響應(yīng)面法優(yōu)化黑芝麻枸杞功能性酸奶的工藝研究

◎ 周美東，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)

研究證明，黑芝麻中含有豐富的維生素，尤其是E 族維生素，具有較強(qiáng)的抗氧化作用[1]，可以起到延緩衰老、殺菌消炎、保肝護(hù)腎的作用[2-4]；同樣，枸杞作為一種藥食同源的食物，含有豐富的花色苷類[5]、多糖[6]、生物堿[7]等活性成分，將兩者有效結(jié)合起來應(yīng)用到酸奶制作中，能夠起到烏發(fā)、滋陰補(bǔ)腎等保健作用。

近年來，功能性酸奶越來越得到大眾認(rèn)可，以黑芝麻、枸杞、鮮牛奶為主要原料，經(jīng)過單因素試驗(yàn)與響應(yīng)面試驗(yàn)的優(yōu)化，可制作出一款集保健與營養(yǎng)于一體的功能性酸奶。此試驗(yàn)不僅拓寬了對酸奶種類的研究，同時也為保健性產(chǎn)品的研發(fā)提供了新途徑。

1 材料與儀器

1.1 材料

鮮牛奶、黑芝麻、枸杞、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：浙江一諾生物科技有限公司。

1.2 儀器

BS110 型電子天平：北京賽多利斯天平有限公司；76-1A 型恒溫水浴鍋：江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；HG303-3 型電熱恒溫培養(yǎng)箱：南京實(shí)驗(yàn)儀器廠；EG720KG4-NA 型電磁爐：美的集團(tuán)有限公司；BP-1/25 型高壓均質(zhì)機(jī)：上海申鹿均質(zhì)機(jī)有限公司；SW-CJ-IFD 潔凈工作臺：安泰有限公司；BXM 立式壓力蒸汽滅菌鍋：上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠。

2 實(shí)驗(yàn)過程

2.1 工藝流程

鮮牛奶→調(diào)配→高壓均質(zhì)→殺菌→冷卻→接種→發(fā)酵→冷藏后熟→成品。

2.2 操作要點(diǎn)

（1）黑芝麻粉：選取新鮮、果實(shí)飽滿的黑芝麻為原材料，在高溫120 ℃條件下翻炒5 min，炒出香味，并用粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，200 目過篩，備用。

（2）枸杞粉：選取籽粒為暗紅色且干燥無損傷的枸杞為原材料，在干燥箱中105 ℃條件下干燥5 h，粉碎，200 目過篩，備用。將處理好的枸杞粉與上述黑芝麻粉進(jìn)行1:1 混合，簡稱復(fù)合粉，備用。

（3）調(diào)配：在牛奶中添加適量的黑芝麻粉、枸杞粉、黃原膠及3%的白砂糖，攪拌均勻，預(yù)熱至65 ℃。

（4）均質(zhì)：將混勻的料液在均質(zhì)機(jī)中于35 MPa壓強(qiáng)下均質(zhì)10 min，使料液充分混勻，避免發(fā)酵不均勻而產(chǎn)生分層現(xiàn)象。

（5）殺菌：90 ℃條件下殺菌20 min。

（6）冷卻：將成品冷卻至40 ℃。

（7）接種、發(fā)酵：在無菌操作條件下，接種混勻后快速放入培養(yǎng)箱中，42 ℃恒溫發(fā)酵8 h，注意不要劇烈搖晃。

（8）冷藏后熟：將已經(jīng)成型的酸奶置2～4 ℃的環(huán)境中冷藏24 h，進(jìn)行感官評定。

2.3 單因素試驗(yàn)

以復(fù)合粉、復(fù)合菌種添加量、發(fā)酵時間、白砂糖添加量為單因素，以感官評分為指標(biāo)，分別考察當(dāng)復(fù)合粉添加量為6%、8%、10%、12%、14%時，固定相為白砂糖添加量2%，發(fā)酵時間8 h，復(fù)合菌種添加量0.20%；當(dāng)白砂糖添加量為1%、2%、3%、4%、5%時，固定相為復(fù)合粉添加量9%，發(fā)酵時間8 h，復(fù)合菌種添加量0.20%；當(dāng)發(fā)酵時間為6 h、7 h、8 h、9 h、10 h 時，固定相為復(fù)合粉9%，復(fù)合菌種添加量0.20%，白砂糖添加量2%；當(dāng)復(fù)合菌種添加量為0.08%、0.12%、0.16%、0.20%、0.24%時，固定相為復(fù)合粉9%，發(fā)酵時間8 h，白砂糖添加量2%，考察最適合的工藝條件。

2.4 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，以復(fù)合菌種添加量、白砂糖添加量、復(fù)合粉添加量、發(fā)酵時間為因素，感官評分（Y）作為響應(yīng)值，利用Design-Expert 13 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，試驗(yàn)因素與水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素及水平表

2.5 黑芝麻枸杞酸奶的感官評定

選定16 名專業(yè)的食品評價員組成的評分小組，參考GB 19302—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 發(fā)酵乳》，根據(jù)產(chǎn)品色澤、氣味滋味、組織狀態(tài)的指標(biāo)進(jìn)行感官評定，評定標(biāo)準(zhǔn)如表2 所示。

表2 黑芝麻枸杞酸奶感官評定標(biāo)準(zhǔn)表

3 結(jié)果與分析

3.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

3.1.1 復(fù)合粉添加量對酸奶感官評分的影響

復(fù)合粉添加量對酸奶感官評分的影響如圖1 所示。

圖1 復(fù)合粉添加量對酸奶感官評分的影響圖

由圖1 可知，黑芝麻枸杞粉的添加量對酸奶感官評分存在顯著性影響（P＜0.05），當(dāng)添加量為10%時，具有最高的感官評分。此時黑芝麻奶香味濃郁，且有淡淡的枸杞清香，由于黑芝麻、枸杞粉混合時顏色呈暗褐色，隨著這種復(fù)合粉添加量的增多，產(chǎn)品的色澤也會慢慢加深；酸奶質(zhì)地更加濃稠，部分會有分層現(xiàn)象的發(fā)生。因此，綜合感官考量，黑芝麻、枸杞粉最佳添加量為10%。

3.1.2 復(fù)合菌種添加量對酸奶感官評分的影響

不同復(fù)合菌種添加量對酸奶感官評分的影響如圖2 所示。

圖2 復(fù)合菌種添加量對酸奶感官評分的影響圖

由圖2 可知，當(dāng)復(fù)合菌粉添加量在0.08%～0.20%范圍內(nèi)時，感官評分持續(xù)上升；當(dāng)添加量達(dá)到0.20%時，此時酸奶的口感細(xì)膩，具有淡淡的黑芝麻的氣味，顏色偏暗灰色，甜度適中。接種量決定菌種在發(fā)酵中生長繁殖的速度，接種量過少，發(fā)酵不成熟，有乳清析出，組織狀態(tài)一般；隨著接種量的逐漸增加，乳酸發(fā)酵過多，酸奶黏稠度和酸度增加，使得酸奶口感偏酸。因此，最佳接種量為0.20%。

3.1.3 發(fā)酵時間對酸奶感官評分的影響

不同發(fā)酵時間對酸奶感官評分的影響如圖3 所示。

圖3 發(fā)酵時間對酸奶感官評分的影響圖

由圖3 可知，當(dāng)發(fā)酵時間為7 h，感官評分最高。發(fā)酵時間過短，分子結(jié)合力小，酸奶組織狀態(tài)呈現(xiàn)松散結(jié)構(gòu)，降低了酸奶的品質(zhì)；如果增加發(fā)酵時間，酸奶的酸度過高，酸奶中原有的蛋白膠體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致乳清的析出，組織狀態(tài)會發(fā)生凝結(jié)且口感不好。因此，最佳發(fā)酵時間為7 h。

3.1.4 白砂糖添加量對酸奶感官評分的影響

白砂糖添加量對酸奶感官評分的影響如圖4 所示。

圖4 白砂糖添加量對酸奶感官評分的影響圖

由圖4 可知，隨著白砂糖添加量的增多，酸奶的感官評分呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。當(dāng)白砂糖添加量為1%時，此時酸奶滋味偏淡；當(dāng)添加量為2%時，此時酸奶口感適中，質(zhì)地均勻，沒有分層現(xiàn)象發(fā)生；當(dāng)添加量＞2%時，白砂糖的甜味就會覆蓋枸杞的風(fēng)味，影響整體的口感及氣味。所以，白砂糖的最佳添加量為2%。

3.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以復(fù)合粉添加量（A）、白砂糖添加量（B）、發(fā)酵時間（C）和發(fā)酵菌粉添加量（D）為影響因素，以感官評分（Y）作為響應(yīng)值，利用Design-Expert 13 軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而確定黑芝麻枸杞酸奶的最優(yōu)工藝。試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表3～4。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果表

表4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果表

（續(xù)表）

利用Design-Expert 13 軟件對回歸方程進(jìn)行運(yùn)算，得到響應(yīng)面回歸方程Y=85.96+5.76A+2.92B+1.14C+2.12D+2.13AB-1.35AC-1.65AD-0.15BC-0.925BD-1.48CD-11.55A2-7.19B2-1.81C2-2.49D2。

圖5 為各單因素對酸奶感官評分響應(yīng)面圖。由圖5 可知，在試驗(yàn)水平范圍內(nèi)，因素AB 之間的交互作用對黑芝麻枸杞酸奶感官評分的影響特別顯著，等高線比較陡峭且密集。相反，因素CD 對感官評分的影響不顯著，隨著因素水平的增加，感官評分幾乎沒有發(fā)生太大的變化，像一個平面，此結(jié)果與方差分析結(jié)果一致。

圖5 各單因素對酸奶感官評分響應(yīng)面圖

4 結(jié)論

以黑芝麻、枸杞、鮮牛奶為原料，通過單因素及響應(yīng)面分析可知，黑芝麻枸杞酸奶的最佳工藝條件：復(fù)合粉添加量為10.76%，白砂糖添加量為2.36%，發(fā)酵時間為7.27 h，發(fā)酵菌粉接種量為0.21%，此時感官評分為86.9。此時的酸奶具有黑芝麻奶香味及枸杞清香，保健功能豐富。