響應(yīng)面法優(yōu)化蒲公英柚子酸奶工藝研究

趙建英，白建

（呂梁學(xué)院生命科學(xué)系，山西 呂梁 033001）

蒲公英是一種藥食兩用的植物[1]，含有多種生物活性物質(zhì)，如黃酮類物質(zhì)、多糖、酚類化合物等[2]，不僅營(yíng)養(yǎng)豐富、味道鮮美，而且還可以抑制多種病原菌。Lis等[3]發(fā)現(xiàn)蒲公英的抗氧化性對(duì)心血管疾病的治療有很大幫助。它的藥用和食用價(jià)值都很高[4-5]，臨床研究表明，蒲公英有保護(hù)肝膽、提高免疫力等多重功效，而且其毒性較低可長(zhǎng)期食用[6-7]。因此，蒲公英在食品、藥品等領(lǐng)域還有很大的開發(fā)及利用價(jià)值。

柚子是日常生活中一種常見的水果[8]，種植于亞洲、東南亞很多國家和地區(qū)，ZHOU等[9]發(fā)現(xiàn)柚子授粉后生長(zhǎng)期會(huì)有所縮短。其食用部位主要是果肉，果肉中含有豐富的活性多糖、果膠等，這些活性物質(zhì)具有抗氧化活性，能夠降低血糖和血脂并且有解暑止渴、去除油污以及延緩衰老的功效[10-11]，因其口感微酸帶甜，很受消費(fèi)者喜愛[12]。柚皮具有健脾養(yǎng)胃、祛痰利咽等功能[13]。因此，柚子在營(yíng)養(yǎng)價(jià)值方面還有很大的開發(fā)空間。

酸奶是由乳酸菌發(fā)酵的牛奶制成的一種獨(dú)特風(fēng)味的乳制品，經(jīng)乳酸菌發(fā)酵數(shù)時(shí)后，所含營(yíng)養(yǎng)素的利用率大大提高[14]。酸奶作為多功能食品，不僅具有增強(qiáng)免疫力，延緩皮膚老化等生理作用[15]，而且富含活性乳酸菌等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可以抑制腸道中有害微生物的繁殖，從而調(diào)節(jié)人體腸道中的微生物菌群平衡，具有改善腸道的功能[16]。TANG等[17]和BUEHLER等[18]研究表明酸奶抗氧化性較好，耐貯藏，對(duì)于一些“乳糖不耐癥”患者，酸奶是一種很好的選擇。因此，酸奶在保健方面具有很高的研究?jī)r(jià)值[19]。

本研究以蒲公英汁、白砂糖、柚子汁、純牛奶等為主要原料，研制出具有調(diào)節(jié)胃腸、色澤鮮麗、口感鮮美、營(yíng)養(yǎng)豐富的蒲公英柚子酸奶。以期為蒲公英柚子酸奶的科學(xué)、合理開發(fā)利用提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

新鮮蒲公英、柚子、白砂糖：市售；鮮牛奶：離石上安村奶牛場(chǎng)；乳酸菌發(fā)酵劑：鄭州益富源生物科技有限公司。

1.2 主要試驗(yàn)設(shè)備

恒溫培養(yǎng)箱（GHP-9160）：上海一恒科學(xué)儀器有限公司；均質(zhì)機(jī)（FJ-200S）：天津大衛(wèi)科教儀器有限公司；冰箱（BCD-206）：青島海爾股份有限公司；電子秤（FA114A）：廣東豪晟科學(xué)儀器有限公司；榨汁機(jī)（HR1832）：飛利浦家庭電器有限公司；質(zhì)構(gòu)儀（TMSPILOT）：北京盈盛恒泰科技有限公司；測(cè)色儀（CM-5）：柯尼卡美能達(dá)控股公司。

1.3 原料的預(yù)處理

蒲公英汁制備：選取新鮮蒲公英，用清水將蒲公英葉子表面泥土和雜質(zhì)洗凈，剔除已損壞的蒲公英葉，切除根部后浸入鹽水中進(jìn)行燙漂，再次沖洗后將其置于網(wǎng)篩瀝干水分，在榨汁機(jī)中加入0.5倍水與其混合打漿，再用6層紗布過濾，備用。

柚子汁制備：選取果形端正的蜜柚，洗掉蜜柚表皮灰塵；然后用刀從蜜柚頂端切開，剝?nèi)ケ砥?；再去除果肉外層皮囊，取出果肉，加?.5倍水與果肉混合后榨汁，汁液由6層紗布進(jìn)行過濾，備用。

1.4 工藝流程

參考蔣萌蒙等[20]的工藝流程，略作修改。如下所示。

1.5 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過探討蒲公英汁添加量、白砂糖添加量、柚子汁添加量對(duì)酸奶質(zhì)感的作用，采取單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)，以綜合評(píng)分確定蒲公英柚子酸奶的最佳配方。

1.6 檢測(cè)方法

1.6.1 蒲公英柚子酸奶綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)

由10名感官品評(píng)員，對(duì)蒲公英柚子酸奶進(jìn)行綜合評(píng)分（感官評(píng)分、質(zhì)構(gòu)特性評(píng)分、色差評(píng)分），評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)參照已有的文獻(xiàn)[21-25]，并稍作改動(dòng)，見表1～表4。

表1 蒲公英柚子酸奶綜合評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Comprehensive quality scoring standard of dandelion and grapefruit yogurt

表2 蒲公英柚子酸奶感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standard of dandelion and grapefruit yogurt

表3 蒲公英柚子酸奶質(zhì)構(gòu)特性評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Texture properties evaluation standard of dandelion and grapefruit yogurt

表4 蒲公英柚子酸奶色差評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Chromatic aberration evaluation standard of dandelion and grapefruit yogurt

1.6.2 理化指標(biāo)測(cè)定

蛋白質(zhì)、酸度、總固形物含量均參照麻澤宇等[26]的方法進(jìn)行測(cè)定。持水率參照賈彥杰等[27]的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.6.3 微生物指標(biāo)檢驗(yàn)

大腸桿菌和致病菌均參照王彥平等[28]的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.7 數(shù)據(jù)處理

首先使用Excel 2010整理并測(cè)試數(shù)據(jù)；采用Design-Expert8.1軟件進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化分析。

2 結(jié)果和分析

2.1 蒲公英汁添加量對(duì)酸奶綜合評(píng)分的影響

蒲公英汁添加量會(huì)影響蒲公英柚子酸奶的色澤和綜合風(fēng)味。當(dāng)加入少量蒲公英汁時(shí)，不僅無法表現(xiàn)蒲公英獨(dú)有的味道，還會(huì)影響酸奶的綜合香味；蒲公英汁添加量太多會(huì)導(dǎo)致酸奶色澤發(fā)綠、味道過濃，造成酸奶風(fēng)味不佳。因此試驗(yàn)過程中固定其他各因素添加量，以蒲公英汁添加量為 4、6、8、10、12 g 進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表5。

表5 蒲公英汁添加量對(duì)酸奶綜合評(píng)分的影響Table 5 Effect of dandelion juice supplementation on comprehensive score of yogurt

由表5可知，隨著蒲公英汁添加量增加，蒲公英柚子酸奶的感官評(píng)分、質(zhì)構(gòu)特性評(píng)分、色差評(píng)分及綜合評(píng)分不斷升高，當(dāng)蒲公英汁添加量為8 g時(shí)評(píng)分最高，隨后各評(píng)分逐漸降低。因此，蒲公英汁添加量選取6、8、10 g進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.2 白砂糖添加量對(duì)酸奶綜合評(píng)分的影響

白砂糖會(huì)影響酸奶的質(zhì)地和甜度。加入過量的白砂糖會(huì)使酸奶過甜、風(fēng)味不佳；加入過少會(huì)使酸奶的口感發(fā)酸、香氣不良。所以固定其他各因素添加量，以白砂糖添加量為 3、5、7、9、11g進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表 6。

表6 白砂糖添加量對(duì)酸奶綜合評(píng)分的影響Table 6 Effect of white granulated sugar supplementation on comprehensive score of yogurt

由表6可知，白砂糖添加量對(duì)酸奶的各個(gè)評(píng)分有一定影響，白砂糖添加量為5、7、9 g時(shí)分值較高，當(dāng)白砂糖添加量為7 g時(shí)評(píng)分最高。所以，白砂糖添加量選取5、7、9 g進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.3 柚子汁添加量對(duì)酸奶綜合評(píng)分的影響

柚子汁添加量的多少對(duì)酸奶的顏色和氣味都會(huì)有一定影響。柚子汁添加量適當(dāng)時(shí)，其發(fā)酵后會(huì)產(chǎn)生柚子的清香，增加酸奶的甜度；當(dāng)加入過量的柚子汁時(shí)，會(huì)影響酸奶發(fā)酵并且會(huì)使酸奶香味不佳，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致酸奶變質(zhì)。因此固定其他各因素添加量，以柚子汁添加量為 10、15、20、25、30 g 進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表7。

表7 柚子汁添加量對(duì)酸奶綜合評(píng)分的影響Table 7 Effect of grapefruit juice supplementation on comprehensive score of yogurt

由表7可知，蒲公英柚子酸奶的感官、質(zhì)構(gòu)特性、色差評(píng)分以及綜合評(píng)分隨著柚子汁添加量的變化而變化，其評(píng)分均是先升高后降低，添加量為20 g時(shí)分值最高。據(jù)表7數(shù)據(jù)分析，在添加量為15、20 g和25 g時(shí)，所得到的綜合評(píng)分均在80分以上。因此，柚子汁添加量選取15、20、25 g進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.4 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果分析

按單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇蒲公英汁添加量、白砂糖添加量和柚子汁添加量為自變量，將所得綜合評(píng)分設(shè)置為響應(yīng)值Y，再根據(jù)Box-Benhnken對(duì)蒲公英柚子酸奶進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表8，結(jié)果見表9。

表8 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 8 Experimental design

表9 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 9 Experimental design and results of Box-Behnken

使用Design-Expert V8.1軟件分析數(shù)據(jù)，將蒲公英柚子酸奶綜合評(píng)分作為響應(yīng)值（Y），將蒲公英汁添加量（A）、白砂糖添加量（B）、柚子汁添加量（C）作為自變量因子，設(shè)立三因素三水平試驗(yàn)并建立二次回歸方程：Y=-228.11062＋29.18875A＋29.188 75B＋11.589 50C-0.425 00AB＋0.0425 00AC-0.120 00BC-1.626 7A2-1.720 62B2-0.286 30C2。

方差分析見表10。由表10可知，本試驗(yàn)?zāi)Ｐ虵值為41.33，P值小于0.000 1，可以得出此模型極為顯著。失擬項(xiàng)為0.150 8＞0.05，該項(xiàng)不顯著，這表示模型與真實(shí)情況接近。因素A、C影響極顯著，因素B的P＞0.05，影響顯著。二次項(xiàng)A2、B2、C2影響極顯著；交互項(xiàng)AB的P值為0.047 8，小于0.05，影響顯著；交互項(xiàng)AC、BC影響不顯著。因此影響蒲公英柚子酸奶綜合評(píng)分從大到小排序?yàn)槠压⒅砑恿浚借肿又砑恿浚景咨疤翘砑恿浚ˋ＝C＞B）。

表10 Box-Behnken試驗(yàn)方差分析Table 10 Test anova of Box-Behnken

相關(guān)系數(shù) R2＝0.981 5，校正系數(shù) R2Adj＝0.957 8，此模型能夠解釋95.78%的總變異。預(yù)測(cè)值與真實(shí)值非?？繑n，模型能夠反映實(shí)際情況。它的變異系數(shù)CV%＝1.78%，這就說明模型與實(shí)際情況相契合，試驗(yàn)結(jié)果的可靠性較高。

2.5 多因素交互作用對(duì)曲面分析的影響

利用Design Expert V8.1響應(yīng)面軟件得到的三維視圖可以精確地對(duì)各個(gè)因素水平進(jìn)行分析，得出的數(shù)據(jù)更加精確。響應(yīng)面圖和等高線圖見圖1～圖3。

從圖1可以看出，蒲公英汁添加量與白砂糖添加量的交互作用3D曲面比較陡，且等高線為橢圓形，表明蒲公英汁添加量和白砂糖添加量的交互作用對(duì)蒲公英柚子酸奶綜合評(píng)分影響顯著。蒲公英汁添加量對(duì)蒲公英柚子酸奶綜合評(píng)分的影響大于白砂糖添加量對(duì)蒲公英柚子酸奶綜合評(píng)分的影響，說明在蒲公英汁添加量和白砂糖添加量?jī)梢蛩刂校C合評(píng)分的分值主要受蒲公英汁添加量的影響。當(dāng)蒲公英汁添加量不變時(shí)，曲面坡度隨著白砂糖添加量增加先呈現(xiàn)先升高而后緩慢降落的趨勢(shì)。在白砂糖添加量為7 g時(shí)，綜合評(píng)分達(dá)到最佳值。

圖1 蒲公英汁添加量和白砂糖添加量交互作用的3D曲面圖和等高線Fig.1 3D surface graph and contour line of interaction between dandelion juice and white granulated sugar supplementation

從圖2可以看出，蒲公英汁添加量與柚子汁添加量的交互作用曲線比較平緩，等高線近似圓形，表明二者之間的交互作用不顯著。當(dāng)蒲公英汁添加量保持不變，3D曲面坡度隨著柚子汁添加量增加呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)。在柚子汁添加量為20 g時(shí)，綜合評(píng)分達(dá)到最佳值。

圖2 蒲公英汁添加量和柚子汁添加量交互作用的3D曲面圖和等高線Fig.2 3D surface graph and contour line of interaction between dandelion juice and grapefruit juice supplementation

從圖3可以看出，柚子汁添加量與白砂糖添加量的交互作用3D曲面比較平緩，且等高線為近似圓形，表明柚子汁添加量和白砂糖添加量的交互作用對(duì)蒲公英柚子酸奶綜合評(píng)分影響不顯著。柚子汁添加量對(duì)蒲公英柚子酸奶綜合評(píng)分的影響大于白砂糖添加量對(duì)蒲公英柚子酸奶綜合評(píng)分的影響，說明在柚子汁添加量和白砂糖添加量?jī)梢蛩刂校C合評(píng)分的分值主要受柚子汁添加量的影響。當(dāng)柚子汁添加量不變時(shí)，曲面坡度隨著白砂糖添加量增加呈現(xiàn)先升高而后緩慢降落的趨勢(shì)。在白砂糖添加量為7 g時(shí)，綜合評(píng)分達(dá)到最佳值。

圖3 白砂糖添加量和柚子汁添加量交互作用的3D曲面圖和等高線Fig.3 3D surface graph and contour line of interaction between white granulated sugar and grapefruit juice supplementation

2.6 優(yōu)化工藝驗(yàn)證

由響應(yīng)面軟件處理數(shù)據(jù)后得到最優(yōu)試驗(yàn)配方為蒲公英汁添加量7.69 g、白砂糖添加量6.89 g、柚子汁添加量19.86 g，得到綜合評(píng)分（Y）的最大值是89.53分。根據(jù)實(shí)際情況，將具體工藝參數(shù)調(diào)整為蒲公英汁添加量8 g，白砂糖添加量7 g，柚子汁添加量20 g。在此情況中進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，得到的綜合評(píng)分結(jié)果為89.8分，與模型值差異較小，表明蒲公英柚子酸奶的最優(yōu)工藝是相當(dāng)可靠的。

2.7 理化指標(biāo)和微生物指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果

蒲公英柚子酸奶理化指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果見表11，微生物指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果見表12。

表11 蒲公英柚子酸奶理化指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果Table 11 Test results of physicochemical indexes of dandelion and pomelo yoghurt

表12 蒲公英柚子酸奶微生物指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果Table 12 Test results of microbial index of dandelion and pomelo yoghurt

由表11、表12可知，產(chǎn)品符合GB 19302-2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵乳》中的規(guī)定范圍，因此該產(chǎn)品為合格產(chǎn)品。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)對(duì)蒲公英柚子酸奶工藝進(jìn)行研究，采用單因素試驗(yàn)得出蒲公英汁添加量、白砂糖添加量、柚子汁添加量的最優(yōu)參數(shù)范圍，然后根據(jù)響應(yīng)面軟件分析數(shù)值，得出3個(gè)因素影響順序從大到小為蒲公英汁添加量=柚子汁添加量＞白砂糖添加量。在這基礎(chǔ)上得到3個(gè)因素的最佳參數(shù)：蒲公英汁8 g，白砂糖7 g，柚子汁20 g。在此工藝條件下得到綜合評(píng)分為89.8分。這樣的工藝配方制成的酸奶色澤微綠，組織結(jié)構(gòu)細(xì)膩，具有蒲公英和柚子的清香，口感俱佳，發(fā)展前景廣闊。