响应面优化山楂薏仁复合搅拌型酸奶发酵工艺

（福建师范大学闽南科技学院，福建泉州 362332）

响应面优化山楂薏仁复合搅拌型酸奶发酵工艺

谭属琼，谢勇武

（福建师范大学闽南科技学院，福建泉州 362332）

选择营养价值高的薏仁和药食价值高的山楂为材料，将复原乳、白砂糖以及发酵剂按照一定的比例调制而成的酸性奶制品。在单因素实验的基础上，再用响应面实验优化山楂薏仁复合搅拌型酸奶的最佳制备工艺。结果表明：奶粉与纯净水的比例为1∶6，山楂的添加量为5.18%，薏仁的添加量为1.02%，白砂糖的添加量为5.08%，菌种的接种量为0.13%（均为质量分数，下同），发酵时间为4 h，发酵温度为42℃。所制备的山楂薏仁复合搅拌型酸奶组织状态均匀黏稠，色泽光亮，不仅具有醇厚的酸奶味外，还具有独特的薏仁和山楂的风味，口感爽口，酸甜适中，是一款风味优质及饱含丰富营养价值的酸奶。

薏仁；山楂；酸奶；响应面法

0 引言

以具有独特风味的薏仁、山楂和牛奶为主要原料进行发酵，制成一款具有独特风味和高营养价值的山楂薏仁复合搅拌型酸奶。酸奶[1]中的乳酸菌对食物消化吸收有重要作用[2]，可缓解便秘[3]，控制并缓解体内的毒素[4]，还能有效地延缓衰老[5]。山楂对人体的心血管疾病有多方面药理作用[6]，还可助消化、增强食欲、消食健胃[7]，其还对散瘀止血，安神防暑及防癌抗癌等[8]具有重要的作用；薏仁中的VB和VE具有美容抗衰老的作用，还可清除色斑、粉刺等，对脚气病的防治有较好的效果[9]；牛奶营养丰富，其含有丰富的矿物质，且钙磷比例非常适当，利于钙的吸收。在单因素试验的基础上利用响应面优化工艺，最终确定最优工艺，通过该工艺制备的产品在一定程度满足了消费者的需求，并丰富了奶制品的市场。

1 实验

1.1原料

新鲜山楂，白砂糖，雀巢全脂奶粉，纯净水（均为市售）。真空包装的薏仁，菌种（保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌）。

1.2设备

JJ600型电子天平，JYZ-D525九阳打浆机，WK2102型电磁炉，ET-D8型封杯机，SPX-150B-Z型生化培养箱，100目标准检验筛，PHS-3型pH计，DKL(FC)型远红外电热食品烤炉，NDJ-1旋转式黏度计，BCD-256KF型海尔电冰箱。

1.3方法

1.3.1 山楂薏仁复合搅拌工艺流程

图1为山楂薏仁复合搅拌型酸奶的制备工艺流程。

1.3.2 操作要点

（1）薏仁的预处理。将合格薏仁洗净、浸泡5 h、然后蒸制40 min、80℃烘干、粉碎至100目过筛即可。

图1 山楂薏仁复合搅拌工艺流程

（2）山楂浆的制备。将挑选好的山楂洗净，去核去柄去花萼，先蒸制再切块、打浆，最终制成山楂酱。

（3）复原乳的制备。将雀巢全脂奶粉与纯净水按一定比例混合，搅拌均匀，不结块，得到复原乳。

（4）杀菌处理。将复原乳在100℃的条件下煮沸5 min，按比例加入薏仁粉和粉碎的白砂糖，一起杀菌，并不断的搅拌，直至混合均匀。

（5）发酵处理。边冷却边搅拌到温度40℃左右，以防结皮，加入适量发酵剂，搅拌均匀，再灌装密封，置于适宜温度下发酵数小时，并观察其状态，当发现酸奶呈较粘稠态时，停止发酵。

（6）冷藏后熟。待酸奶呈凝固状态后，加入杀菌后的山楂浆搅拌均匀，置于2～7℃的冰箱内，冷藏后熟12h，即可饮用，并进行感官评价。

1.3.3 产品的质量指标的测定

1.3.3.1 感官评分标准

随机选取10～15名专业人员组成评价小组，对山楂薏仁复合搅拌型酸奶的组织状态，口感，色泽等方面进行感官评价，并通过认真分析，计算其平均值，评分标准如表1所示。

表1 山楂薏仁复合搅拌型酸奶的感官评定标准

1.3.3.2 理化指标

持水力的测定：使用校正后的低速台式离心机进行测定三次，最终结果取平均值。

黏度的测定：使用校正后的旋转式黏度计进行测定三次，最终结果取平均值。

酸度的测定[10]：取酸乳样品5.0 mL，加入50 mL蒸馏水，混合均匀，滴入2滴酚酞指示剂，用浓度为0.1 mol/L的NaOH滴定至淡粉色，并在1 min不消失，根据消耗浓度0.1 mol/L的NaOH标准溶液的量计算出滴定酸度(°T)，用滴定酸度=20V换算。

pH值的测定[11]：使用校正后的pH计直接进行测定3次，最终结果取平均值。

1.3.3.3 卫生指标

根据细菌总数GB/T 4789.2-2010，采用平板菌落计数法进行细菌总数的测定；根据大肠杆菌GB/T 4789.3-2010，采用大肠菌群平板计数法进行大肠菌群的测定。

1.3.4 单因素试验设计

将奶粉与纯净水按照的比例（质量浓度比为1∶4，1∶5，1∶6，1∶7，1∶8）制备成复原乳，加入薏仁粉（质量分数为0.5%，1%，1.5%，2%，2.5%）和白砂糖（质量分数为3%，4%，5%，6%，7%）；均匀搅拌制成混合乳，经均质杀菌处理后，放凉并加入菌种（0.08%，0.1%，0.12%，0.14%，0.16%），在生化培养箱中（温度为40，41，42，43，44℃）发酵3，4，5，6，7 h；发酵结束后，将山楂酱按质量分数为3%，4%，5%，6%，7%加入凝乳中搅拌均匀；再放入4℃冰箱后熟12 h。最后进行感官评分，确定各因素对山楂薏仁复合搅拌型酸奶的影响。

1.3.5 响应面实验的设计

在单因素实验的基础上，确定试验因素，用响应面分析法优化山楂薏仁复合搅拌型酸奶的工艺，以酸奶感官评分为响应值，确定山楂薏仁复合搅拌型酸奶制备的最佳工艺。

2 结果与分析

2.1单因素实验结果分析

2.1.1 奶粉与水的比例对酸奶的影响

图2为奶粉与水的比例对酸奶的影响。由图2可以看出，奶粉与纯净水的比例在1∶4～1∶6范围内，酸奶感官评分升高，酸奶的组织状态变得更好，酸奶味更加醇厚，山楂和薏仁的香气也越来越凸显；当奶粉与水的比例为1∶6时，感官得分最高，为87分，所制备的酸奶颜色呈明亮的乳白色，酸味醇厚，无沉淀物质；而比例在1∶6～1∶8范围时，酸奶凝乳状态变差，奶味不足，酸奶感官评分反而下降。随着奶粉与纯净水的比例的变化，酸奶的感官评分相对其他变量作用较小，因此，奶粉与水的比例固定为为1∶6。

图2 奶粉与水的比例对酸奶的影响

2.1.2 山楂添加量对酸奶的影响

图3为山楂添加量对酸奶的影响。由图3可以看出，酸奶感官评分在山楂的添加量为3%～5%范围内增加而升高，酸奶的口感增加，山楂独特的香气越来越凸显；当山楂的添加量达到5%时，感官得分最高，所制备的酸奶有山楂独特的香气，与薏仁和酸奶的香气相协调，组织状态均匀，无沉淀现象；当山楂的添加量超过5%时，山楂的酸味过于强烈，掩盖了酸奶和薏仁的风味，感官得分随着品质的下降而下降。因此，山楂添加量以5%左右为宜。

图3 山楂添加量对酸奶的影响

2.1.3 薏仁添加量对酸奶的影响

图4为薏仁添加量对酸奶的影响。由图4可以看出，酸奶的感官评分在薏仁添加量为0.5%～1%范围内增加而升高，酸奶的口感和风味变得更好，薏仁独特的香气凸显；当薏仁的添加量达到1%时，感官得分最高，为88分，酸奶有薏仁独特的香气，口感丝滑，且不掩盖酸奶的香气；但在薏仁添加量超过1%时，酸奶色泽渐渐变暗，口感也越来越粗糙，有分层的现象，感官评分反而下降。因此，薏仁添加量以1%左右为宜。

图4 薏仁添加量对酸奶的影响

2.1.4 白砂糖添加量对酸奶的影响

图5为白砂糖添加量对酸奶的影响。由图5可以看出，白砂糖的添加量在3%～5%范围内，酸奶感官评分升高，酸奶爽口舒适，酸甜度比例更好；当白砂糖的添加量为5%时，此时的酸奶感官得分最高，为90分，酸奶酸味醇厚，甜度充足，风味柔和，黏稠度适中；但当白砂糖的添加量超过5%时，酸奶酸味不足，偏甜，随着风味下降，感官评分随着下降。因此，白砂糖的添加量以5%左右为宜。

2.1.5 菌种接种量对酸奶的影响

图6为菌种接种量对酸奶的影响。由图6可以看出，当菌种的添加量在0.08%～0.12%范围内，感官评分升高，酸奶的风味增加，口感更舒适；当菌种的接种量为0.12%时，感官得分最高，为89分，所制备的酸奶酸度醇厚，黏稠度适中，组织状态稳定，无沉淀；当菌种的添加量超过0.12%时，酸奶酸味过于刺激，有分层和乳清析出现象。因此，酸奶的菌种接种量以0.12%左右为宜。

图5 白砂糖添加量对酸奶的影响

图6 菌种接种量对酸奶的影响

2.1.6 发酵时间对酸奶的影响

图7为发酵时间对酸奶的影响。由图7可以看出，酸奶的感官评分在2～4 h范围内随发酵时间的增加而升高，酸奶的风味和口感增加，组织状态均匀黏稠度更好，且无乳清析出；当酸奶发酵时间为4 h时，酸奶的感官得分最高，为84分，所得产品黏稠度好，酸甜度适中，无分层现象；当发酵时间超过4 h时，黏稠过度，酸味刺激，口感较差，酸奶的感官得分随酸奶的品质减弱而下降。随着发酵时间的变化，酸奶的感官评分相对于其他变量作用相对较小，因此，酸奶的发酵时间固定在4 h。

图7 时间对酸奶的影响

2.1.7 发酵温度对酸奶的影响

图8为发酵温度对酸奶的影响。由图8可以看出，当酸奶的发酵温度在40～42℃的范围内，酸奶感官评分升高，口感润滑，风味增加；当酸奶的发酵温度为42℃时，酸奶的感官得分最高，为86分，在适宜的温度下，菌种生长较旺盛，所制备的酸奶组织状态稳定，酸甜适中，无乳清分离现象；当酸奶的发酵温度高于42℃时，菌种的生长受到抑制，产酸缓慢，酸味不够醇厚，有分层现象，使得感官得分降低。由于发酵温度变化不大，酸奶的感官评分相对于其他变量作用相对较小，因此，酸奶的发酵温度固定为42℃。

图8 温度对酸奶的影响

2.2响应面模型的建立及回归方程的分析

通过Design-expert软件设计4因素3水平实验[12]，共设计29个关键点，其中24个析因点，5个为零点，以零点估计误差，通过感官评价来确定29组试验中的酸奶的最佳工艺。响应面试验因素水平表见表2所示，山楂薏仁复合搅拌型酸奶的因素水平和试验结果见表3。对本模型进行回归方程方差分析结果见表4。

表2 响应面试验因素水平 %

利用Design-Expert软件，由根据表3的数据处理后，进行二次多元回归拟合[13]，A、B、C、D为变量的编码值，Y为得到山楂薏仁复合搅拌型酸奶的感官评分。回归方程为 Y=95.8+5.07A+0.83B+3.30C+ 4.92D-0.22AB-1.90AC-3.43AD+.43BC-0.20BD-3.38CD-9.79A2-7.84B2-11.02C2-5.37D2。

根据表4的数据分析出，一次项的山楂的添加量（A）、薏仁的添加量（B）、白砂糖的添加量（C）、菌种的添加量（D）及其四者的二次项和各因素之间的交互作用（AC、AD、CD）对感官评分的分值（P＜0.05）均为显著水平，表明回归方程结果可靠。而失拟项（P= 0.9897＞0.05），为不显著，表明了模型的相对误差较小。由主要因素A、B、C、D的各F值可知，各个因素对山楂薏搅拌型酸奶的感官品质影响的顺序为：山楂的添加量＞菌种的添加量＞白砂糖的添加量＞薏仁的添加量。

表3 响应面试验结果 %

2.3多种因素交互作用的响应面图分析

通过Design-Expert分析得到山楂薏仁复合搅拌型酸奶响应面分析图，图9至图14为交互因素对响应面值的响应曲面及等高线图[14]。

由图9可以看出，随着山楂和薏仁的添加量增加，酸奶的感官评分也随之升高，当山楂和薏仁的添加量达到某一水平时，酸奶的感官评分达到最大值，随后呈下降趋势。等高线图呈圆形，说明山楂和薏仁添加量的交互作用弱。山楂添加量的变化趋势快于薏仁添加量，说明山楂添加量比薏仁添加量对酸奶的感官评分的影响相对显著。

由图10可以看出，随着山楂和白砂糖的添加量增加，酸奶的感官评分也随之升高，当山楂和白砂糖的添加量达到某一水平时，酸奶的感官评分达到最大值，随后呈下降趋势。山楂添加量比白砂糖添加量的曲面陡，说明山楂的添加量对酸奶的感官评分影响更加显著。等高线图呈椭圆形，说明山楂和白砂糖添加量的交互作用较强，等高线沿山楂添加量轴向白砂糖添加量轴密集说明山楂添加量比白砂糖添加量对酸奶的感官评分影响更为显著。

表4 响应面试验回归方程方差分析

图9 山楂和薏仁的添加量对交互作用的响应面和等高线

图10 山楂和白砂糖的添加量对交互作用的响应面和等高线

图11 山楂和菌种的添加量对交互作用响应面和等高线

由图11可知，随着山楂和菌种的添加量增加，酸奶的感官评分也随之升高，当山楂和菌种的添加量达到某一水平时，酸奶的感官评分达到最大值，随后呈下降趋势。等高线图接近椭圆形，说明山楂和菌种添加量的交互作用较强，山楂添加量的变化趋势快于菌种添加量，说明山楂添加量比菌种添加量对酸奶的感官评分的影响更为显著。

图12 薏仁和白砂糖添加量对交互作用的响应面和等高线

由图12可以看出，随着白砂糖和薏仁添加量的增加，酸奶的感官评分也随之升高，当白砂糖和薏仁的添加量达到某一水平时，酸奶的感官评分达到最大值，随后呈下降趋势。等高线图呈椭圆形，说明薏仁和白砂糖添加量的交互作用强。等高线沿白砂糖添加量轴向薏仁添加量轴密集，说明白砂糖添加量比薏仁添加量对于酸奶的感官评分影响更加显著。

图13 薏仁和菌种添加量对交互作用的响应面和等高线

由图13可以看出，随着薏仁和菌种添加量的增加，酸奶的感官评分也随之升高，当薏仁和菌种的添加量达到某一水平时，酸奶的感官评分达到最大值，随后呈下降趋势。等高线图呈圆形，说明薏仁和菌种添加量的交互作用弱，对酸奶的感官评分影响不显著。菌种添加量的变化趋势明显快于薏仁添加量，说明菌种添加量比薏仁添加量对于酸奶的感官评分影响更加显著。

图14 白砂糖和菌种添加量对交互作用的响应面和等高线

由图14可以看出，随着白砂糖和菌种添加量的增加，酸奶的感官评分也随之升高，当白砂糖和菌种的添加量达到某一水平时，酸奶的感官评分达到最大值，随后呈下降趋势。菌种的添加量比白砂糖添加量的曲面陡，说明山楂的添加量对酸奶的感官评分影响更加显著。等高线图呈椭圆形，说明白砂糖和菌种添加量的交互作用较强，对酸奶的感官评分影响显著。

综上所述，山楂的添加量和菌种的添加量对山楂薏仁复合搅拌型酸奶的影响较为明显，而薏仁的添加量和白砂糖的添加量对山楂薏仁复合搅拌型酸奶的品质影响比较小。根据等高线图中的密集程度以及图形是否趋近于圆形或者椭圆形[15]，最终判断出山楂薏搅拌型酸奶的感官品质影响的顺序为：山楂的添加量＞菌种的添加量＞白砂糖的添加量＞薏仁的添加量。利用回归模型预测山楂薏仁复合搅拌型酸奶的最佳工艺条件为：山楂的添加量为5.18%，薏仁的添加量为1.02%，白砂糖的添加量为5.08%，发酵剂的接种量为0.13%，感官评分达到96.81分，为了验证模型的精准性，在最佳优化配方下验证3次制备酸奶，得到实际得分为95.89分，与理论值较接近，说明该模型的拟合程度较好，该工艺可行。

2.4产品质量指标测定结果

感官评价指标：酸奶呈光亮的乳白色，口感润滑，具有浓郁的酸奶的香气，同时带有薏仁和山楂独特的香气，黏稠度适中，无分层现象。

理化指标：持水力为54.78%；黏度为1 550 mPa·s；酸度为85°T；pH值为4.68。

微生物指标：细菌总数≤100 mL-1；大肠菌群＜30个/100mL；未检出致病菌。

3 结论

通过单因素试验和响应面优化试验，确定了山楂薏仁复合搅拌形式酸奶的最优工艺参数为：奶粉与纯净水的比例为1∶6，山楂的添加量为5.18%，薏仁的添加量为1.02%，白砂糖的添加量为5.08%，发酵剂的接种量为0.13%，发酵时间为4 h，发酵温度为42℃，所得的酸奶持水力为54.78%，黏度为1 550 mPa·s，酸度为85°T，pH值为4.68。最终所制备的山楂薏仁复合搅拌型酸奶组织状态均匀黏稠，色泽光亮，不仅具有醇厚的酸奶味外，还具有独特的薏仁和山楂的风味，口感爽口，酸甜适中。

[1]RAMESH C G.Yoghurt prepared using bulk freeze-dried cultures in buffalo milk[J].Annals of Microbiology,2012(11):353-354.

[2]李向东.长保质期酸奶加工技术的研究[D].内蒙古农业大学,2007：9-12.

[3]杨朔.搅拌型酸奶生产中质量控制体系研究[D].湖南农业大学, 2008：67-69.

[4]PETAR M.Viscosity of stirred yoghurt during storage[J].Mljekarstvo, 2007(4):166-167.

[5]梁茂文,王呈,景莉.酸奶的保健功效及制作方法[J].山西农业,2001(7): 39-40.

[6]肖玫,袁全.山楂的营养保健功能与加工利用[J].中国食物与营养, 2006(7):59-60.

[7]刘家兰,徐晓玉.山楂的药理作用研究进展[J].中草药,2009,69(6): 63-66.

[8]DERYA A.Some physical and chemical propertie of Hawthorn fruit [J].Journal of Food Engineering,2004(11):16-17.

[9]李超敏,豆康宁,张臻.薏仁酸乳的制备工艺[J].饮料工业,2013(12): 9-12.

[10]杨立格,刘珍晶.酸奶品质检测技术及酸奶风味研究现状和发展趋势[J].黑龙江畜牧兽医,2013(12):75-77.

[11]夏世仁,欧国兵,童刚平.影响搅拌型酸奶品质因素的探讨[J].中国奶牛,2007(5):41-45.

[12]赵翾,李红良,伍杏月.响应面法优化红豆酸奶发酵工艺的研究[J].中国食品添加剂,2012(2):107-112.

[13]刘丽媛,钟尉方,陈福杰,等.响应面法优化搅拌型板栗酸奶的加工工艺[J].中国酿造,2012(5):199-202.

[14]马宝胜.响应面方法在多种实际优化问题中的应用[D].北京工业大学,2007(19):133-136.

[15]白卫东,沈棚,钱敏,等.响应面优化花生酸奶发酵工艺研究[J].中国乳品工业,2012(4):12-14.

Optimization of fermentation process of hawthorn and coix seed compound stirring yoghurt by response surface methodology

TAN Shuqiong,XIE Yongwu
(Fujian Normal University,Minnan Science and Technology Institute,Quanzhou 362332,China)

The choice of materials for the high nutritional value of coix seed food and medicine with high value of hawthorn,milk,white sugar,and the fermentation agent are prepared in accordance with a certain proportion.On the basis of single factor test,then the response surface experiment to optimize the hawthorn and coix seed compound stir yogurt the best preparation process.The results showed that the proportion of milk powder and pure water was 1∶6,hawthorn 5.18%,coix seed 1.02%,sugar 5.08%,the amount of strain 0.13%,fermentation time 4 h,fermentation temperature is 42℃.Compound stirred yoghurt prepared by hawthorn and coix seed,uniform texture thick, bright color,not only has the mellow taste of yogurt,also has a unique coix seed and hawthorn flavor,refreshing taste,sweet and sour moderate is a flavor quality and contains rich nutritional value of yogurt.

coix seed;hawthorn;yogurt;response surface methodology

TS252.54

A

1001-2230（2017）02-0051-06

2016-07-22

谭属琼（1985－），女，讲师，研究方向为农产品加工及贮藏。