響應(yīng)面法優(yōu)化蘋果黑枸杞復(fù)合酸奶工藝及抗氧化活性研究

張文艷，李俊杰，楊一甜，李茂東，阮蘇夢， 趙仲霞

（1.昭通學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，云南昭通 657000；2.云南三鑫職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)藥健康學(xué)院，云南文山 663000）

在原味酸奶的基礎(chǔ)上，將昭通蘋果和藥食同源的黑枸杞添加到生牛乳中，將白砂糖替換為多元糖醇類物質(zhì)木糖醇[5]。通過單因素試驗和響應(yīng)面法優(yōu)化試驗確定蘋果黑枸杞復(fù)合酸奶最佳制備工藝，并對酸奶的理化和微生物指標(biāo)及抗氧化活性進行研究[7]。蘋果黑枸杞木糖醇酸奶的制備，不僅為酸奶的多樣性增添了新的活力，而且也為開發(fā)更加健康、營養(yǎng)豐富的復(fù)合酸奶產(chǎn)品提供了重要的理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

昭通紅富士蘋果、寧夏黑枸杞、全脂乳粉、木糖醇、菌種（保加利亞乳酸桿菌∶嗜熱鏈球菌=1∶1）、飲用水、D -異抗壞血酸鈉（食品級）、檸檬酸（食品級）、L -抗壞血酸、DPPH 自由基與羥自由基清除能力試劑盒、無水乙醇、甲醇、鄰菲羅啉、硫酸亞鐵。

1.1.2 儀器與設(shè)備

恒溫培養(yǎng)箱、均質(zhì)機、酶標(biāo)儀、pH 計、高速冷凍離心機等。

1.2 試驗方法

原料處理→加蘋果汁→加黑枸杞汁→加木糖醇→調(diào)配→均質(zhì)、殺菌→冷卻→接菌→發(fā)酵→灌裝→冷藏→成品。

1.2.1 單因素試驗

根據(jù)預(yù)試驗結(jié)果，發(fā)酵時間為4 h，發(fā)酵溫度為42 ℃，各因素的添加量以菌種（保加利亞乳酸桿菌∶嗜熱鏈球菌=1∶1）、原料乳、蘋果果汁及黑枸杞粉總質(zhì)量100%計[20]。

（1）黑枸杞汁添加量對酸奶品質(zhì)的影響。在添加蘋果果汁12%，木糖醇7%及菌種7.0%的前提下，以8%，10%，12%，14%，16%的黑枸杞果汁添加量進行發(fā)酵處理，并對產(chǎn)物進行感官評分。

（2）蘋果果汁添加量對酸奶品質(zhì)的影響。在黑枸杞汁、木糖醇、菌種的添加量分別為12%，7.0%，7.0%。在這種條件下，對蘋果果汁添加8%，10%，12%，14%，16%進行發(fā)酵處理，并對產(chǎn)物進行感官評分。

（3）菌種添加量對酸奶品質(zhì)的影響。在蘋果汁、黑枸杞汁和木糖醇的添加量分別為12%，12%，7%的情況下，選取了4.0%，5.0%，6.0%，7.0%，8.0%不同菌種添加量對酸奶進行發(fā)酵，并對產(chǎn)物進行感官評分。

（4）木糖醇添加量對酸奶品質(zhì)的影響。在蘋果果汁添加量12%、黑枸杞果汁添加量8%和菌種添加量7.0%的基礎(chǔ)上，分別添加6%，7%，8%，9%，10%的木糖醇進行發(fā)酵處理，并對產(chǎn)物進行感官評分。

1.2.2 響應(yīng)面試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，參陳艾嘉等人[4]響應(yīng)面試驗方法選擇黑枸杞汁添加量（A）、蘋果果汁添加量（B）、菌種添加量（C）、木糖醇添加量（D）4 個因素為自變量，每個因素取3 個水平，以-1，0，1為編碼，采用Design Expert13 軟件設(shè)計四因素三水平的響應(yīng)面分析試驗。

響應(yīng)面試驗因素與水平設(shè)計見表1。

表1 響應(yīng)面試驗因素與水平設(shè)計/%

1.2.3 感官評價

感官評定小組由10 名人員組成，分別對蘋果黑枸杞酸奶的組織狀態(tài)、口感、風(fēng)味和色澤進行感官評分，取平均值作為最終得分，總分為100 分。

酸奶感官評判標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 酸奶感官評判標(biāo)準(zhǔn)

1.2.4 理化及微生物指標(biāo)的測定

按照國標(biāo)對酸奶的酸度[19]、乳酸菌數(shù)[20]、大腸菌群[21]、酵母菌和霉菌[22]、金黃色葡萄球菌[23]、沙門氏菌進行測定[24]。

1.2.5 抗氧化活性測定

通過采用最優(yōu)工藝配比進行制備，用蘋果果汁和黑枸杞汁替換純凈水，將蘋果黑枸杞酸奶與原味酸奶進行含抗壞血酸的陽性對照，比較DPPH 自由基和羥自由基的清除能力。參考趙仲霞等人[19]方法進行DPPH 自由基清除能力和羥自由基清除能力檢測。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采取使用Design Expert13 工具軟件，對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進行處理，對響應(yīng)面進行具體分析。通過采用Graphpad Prism 9.5.0 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

黑枸杞汁添加量對酸奶品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 黑枸杞汁添加量對酸奶品質(zhì)的影響

由圖1 可知，當(dāng)黑枸杞汁添加量為12%時，評分最高。鑒于黑枸杞汁顏色較深，黑枸杞的添加量逐漸增加，原味酸奶的顏色逐漸變深。如果添加量過多或過少，酸奶的口感會偏澀。

蘋果果汁添加量對酸奶品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 蘋果果汁添加量對酸奶品質(zhì)的影響

由圖2 可知，當(dāng)蘋果果汁的添加量為12%時，獲得了最高的感官得分。添加量過少會導(dǎo)致缺乏蘋果的香氣，而蘋果果汁口感為酸性，添加過量會使酸度增加，影響口感。因此，蘋果果汁的最宜添加量為12%。

菌種添加量對酸奶品質(zhì)的影響見圖3。

圖3 菌種添加量對酸奶品質(zhì)的影響

由圖3 可知，接種量為7%時，天然酸奶的口感和口感更符合預(yù)期，芳香物質(zhì)更足，得分最高。接種量過多或過少都會造成發(fā)酵不完全，使天然酸奶難以正常凝固。因此，最適接菌量為7%。

木糖醇添加量對酸奶品質(zhì)的影響見圖4。

圖4 木糖醇添加量對酸奶品質(zhì)的影響

由圖4 可知，木糖醇添加量過少，酸奶基本無甜味，整體味道偏酸，過多則過甜。因此，最適木糖醇添加量為7%。

2.2 響應(yīng)面試驗

2.2.1 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果

以蘋果黑枸杞酸奶的感官評分為響應(yīng)值（Y），選取黑枸杞汁添加量（A）、蘋果果汁添加量（B）、菌種添加量（C）、木糖醇添加量（D）為主要因素的自變量進行響應(yīng)面試驗設(shè)計。

響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果見表3。

表3 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果

2.2.2 響應(yīng)面試驗數(shù)據(jù)處理及數(shù)值分析

利用Design Expert 13 軟件對表結(jié)果進行回歸方程擬合，得到蘋果黑枸杞復(fù)合酸奶的響應(yīng)面回歸方程：

回歸模型的方差分析見表4。

表4 回歸模型的方差分析

對模型進行顯著性檢驗，由表4 可知，F(xiàn) 值為69.86，p 值小于0.000 1，表明該模型極顯著。而失擬項的F 值為3.07，p 值為0.145 6，p 值大于0.05，因此不具備顯著性，說明該模型與實際情況相符，具有統(tǒng)計學(xué)意義。此外，決定系數(shù)R2=0.985 9，表明該模型具有良好的擬合度，試驗誤差較小。C.V=1.47%，說明模型試驗穩(wěn)定性高，證明該模型能夠?qū)μO果黑枸杞復(fù)合酸奶的工藝進行分析和預(yù)測。根據(jù)F值的大小，得出蘋果黑枸杞復(fù)合酸奶感官評分受各因素的影響次序為黑枸杞汁添加量（A）＞蘋果果汁添加量（B）＞菌種添加量（C）＞木糖醇添加量（D）。

2.2.3 多因素交互作用響應(yīng)面分析

為了排除重復(fù)性的干擾，利用Design Expert 13軟件對回歸方程進行了計算，制作了2 個交互項之間的響應(yīng)面圖。

AB、AC、AD、BC、BD 和CD 因素之間對感官評分交互影響的響應(yīng)面圖見圖5。

圖5 AB、AC、AD、BC、BD 和CD 因素之間對感官評分交互影響的響應(yīng)面圖

由圖5 可知，在選擇的水平范圍內(nèi)，因素AC、AD、BC 和BD 之間的交互作用對于蘋果黑枸杞酸奶的感官評分都存在相似的影響，隨著因素水平的提高，感官評分先有所升高，然后達到最大值，再隨著水平的增加而降低，呈現(xiàn)最大的響應(yīng)值。黑枸杞汁和蘋果汁添加量之間交互作用較弱，等高線為圓形，對蘋果黑枸杞酸奶品質(zhì)的影響不顯著。黑枸杞汁添加量和蘋果果汁添加量分別與菌種添加量的交互作用較強，等高線趨近于橢圓，對蘋果黑枸杞酸奶品質(zhì)的影響顯著。

2.2.4 最佳工藝驗證

利用Design Expert 13 軟件對回歸方程進行優(yōu)化分析，得出制作工藝的最佳配方為黑枸杞果汁添加量12%，蘋果果汁添加量12%，菌種添加量7%，木糖醇添加量7%。該工藝條件下進行了3 次平行驗證試驗，感官評分最終達到了86.9 分，與預(yù)測值88.5 分相近。結(jié)果表明，響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果可行，技術(shù)參數(shù)比較可靠。

2.3 復(fù)合酸奶抗氧化活性的測定

不同樣品對DPPH 自由基（a）、羥自由基（b）的清除率見圖6。

圖6 不同樣品對DPPH 自由基（a）、羥自由基（b）的清除率

由圖6 可知，測試樣品包括蘋果黑枸杞復(fù)合酸奶、2 mg/L 維C 及原味酸奶。酸奶具有抗氧化性，其中蘋果黑枸杞復(fù)合酸奶表現(xiàn)較好，DPPH 自由基和羥自由基抗氧化活性強于原味酸奶，但低于2 mg/L的維C。

3 結(jié)論

蘋果黑枸杞酸奶最佳工藝為添加12%黑枸杞汁和12%蘋果果汁，7%菌種和7%木糖醇。該工藝條件下，發(fā)酵得到的酸奶味道醇美、香氣獨特、質(zhì)地細(xì)膩且乳清析出較少。這款酸奶的理化及微生物指標(biāo)均達到了國家規(guī)范的要求，且具有很好的DPPH自由基和羥自由基清除能力。此酸奶包含蘋果、黑枸杞、木糖醇和酸奶的營養(yǎng)成分，非常適合糖尿病患者、兒童、青少年等人群食用，并擁有廣闊的市場前景。