響應(yīng)面法優(yōu)化蘋果胡蘿卜果蔬汁發(fā)酵乳飲料

金萍，劉政，于小磊

錦州醫(yī)科大學(xué)食品與健康學(xué)院（錦州 121000）

發(fā)酵乳飲料是指以乳或者乳制品為原材料加入乳酸菌進(jìn)行發(fā)酵得到的制品[2]，乳酸菌可以促進(jìn)生長發(fā)育和調(diào)節(jié)腸道菌群平衡，還可以防止腹瀉、預(yù)防便秘、抑菌、抗腫瘤[3]，另外乳酸菌還可以增強(qiáng)人體的免疫力等功能。蘋果酸甜可口，營養(yǎng)豐富，富含鈣、磷、鐵、鋅、鉀、鎂、硫和多種維生素、煙酸和纖維素等營養(yǎng)成分。經(jīng)研究表明，蘋果除了具有豐富的糖和維生素等物質(zhì)外，還具有大量的鋅元素，鋅元素與記憶力水平息息相關(guān)。因此蘋果具有增強(qiáng)記憶力、提高智力水平的功效。胡蘿卜由于含有豐富的維生素A，因此多食用胡蘿卜可以預(yù)防夜盲癥的發(fā)生，還可以緩解視疲勞和避免眼睛干澀。因此多吃一點胡蘿卜對于眼睛還有視力是有很大幫助的。其次，胡蘿卜中還含有大量的纖維素和多種維生素，這些成分對于高血糖、高血脂等都有很大的幫助。

試驗選用營養(yǎng)豐富的胡蘿卜和蘋果，通過乳酸菌發(fā)酵技術(shù)對其發(fā)酵加工，開發(fā)研究一種新口味和功效的發(fā)酵乳飲料[4]，使其不僅具有胡蘿卜和蘋果的營養(yǎng)成分，而且還擁有發(fā)酵食品的獨特風(fēng)味。通過優(yōu)化蘋果發(fā)酵乳飲料的制作工藝，為其實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)，同時，也能為果蔬資源[5]的開發(fā)利用提供一條新的思路，因此具有廣闊的發(fā)展前景。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料

胡蘿卜、蘋果、脫脂乳、保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌、海藻酸鈉（濟(jì)南東軒生物有限公司）；蔗糖（濟(jì)南銘潤化工有限公司）。

1.1.2 儀器與設(shè)備

CJ-2D型超凈工作臺（泰斯特儀器有限公司）；LDZX-75KBS型高壓滅菌鍋（上海申安醫(yī)療器械廠）；HHS-4S型恒溫水浴鍋（宜昌儀器紗篩廠）；FA1104型電子天平（上海天平儀器廠）；TGL20M型高速冷凍離心機(jī)（凱特實驗儀器有限公司）；等。

1.2 方法

1.2.1 原材料的制備

胡蘿卜乳酸飲料的制備：胡蘿卜經(jīng)清洗去污，沸水熱燙4～6 min，冷卻后按一定料液比榨汁[6]。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.01%檸檬酸和質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的VC（按胡蘿卜質(zhì)量計）護(hù)色，用0.04%的果膠酶在45 ℃酶解90 min。在胡蘿卜汁中加入牛奶、白砂糖和穩(wěn)定劑，加熱至50～60 ℃于15～20 MPa均質(zhì)，在90～95 ℃殺菌5 min，冷卻至45 ℃后接種乳酸菌發(fā)酵，于0～4 ℃冷藏，即得胡蘿卜乳酸飲料。

蘋果汁的制備：將蘋果清洗干凈后去皮，切成塊，用榨汁機(jī)榨汁。同樣使用雙層紗布進(jìn)行過濾后對其進(jìn)行滅菌處理[7]，備用。

工藝流程：以胡蘿卜汁、蘋果汁和牛奶為原材料[8]，以保加利亞乳桿菌Lactobacillus bulgaricus及嗜熱鏈球菌Streptococcus thermophilus為發(fā)酵劑制備發(fā)酵乳飲料。

制備的工藝流程：胡蘿卜、蘋果→挑選、洗凈→榨汁→過濾→加牛奶→滅菌處理→冷卻底液→接種（活化、馴化后的乳酸菌）→對底液進(jìn)行發(fā)酵→離心處理→調(diào)配（加入穩(wěn)定劑和調(diào)味劑）→成品。

操作要點：

蘋果汁制備：選果→清洗→破碎榨汁→加熱滅酶（溫度85 ℃）→過濾→蘋果汁。

胡蘿卜汁制備：胡蘿卜→洗凈→破碎榨汁→過濾→胡蘿卜汁。

發(fā)酵原液的配制：將蘋果汁、胡蘿卜汁、鮮牛奶及蔗糖溶液配制發(fā)酵原液，經(jīng)121 ℃殺菌10 s。

離心處理：按6 000 r/min離心5 min。

1.2.2 發(fā)酵工藝條件優(yōu)化單因素試驗

1.2.2.1 發(fā)酵溫度單因素試驗

發(fā)酵時間為14 h，接種量為7.0%，脫脂乳添加量為12%，蘋果汁與胡蘿卜汁的添加量為60%，改變發(fā)酵溫度（36，38，40，42和44 ℃），進(jìn)行單因素試驗，測定感官評分和pH，篩選出最優(yōu)的3個水平。

1.2.2.2 發(fā)酵時間單因素試驗

1.2.2.3 混合菌種接種量單因素試驗

在發(fā)酵溫度42 ℃、發(fā)酵時間5.0 h、pH自然的條件下，選擇不同的混合菌種接種量（2.0%，2.5%，3.0%，3.5%和4.0%）進(jìn)行單因素試驗，測定各發(fā)酵酸乳中酸度并進(jìn)行感官評價，篩選最優(yōu)的3個水平。

1.2.2.4 蘋果、胡蘿卜汁添加比例單因素試驗

確定發(fā)酵溫度42 ℃、發(fā)酵時間14 h、接種量7%、脫脂乳添加量12%，選擇不同的蘋果汁、胡蘿卜汁添加比例（0.5∶1，1∶1，1.5∶1，2∶1和2.5∶1），進(jìn)行單因素試驗，測定發(fā)酵乳中的感官評分和總酸度，篩選出最優(yōu)的3個水平。

1.2.2.5 脫脂乳添加量單因素試驗

確定蘋果汁、胡蘿卜汁添加比例2∶1、發(fā)酵溫度42 ℃、發(fā)酵時間14 h、接種量7%，選擇不同的脫脂乳添加量（10%，12%，14%，16%和18%），進(jìn)行單因素試驗，測定發(fā)酵乳中的感官評分和總酸度，篩選出最優(yōu)的3個水平。

1.2.3 響應(yīng)面因素水平設(shè)計表

以職業(yè)道德為基礎(chǔ)，兼顧具體行業(yè)的特殊性。例如，為人師表的奉獻(xiàn)精神，公正嚴(yán)明的法律精神，不做假賬的會計精神，救死扶傷的醫(yī)者精神等，這樣的職業(yè)道德教育才更具實效。

表1 響應(yīng)面設(shè)計因素水平表

由于主要考察發(fā)酵條件對果蔬汁發(fā)酵的影響，因此以發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間、接種量為自變量，以感官評分為因變量響應(yīng)面試驗。將制備好的番茄汁和蘋果汁混合在一起，制成復(fù)合汁，然后在復(fù)合汁中再加入牛乳，作為發(fā)酵底液[9]。將馴化后的乳酸菌菌種接種到發(fā)酵底液上，在恒溫下進(jìn)行發(fā)酵[10]，制備發(fā)酵飲料，安排響應(yīng)面試驗，進(jìn)行感官評分，響應(yīng)面試驗各個試驗因素和水平見表2。

表2 感官評價表

1.2.4 感官評分標(biāo)準(zhǔn)

1.2.5 總酸度測定

采用氫氧化鈉滴定法測定總酸度。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘋果汁、胡蘿卜汁添加比例對感官的影響

由圖1可以看出，蘋果汁、胡蘿卜汁添加比例在0.5∶1～2.5∶1時，隨著添加比例的增加，蘋果的香甜味越來越濃，因此感官評分呈現(xiàn)上升的趨勢。當(dāng)蘋果汁、胡蘿卜汁添加比例為1.5∶1時，感官評分達(dá)到最高值91.78分。隨著蘋果汁、胡蘿卜汁添加比例的繼續(xù)增加，感官評分[11]呈現(xiàn)下降的趨勢，這是由于蘋果胡蘿卜汁的添加量增加過多，遮蓋了奶香味。因此，選取1.5∶1為較佳液料比。

圖1 蘋果汁、胡蘿卜汁添加比例對感官的影響

由圖2可以看出，脫脂乳的添加量在8%～12%時，隨著添加量的增加，感官評分呈現(xiàn)上升的趨勢，脫脂乳添加后，飲料呈現(xiàn)有奶香味。當(dāng)脫脂乳添加量為12%時，感官評分達(dá)到最高值92.8分。隨著脫脂乳添加量的增加，奶香味掩蓋了蘋果的香甜味，感官評分呈現(xiàn)下降的趨勢。因此，選取12%為較佳脫脂乳添加量。

圖2 脫脂乳添加量對感官的影響

由圖3可以看出，發(fā)酵溫度在36～42 ℃時，隨著溫度的升高，發(fā)酵乳飲料的口感適宜，感官評分呈現(xiàn)上升的趨勢。當(dāng)發(fā)酵溫度為42 ℃時，感官評分達(dá)到最高值97.05分。超過42 ℃，口感過酸，因此感官評分呈現(xiàn)下降的趨勢。當(dāng)發(fā)酵溫度為42 ℃時，酸度為0.5，因此，選取42 ℃為最佳的提取溫度。

圖3 發(fā)酵溫度對感官評分及酸度的影響

由圖4可以看出，接種量在4%～7%時，隨著接種量的增加，乳飲料的酸度適宜，因此感官評分呈現(xiàn)上升的趨勢。當(dāng)接種量為7%時，感官評分達(dá)到最高值97.2分。隨著接種量的繼續(xù)增加，口感過酸，因此，感官評分呈現(xiàn)下降的趨勢。當(dāng)接種量為7%時，酸度為0.5，較為適宜。因此，選取7%為較佳的接種量。

圖4 接種量對感官評分的影響

由圖5可以看出，發(fā)酵時間在12～14 h時，隨著發(fā)酵時間的增加[12]，乳飲料的酸度口感適宜，感官評分呈現(xiàn)上升的趨勢。當(dāng)發(fā)酵時間為14 h時，感官評分達(dá)到最高值96.7分。隨著發(fā)酵時間的繼續(xù)增加，口感過酸，感官評分呈現(xiàn)下降的趨勢。當(dāng)發(fā)酵時間為14 h時，酸度為0.4，較為適宜。因此，選取14 h為較佳的發(fā)酵時間。

圖5 發(fā)酵時間對感官評分及酸度的影響

3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗設(shè)計及結(jié)果

表4 響應(yīng)面方差分析

以A（發(fā)酵溫度）、B（發(fā)酵時間）、C（接種量）為自變量，Y（感官評分）為響應(yīng)值，根據(jù)表3響應(yīng)面試驗分析方案，對各因素數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合，建立胡蘿卜蘋果發(fā)酵乳飲料發(fā)酵條件與感官評分的二次多項式方程：感官評分=92.88+0.7X1-0.65X2+0.57X3+0.32X1X2-0.025X1X3+0.87X2X3-2.43-5.23-5.43。

表3 應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果

根據(jù)試驗結(jié)果得胡蘿卜蘋果發(fā)酵乳飲料制作得響應(yīng)面與等高線圖[13]，見圖6～圖8。通過圖形可評價各因素條件對發(fā)酵乳飲料品質(zhì)的影響及因素間的交互作用，如果等高線是圓形，則表示因素間的交互作用不顯著，如果等高線呈現(xiàn)為橢圓形，則表示交互作用顯著[14]；如果響應(yīng)面的曲線走勢越陡峭，表示影響越顯著，如果響應(yīng)面的曲線呈現(xiàn)越光滑，則影響力越小。從圖6～圖8的等高線圖和響應(yīng)面圖的形狀可以判斷出，接種量和發(fā)酵時間因素影響顯著，發(fā)酵時間和發(fā)酵溫度影響為其次，發(fā)酵溫度和接種量的影響最小。

圖6 溫度和接種量3D圖和等高線圖

圖7 發(fā)酵時間和溫度3D圖和等高線圖

圖8 接種量和時間3D圖和高線圖

3.1 最佳提取條件的確定

通過Design Expert 12.0軟件求解所得回歸方程，得出最優(yōu)發(fā)酵工藝參數(shù)：發(fā)酵溫度42.28 ℃、發(fā)酵時間13.89 h、接種量7.05%，預(yù)測國光蘋果胡蘿卜發(fā)酵乳飲料感官評分為92.960 5分[15]?？紤]到在試驗過程的可操作性，將國光蘋果發(fā)酵乳飲料最優(yōu)工藝調(diào)整為發(fā)酵溫度42 ℃、發(fā)酵時間14 h、接種量7%。按照最佳工藝條件進(jìn)行試驗，用以驗證模型的準(zhǔn)確度，一共設(shè)置5次平行試驗，國光蘋果發(fā)酵乳飲料的感官評分平均值為93.02分，證明試驗結(jié)果準(zhǔn)確度較高，與預(yù)測值基本相符，表明方法可行。

4 結(jié)論

通過單因素試驗及響應(yīng)面優(yōu)化試驗結(jié)果，發(fā)酵乳飲料的最優(yōu)工藝條件為發(fā)酵溫度42 ℃、發(fā)酵時間14 h、接種量7%，在此試驗條件下對試驗的結(jié)果進(jìn)行驗證，感官評分平均值為93.02分，與響應(yīng)面模型的理論預(yù)測值相符。試驗提取條件和因素水平設(shè)置合理，試驗處理較少，證明此模型預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)確，可用于發(fā)酵乳飲料的發(fā)酵工藝優(yōu)化。