凝固型紫甘薯黑芝麻酸奶的配方优化

郑 清，袁呈冰

（盐城工学院化学与生物学院，江苏盐城 224051）

凝固型紫甘薯黑芝麻酸奶的配方优化

郑 清，袁呈冰

（盐城工学院化学与生物学院，江苏盐城 224051）

以紫甘薯和黑芝麻为主要原料，研制凝固型酸奶。在单因素实验的基础上，采用响应曲面法，对紫甘薯黑芝麻酸奶配方参数，即紫甘薯黑芝麻量、接种量、蔗糖用量进行了优化分析。其最佳配方为：黑芝麻粉紫甘薯肉丁用量为1∶4.56，接种量为4.12%，蔗糖用量为7.75%。所制产品为乳白色相间着淡紫色，酸甜适中，不含防腐剂，不添加色素，外观靓丽、味道独特的营养食品。

紫甘薯，黑芝麻，酸奶，响应曲面法

紫甘薯原产于日本九州南部，因其肉质呈紫色至深紫色而得名。紫甘薯含有多种氨基酸和大量药用价值的花青素，花青素被誉为继水、蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、矿物质之后的第七大必需营养素[1－3]。紫甘薯的纤维质含量很高，它能促进肠胃蠕动，改善消化道环境[4－5]。黑芝麻为胡麻科脂麻的黑色种子，又名“胡麻”、“脂麻”，含有大量的脂肪和蛋白质以及糖类、维生素、钙、铁等营养成分[6]。酸奶是以牛乳为原料接入乳酸菌发酵后制成的一种发酵型乳制品。随着酸奶的普及以及消费者营养健康意识不断提高，酸奶由单一特殊风味的饮料向功能性饮料发展。本实验在酸奶中加入紫甘薯和黑芝麻后，不仅具有传统酸奶的优点，而且风味独特，颜色能给人美的享受，还具有保健功能。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

全脂乳粉（雀巢）、紫甘薯、黑芝麻粉、蔗糖、卡拉胶 恩普特生物工程有限公司；琼脂 上海润捷化学试剂有限公司；CMC－Na 国药集团化学试剂有限公司；保加利亚乳杆菌（Lactobacillus bulgaricus）、嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus） 由盐城工学院微生物菌种实验室提供。

GYB30－6D型索式高压均质机 上海东华高匀浆泵厂；250－D型数显生化培养箱 江苏金坛亿通电子有限公司；HJPS－250型恒温培养箱 金坛市精达仪器制造厂。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程 乳粉→复原→加入蔗糖及稳定剂→均质→加入黑芝麻粉和紫甘薯肉丁→搅拌均匀→杀菌→冷却→接种→无菌灌装→保温发酵→冷藏后酵→成品

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 原材料选择 紫甘薯要求品种优良，成熟适度，无杂质、无霉变、无虫蛀；黑芝麻粉要求无杂质、具有自然诱人香味、粉质均匀；糖要求晶粒细小、均匀，颜色洁白，质地绵软。

1.2.2.2 紫甘薯肉丁的制备 紫甘薯洗净、去皮后切成约3mm3肉丁，置于85℃的热水中烫4m in，以防止颜色变暗且杀菌。

1.2.2.3 发酵剂制备 将保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌按1∶1接种于试管培养基中，在42～43℃下活化

12～24h后，保存于0～5℃冰箱中，待菌种恢复活力后逐级进行扩大培养以获得生产发酵剂。

1.2.2.4 调配与均质 将全脂奶粉按12%溶解于水，冲调成复原乳。溶胶：先称取琼脂、CMC－Na（用量分别为0.1%）倒入盛有冷水的烧杯中，搅拌溶解，然后加入0.1%卡拉胶并加热搅拌，使卡拉胶溶化。将复原乳与煮好的胶混合，在60～65℃、压力20MPa左右均质。

1.2.2.5 杀菌和冷却 将黑芝麻粉和紫甘薯肉丁加入均质料液中，搅拌均匀加热到95℃保持5m in，然后冷却到42～45℃。

1.2.2.6 接种发酵 将42～45℃的料液转移到发酵瓶，接种，在42℃下恒温发酵3～4h。

1.2.2.7 冷藏后酵 将发酵后的产品迅速冷却至10℃以下，然后置于0～4℃的环境中后酵24h，经检验合格后即为成品。

1.2.3 单因素实验 选取对紫甘薯黑芝麻酸奶发酵工艺有显著影响的3个因素，即紫甘薯和黑芝麻用量、接种量、蔗糖用量，作对比实验。

1.2.4 响应曲面实验设计 为优选凝固型紫甘薯黑芝麻酸奶的产品配方和发酵工艺，在单因素实验的基础上，根据Box－Behnken的中心组合设计原理进行响应曲面实验设计，通过感官评分得到最佳工艺。紫甘薯和黑芝麻用量、接种量、蔗糖用量分别用X1、X2、X3来表示，并作如下变换：X1=（X－4）/2，X2=（Z－4）/2，X3=（J－7）/1，以3次实验所得感官评定得分的平均值为响应值（Y），实验因素与水平见表1。

表1 响应曲面实验设计因素水平及编码Table 1 Variables and their levels of response surface design

1.2.5 感官评定方法 评分标准：根据样品的组织状态、乳清析出、风味、口感、色泽进行综合评分，以反映样品质量。总分为100分，20人评分，具体的评定方法见表2。

表2 凝固型紫甘薯黑芝麻酸奶的感官评定标准Table 2 The sensory standards of purple sweet potato and black sesame yoghurt

2 结果与分析

2.1 蔗糖用量对酸奶品质的影响

表3 蔗糖用量对酸奶品质的影响Table 3 Effectof differentquantity of sucrose on the quality of yoghurt

从表3得出，当蔗糖添加量为7.0%时甜味适中，因此选择7.0%为最佳。

2.2 紫甘薯肉丁和黑芝麻粉用量对酸奶品质的影响

表4 紫甘薯肉丁和黑芝麻粉用量对酸奶感官品质的影响Table 4 Effectof differentquantity ofpurple sweetpotato pieces and black sesame powder on the sensory quality of yoghurt

从表4得出，当黑芝麻粉和紫甘薯肉丁的用量比为1∶4时，产品的口感与色泽为最佳。

2.3 接种量对酸奶品质的影响

表5 接种量对酸奶感官品质的影响Table 5 Effectof different inoculum on the sensory quality of yoghurt

由表5可看出，当接种量为4%时，酸奶的感官品质较好。

2.4 响应曲面实验

2.4.1 实验结果 Box－Behnken 3因素3水平实验的取值见表6，共15个实验点，实验号1～12是析因实验，实验号13～15是中心实验。这15个实验点可分为析因点和零点，析因点为自变量取值在X1、X2、X3所构成的三维顶点；零点为区域的中心点，零点实验重复3次，用以估计实验误差。每次实验所得的感官评价得分见表6。

2.4.2 模型的建立 利用Design－Expert7.1.6软件对表6中的实验数据进行多元回归拟合，得到感官评定结果对黑芝麻和紫甘薯用量（X1）、接种量（X2）和蔗糖用量（X3）的二次多项回归模型为：Y=93.33－4.38X1+ 2.12X2+2.50X3－0.75X1X2+0.50X1X3+0.50X2X3－9.54－8.54－1.79

2.4.3 响应曲面方差分析 从表7还可看出，多元拟合系数为R2=98.07%，预测R2=76.85%，调整R2=94.58%，说明模型对实验实际情况拟合较好；模型p值表明该模型极显著，可用来进行响应值的预测。根据模型失拟性分析，说明所建立的三元二次回归方程在整个回归空间内的拟合度较好，可用于凝固型紫甘薯黑芝麻酸奶研制条件的模拟估算。对回归方程取一阶偏导数等于零，联立方程组，解得X1=0.28，X2=0.06，X3=0.75，代入前述的变换公式得到黑芝麻和紫甘薯用量为1∶4.56，接种量为4.12%，蔗糖用量为7.75%，按照最佳工艺制作一批紫甘薯黑芝麻酸奶，其口感、风味和口感、组织状态、色泽等都优于其他组。

表6 响应面分析实验设计及结果Table 6 Experimental design and resultof response surface method

表7 响应面方差分析Table 7 ANOVA for response surfacemethod

2.4.4 响应曲面分析 由图1可看出，蔗糖用量固定，凝固型紫甘薯黑芝麻酸奶感官得分随紫甘薯黑芝麻用量的增加而升高，但紫甘薯黑芝麻含量过大时，酸奶的组织状态、口感及风味有一定程度的下降；紫甘薯黑芝麻用量不变时，酸奶感官得分随着接种量的增加出现一定程度的升高，但接种量过大，导致酸奶酸味过量感官得分下降。

当接种量固定时，酸奶感官得分随着蔗糖添加量的增加而升高，但蔗糖添加量过大时，酸奶口感及紫甘薯和黑芝麻特有的风味都有一定程度的下降；当蔗糖添加量不变时，酸奶感官得分随着接种量的增加出现一定程度的升高，但接种量过大，导致酸奶的酸度过高，感官得分下降。

当紫甘薯肉丁和黑芝麻粉含量固定，则酸奶感官得分随蔗糖用量增加而升高，但当蔗糖添加量过大时，酸奶的口感及风味都有一定程度的下降；蔗糖添加量不变，酸奶感官得分随着紫甘薯肉丁和黑芝麻含量的增加出现一定程度的升高，但紫甘薯肉丁和黑芝麻粉加量过大，酸奶在组织状态、口感及风味方面都有所降低。

图1 黑芝麻紫甘薯用量和接种量、黑芝麻紫甘薯用量和蔗糖用量、接种量和蔗糖用量对感官评分交叉影响的三维曲面图Fig.1 Response surface diagram of the effectof quantity of black sesame powder and purple sweet potato and inoculum，atio of black sesame powder to purple sweet potato and the amount of sucrose and inoculum on sensory evaluation score

3 结论

通过单因素实验及3因素3水平响应面法实验，建立了响应值与各因素之间的数学模型，依此模型预测了研制凝固型紫甘薯黑芝麻酸奶的最佳配方。根据此二次回归模型，确定最佳配方为：黑芝麻粉紫甘薯肉丁用量为1∶4.56，接种量为4.12%，蔗糖用量为7.75%。

[1]朱洪梅，韩永斌，顾振新，等.单宁对紫甘薯花色苷的辅色作用研究[J].南京农业大学学报，2006（3）：98-102.

[2]朱洪梅，韩永斌，顾振新，等.大孔树脂对紫甘薯色素的吸附与解吸特性研究[J].农业工程学报，2006，22（5）：153-156.

[3]王建民，王永久.日本川山紫的食用价值及栽培技术[J].陕西农业科学，2005（1）：126-127.

[4]宋照军，张军合，张浩，等.发酵型山药酸奶的生产工艺[J].食品与机械，2002（3）：27-28.

[5]陈华絮，杨素娇.果味黑豆酸奶的研制[J].食品与机械，2006，22（3）：123-125.

[6]梁国新.黑芝麻的药用研究进展[J].中国老年保健医学，2010（5）：23-24.

Optim ization of formula of solidified purp le sweet potato and black sesame yoghurt

ZHENG Qing，YUAN Cheng-bing

（College of Chemistry and Biological Engineering，Yancheng Institute of Technology，Yancheng 224051，China）

Purp le sweet potato and b lack sesame were used as raw materials to conduct solidified yoghurt.The formula of purp le sweet potato and b lack sesame yoghurt were op tim ized by response surface methodology（RSM）based on sing le factor experiments through evaluating the effects of quantity of purp le sweet potato and b lack sesame content，inoculum and the amount of sucrose.The op timum formula was the quantity of b lack sesame powder and purp le sweet potato p ieces 1∶4.56，inoculum 4.12%，sucrose 7.75%.Overall p roduc t was white and white w ith lavender，sweet and sour moderate，no p reservatives，no added color，and it was a nutrition foodstuffw ith beautifulappearance and unique taste.

purp le sweet potato；b lack sesame；yoghurt；response surface methodology

TS252.54

B

1002－0306（2012）09－0295－03

2011－07－07

郑清（1971－），女，本科，副教授，研究方向：保健食品开发研究、生物活性物质分析。