)面法優(yōu)化開(kāi)菲爾粒發(fā)酵芒果汁的生產(chǎn)工藝。通過(guò)Design Expert所建立的模型，對(duì)影響產(chǎn)品風(fēng)味的4項(xiàng)因素進(jìn)行優(yōu)化。并且通過(guò)響應(yīng)面曲面及其等高線圖，對(duì)任意2個(gè)影響產(chǎn)品風(fēng)味的因素之間的交互效應(yīng)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，在芒果汁含量為38 mL，穩(wěn)定劑添加量為2.999 81 g，含糖量為10.0～11.0 g，適量提高接種量可以得到較好風(fēng)味產(chǎn)品，而在含糖量為11.0 g，穩(wěn)定劑添加量為2.999 81 g，接種量為18.0～19.4 mL時(shí)，適量增加芒果汁可改善產(chǎn)品風(fēng)味，在芒果汁含量為38 mL，含糖量為11.0 g，接種量為18.0～19.0 mL時(shí)，風(fēng)味隨穩(wěn)定劑添加量適當(dāng)提高有所改善。通過(guò)上面獲得最佳范圍，在接種量為18.0 mL，含糖量為11.0 g，芒果汁添加量為38 mL，穩(wěn)定劑添加量為3.0 g時(shí)，可以得到產(chǎn)品感官評(píng)價(jià)的最佳預(yù)測(cè)值84.343。

該試驗(yàn)研究出了既具有芒果特有清香風(fēng)味又具有開(kāi)菲爾獨(dú)特風(fēng)味的芒果汁發(fā)酵飲料，試驗(yàn)證明利用響應(yīng)曲面進(jìn)行優(yōu)化得到的結(jié)果準(zhǔn)確且快速。

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