響應(yīng)面法優(yōu)化黑果枸杞酸奶工藝研究①

蔣變玲, 許雪華，陳 瓊，韓方凱，段 紅

(宿州學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，安徽 宿州 234000)

0 引 言

黑果枸杞是一種藥食兩用的茄科枸杞屬灌木植物，主要分布于我國西北地區(qū)[1]。果實(shí)中含豐富的多酚類化合物等營養(yǎng)物質(zhì)，被稱為“軟黃金”，具抗氧化、降血脂及免疫調(diào)節(jié)等保健及藥用價(jià)值[2]。酸奶中的營養(yǎng)物質(zhì)和乳酸菌等，能夠調(diào)節(jié)腸道菌群平衡、增強(qiáng)機(jī)體免疫力[3]。黑果枸杞的產(chǎn)品研發(fā)較少，目前所研發(fā)的產(chǎn)品有黑果枸杞果酒、果醋、復(fù)合飲料等[4]，但少見黑果枸杞凝固型酸奶研發(fā)的相關(guān)報(bào)道。將黑果枸杞與復(fù)原乳混合后發(fā)酵制成凝固型酸奶，通過試驗(yàn)確定酸奶的最佳工藝，為黑果枸杞凝固型酸奶的研制提供理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

黑果枸杞；伊利全脂奶粉；酸奶發(fā)酵菌(嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌等)；白砂糖。

1.2 儀器與設(shè)備

FA1104B型分析天平(上海越平科學(xué)儀器有限公司)；TMS型質(zhì)構(gòu)儀(美國FTC公司)；HVE-50型高壓蒸汽滅菌鍋(日本平山制作所)；SW-CJ-FG型超凈工作臺(tái)(蘇州凈化設(shè)備有限公司)；HP-TD1型手持式折光儀(日本Nohawk公司)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

全脂奶粉→調(diào)配→添加原輔料→均質(zhì)→滅菌→冷卻→接種→發(fā)酵→冷藏后熟→成品[5]。

1.3.2 黑果枸杞酸奶最佳配方的確定

1.3.2.1 單因素試驗(yàn)確定工藝條件范圍

固定白砂糖9%、菌粉1.0%、發(fā)酵5h，考察黑果枸杞汁添加量分別為4%,6%,8%,10%,12%對酸奶感官指標(biāo)的影響；固定黑果枸杞汁8%、菌粉1.0%、發(fā)酵5h，考察白砂糖添加量分別為8%,9%,10%,11%,12%對酸奶感官指標(biāo)的影響；固定黑果枸杞汁8%、白砂糖9%、發(fā)酵5h，考察菌粉接種量分別為0.6%,0.8%,1.0%,1.2%,1.4%對酸奶感官指標(biāo)的影響；固定黑果枸杞汁8%、白砂糖9%、菌粉1.0%，考察發(fā)酵時(shí)間分別為4h,5h,6h,7h,8h對酸奶感官指標(biāo)的影響。

1.3.2.2 Box-Behnken響應(yīng)面優(yōu)化確定最佳工藝條件

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以黑果枸杞汁添加量、菌粉接種量和發(fā)酵時(shí)間3個(gè)因素對加工工藝進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化，以感官評(píng)定分?jǐn)?shù)為響應(yīng)值。各因素水平見表1。

表1 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)因素水平表

1.3.3 感官指標(biāo)測定

按照國標(biāo)19302-2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵乳》[6]中凝固酸奶感官指標(biāo)要求，組織10名(男女各5人)經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的感官評(píng)價(jià)人員，對酸奶的組織形態(tài)、口感、色澤、氣味和滋味進(jìn)行評(píng)價(jià)[7]。

表2 黑果枸杞酸奶感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

1.3.4 產(chǎn)品指標(biāo)測定

采用質(zhì)構(gòu)儀測定酸奶[8]理化指標(biāo)及微生物指標(biāo)：參照相關(guān)文獻(xiàn)執(zhí)行[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑果枸杞酸奶單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

黑果枸杞汁添加量對酸奶品質(zhì)的影響如表3所示。當(dāng)其他因素相同，黑果枸杞汁添加量低于8%時(shí)，酸奶的各項(xiàng)指標(biāo)呈上升趨勢。當(dāng)添加量為8%時(shí)，酸奶具有黑果枸杞獨(dú)特風(fēng)味、口感較好，感官評(píng)分最高；當(dāng)添加量高于8%，感官評(píng)分下降，酸度偏高；酸奶的硬度和黏附性略微增大，彈性降低?？赡苁怯捎诤诠坭街砑恿枯^高時(shí)，發(fā)酵原料中的干物質(zhì)比例減少，所以酸奶的酸度和粘度降低，組織形態(tài)變差，乳清析出增加[5]。因此，選擇8%的黑果枸杞汁添加量。

表3 黑果枸杞汁添加量對酸奶品質(zhì)的影響

由表4可知，感官評(píng)分在白砂糖添加量為9%時(shí)達(dá)到最大值。糖添加量高于9%時(shí)，會(huì)導(dǎo)致酸奶甜度過高，影響酸度，且酸奶凝乳不均勻、組織粗糙、稠厚感差，但對酸奶的硬度和彈性影響較小。此外，加糖量過高會(huì)影響乳酸菌的生長與發(fā)酵[9]。白糖添加量過低，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品甜較弱，口感欠佳。

表4 白砂糖添加量對酸奶品質(zhì)的影響

由表5可知，菌粉接種量為1%時(shí)，酸奶凝乳最好，感官評(píng)分為93.0分。菌粉接種量不足，發(fā)酵不完全，酸奶凝乳不均勻，黏附性差，口感稀薄且酸味不足，無明顯香味。當(dāng)接種量較高時(shí)，酸度較高，導(dǎo)致酸奶中的蛋白質(zhì)脫水收縮，硬度增加，黏附性和彈性降低，口感不佳；這可能是由于不同的接種量導(dǎo)致乳中酪蛋白凝集作用被促進(jìn)或抑制，造成了質(zhì)構(gòu)的改變[10]，而菌粉接種量過少則發(fā)酵不完全，過多則出現(xiàn)發(fā)酵過度的現(xiàn)象[11]。故選擇菌粉添加量為1.0g進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

表5 菌粉接種量對酸奶品質(zhì)的影響

由表6可知，酸奶發(fā)酵時(shí)間過短，乳酸菌產(chǎn)酸不足，蛋白質(zhì)變性程度低，酸奶組織結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，口感偏甜，質(zhì)構(gòu)指標(biāo)較低；發(fā)酵越長，產(chǎn)酸量越高，酸甜比例失調(diào)，酸奶的持水率下降，質(zhì)構(gòu)指標(biāo)降低，影響感官品質(zhì)[12]。發(fā)酵時(shí)間為5h時(shí)，酸度的感官指標(biāo)較好，故選擇5h的發(fā)酵時(shí)間為響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)的零點(diǎn)。

表6 發(fā)酵時(shí)間對酸奶品質(zhì)的影響

2.2 黑果枸杞凝固型酸奶響應(yīng)面優(yōu)化

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

由單因素試驗(yàn)結(jié)果可知，黑果枸杞汁添加量A、菌粉接種量B和發(fā)酵時(shí)間C對酸奶品質(zhì)影響較大，確定為自變量，以感官評(píng)分為因變量Y，利用Box-Behnken對黑果枸杞酸奶工藝進(jìn)行優(yōu)化，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表7所示。

表7 Box-Behnken優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果

2.2.2 數(shù)學(xué)模型的建立

利用Design-expert對表7數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到感官評(píng)定分值Y與自變量A,B,C的回歸方程為Y=93.00+1.00A-2.37B-0.38C+0.75AB-1.75AC+0.000BC-3.75A2-2.50B2-5.00C2。對該方程進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表8所示。

2.2.3 因素交互作用相應(yīng)曲面分析

響應(yīng)面曲面圖中曲線坡度越陡，則表明該因素對黃酮提取量的影響越大，曲線坡度緩，那么該因素的影響就較小[13]。由圖1可知，在黑果枸杞汁添加量為8%、發(fā)酵時(shí)間為5h時(shí)，A和C之間的響應(yīng)面較陡峭，因此其具有極顯著的交互作用。AB,BC之間的交互作用不顯著，這與表8中的分析結(jié)果一致。經(jīng)軟件分析得出黑果枸杞酸奶的最佳工藝條件：黑果枸杞汁添加量8.20%、菌粉接種量0.91%、發(fā)酵時(shí)間4.91h，酸奶感官評(píng)分預(yù)測值為93.61分。

表8 方差分析

圖1 不同因素交互作用對酸奶感官評(píng)分影響

2.3 最佳工藝條件的驗(yàn)證

為驗(yàn)證響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)預(yù)測所得的最佳工藝條件參數(shù)，按照黑果枸杞汁添加量、菌粉接種量、發(fā)酵時(shí)間分別為8.20%,0.91%,4.91h的條件進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，得到感官評(píng)分均值為93.58分，與預(yù)測值較接近，說明響應(yīng)面法優(yōu)化的結(jié)果可靠。

2.4 黑果枸杞凝固型酸奶理化指標(biāo)及微生物指標(biāo)結(jié)果分析

黑果枸杞酸奶的總固形物含量(23.4%)、持水率(18.98%)、脂肪含量(3.4%)、蛋白質(zhì)含量(3.3%)均符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)；微生物指標(biāo)中，乳酸菌含量(3.4×108/g)符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，而致病菌未檢出，符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié) 論

黑果枸杞營養(yǎng)物質(zhì)含量豐富，且配比合理，應(yīng)用范圍廣，但目前產(chǎn)品研發(fā)還沒有進(jìn)入正軌[2, 4]。將藥食兩用的黑果枸杞加入到復(fù)原乳中制備凝固型酸奶，為黑果枸杞的研發(fā)提供理論依據(jù)和參考。根據(jù)單因素試驗(yàn)確定黑果枸杞酸奶發(fā)酵基礎(chǔ)試驗(yàn)條件，響應(yīng)面法優(yōu)化得出酸奶制備最佳工藝為：黑果枸杞汁添加量為8.20%，白砂糖添加量為9%，菌粉接種量為0.91%，42℃發(fā)酵4.94 h，在此條件下，所得黑果枸杞酸奶色澤適宜，組織狀態(tài)良好、質(zhì)地均勻、酸甜可口，具有黑枸杞特有的滋味和香氣，各項(xiàng)指標(biāo)均符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。