響應(yīng)面法優(yōu)化薏苡仁無(wú)蔗糖酸奶生產(chǎn)工藝

摘要：采用薏苡仁漿替代部分復(fù)原乳，赤蘚糖醇替代蔗糖，制備薏苡仁無(wú)蔗糖酸奶。在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面分析方法，優(yōu)化薏苡仁漿添加量、赤蘚糖醇添加量、發(fā)酵劑添加量的工藝參數(shù)。經(jīng)過(guò)響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，確定薏苡仁酸奶生產(chǎn)的最優(yōu)工藝參數(shù)為：薏苡仁漿添加量24%、赤蘚糖醇添加量4.5%、發(fā)酵劑添加量1.8%。該條件下，薏苡仁酸奶的感官得分為92.1分，酸奶酸度為85oT，乳酸菌數(shù)量為5.75×109 CFU/mL。

關(guān)鍵詞：薏苡仁；無(wú)蔗糖酸奶；響應(yīng)面優(yōu)化；感官評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：TS252.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20240525

基金項(xiàng)目：山西省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（20240778）。

Optimization of production process coix seed sugar-free yogurt by response surface methodology

Shi Shaoqi， Qi Xiangxiang， Xu Yulu， Jia Shifang

（School of Chemical Engineering and Technology， Taiyuan University of Science and Technology， Taiyuan， Shanxi 030000）

Abstract： Coix seed non-sucrose yogurt was prepared by using coix seed pulp instead of partially restored milk and erythritol instead of sucrose. On the basis of single factor test， response surface analysis method was used to optimize the technological parameters of addition amount of coix seed pulp， erythritol and starter. The optimal parameters of coix seed yogurt production were as follows： 24% coix seed pulp， 4.5% erythritol and 1.8% starter culture. Under these conditions， the sensory score of coix seed yogurt was the highest at 92.1， the acidity of yogurt prepared is 85 ° T and the quantity of lactic acid bacteria is 5.75×109 CFU/mL.

Key words： coix seed； sugar-free yogurt； response surface optimization； sensory evaluation

薏苡仁是禾本科多年生草本植物薏苡的種仁，富含蛋白質(zhì)以及人體所需的八種必需氨基酸，其中不飽和脂肪酸亞油酸含量略高于小麥、大米等谷物類，含有薏苡仁酯、薏苡素、薏苡多糖等特殊生理活性成分。薏苡仁的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值在禾本科植物中占第一位，有“世界禾本科植物之王”的美稱，在新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)方面有很大的潛在應(yīng)用價(jià)值，前景廣闊[1-5]。

本實(shí)驗(yàn)將薏苡仁打成漿，替代部分牛奶，并以赤蘚糖醇代替蔗糖，制備一款集營(yíng)養(yǎng)與保健功能于一體的新型薏苡仁無(wú)蔗糖酸奶，并通過(guò)單因素以及響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，探究薏苡仁無(wú)蔗糖酸奶的最佳工藝條件。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

薏苡仁：市售；牛奶：山西古城牛奶乳業(yè)集團(tuán)有限公司；赤蘚糖醇：安徽中弘生物工程有限公司；發(fā)酵劑（科漢森903）：丹麥科漢森股份有限公司；MRS培養(yǎng)基：廣東環(huán)凱微生物科技有限公司；0.1 mol/L氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液、酚酞指示劑：北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司。

1.2 設(shè)備與儀器

SPJ-150L型生化培養(yǎng)箱：常州市頂新實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；BCD-572WDENU1型冰箱：海爾集團(tuán)；DJ12B-DEG1型打漿機(jī)、WT2118型電磁爐：美的集團(tuán)；GJJ-006/40型高壓均質(zhì)機(jī)：北京金洋萬(wàn)達(dá)科技有限公司；FW-80型高速粉碎機(jī)：杭州匯爾儀器設(shè)備有限公司；STKA-HF24J型電烤箱：廣東圣托智能設(shè)備有限公司；JM-A20002型電子秤：慈溪紅鉆衡器設(shè)備有限公司；DHG-9426型恒溫干燥箱：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 薏苡仁無(wú)蔗糖酸奶工藝流程及操作要點(diǎn)[6-10]

原料乳預(yù)處理→調(diào)配→均質(zhì)→殺菌→冷卻→接種→發(fā)酵→灌裝→冷藏后熟。

原料乳預(yù)處理：將薏苡仁在180 ℃下烘烤15 min熟化，將熟化后的薏苡仁以m薏苡仁∶V水= 1∶8的比例進(jìn)行煮制20 min，并打漿處理，過(guò)濾后獲得薏苡仁漿，備用。

調(diào)配：將薏苡仁漿與牛奶、赤蘚糖醇混合均勻。

均質(zhì)：將混合溶液進(jìn)行均質(zhì)，溫度為60 ℃～65 ℃、壓力15～20 MPa。

殺菌：對(duì)均質(zhì)化后的混合乳液進(jìn)行巴氏滅菌（65 ℃、30 min）。冷卻：經(jīng)過(guò)滅菌后，將牛奶迅速降溫到40 ℃ ～42 ℃。接種：在42 ℃下，無(wú)菌接種并均勻攪拌20 min。發(fā)酵：在42 ℃下，發(fā)酵6 h，酸度達(dá)到75～85°T時(shí)即可停止發(fā)酵。

冷藏后熟：將發(fā)酵后的薏苡仁無(wú)蔗糖酸奶迅速冷卻，放入0 ℃～4 ℃的冰箱中，放置24 h冷藏后熟即可。

1.3.2 單因素實(shí)驗(yàn)

薏苡仁漿添加量的單因素實(shí)驗(yàn)：赤蘚糖醇添加量為4%，發(fā)酵劑添加量為1.5%，薏苡仁漿添加量分別為10%、20%、30%、40%、50%，以感官評(píng)分為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定薏苡仁漿的最佳添加量。

赤蘚糖醇添加量的單因素實(shí)驗(yàn)：薏苡仁漿添加量為20%，發(fā)酵劑添加量為1.5%，赤蘚糖醇的添加量分別為1%、2%、3%、4%、5%，以感官評(píng)分為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定赤蘚糖醇的最佳添加量。

發(fā)酵劑添加量的單因素實(shí)驗(yàn)：薏苡仁漿添加量為20%，赤蘚糖醇量添加量為4%，菌種的添加量分別為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%，以感官評(píng)分為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定發(fā)酵劑的最佳添加量。

1.3.3 響應(yīng)曲面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

在單因素的基礎(chǔ)上，以薏苡仁漿添加量、赤蘚糖醇添加量、發(fā)酵劑添加量為自變量，以感官評(píng)分為響應(yīng)值，根據(jù)Box-Benhnken的中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，進(jìn)行三因素三水平實(shí)驗(yàn)，見(jiàn)表1。

1.3.4 薏苡仁酸奶的感官品質(zhì)評(píng)價(jià)

組建感官評(píng)價(jià)小組，對(duì)薏苡仁無(wú)蔗糖酸奶從組織狀態(tài)、滋味、色澤以及氣味等幾方面進(jìn)行打分，感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2[11-13]。

1.3.5 薏苡仁酸奶酸度測(cè)定

根據(jù)GB 5009.239—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品酸度的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定。

1.3.6 薏苡仁酸奶乳酸菌總數(shù)測(cè)定

根據(jù)GB 4789.35—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 乳酸菌檢驗(yàn)》進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 薏苡仁漿添加量對(duì)薏苡仁酸奶感官評(píng)分的影響

由圖1可知，當(dāng)部分薏苡仁漿替代牛奶發(fā)酵后，薏苡仁的風(fēng)味與酸奶相互融合，酸奶的感官品質(zhì)與烘烤后的薏苡仁口感相結(jié)合；當(dāng)薏苡仁漿添加量為20%時(shí)，酸奶凝乳狀態(tài)良好，組織細(xì)膩不分層，既有酸奶特有的發(fā)酵風(fēng)味，又具備焙烤后的薏苡仁特殊的芳香，感官品質(zhì)最好；當(dāng)薏仁添加量超過(guò)20%時(shí)，酸奶口感變差，評(píng)分降低，這可能是由于薏仁添加量過(guò)大導(dǎo)致酸奶組織狀態(tài)較差，薏苡仁味道蓋過(guò)酸奶風(fēng)味有關(guān)[14-15]。因此，薏苡仁漿添加量為20%時(shí)，酸奶感官評(píng)分最高，為88.2分。

2.1.2 赤蘚糖醇添加量對(duì)薏苡仁酸奶感官評(píng)分的影響

由圖2可知，赤蘚糖醇替代部分牛奶發(fā)酵成酸奶后，隨著赤蘚糖醇替代量的增加，酸奶的口感逐漸由偏酸—酸甜可口—偏甜轉(zhuǎn)變。當(dāng)赤蘚糖醇的添加量為4%時(shí)，酸奶口感最好，感官評(píng)分最高，為89.5分。

2.1.3 發(fā)酵劑添加量對(duì)薏苡仁酸奶感官評(píng)分的影響

發(fā)酵劑添加量對(duì)薏苡仁酸奶成品的組織狀態(tài)影響較大，當(dāng)發(fā)酵劑添加量低于0.5%時(shí)，發(fā)酵劑的數(shù)量不足以將薏苡仁漿和牛奶的混合物形成凝乳狀態(tài)，發(fā)酵不成功。當(dāng)發(fā)酵劑添加量大于0.5%時(shí)，酸奶的凝乳狀態(tài)開(kāi)始變好，感官評(píng)分增加；當(dāng)發(fā)酵劑添加量達(dá)到1.5%時(shí)，此時(shí)酸奶的組織狀態(tài)最好，均勻細(xì)膩，組織狀態(tài)良好，酸甜適宜，感官評(píng)分最高，為90.1分（見(jiàn)圖3）；發(fā)酵劑添加量繼續(xù)增大后，酸奶組織狀態(tài)變化不大，但是滋味逐漸變酸，感官評(píng)分開(kāi)始下降[16-17]。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)薏苡仁漿添加量、赤蘚糖醇添加量、發(fā)酵劑添加量3個(gè)單因素的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用Design Expert 8.0軟件對(duì)其進(jìn)行中心組合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，響應(yīng)值為感官評(píng)分，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表3所示。

運(yùn)用軟件對(duì)響應(yīng)值進(jìn)行回歸分析，結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可知，整體模型P<0.01，失擬項(xiàng)不顯著，說(shuō)明該方程對(duì)實(shí)驗(yàn)擬合較好，所選的因素之間存在著顯著的回歸關(guān)系，用此模型可以預(yù)測(cè)薏苡仁漿添加量、赤蘚糖醇添加量、發(fā)酵劑添加量3個(gè)因素的響應(yīng)值，3個(gè)因素對(duì)感官評(píng)分的影響程度為：薏苡仁漿添加量（A）>發(fā)酵劑添加量（C）>赤蘚糖醇添加量（B）。

利用Design Expert 8.0軟件得到各響應(yīng)面三維圖，如圖4～圖6所示。

從圖4～圖6可以觀察到，薏苡仁漿添加量對(duì)感官評(píng)分影響極顯著，發(fā)酵劑添加量對(duì)感官評(píng)分影響顯著。

通過(guò)Design expert 8.0分析預(yù)測(cè)，制備薏苡仁無(wú)蔗糖酸奶的最優(yōu)條件為薏苡仁漿添加量23.95%、赤蘚糖醇添加量4.3%、發(fā)酵劑添加量1.78%，感官評(píng)分為91.8分。

根據(jù)響應(yīng)面預(yù)測(cè)結(jié)果，將條件調(diào)整為薏苡仁漿添加量24%、赤蘚糖醇添加量4.5%、發(fā)酵劑添加量1.8%，進(jìn)行3組平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，其感官評(píng)分平均值為92.1分，與理論預(yù)測(cè)值（91.8分）擬合程度較好。

2.3 薏苡仁酸奶的質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

薏苡仁酸奶成品酸度為85°T，乳酸菌數(shù)量為5.75×109 CFU/mL。

3 結(jié) 論

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，對(duì)薏苡仁漿添加量、赤蘚糖醇添加量、發(fā)酵劑添加量3個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)曲面分析，綜合分析確定的最佳工藝條件為薏苡仁漿添加量24%、赤蘚糖醇添加量4.5%、發(fā)酵劑添加量1.8%。在此條件下，薏苡仁酸奶的感官得分最高92.1分。此工藝優(yōu)化研究為植物基酸奶的開(kāi)發(fā)提供了一定的研究基礎(chǔ)和思路。

參 考 文 獻(xiàn)

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