響應面法優(yōu)化玫瑰風味酸奶工藝

楊 麗，柯 南，龔秋霞，劉雯雯，魏 琴

（宜賓學院四川省油樟工程技術(shù)研究中心，四川宜賓 644000）

酸奶是以脫脂奶粉或鮮牛奶、白砂糖等為主要原料，經(jīng)巴氏殺菌后接種有益菌發(fā)酵、冷卻形成的發(fā)酵乳制品[1]，富含蛋白質(zhì)、維生素、鈣等營養(yǎng)，有益生菌所具有的保健功能，有調(diào)節(jié)腸胃菌群和調(diào)節(jié)體內(nèi)各項機能的作用[2].目前市場上的酸奶制品多以凝固型、攪拌型、果味型和活菌型乳酸菌飲料為主，輔以蘆薈、獼猴桃、紅棗、藍莓、黃桃等水果作為添加物的形式存在.

玫瑰屬薔薇科薔薇植物，是重要的天然鮮花香料之一，其作為一種藥食同源的植物，可用于治療糖尿病所表現(xiàn)的疲勞、多飲、多尿等癥狀[3].天然玫瑰精油含酚類、黃酮類、玫瑰多糖、香氣揮發(fā)物質(zhì)等功能性物質(zhì)，是植物油中之冠，具有抗氧化活性、抑菌、調(diào)節(jié)免疫力等功效[4]，提取出來的玫瑰精油所帶有的玫瑰芳香可平撫情緒、提振精神、排除體內(nèi)毒素、調(diào)節(jié)雌激素及黃體素分泌和調(diào)節(jié)月經(jīng)周期等作用[5-6].

目前，市場上復合型酸奶以果香風味為主，花香風味酸奶較少.花香類植物香料的添加不僅賦予產(chǎn)品花香風味與口感，且更加綠色、健康、營養(yǎng)，容易贏得消費者的喜愛.本研究在傳統(tǒng)酸奶制作工藝的基礎(chǔ)上輔以玫瑰精油、木糖醇等輔料，經(jīng)過混合發(fā)酵形成玫瑰風味凝固型酸奶，具有一定的市場價值和前景.

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

純牛奶：蒙牛；木糖醇：河南萬邦實業(yè)有限公司；玫瑰精油：dōTERRA；保加利亞乳桿菌：嗜熱鏈球菌（1∶1）：R·THRACE；分散劑：Aroma zone.

1.2 儀器與設備

BCD-568W冰箱：青島海爾股份有限公司；BS-6KH電子天平：上海友聲衡器有限公司；SH2120電磁爐：廣東美的生活電器制造有限公司；DL333380電子溫度計：寧波得力工具有限公司；BMJ-250C恒溫培養(yǎng)箱：上海博訊實業(yè)有限公司.

1.3 實驗方法

（1）加香工藝選擇

方案一：牛奶→預熱→加入玫瑰香料（精油∶分散劑=1∶4）→加入木糖醇→均質(zhì)→滅菌→冷卻→接種→灌裝→43℃發(fā)酵→冷卻→低溫發(fā)酵（后熟）→成品.

方案二：牛奶→預熱→加入木糖醇→均質(zhì)→滅菌→冷卻→接種→加入玫瑰香料（精油∶分散劑=1:4）→均質(zhì)→灌裝→43℃發(fā)酵→冷卻→低溫發(fā)酵（后熟）→成品.

①方案一操作步驟：將所需器材加熱滅菌，取500 mL鮮牛乳，預熱至有微微奶香，取0.03%玫瑰精油，將玫瑰精油與分散劑以比例1∶4加入奶中，稱取木糖醇6%，倒入鍋中，加熱，均質(zhì).冷卻至常溫后，加入0.5 g益生菌，攪拌，使其溶解均勻.稱取100 mL奶裝入5個玻璃發(fā)酵罐，取100 mL升奶重復以上步驟（不添加玫瑰精油）.最后將發(fā)酵罐密封并恒溫培養(yǎng)10 h，取出后放入冰箱，進行低溫發(fā)酵，即可得到成品.

②方案二操作步驟：將器材進行加熱滅菌，量取500 mL鮮牛乳倒入鍋中預熱至有微微奶香.用電子天平稱取木糖醇6%，入鍋加熱，均質(zhì).冷卻至常溫后，稱取0.5 g益生菌倒入43℃鍋中，取0.03%玫瑰精油，將玫瑰精油與分散劑以比例1∶4加入奶中，均質(zhì).量筒稱取100 mL奶裝入5個玻璃發(fā)酵罐.取100 mL升奶重復以上步驟（不添加玫瑰精油）.最后將發(fā)酵罐密封恒溫培養(yǎng)10 h，取出后放入冰箱進行低溫發(fā)酵，即可得到成品.

（2）單因素試驗設計.采取控制變量法，考察玫瑰精油添加量（0.005%、0.004%、0.003%、0.002%、0.001%）、木糖醇添加量（3%、4%、5%、6%、7%）、發(fā)酵時間（8 h、9 h、10 h、11 h、12 h）以及菌種接種量（0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%）對玫瑰風味酸奶感官品質(zhì)的影響.考察某一因素時，其他條件固定為玫瑰精油添加量0.003%，木糖醇添加量6%，發(fā)酵時間10 h，菌種接種量保加利亞乳桿菌∶嗜熱鏈球菌（1∶1）0.1%.

（3）響應面試驗設計及數(shù)據(jù)處理.以單因素試驗結(jié)果為基礎(chǔ)，選擇玫瑰精油添加量（A）、木糖醇添加量（B）、發(fā)酵時長（C）、菌種接種量（D）4個作為自變量，感官評分（Y）作為響應值，采用Design-Expert 8.0.6軟件，應用Box-Behnken方法設計試驗組合，優(yōu)化和驗證最佳工藝條件[7-15]，因素與水平見表1.

表1 響應面試驗因素與水平表Table 1 Response surface test factor level table

（4）玫瑰風味酸奶的感官評定標準.選取10名評審員組成評定小組，分別從口感、組織狀況、色澤及風味4個方面評定玫瑰風味酸奶產(chǎn)品品質(zhì).感官評定按表2進行.

表2 玫瑰風味酸奶感官評分表Table 2 Sensory Evaluation Table of Rose-flavored Yoghurt

（5）玫瑰風味酸奶理化及微生物指標測定.參照GB 19302-2010《食品安全國家標準 發(fā)酵乳》[16]及相關(guān)文獻測定理化指標，如玫瑰風味酸奶的酸度[17]、pH、蛋白質(zhì)[18]、質(zhì)構(gòu).

（6）玫瑰風味酸奶微生物限量測定.參照GB 19302-2010《食品安全國家標準 發(fā)酵乳》[16]及相關(guān)文獻測定各項微生物，包括玫瑰風味酸奶的大腸菌群[19]、金黃色葡萄球菌[20]、沙門氏菌[21]、霉菌、酵母[22].

（7）玫瑰風味酸奶乳酸菌數(shù)測定.參照GB 4789.35-2016《食品微生物學檢驗 乳酸菌檢驗》[23]中規(guī)定的乳桿菌和嗜熱鏈球菌平板計數(shù)法測定.

（8）數(shù)據(jù)處理.所有數(shù)據(jù)均為3次重復試驗的平均值±標準差，使用SPSS 19.0進行統(tǒng)計學分析，Origin 2019繪圖，用Design-Expert 8.0.6進行響應面設計.

2 結(jié)果與分析

2.1 加香工藝的確定

添加玫瑰精油0.003%、木糖醇6%、菌接種量0.1%、培養(yǎng)10 h及其他條件因素不變的前提下，按照1.3.1的兩種方案進行制作，以品評人員的感官評分為基準，確定玫瑰風味酸奶的工藝流程.加香工藝對玫瑰風味酸奶感官品質(zhì)的影響見圖1.可知，玫瑰精油添加于接種前的綜合感官評分均高于添加于接種后的綜合感官評分.方案一所得產(chǎn)品品質(zhì)好，接受度高，玫瑰風味酸奶加香的最佳工藝.

圖1 加香工藝對玫瑰酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of aroma adding technology on sensory quality of rose yoghurt

2.2 單因素試驗的結(jié)果與分析

（1）玫瑰精油的添加量對玫瑰風味酸奶感官品質(zhì)的影響.由圖2可知，當其他添加量不變時，隨著玫瑰精油濃度的增加，玫瑰風味酸奶的感官評分先升高后下降，當玫瑰精油濃度達到0.004%時，綜合評分值為最高，玫瑰風味酸奶品質(zhì)較好.故玫瑰精油添加量為0.004%最為適宜.

圖2 玫瑰精油的添加量對玫瑰風味酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of the amount of rose essential oil on the sensory quality of rose-flavored yoghurt

（2）木糖醇添加量對玫瑰風味酸奶感官品質(zhì)的影響.由圖3可知，當其他條件不變時，玫瑰風味酸奶的感官評分隨著木糖醇濃度的增加先升后降，當其濃度達到6%時，綜合評分值為最高，玫瑰風味酸奶品質(zhì)較好.故木糖醇添加量為6%最為適宜.

圖3 木糖醇添加量對玫瑰風味酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.3 Effects of xylitol supplementation on sensory quality of rose-flavored yogurt

（3）菌接種量對玫瑰風味酸奶感官品質(zhì)的影響.由圖4可知，當其他條件不變時，玫瑰風味酸奶的感官評分隨著菌種接種量的增加而先升后降，當其濃度達到0.15%時，綜合評分值為最高，表示玫瑰風味酸奶品質(zhì)較好.故菌種接種量為0.15%最為適宜.

圖4 菌接種量對玫瑰風味酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of bacteria inoculation amount on sensory quality of rose-flavored yogurt

（4）發(fā)酵時間對玫瑰風味酸奶感官品質(zhì)的影響.由圖5可知，當其他條件不變時，玫瑰風味酸奶的感官評分值隨著發(fā)酵時間增加而先升后降，當發(fā)酵時間為11 h時，綜合評分值為最高，玫瑰風味酸奶品質(zhì)較好.發(fā)酵時間過長會導致酸奶酸度增加，導致酸奶酸甜不協(xié)調(diào)，若發(fā)酵時間不夠則會使組織狀態(tài)不均勻，存在裂痕且有大量乳清析出.故發(fā)酵時間為11 h最為適宜.

圖5 發(fā)酵時間對玫瑰風味酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.5 Effects of fermentation time on sensory quality of rose-flavored yogurt

2.3 響應面試驗結(jié)果與分析

（1）優(yōu)化結(jié)果分析.根據(jù)響應面設計中心組合試驗，以感官評分為響應值，以玫瑰精油添加量、木糖醇添加量、菌種接種量、發(fā)酵時間為因變量，響應面試驗結(jié)果見表3.

表3 響應面試驗設計及結(jié)果Table 3 Experimental design and results for response surface analysis

（2）回歸分析.利用Design-Expert 8.0.6對表3的試驗數(shù)據(jù)進行方差及二次回歸擬合分析、響應面試驗回歸模型方差分析（表4），得到二次回歸方程：

由表4可知，該回歸模型極顯著（p＜0.0001），失擬項（p=0.5865）不顯著，擬合度R2=0.8522，說明模型能夠解釋85.22%響應值的變化，RAdj=0.6683，試驗結(jié)果表明模型擬合度較好，回歸模型有效，預測效果較佳，此模型可用于玫瑰風味酸奶工藝試驗的預測.根據(jù)F值得大小也可推斷出影響玫瑰風味酸奶感官品質(zhì)的因素主次順序主要為：玫瑰精油添加量（A）＞發(fā)酵時間（D）＞菌種接種量（C）＞木糖醇添加量（B）.

表4 響應面試驗回歸模型方差分析Table 4 Response surface test regression model analysis of variance

（3）交互作用分析.所選定的四因素之間存在交互作用，利用Design-Expert 8.0.6繪制響應曲面，通過3D曲面及等高線，觀察曲面的傾斜度及因素間相互作用對響應值的影響程度.兩個因素之間相互作用顯著用橢圓形表示，反之用圓形表示.

圖6表明，玫瑰風味酸奶的感官品質(zhì)隨著玫瑰精油添加量、木糖醇添加量、發(fā)酵時間、菌種接種量的水平增加而提升，但達到中心值后，隨著各因素的增加而降低.對比各曲面圖可以看出玫瑰精油添加量和發(fā)酵時間這兩個因素對酸奶的品質(zhì)影響最大，表現(xiàn)為響應曲面較陡，等高線趨于橢圓，由此可見控制好這兩種因素對提升酸奶感官品質(zhì)至關(guān)重要；其次影響較大的是菌種接種量，而木糖醇添加量所表現(xiàn)的響應曲面較為平緩，說明此因素對響應值影響較小，與回歸分析數(shù)據(jù)一致.交互作用分析可以看出木糖醇添加量（B）與發(fā)酵時間（D）、菌種接種量（C）與發(fā)酵時間（D）之間的交互作用顯著，其他因素之間交互作用并不顯著，這與方差分析結(jié)果一致.

圖6 各因素交互作用的曲面圖Fig.6 Surface maps of each factor interaction

2.4 驗證試驗

通過響應面試驗模型預測，得到最佳配方為玫瑰精油添加量0.0038%、木糖醇添加量5.5%、菌種接種量0.16%、發(fā)酵時間10.63 h，感官評分值為88.75.為驗證該模型所得可靠性，結(jié)合實際感官評分，將所的配方進行優(yōu)化，得到配方為玫瑰精油添加量0.0038%、木糖醇添加量5.5%、菌種接種量0.16%，發(fā)酵時間10.6 h.采用最優(yōu)配方設置4次平行試驗進行驗證，結(jié)果表明，感官評分平均值為90.12±1.2，與模型預測值88.75接近，故響應面法優(yōu)化得到玫瑰風味酸奶的最佳工藝準確可靠，具有實際參考價值.

2.5 產(chǎn)品質(zhì)量與衛(wèi)生標準

（1）玫瑰風味酸奶理化指標測定結(jié)果.參照GB 19302-2010《食品安全國家標準發(fā)酵乳》[16]及相關(guān)文獻測定理化指標，結(jié)果如表5所示，玫瑰風味酸奶酸度符合國家標準，其酸度≥70 °T；pH為4.44，蛋白質(zhì)含量為3.2 g/100 g，質(zhì)構(gòu)優(yōu)于市售酸奶，玫瑰風味酸奶更能滿足消費市場的需求.

表5 玫瑰風味酸奶理化指標測定結(jié)果Table 5 Determination results of physical and chemical indexes of rose flavor yogurt

（2）玫瑰風味酸奶微生物指標測定結(jié)果

成品玫瑰風味酸奶的微生物指標測定結(jié)果如表6所示，玫瑰風味酸鈉中不存在致病菌，大腸菌群、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌、霉菌、酵母菌均未檢出，符合國家標準.

表6 玫瑰風味酸奶微生物指標測定結(jié)果Table 6 Determination results of microbiological indexes of rose flavor yogurt

（3）玫瑰風味酸奶乳酸菌數(shù)指標測定結(jié)果

益生菌是一類對宿主有益的活性微生物，能夠改善宿主微生態(tài)平衡，幫助營養(yǎng)物質(zhì)的有效吸收，產(chǎn)生重要的營養(yǎng)物質(zhì)等功效.根據(jù)國標，酸奶中的乳酸菌數(shù)應≥106 CFU/mL，如表7所示，玫瑰風味酸奶中的乳桿菌為（159±2）×108 CFU/mL，嗜熱鏈球菌為（148±3）×108 CFU/mL，滿足國家標準的要求.

表7 玫瑰風味酸奶乳酸菌指標測定結(jié)果Table 7 Determination results of microbiological indexes of rose flavor yogurt

3 結(jié)語

本文以鮮牛奶為主要原料，玫瑰精油為輔料，研制玫瑰風味酸奶.在單因素試驗的基礎(chǔ)上進行響應面試驗，以感官品評分數(shù)為參考依據(jù)，對玫瑰風味酸奶的工藝進行優(yōu)化，得到最佳配方為玫瑰精油添加量0.0038%、木糖醇添加量5.5%、菌種接種量0.16%、發(fā)酵時間10.6 h，此工藝下得到的酸奶口感細膩，無乳清分離，玫瑰風味和乳香味濃郁，滋味純正，符合國家質(zhì)量標準.玫瑰風味酸奶在傳統(tǒng)酸奶的基礎(chǔ)上通過添加天然香料賦予酸奶玫瑰風味，新增保健功能，將為花香類風味酸奶的研發(fā)打下基礎(chǔ)，豐富酸奶風味，或為開拓更廣闊的風味酸奶市場提供理論支撐.