凍干酸奶塊配方設(shè)計(jì)及優(yōu)化

蘇德亮 ，羅麗 ，宋禮，崔廣智，李亞萍，尹蘭

1. 甘肅華羚生物技術(shù)研究中心有限公司（蘭州 730000）；

2. 甘南牦牛乳研究院（甘南 747000）；3. 甘肅省干酪素工程技術(shù)研究中心（蘭州 730000）

酸奶是一種營養(yǎng)豐富的發(fā)酵型乳制品，通過牛奶發(fā)酵使乳酸菌將乳糖分解轉(zhuǎn)化為乳酸[1-4]，保留原有營養(yǎng)成分的同時(shí)讓乳糖不耐癥患者放心食用。酸奶富含多種氨基酸，特別是蛋氨酸、硫氨基酸、色氨酸和半胱氨酸[5-10]，易吸收消化，改善人體腸道環(huán)境，增強(qiáng)機(jī)體免疫力，具有抗衰老、補(bǔ)鈣及平衡人體腸道菌群等功能[11-13]，但因其本身的貨架期較短，運(yùn)輸時(shí)需要在低溫狀態(tài)下進(jìn)行保存，所以導(dǎo)致運(yùn)輸和銷售均需用冷鏈保證品質(zhì)，其產(chǎn)品本身的成本較高[14-15]。凍干酸奶是將發(fā)酵乳通過急速冷凍，并抽真空的方式制得的一種產(chǎn)品，其特點(diǎn)是延長了貨架期，并且在運(yùn)輸貯藏過程中無需低溫條件。口感清爽酥脆，老少皆宜。

以脫脂乳粉、麥芽糊精、酸奶粉、白砂糖、麥芽糖漿等為原料，通過單因素試驗(yàn)、正交試驗(yàn)和Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定凍干酸奶塊的最佳配方，為酸奶粉相關(guān)休閑食品的開發(fā)和高附加值凍干酸奶塊的研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

酸奶粉（和政縣華龍乳制品有限公司）；脫脂乳粉（新西蘭恒天然公司）；麥芽糖漿（濟(jì)南鴻橋化工有限公司）；白砂糖（廣州華糖食品有限公司）；麥芽糊精（保齡寶生物股份有限公司）；果膠（河南賽森化工產(chǎn)品有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

FA1204型分析天平（常州市幸運(yùn)電子設(shè)備有限公司）；DZKW-2電熱恒溫不銹鋼水浴鍋（金壇市大地自動(dòng)化儀器廠）；ZLE-B500高速剪切機(jī)（眾時(shí)（上海）機(jī)械有限公司）；LGJ型冷凍干燥機(jī)（湘儀離心機(jī)儀器有限公司）。

1.3 工藝流程

原料過篩→原料溶解→高速剪切→靜置消泡→料液入模→真空凍干 ↑

果膠、白砂糖預(yù)混→添加麥芽糖漿

1.3.1 操作要點(diǎn)

1.3.1.1 原料過篩、溶解

稱取配料前分別將酸奶粉、脫脂乳粉、麥芽糊精用0.250 mm孔徑篩過篩，溶于40 ℃水中。

1.3.1.2 果膠、白砂糖預(yù)混

果膠與白砂糖混合均勻，加入60~65 ℃水?dāng)嚢枞芙猓瑪嚢?~5 min，攪拌完成后冷卻至40~45 ℃，加入麥芽糖漿并與溶解好的料液混合。

1.3.1.3 高速剪切

攪拌均勻后料液進(jìn)行高速剪切，剪切轉(zhuǎn)速2 000 r/min，剪切3~5 min。之后靜置5 min，使高速剪切產(chǎn)生的泡沫消失。

1.3.1.4 真空凍干

凍干機(jī)參數(shù)設(shè)定：-60~-70 ℃冷凍4 h，之后真空干燥30 h。

1.3.2 感官評(píng)定方法

配方配比的優(yōu)劣將從產(chǎn)品的口感、組織狀態(tài)、色澤3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行整體感官評(píng)價(jià)，滿分為100分，其中口感和組織狀態(tài)為35分，色澤為30分，選擇10名有食品專業(yè)背景的人員對(duì)成品進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，小組人員身體健康，味覺靈敏，在正式評(píng)定前進(jìn)行相應(yīng)指導(dǎo)，凍干酸奶的感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 酸奶塊感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.3.3 主料單因素試驗(yàn)

在大量預(yù)試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇感官評(píng)價(jià)較好的配比參數(shù)點(diǎn)，以這些參數(shù)點(diǎn)為基礎(chǔ)上下浮動(dòng)取點(diǎn)，通過單因素試驗(yàn)，確定脫脂乳粉、麥芽糊精、白砂糖合適的添加范圍。

1.3.3.1 脫脂乳粉添加量的確定

在白砂糖添加量15 g、酸奶粉添加量15 g、麥芽糖漿添加量15 g條件下，脫脂乳粉添加量分別為26，28，30，32和34 g，進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

1.3.3.2 麥芽糊精添加量的確定

在脫脂乳粉添加量25 g、白砂糖添加量15 g、酸奶粉添加量15 g、麥芽糖漿添加量15 g條件下，麥芽糊精添加量分別為9，11，13，15和17 g，進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

1.3.3.3 白砂糖添加量的確定

在脫脂乳粉添加量25 g、白砂糖添加量15 g、酸奶粉添加量15 g、麥芽糖漿添加量15 g條件下，白砂糖添加量分別為18，20，22，24和26 g，進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

脫脂乳粉添加量、麥芽糊精添加量、白砂糖添加量單因素感官評(píng)價(jià)結(jié)果見表4。

1.3.4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，用L9(33)正交表設(shè)計(jì)三因素三水平試驗(yàn)，共9個(gè)組合。以感官評(píng)價(jià)評(píng)分為指標(biāo)，正交優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素及水平見表2。

表2 正交試驗(yàn)因素和水平 單位：g

1.3.5 輔料最佳配比單因素試驗(yàn)

在正交試驗(yàn)基礎(chǔ)上，優(yōu)化對(duì)終產(chǎn)品品質(zhì)影響較大的因素，對(duì)酸奶粉添加量、麥芽糖漿添加量、果膠添加量、溶液濃度4個(gè)因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，每個(gè)因素取5個(gè)水平，各因素水平分別為酸奶粉添加量（10%，15%，20%，25%和30%）、麥芽糖漿添加量（5%，10%，15%，20%和25%）、果膠添加量（0.2%，0.4%，0.6%，0.8%和1.0%）、溶液濃度（20%，25%，30%，35%和40%）。

1.3.6 酸奶塊配方優(yōu)化

在單因素基礎(chǔ)上，選擇酸奶粉添加量、麥芽糖漿添加量、果膠添加量、溶液濃度四因素三水平，以感官分值為指標(biāo)，采用Design-Expert 8.0.6軟件的Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)優(yōu)化酸奶塊的配方，因素水平編碼見表3。

表3 酸奶塊配方響應(yīng)面因素水平表 單位：%

2 結(jié)果與分析

2.1 主料單因素試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，脫脂乳粉添加量30 g、麥芽糊精添加量11 g、白砂糖添加量22 g時(shí)對(duì)應(yīng)單因素試驗(yàn)感官評(píng)分最高。因此選取脫脂乳粉28~32 g、麥芽糊精10~12 g、白砂糖20~24 g進(jìn)行正交優(yōu)化。

表4 單因素試驗(yàn)感官評(píng)價(jià)表

2.2 主料配方確定

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以脫脂乳粉添加量、麥芽糊精添加量、白砂糖添加量為因素進(jìn)行L9(33)正交試驗(yàn)，以感官評(píng)價(jià)評(píng)分為指標(biāo)，直觀分析及方差分析結(jié)果如表5所示。

表5 正交試驗(yàn)結(jié)果及直觀分析

由表5可以看出各因素對(duì)感官評(píng)價(jià)影響程度依次為A＞C＞B，即脫脂乳粉添加量是影響感官評(píng)分的主要因素，其次為白砂糖添加量、麥芽糊精添加量。通過正交試驗(yàn)結(jié)果分析可知，A2B2C3組合為最優(yōu)組合，對(duì)最優(yōu)組合進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，其綜合感官評(píng)分為89分，因此正交試驗(yàn)結(jié)果較為可靠。因此主料的配比為脫脂乳粉添加量30.0 g、白砂糖添加量11.0 g、麥芽糊精添加量24.0 g。

2.3 輔料最佳配比的確定

2.3.1 酸奶粉添加量對(duì)酸奶塊品質(zhì)的影響

由圖1可以看出，隨酸奶粉添加量增加，產(chǎn)品感官評(píng)分出現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)。酸奶添加量15%時(shí)，感官評(píng)分最高。添加量10%，產(chǎn)品酸奶口味不明顯，綜合得分較低。在配料溶解環(huán)節(jié)，酸奶粉會(huì)隨著添加量增加出現(xiàn)乳清液分層狀態(tài)，由圖2可以看出，添加量超過25%時(shí)，酸奶塊凍干后截面會(huì)明顯出現(xiàn)中間透明狀形態(tài)，感官性狀變差。因此選擇添加量15%~20%為混料設(shè)計(jì)所需的水平范圍。

圖1 酸奶粉添加量對(duì)感官評(píng)分的影響

圖2 酸奶粉添加量25%產(chǎn)品外觀

2.3.2 麥芽糖漿添加量對(duì)酸奶塊品質(zhì)的影響

由圖3可以看出，隨麥芽糖漿添加量增加，產(chǎn)品感官評(píng)分出現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)。酸奶添加量15%時(shí)，感官評(píng)分最高。當(dāng)麥芽糖漿添加量較低時(shí)，產(chǎn)品外觀較好，但質(zhì)地偏酥脆，不易包裝運(yùn)輸，感官評(píng)分較低。圖4顯示，添加量20%以上時(shí)，產(chǎn)品表面會(huì)出現(xiàn)氣泡，影響感官。因此選擇添加量15%~20%為混料設(shè)計(jì)所需的水平范圍。

圖3 麥芽糖漿添加量對(duì)感官評(píng)分的影響

圖4 麥芽糖漿添加量20%產(chǎn)品外觀

2.3.3 果膠添加量對(duì)酸奶塊品質(zhì)的影響

由圖5可以看出，隨果膠添加量增加，產(chǎn)品感官評(píng)分出現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)。酸奶添加量0.6%時(shí)，感官評(píng)分最高。果膠添加量較低時(shí)，產(chǎn)品外觀較好。圖6顯示，添加量超過0.8%時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)地會(huì)變硬，并且表面會(huì)出現(xiàn)顆粒感，影響感官。因此選擇添加量0.5%~0.7%為混料設(shè)計(jì)所需的水平范圍。

圖5 果膠添加量對(duì)感官評(píng)分的影響

圖6 果膠添加量0.8%時(shí)產(chǎn)品外觀

2.3.4 溶液濃度對(duì)酸奶塊品質(zhì)的影響

由圖7可以看出，隨著溶液濃度增加，產(chǎn)品感官評(píng)分出現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)。溶液濃度25%時(shí)，感官評(píng)分最高。溶液濃度升高時(shí)，酸奶塊質(zhì)地會(huì)逐漸緊實(shí)，咀嚼費(fèi)力。圖8顯示，溶液濃度35%時(shí)，酸奶塊質(zhì)地緊實(shí)并且表面會(huì)出現(xiàn)裂紋，影響感官。因此選擇溶液濃度23%~27%為混料設(shè)計(jì)所需的水平范圍。

圖7 溶液濃度對(duì)感官評(píng)分的影響

圖8 溶液濃度35%時(shí)產(chǎn)品外觀

2.4 酸奶塊Box-Behnken響應(yīng)面結(jié)果與分析

Box-Behnken響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果見表6。

表6 酸奶塊配方響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

利用Box-Behnken響應(yīng)面對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到感官評(píng)分的二次多項(xiàng)回歸方程：

Y=93.8-0.58A+0.75B+2.08C-0.92D+1.5AB-2.25AC+1.5AD+1.75BC+0.5BD-0.75CD-12.57A2-2.82B2-7.82C2-7.82D2

酸奶塊回歸模型方差分析見表7。

表7 酸奶塊回歸模型方差分析

由表7可知該模型是極顯著的（p＜0.000 1），各單因素中一次項(xiàng)C、D，交互項(xiàng)AC、BC，二次項(xiàng)A2、B2、C2、D2均為極顯著，B、AB、AD一般顯著。果膠添加量、溶液濃度對(duì)凍干酸奶塊的感官評(píng)價(jià)影響最大，其次是麥芽糖漿，影響最小的是酸奶粉，交互項(xiàng)AC、BC極顯著說明酸奶粉添加量、麥芽糖漿添加量和果膠添加量相互作用對(duì)酸奶塊品質(zhì)有顯著影響，回歸模型的決定系數(shù)為R2=0.948 0，說明模型擬合度良好，可用此模型作為酸奶塊配方的分析和預(yù)測(cè)，該模型失擬項(xiàng)p=0.722 9＞0.05，說明失擬項(xiàng)不顯著，用該模型表明各因素和響應(yīng)值的函數(shù)關(guān)系具有可靠性，各單因素對(duì)響應(yīng)值的影響程度主次順序?yàn)楣z添加量＞溶液濃度＞麥芽糖漿添加量＞酸奶粉添加量。

酸奶粉添加量和果膠添加量的交互作用的響應(yīng)面如圖9和圖10所示，麥芽糖漿添加量和果膠添加量的交互作用的響應(yīng)面如圖11和圖12所示。

圖9 酸奶粉添加量和果膠添加量對(duì)感官評(píng)分影響響應(yīng)面

圖10 酸奶粉添加量和果膠添加量對(duì)感官評(píng)分等高線

圖11 麥芽糖漿添加量和果膠添加量對(duì)感官評(píng)分影響響應(yīng)面

圖12 麥芽糖漿添加量和果膠添加量對(duì)感官評(píng)分影響等高線

由圖5a、5b和圖6a、6b可知，響應(yīng)面和等高線圖都存在頂點(diǎn)，所選范圍存在極值，等高線形狀為橢圓形，說明酸奶粉添加量、麥芽糖漿添加量和果膠添加量的交互作用顯著，與方差分析結(jié)果基本一致。響應(yīng)面和等高線在描述酸奶粉添加量、麥芽糖漿添加量和果膠添加量對(duì)感官評(píng)分的影響時(shí)，固定其中一個(gè)因素，感官評(píng)分隨另一個(gè)自變量的增大呈先增大后減小趨勢(shì)，規(guī)律與單因素試驗(yàn)結(jié)果相近。

2.5 酸奶塊配方的確定

在各因素可選范圍內(nèi)，以感官評(píng)分為響應(yīng)值，根據(jù)模型回歸分析可得凍干酸奶塊最佳配方：酸奶粉添加量17.42%、麥芽糖漿添加量16.75%、果膠添加量0.62%、溶液濃度24.87%。在此優(yōu)化條件下凍干酸奶塊的理論綜合分值為94.06分，同時(shí)為驗(yàn)證該模型的可靠性，根據(jù)此條件進(jìn)行3組重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)，所得最終評(píng)分為94，95和94分，平均分為94.3分，與模型預(yù)測(cè)分值接近，并且配方所得的成品在色澤、口感和組織狀態(tài)均良好。

3 結(jié)論

通過單因素試驗(yàn)、正交試驗(yàn)和Box-Behnken響應(yīng)面優(yōu)化，確定凍干酸奶塊的最佳工藝配方：脫脂乳粉添加量30.0%、麥芽糊精添加量11.0%、白砂糖添加量24.0%、酸奶粉添加量17.42%、麥芽糖漿添加量16.75%、果膠添加量0.62%、溶液濃度24.87%。根據(jù)該配方得到的酸奶塊感官良好，口感舒爽，方便攜帶，是一種具有廣闊開發(fā)前景的產(chǎn)品。