響應(yīng)面法優(yōu)化藜麥發(fā)酵酸奶的工藝研究

權(quán)帆，朱文秀，張晴，洪豆，王君能，吳淑清*

（1.長春大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長春 130022；2.浙江李子園食品股份有限公司，浙江 金華 321031）

藜麥（Chenopodium quinoa Willd.）莧科藜屬植物，起源于南美洲安第斯山脈[1]，是一種古老的偽谷物，具有獨(dú)特而豐富的營養(yǎng)價(jià)值，被稱為丟失的遠(yuǎn)古“營養(yǎng)黃金”、“超級(jí)糧食[2]”、“未來食品”和“糧食之王[3]”。研究發(fā)現(xiàn)，藜麥不僅富含優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、多糖和不飽和脂肪酸等宏量營養(yǎng)素，還含有天然維生素、礦物質(zhì)等微量營養(yǎng)素；此外，核黃素、葉酸和鈣、鎂、鐵、鋅等含量明顯高于其他谷物[4-6]。藜麥具備抗癌[7]、抗氧化[8]、防治“高血脂、高血壓、高血糖”[9]、減肥[10]、抑菌[11]等功能特性。

近年來，藜麥在國際市場上供不應(yīng)求，2016年全球產(chǎn)量超過19.2萬噸，主要消費(fèi)市場在美國、加拿大和愛爾蘭等國家[12]。國內(nèi)外對(duì)藜麥的開發(fā)集中在蒸煮類、焙烤類、發(fā)酵類及其他類產(chǎn)品。市場上陸續(xù)出現(xiàn)了藜麥面條[13]、藜麥面包[14]、藜麥餅干[15]、藜麥酒[16]、藜麥粥[17]等產(chǎn)品。本論文以藜麥、鮮牛奶為主要原料，運(yùn)用單因素試驗(yàn)與響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)獲得藜麥發(fā)酵酸奶的最佳工藝條件，制作出一種風(fēng)味獨(dú)特且營養(yǎng)豐富的酸奶。此研究不僅豐富了酸奶種類，同時(shí)也為藜麥產(chǎn)品的開發(fā)提供思路及依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

藜麥（青海海西格爾木藜麥米）、牛奶、白砂糖：市售；發(fā)酵菌粉（含有保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌、嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌、干酪乳桿菌）：北京川秀科技有限公司；黃原膠、羧甲基纖維素鈉（食品級(jí)）：浙江一諾生物科技有限公司。

1.2 設(shè)備與儀器

FA11204N型電子天平：上海市精密儀器設(shè)備有限公司；XMT-DA型恒溫水浴鍋：余姚市亞星儀器儀表有限公司；DH4000Ⅱ型電熱恒溫發(fā)酵箱：天津市泰斯特儀器有限公司；EG720KG4-NA型電磁爐：美的集團(tuán)有限公司；EZ-SX型質(zhì)構(gòu)儀：日本島津公司；RSO型流變儀：美國Brookfield公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

浸泡→煮制→調(diào)配→均質(zhì)→殺菌→冷卻→接種→發(fā)酵→后熟→成品。

1.3.2 操作要點(diǎn)

（1）浸泡：挑選顆粒飽滿、大小均一、表面干凈、無病蟲害的藜麥浸泡40 min[藜麥與水的料液比為1∶10（g/mL）]，去除其表面略有苦澀味且影響蛋白質(zhì)吸收的皂苷成分[18]。

（2）煮制：將浸泡之后的藜麥在100℃水中煮制10 min。

（3）均質(zhì)：將含有白砂糖、黃原膠和羧甲基纖維素鈉的混合料液進(jìn)行均質(zhì)，均質(zhì)壓力為25 MPa。

（4）殺菌：在85℃恒溫水浴鍋中殺菌20 min。

（5）冷卻：將殺菌后的成品冷卻至室溫25℃。

（6）接種：將適量的發(fā)酵菌粉快速接入發(fā)酵瓶后，輕輕搖晃。避免雜菌污染使產(chǎn)品出現(xiàn)異味。

（7）發(fā)酵：將發(fā)酵瓶放入42℃的恒溫發(fā)酵箱內(nèi)，發(fā)酵7 h。

（8）后熟：將發(fā)酵好的酸奶放入4℃冰箱后熟12h。

1.4 單因素試驗(yàn)

以藜麥添加量、白砂糖添加量、發(fā)酵時(shí)間和發(fā)酵菌接種量為單因素，各因素分別選取5個(gè)水平，考察藜麥添加量（8%、10%、12%、14%、16%）時(shí)，分別固定白砂糖添加量、發(fā)酵時(shí)間和發(fā)酵菌接種量為7%、7 h、0.20%；考察白砂糖添加量（3%、5%、7%、9%、11%）時(shí)，分別固定藜麥添加量、發(fā)酵時(shí)間和發(fā)酵菌接種量為12%、7 h、0.20%；考察發(fā)酵時(shí)間（5、6、7、8、9 h）時(shí)，分別固定藜麥添加量、白砂糖添加量和發(fā)酵菌接種量為12%、7%、0.20%；考察發(fā)酵菌接種量（0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%）時(shí)，分別固定藜麥添加量、白砂糖添加量和發(fā)酵時(shí)間為12%、7%、7 h，以感官評(píng)分為指標(biāo)，確定響應(yīng)面試驗(yàn)中各因素最適考察范圍。

1.5 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，以藜麥添加量、白砂糖添加量、發(fā)酵菌接種量和發(fā)酵時(shí)間為因素，感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，設(shè)計(jì)四因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)。響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平Table 1 Factors and levels of response surface test

1.6 檢測指標(biāo)

1.6.1 藜麥發(fā)酵酸奶的感官評(píng)價(jià)

由16位食品專業(yè)人員組成評(píng)定小組，根據(jù)RHB 104—2020《發(fā)酵乳感官評(píng)鑒細(xì)則》從酸奶色澤、滋味與氣味、組織狀態(tài)3個(gè)方面進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，評(píng)分3次取平均值。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 藜麥發(fā)酵酸奶感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation criteria of quinoa fermented yogurt

1.6.2 理化檢測

按照GB 5009.239—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品酸度檢測》測定酸奶的酸度[19]。

按照GB 5009.5—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測定》測定酸奶中蛋白質(zhì)含量[20]。

1.6.3 質(zhì)構(gòu)檢測

質(zhì)構(gòu)測定參數(shù)為348-38511-11探頭（直徑12.7mm）；探頭測試前下降速度為2 mm/s，探頭測試后回升速度為2 mm/s；探頭進(jìn)入樣品距離為15 mm；觸發(fā)類型為自動(dòng)，觸發(fā)力為0.05 N[21]，主要測定酸奶的硬度、黏附力、咀嚼性。

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

本試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Origin軟件繪制圖。采用Design Expert 8.06軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 藜麥添加量對(duì)藜麥發(fā)酵酸奶感官品質(zhì)的影響藜麥添加量對(duì)藜麥酸奶感官品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 藜麥添加量對(duì)藜麥酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.1 The effect of quinoa addition on the sensory quality of quinoa yogurt

由圖1可知，當(dāng)藜麥添加量為12%時(shí)，感官評(píng)分達(dá)到最高值86。此時(shí)，酸奶組織均勻、顆粒感飽滿且含有純正、濃厚的藜麥香氣；當(dāng)藜麥添加量小于10%時(shí)，酸奶無明顯藜麥香味，稠度也不夠，感官評(píng)分較低。隨著藜麥添加量的增加，藜麥的香味愈發(fā)濃厚，但當(dāng)藜麥添加量大于14%時(shí)，酸奶的黏稠度增加，細(xì)膩感減弱，口感較差。因此，選擇藜麥添加量為10%、12%、14%進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

2.1.2 白砂糖添加量對(duì)藜麥發(fā)酵酸奶感官品質(zhì)的影響

白砂糖添加量對(duì)藜麥酸奶感官品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 白砂糖添加量對(duì)藜麥酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.2 The effect of added amount of white sugar on the sensory quality of quinoa yogurt

由圖2可知，當(dāng)白砂糖添加量逐漸增加時(shí)，酸奶感官評(píng)分呈先上升后下降的趨勢。當(dāng)白砂糖添加量小于5%時(shí)，口感過酸，感官評(píng)分較低；隨著白砂糖添加量的增加，酸奶口感得到改善；當(dāng)白砂糖添加量為7%時(shí)，酸奶具有純正的奶味和自然的發(fā)酵滋味，且酸甜比適中，組織狀態(tài)均一；當(dāng)白砂糖添加量大于9%時(shí)，酸奶的甜度過高，口味過甜，掩蓋了酸奶獨(dú)特的風(fēng)味與口感。因此，選擇白砂糖添加量為5%、7%、9%進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

2.1.3 發(fā)酵時(shí)間對(duì)藜麥發(fā)酵酸奶感官品質(zhì)的影響

發(fā)酵時(shí)間對(duì)藜麥酸奶感官品質(zhì)的影響見圖3。

圖3 發(fā)酵時(shí)間對(duì)藜麥酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.3 The effect of fermentation time on the sensory quality of quinoa yogurt

由圖3可知，當(dāng)發(fā)酵時(shí)間為7 h時(shí)，感官評(píng)分達(dá)到最高值85；當(dāng)發(fā)酵時(shí)間小于6 h，酸奶發(fā)酵不足，表面有乳清析出或伴有少量凝塊，凝固性差，感官評(píng)分較低；當(dāng)發(fā)酵時(shí)間為7%時(shí)，酸奶的酸甜適中，無乳清析出，組織狀態(tài)均一，口感達(dá)到最佳；發(fā)酵時(shí)間大于8 h時(shí)，酸奶酸度升高，組織狀態(tài)變差，口味偏酸，感官評(píng)分下降。因此選擇發(fā)酵時(shí)間為6、7、8 h進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

2.1.4 發(fā)酵菌接種量對(duì)藜麥發(fā)酵酸奶感官品質(zhì)的影響

發(fā)酵菌接種量對(duì)藜麥酸奶感官品質(zhì)的影響見圖4。

圖4 發(fā)酵菌接種量對(duì)藜麥酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.4 The effect of fermenting bacteria inoculation amount on the sensory quality of quinoa yogurt

由圖4可知，隨著發(fā)酵菌接種量增加，酸奶的感官評(píng)分以接種量0.20%為拐點(diǎn)，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當(dāng)發(fā)酵菌接種量為0.10%時(shí)，酸奶發(fā)酵不完全，呈半固體狀態(tài)，表面出現(xiàn)裂紋，組織不均勻；當(dāng)發(fā)酵菌接種量為0.20%時(shí)，酸奶組織細(xì)膩均一、酸甜味適宜；當(dāng)發(fā)酵菌接種量達(dá)到0.30%時(shí)，酸奶的發(fā)酵速度加快，導(dǎo)致乳中蛋白過度減少使乳清析出[22]，使得感官評(píng)分下降。因此，選擇發(fā)酵菌接種量為0.15%、0.20%、0.25%進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)

響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表3，根據(jù)響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案，對(duì)其進(jìn)行方差分析，回歸模型方差分析見表4。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Design and results of response surface test

表4 回歸模型方差分析Table 4 Analysis of variance of regression model

續(xù)表4 回歸模型方差分析Continue table 4 Analysis of variance of regression model

利用Design Expert 8.06軟件對(duì)表4結(jié)果進(jìn)行回歸方程擬合，得到響應(yīng)面回歸方程：Y=90.30+6.05A+3.06B+1.19C+2.23D+2.25AB-1.40AC-1.75AD-0.13BC-0.95BD-1.55CD-12.08A2-7.47B2-1.82C2-2.53D2。

分析表4可知，藜麥添加量和白砂糖添加量對(duì)酸奶的感官評(píng)分影響極顯著，發(fā)酵時(shí)間和發(fā)酵菌接種量對(duì)酸奶感官評(píng)分的影響較顯著，因素影響的主次順序?yàn)檗见溙砑恿浚景咨疤翘砑恿浚景l(fā)酵菌接種量＞發(fā)酵時(shí)間。

2.3 響應(yīng)面圖分析

各因素交互作用對(duì)感官評(píng)分影響的響應(yīng)面圖及等高線圖見圖5、圖6。

圖5 藜麥添加量與白砂糖添加量交互作用對(duì)感官評(píng)分影響的響應(yīng)面圖及等高線圖Fig.5 Response surface plot and contour plot of the effect of the interaction between the addition of quinoa and the addition of white sugar on the sensory score

圖6 藜麥添加量與發(fā)酵菌接種量交互作用對(duì)感官評(píng)分影響的響應(yīng)面圖及等高線圖Fig.6 Response surface plot and contour plot of the offect of interaction between the amount of quinoa added and the amount of fermenting bacteria inoculated on the sensory score

由圖5等高線分析可知，當(dāng)白砂糖添加量不變時(shí)，沿藜麥添加量變化的方向看，感官評(píng)分呈先上升后下降的趨勢，且等高線較密，趨于橢圓形，從3D圖看，曲線較為陡峭，說明藜麥添加量和白砂糖添加量交互作用對(duì)感官評(píng)分的影響顯著。同理，可知藜麥添加量與發(fā)酵菌接種量交互作用對(duì)感官評(píng)分的影響顯著，與方差分析結(jié)果一致。

由響應(yīng)面優(yōu)化分析可知，藜麥發(fā)酵酸奶的最佳工藝條件：藜麥添加量為12.48%，白砂糖添加量為7.45%，發(fā)酵時(shí)間為7.09 h，發(fā)酵菌接種量為0.22%，此時(shí)感官評(píng)分為91.6。

2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)

為了試驗(yàn)的可操作性，將最優(yōu)條件調(diào)整為藜麥添加量12.5%，白砂糖添加量7.5%，發(fā)酵時(shí)間7 h，發(fā)酵菌接種量0.20%，進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，實(shí)際感官評(píng)分平均值為90.7，與預(yù)測值相近。說明該模型可較好地優(yōu)化藜麥發(fā)酵酸奶工藝。

2.5 理化指標(biāo)檢測結(jié)果

測得藜麥發(fā)酵酸奶的蛋白質(zhì)含量為5.2 g/100 g，酸度為 76 °T，符合國家標(biāo)準(zhǔn)[23]。

2.6 物性質(zhì)構(gòu)檢測

測得酸奶的黏度為（776.20±8.50）MPa·s，硬度為（0.137 82±0.008 6）N，黏附力為（0.004 60±0.000 93）N，咀嚼性為（5.286 7±0.035）mJ。

3 結(jié)論

以藜麥、鮮牛奶為主要原料，以感官評(píng)分作為指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)確定藜麥發(fā)酵酸奶的最佳工藝條件。結(jié)果表明：當(dāng)藜麥添加量為12.5%，白砂糖添加量為7.5%，發(fā)酵時(shí)間為7 h，發(fā)酵菌接種量為0.20%時(shí)，藜麥發(fā)酵酸奶的酸度為76°T、蛋白質(zhì)含量為 5.2 g/100 g、黏度為 776.20 MPa·s、硬度為 0.138 N、咀嚼性為5.28 mJ，酸奶具有純正的奶味與藜麥谷香味，組織均勻，營養(yǎng)豐富。