响应面法对酸奶冰淇淋配方的优化

李松林

（淮阴工学院生命科学与化学工程学院食品工程系，江苏淮安223003）

酸奶冰淇淋是以牛乳为主要原料，用乳酸菌发酵制成酸奶，在此基础上添加奶粉、奶油、稳定乳化剂等，经均质、老化、凝冻制成的含活性乳酸菌的健康保健型冰淇淋。它具备了酸奶和冰淇淋的双重特点，既使传统冰淇淋在营养价值和口感上更进一步，又克服了酸奶货架期短的缺点[1]。在-18 ℃下，乳酸菌处于休眠状态不会继续发酵，保质期可达6 个月，但乳酸菌一旦进入人体则会复活，能继续生长繁殖而发挥它的保健功能，因而有广阔的市场前景[2]。虽然国内外已开展酸奶冰淇淋的研究，但是对于其配方的优化探索鲜见报道。

本实验采用中心组合设计和响应面分析法对酸奶冰淇淋的配方进行了优化研究，旨在通过配料的优化，为工业化生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

鲜牛乳：淮安市郊区天然牧场提供；奶油：光明乳业；嗜热链球菌（Streptoccus thermophilus，St）、保加利亚乳杆菌（Lactobacillius bulgaricus，Lb）：由淮阴工学院生化学院食品工程实验室保藏；蔗糖（黄原胶，瓜尔豆胶，单硬脂酸甘油酯）、稳定剂：食品级。

1.2 酸奶冰淇淋的制备工艺流程

1.3 操作要点

1.3.1 酸奶制备要点

按照搅拌型酸奶生产工艺，杀菌条件100 ℃，冷却到40 ℃，接入菌种，发酵至pH3.5～4.0 时，停止发酵，此时溶液的酸度较一般酸奶的酸度大，可用来增加冰淇淋的风味[3]。

1.3.2 原料混合、配制

稳定剂（黄原胶、瓜尔豆胶、蒸馏单硬脂酸甘油酯）按1 ∶2 ∶1 的比例混合，先用水浸泡使其充分分散、溶胀，与少量糖混合后，再加入适量热水溶解。糖、奶油等用50 ℃～60 ℃的热水溶解，溶解过程中要不断搅拌。

1.3.3 杀菌

杀菌温度80 ℃～85 ℃，杀菌时间10 min～15 min。

1.3.4 冷却

为保证产品中的活性乳酸菌数，物料必须冷却至40 ℃～45 ℃左右[4]。

1.3.5 均质

均质压力20 MPa～25 MPa，温度40 ℃～45 ℃。

1.3.6 老化、凝冻和硬化

4 ℃下老化6 h，有利于凝冻搅拌时提高膨胀率。在凝冻过程中要保持合适的进气量，以免物料凝冻成冰。凝冻后的冰淇淋立即根据需要灌注到不同的容器中成型，放入低温（-25 ℃）下硬化，从而固定冰淇淋的组织状态和保持硬度[5-6]。

1.4 实验设计

1.4.1 单因素试验

分别考察影响产品品质和风味的主要原料：酸奶添加量、奶油添加量、白砂糖添加量及复合稳定剂添加量对感官评定的影响。

1.4.2 酸奶冰淇淋的配方优化

在单因素试验结果的基础上，采用中心组合设计和响应面分析法对酸奶冰淇淋的配方进行优化。试验因素及水平选取见表1。

表1 酸奶冰淇淋配方优化试验的因素与水平Table 1 Factors and levels of the optimization experiment of the formula

1.5 感官评定标准

根据产品的色泽、口感、风味、组织状态和膨胀率等进行综合评定，样品随机提供给10 位有经验的评审员，分别打分，取平均分为综合评分。评分标准如表2所示。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 酸奶添加量对产品品质的影响

酸奶添加量对产品品质的影响，结果见图1。

由图1 可知，随着酸奶添加量的增加，酸奶冰淇淋感官评定总评分先大后小，在添加量50%时总评分最高。因此，酸奶冰淇淋研制的最佳酸奶添加量为50%。当酸奶添加量大于50%时，由于脂肪的降低，会导致膨化率降低，且产品的组织结构中出现冰晶而变得粗糙，最终致使感官评分降低[5]。

表2 酸奶冰淇淋感官评定表Table 2 Standard of sensory evaluation of yogurt ice cream

2.1.2 奶油添加量对产品品质的影响

奶油添加量对产品品质的影响，结果见图2。

由图2 可知，随着奶油添加量的增加，酸奶冰淇淋感官评定总评分先大后小，在奶油添加量为10%时总评分最高。因此，酸奶冰淇淋研制的最佳奶油添加量为10%。

2.1.3 蔗糖添加量对产品品质的影响

蔗糖添加量对产品品质的影响，结果见图3。

蔗糖不仅能赋予冰淇淋甜，同时可使产品具有细腻的组织结构，还能降低产品凝冻温度。由图3 可知，随着白砂糖添加量的增加，酸奶冰淇淋感官评定总评分先大后小，在白砂糖添加量为15%时总评分最高。因此，酸奶冰淇淋研制的最佳白砂糖添加量为15%。

2.1.4 复合稳定剂添加量对产品品质的影响

复合稳定剂添加量对产品品质的影响，结果见图4。

由图4 可知，随着复合稳定剂添加量的增加，酸奶冰淇淋感官评定总评分先大后小，在复合稳定剂加量为0.7%时总评分最高。因此，酸奶冰淇淋的最佳复合稳定剂添加量为0.7%。

2.2 中心组合设计及响应面法优化酸奶冰淇淋配方

酸奶冰淇淋配方的回归正交设计试验方案与结果如表3 所示。

利用Design-expert 软件对表3 数据进行回归拟合，得到感官评分值Y 与自变量X1、X2、X3和X4的二次回归方程为：Y=85.51+3.86X1+5.44X2+2.78X3+4.52X4- 2.57X1X2+ 0.80X1X3- 1.30X1X4- 0.76X2X3-0.0.87X2X4-3.12X3X4-2.04X12-3.88X22-3.95X32-4.77X42。对该模型进行的方差分析及显著性检验结果见表4。

表3 酸奶冰淇淋配方的回归正交设计试验方案与结果Table 3 The program and results of orthogonal experiment of the yogurt ice cream formula

表4 响应面试验方差分析Table 4 Variance analysis of response surface test

由表4 可知，酸奶添加量（X1）、奶油添加量（X2）、白砂糖添加量（X3）及复合稳定剂添加量（X4）及其二次项，以及各因素之间的交互作用（X1X2、X3X4）对感官评分值的影响均在显著水平以上。因变量与自变量之间的多元回归关系是高度显著的（复相关系数R2= 0.960 5），该模型对Y 值变化的描述程度为96.05 %，且失拟性检验结果为不显著，表明试验设计结果可靠。

图5 和图6 中的响应面及其等高线图形较好地描述了酸奶添加量（X1）、奶油添加量（X2）、蔗糖添加量（X3）及复合稳定剂添加量（X4）对酸奶冰淇淋配方的感官评分值的影响。

由等值线图可知，拟合面感官评分最高值存在，即各因素都有一个对应的最适值。由图5 可知，酸奶添加量和奶油添加量交互作用显著，当奶油添加量保持一定时，随着酸奶添加量的增加，感官评分值增加。在图6 中，当复合稳定剂添加量保持一定时，随着蔗糖添加量的增加，感官评分值先增加后降低，感官评分最高值达到83.3。

由此可知，产品感官评分值与上述4 个因素均存在对应关系。由Design-expert 软件分析得出各因素最优水平组合为：X1=51%，X2=10.8 %，X3=15.6 %，X4=0.71%，Y=89.2。在该条件下重复三次实验，平均感官评分值为88.2，误差为1.12%。这说明采用五因素二次回归正交组合设计寻求的最佳工艺条件是可行的。

3 结论

采用中心组合设计和响应面分析法，得到酸奶冰淇淋的最佳配方：酸奶添加量51%、奶油添加量10.8%、蔗糖添加量15.6%、复合稳定剂添加量0.71%，此时产品的感官评分值为89.2。

[1] 吕兵,章军.酸奶冰淇淋的研制[J].食品工业科技,1998(4):33-34

[2] 刘学浩,王琪,孙强,等.冷冻酸奶生产工艺的研制[J].食品科技,2004(1):67-69

[3] 侯振建,杜海丽.酸奶冰淇淋的配方及工艺条件[J].食品与机械,2003(6):37-38

[4] 高云,李杰,张彧,等.黑甜玉米酸奶冰淇淋的研制[J].食品科学,2006,27(10):673-676

[5] 张红兵,赵士豪,马同锁,等.香椿咖啡冰淇淋的制作[J].食品与药品,2006,8(3):53-55

[6] 鄂卫峰.大豆益生酸奶冰淇淋的研制[J].乳业科学与技术,2006(3):118-120