響應(yīng)面法優(yōu)化橙絨凝固型酸奶發(fā)酵工藝概述

文/徐廣新 楊仁琴 周 煒 楊忠良 劉 陽(yáng) 吳 慧，3 印伯星，3＊

（1 江蘇省乳業(yè)生物工程技術(shù)研究中心；2 揚(yáng)州市揚(yáng)大康源乳業(yè)有限公司；3 揚(yáng)州大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)牧場(chǎng)）

甜橙是蕓香科柑橘屬植物橙樹的果實(shí)，又稱黃果、柑子、金環(huán)、柳丁。甜橙果實(shí)中含有黃酮苷、內(nèi)脂、生物堿和有機(jī)酸等成分，具有開胃消食、化痰止咳和醒酒等功效，其果肉中營(yíng)養(yǎng)成分豐富，尤其是維生素C含量較高，是開發(fā)利用價(jià)值較大的水果[1，2]。

酸奶中富含多種人體必需的營(yíng)養(yǎng)成分，其中的益生菌可有效改善人體腸道微生物豐度，有利于抵御多種疾病[3，4]。本試驗(yàn)利用橙絨果醬制成橙絨凝固型酸奶，不僅滿足了消費(fèi)者對(duì)新型口味的需求，也拓寬了橙絨果醬市場(chǎng)，發(fā)展前景樂(lè)觀。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 試驗(yàn)材料

生牛乳，揚(yáng)大康源乳業(yè)牧場(chǎng)；橙絨果醬，保定明花食品有限公司；發(fā)酵劑ST338-1，上海昊特有限公司；蔗糖，南京甘汁園糖業(yè)有限公司；氫氧化鈉（分析純）及溴甲酚紫（分析純）等試劑，科百奧生物技術(shù)公司。

1.1.2 試驗(yàn)儀器

GZX-9070ME數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司；0DELTA320 數(shù)顯pH計(jì)梅特勒托利多國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司；U V-1 0 0 0 型紫外可見分光光度計(jì)，上海天美科學(xué)儀器有限公司；TMS-PRO型質(zhì)構(gòu)儀，美國(guó)FTC公司；SRH60-70高壓均質(zhì)機(jī)，上海申鹿均質(zhì)機(jī)有限公司；超凈工作臺(tái)及生物培養(yǎng)箱，賽默飛世爾科技（中國(guó)）有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

生牛乳→均質(zhì)（19 MPa）→殺菌（95 ℃、5 min）→冷卻→添加橙絨果肉→接種→灌裝→發(fā)酵（30 ℃，17 h）→冷藏→成品。

1.2.2 感官評(píng)價(jià)

選擇1 0 名專業(yè)人員，按照《GB19302—2010 食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 發(fā)酵乳》中規(guī)定的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)試驗(yàn)所得到產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)定[5]。

1.2.3 乳酸菌總數(shù)測(cè)定

按照《GB4789.35—2010 食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn)乳酸菌檢驗(yàn)》中規(guī)定的乳酸菌總數(shù)檢驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定[6]。

1.2.4 滴定酸度測(cè)定

氫氧化鈉滴定法測(cè)定[7]。

1.2.5 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以蔗糖添加量、果醬添加量、穩(wěn)定劑添加量為自變量，以感官評(píng)分值為因變量，利用Design-Expert軟件Box-Behnken設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)3 因素3水平響應(yīng)面分析試驗(yàn)，通過(guò)分析和建立數(shù)學(xué)模型確定橙絨凝固型酸奶的最佳配方，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1[8，9]。

表1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)因素及水平

2 結(jié)果與分析

2.1 蔗糖添加量的影響

固定果醬添加量6.00%、穩(wěn)定劑添加量為0.60%、蔗糖添加量為分別為4.00%、5.00%、6.00%、7.00%、8.00%，經(jīng)30 ℃發(fā)酵17 h后進(jìn)行感官評(píng)分，結(jié)果見圖1。

由圖1可知，隨著蔗糖添加量的增加，感官分?jǐn)?shù)先上升后下降，分?jǐn)?shù)最高時(shí)對(duì)應(yīng)的蔗糖添加量為6.00%，此時(shí)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、感官特性優(yōu)異。這主要由于蔗糖在酸奶發(fā)酵過(guò)程中會(huì)促進(jìn)形成22 種揮發(fā)性成分，有利于改善產(chǎn)品風(fēng)味感官質(zhì)量[10]。

2.2 果醬添加量的影響

固定蔗糖添加量6.00%、穩(wěn)定劑添加量為0.60%、果醬添加量為分別為2.00%、4.00%、6.00%、8.00%、10.00%，經(jīng)30 ℃發(fā)酵17 h后進(jìn)行感官評(píng)分，結(jié)果見圖2。

圖1 蔗糖添加量對(duì)橙絨凝固型酸奶感官評(píng)分的影響

圖2 果醬添加量對(duì)橙絨凝固型酸奶感官評(píng)分的影響

表2 Box-behnken 試驗(yàn)及結(jié)果

由圖2 可知，隨著果醬添加量的增加，感官評(píng)分先增加后降低，果醬添加量為6.0 0%時(shí)感官評(píng)分最高。此時(shí)，產(chǎn)品色澤均勻、風(fēng)味怡人、質(zhì)地厚實(shí)，僅有少量乳清析出。果醬添加量增加或減少時(shí)，橙絨酸奶中乳清析出量增加。另外，果醬添加量較高時(shí)，果醬會(huì)沉到杯底影響感官。這與陰芳冉等對(duì)蘋果渣制備凝固型酸奶的研究結(jié)論相似[11]。

2.3 穩(wěn)定劑添加量對(duì)凝固型酸奶品質(zhì)的影響

固定蔗糖添加量6.00%、果醬添加量為6.00%、穩(wěn)定劑添加量為分別為0.40%、0.50%、0.60%、0.70%、0.80%，經(jīng)30 ℃發(fā)酵17 h后進(jìn)行感官評(píng)分，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，隨著穩(wěn)定劑添加量的增加，感官評(píng)分先增加后降低，穩(wěn)定劑添加量為0.60%時(shí)感官評(píng)分最高。這主要由于穩(wěn)定劑在凝固型酸奶中可顯著改善持水力、黏度和綜合感官評(píng)分[12]，適量的穩(wěn)定劑不僅有利于橙絨在酸奶中分布均勻，也有利于酸奶凝乳的穩(wěn)定性。穩(wěn)定劑添加量較低時(shí)，橙絨果醬無(wú)法均勻分散在酸乳體系中；添加量較高時(shí)，產(chǎn)品口感粗糙，感官品評(píng)分較低。

圖3 穩(wěn)定劑添加量對(duì)橙絨凝固型酸奶感官評(píng)分的影響

2.4 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表3 回歸模型方差分析

2.5 方差分析

利用軟件對(duì)表2 的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析后可得到模型的二次多項(xiàng)回歸方程：Y=95+2.25A+2.5B+2.25C+2AB-0.5AC-BC-0.75A2-11.25B2-6.75C2?；貧w模型方差分析見表3。

由表3 可知，試驗(yàn)選擇的模型差異極顯著（P＜0.01），失擬項(xiàng)不限制（P=0.43＞0.01），說(shuō)明模型適合本試驗(yàn)。3 個(gè)因素對(duì)橙絨凝固型酸奶感官評(píng)分順序?yàn)锽＞C＞A，即橙絨果醬添加量對(duì)感官評(píng)分的影響最大。該模型的校正決定系數(shù)為R2=0.9968，表明感官評(píng)分的實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值之間具有較高的擬合度，同時(shí)該模型能夠很好地對(duì)橙絨凝固型酸奶的感官評(píng)分進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。

2.6 多因素交互作用的響應(yīng)面分析

根據(jù)回歸方程得到響應(yīng)面的3D圖形，通過(guò)分析圖形得出橙絨凝固型酸奶的最佳工藝。如圖4～6所示，隨著各交互因素添加量的增加，產(chǎn)品的感官評(píng)分值均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。經(jīng)分析可得，橙絨酸奶發(fā)酵的最佳工藝參數(shù)為：蔗糖添加量7.00%、果醬添加量6.39%、穩(wěn)定劑添加量0.61%，橙絨酸奶的感官評(píng)分預(yù)測(cè)值可達(dá)97.04 分。

圖4 蔗糖添加量與果醬添加量的交互作用

2.7 試驗(yàn)產(chǎn)品的品質(zhì)

試驗(yàn)產(chǎn)品的理化及微生物指標(biāo)分別見表4和表5。由表可知，產(chǎn)品酸度、脂肪、總可溶性固形物、蛋白質(zhì)含量及持水力均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的理化值；乳酸菌數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，致病菌沒(méi)有檢出，微生物指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

3 小結(jié)

以單因素試驗(yàn)為基礎(chǔ)，利用Box-Behnken軟件進(jìn)行中心組合設(shè)計(jì)，對(duì)蔗糖添加量、果醬添加量、穩(wěn)定劑添加量3 個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)面分析，得出最佳的發(fā)酵工藝條件為蔗糖添加量為7.00%、果醬添加量為6.39%、穩(wěn)定劑添加量為0.61%。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，得出質(zhì)地風(fēng)味最佳的橙絨凝固型酸奶。因此，利用響應(yīng)曲面法對(duì)橙絨凝固型酸奶的工藝進(jìn)行優(yōu)化，可以獲得最優(yōu)的工藝參數(shù)，可有效地降低試驗(yàn)操作的盲目性。

表4 理化指標(biāo)

表5 微生物指標(biāo)

圖5 蔗糖添加量與穩(wěn)定劑添加量的交互作用

圖6 果醬添加量與穩(wěn)定劑添加量的交互作用