响应面法优化藜麦核桃酸奶发酵工艺研究

李翔，蒋方国，凌云坤，邓杰，徐漪沙，赵钢，2，*

（1.成都大学药学与生物工程学院，四川成都610106；2.成都大学农业农村部杂粮加工重点实验室，四川成都610106）

藜麦（Chenopodium quinoa Willd）是苋科藜属一年生双子叶草本植物[1]，与其他谷物相比，藜籽营养全面且更为丰富，堪称粮食之王[2-4]。食用藜麦可有效防治血脂异常、肥胖症、糖尿病和心血管等疾病[5-8]。核桃（Juglans regia L.），主要营养成分有脂类、糖类、蛋白质，还含有丰富的维生素和矿物质[9-10]，具益智健脑、抗炎消肿、补气养血之功效[11-12]。

现今我国藜麦产业发展迅速，但仍存在加工处理形式较为单一的问题，将藜麦与其他食物以及加工工艺相结合的研究较少。本研究将藜麦浆和核桃浆注入到脱脂牛奶中发酵，将藜麦、核桃的丰富营养与清香风味相结合，研制出更美味、更营养的新型酸奶，旨在为藜麦产品的开发提供新思路，拓宽藜麦产品市场，同时为酸奶的研发生产提供一定理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

藜麦：四川凉山州盐源藜麦；核桃、蔗糖：市售；脱脂灭菌纯牛奶：内蒙古伊利实业集团；安琪酵母酸奶发酵剂8菌型（嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、两歧双歧杆菌、植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、干酪乳杆菌、罗伊氏乳杆菌）：江苏·苏州安琪酵母股份有限公司；氢氧化钠（分析纯）：成都市科龙化工试剂厂；海藻酸钠（分析纯）：河南万邦实业有限公司。

1.2 主要设备

2200A1智能电磁炉：广州半球实业集团公司；C5电子天平：中国·凯丰集团；DGF-4S电热恒温鼓风干燥箱：力辰科技股份有限公司；Scientz-150高压均质机：宁波新芝生物科技股份有限公司；BHS-6型数显恒温水浴锅：宁波市鄞州群安实验仪器有限公司；DHP-600电热恒温培养箱：天津赛得利斯实验分析仪器制造厂。

1.3 方法

1.3.1 核桃藜麦酸奶工艺流程及操作要点

工艺流程：（藜麦浆+核桃浆+蔗糖+海藻酸钠）+脱脂牛奶→均质→灭菌→冷却→接种→发酵→后熟悉→检验。

1）藜麦浆的制备：挑选清洗新鲜饱满的藜麦100 g，加500 mL纯净水常温25℃浸泡1 h至充分润胀并沥干，蒸煮锅内汽蒸15 min至透明膨胀，冷却后以藜麦与蒸馏水的料液比1∶6（g/mL）打浆，过80目筛煮浆，迅速加热至沸保温5 min灭酶并去除表面浮沫[13]，过150目筛留存备用。

2）核桃浆的制备：选取优质无虫害核桃，取仁，于 90℃的烘箱烘45 min，置于浓度为 0.5%的NaOH溶液中，水浴温度70℃，浸泡8 min除去褐色皮层[14]，流动清水漂洗多次，再用温水浸泡2 h，以核桃与蒸馏水的料液比1∶3（g/mL）打浆，过150目筛留存备用。

3）酸奶制备工艺：按照配方量取脱脂牛奶，预热（60℃～70℃）后依次加入藜麦浆、核桃浆、蔗糖等调配均匀，在65℃，20 MPa压力下均质[15]，在水浴温度90℃，15 min条件下进行灭菌处理，待其冷却至（42±1）℃，在超净工作台无菌操作接入菌种并混匀，在42℃条件下恒温培养6 h直至乳液凝固，终止培养，待成品冷至常温后置于4℃冰箱冷藏24 h进行后熟。

1.3.2 藜麦核桃酸奶感官评分的测定

选10名（5男5女）经过训练的感官评定人员，将产品分为3个等级，根据产品的色泽、感官状态、风味和口感等指标进行整体评分，总分为100分。感官评定标准见表1。

1.3.3 理化指标

1）酸度测定：滴定法测定藜麦核桃酸奶的酸度，参考GB 5009.239-2016《食品安全国家标准食品酸度的测定》[16]。

表1 藜麦核桃酸奶感官评定标准Table 1 Sensory evaluation criteria of quinoa walnut yogurt

2）蛋白质测定：凯氏定氮法测定产品蛋白质含量，参考GB 5009.5-2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》[17]。

1.3.4 单因素试验设计

以藜麦核桃酸奶的感官评分为指标，经过预试验，若核桃浆添加量比重大，会使产品涩味明显，风味下降，在魏艳丽等[18]青海藜麦复合型酸乳的工艺基础上进行修改，固定核桃浆添加量10%，发酵温度42℃，研究藜麦浆添加量（10%、15%、20%、25%、30%）、蔗糖添加量（3%、5%、7%、9%、11%）、发酵剂接种量（1%、2%、3%、4%、5%）、发酵时间（4、5、6、7、8 h）、稳定剂添加量（0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%）对藜麦核桃酸奶的品质影响。

1.3.5 响应曲面试验设计

在单因素试验基础上，采用Box-Behnken中心组合设计原理，选取藜麦浆添加量（A）、蔗糖添加量（B）、发酵剂接种量（C）、发酵时间（D）为主要考察因素，以藜麦核桃酸奶感官评分为响应值，进行四因素三水平的分析。试验设计因素与水平设计见表2。

表2 Box-Behnken试验设计因素与水平Table 2 Box-Behnken test design factors and levels

1.4 数据处理

采用Design Expert 8.0.6.1软件对该试验进行数据处理及分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 藜麦浆添加量对酸奶的影响

藜麦浆添加量对酸奶的影响见图1。

图1 藜麦浆添加量对酸奶的影响Fig.1 Effect of adding amount of quinoa pulp on yogurt

将藜麦丰富的营养赋予到酸奶中，同时对酸奶风味、状态等产生影响。当藜麦浆添加量过多时，酸奶会产生不愉快的涩味。由图1可以看出，藜麦浆添加量低于20%，感官评分低，可能是因为藜麦香气被核桃和酸奶的风味掩盖，达不到人体感官阈值；当添加量为20%时，感官评分最高，此条件下制备的酸奶质地均匀，香气协调；当添加量超过20%时，感官评分迅速下降，此时藜麦的苦涩味过于浓重，影响食欲。

2.1.2 蔗糖添加量对酸奶的影响

蔗糖添加量对酸奶的影响见图2。

图2 蔗糖添加量对酸奶的影响Fig.2 Effect of sucrose content on yogurt

在酸奶中加入适量蔗糖，为乳酸发酵提供原料、平衡酸味的同时，还可以提高成品黏度和凝乳状态。由图2可以看出，蔗糖添加量小于7%，感官评分低，此时酸奶甜度和酸度都低，可能是碳源浓度低导致发酸不足，总体口感不够爽滑，状态稀薄，风味不易接受；当添加量为7%时，感官评分最高，此条件下制备的酸奶酸甜适度，黏稠度良好，口感细腻；当添加量超过7%时，酸奶过甜、风味变差、酸奶凝固状态变差。

2.1.3 发酵剂接种量对酸奶的影响

发酵剂接种量对酸奶的影响见图3。

图3 发酵剂接种量对酸奶的影响Fig.3 Effect of inoculated amount of starter on yogurt

安琪酵母酸奶发酵菌是直投式发酵菌，含有多种发酵菌及益生菌，对酸奶的质地、风味有极大改善，对人体也有很大的益处。由图3可以看出，当发酵剂添加量不足3%，感官评分低，酸奶风味口感不佳，可能是发酵基质相对过量，给发酵菌带来负荷，导致酸奶形成差劣；当接种量为3%时，感官评分最高，此条件下制备的酸奶质地细腻、外观良好、凝固性好；当接种量超过3%，酸奶独特的风味过于浓厚，并随着接种量的添加酸奶出现分层和乳清析出过多的现象。

2.1.4 发酵时间对酸奶的影响

发酵时间对酸奶的影响见图4。

图4 发酵时间对酸奶的影响Fig.4 Effect of fermentation time on yogurt

发酵时间对发酵菌的生长有很大影响，发酵开始时有充足的基质给发酵菌的生长提供充分的营养，经过一定时间进入发酵旺盛时期，生长代谢活力慢慢达到最强，进入酸奶形成的最佳时期。由图4可知，发酵时间在4 h～6 h，感官评分持续上升，此期间发酵菌缓慢产酸，pH值下降，酸奶风味得以增加；当发酵时间为6 h时，感官评分最高，此条件下制备的酸奶酸度适中、凝乳良好；当发酵时间过长，酸味过浓，甚至会出现轻微酒味。

2.1.5 海藻酸钠添加量对酸奶的影响

海藻酸钠添加量对酸奶的影响见图5。

图5 海藻酸钠添加量对酸奶的影响Fig.5 Effect of adding amount of sodium alginate on yogurt

海藻酸钠可以增强酸奶凝固性、增加稠度、提高持水性，给予酸奶优异的口感和良好的外观。由图5可以看出，海藻酸钠添加量小于0.2%，感官评分随着添加量增加而逐步上升，但在试验过程中可观察到有大量乳清析出，产品凝乳状态不够好；当添加量为0.2%时，感官评分最高，此时凝固性好，风味清香且乳清析出量极少；当海藻酸钠添加过多，酸奶凝固过度、口感粗糙、甚至会形成硬实的胶体。

2.2 响应面试验结果与分析

2.2.1 响应面试验设计与结果

以藜麦核桃酸奶的感官评分为响应值，选取A、B、C、D 4个主要因素为自变量进行响应面试验设计，进一步优化藜麦核桃酸奶的配方工艺，试验方案与结果见表3。

2.2.2 响应面回归模型的方差分析

采用Design-Expert 8.0.6.1统计软件对表3进行回归拟合与方差分析，得回归方程：Y＝95.40+4.67A-0.17B+4.33C+3.50D-0.25AB-4.00AC-1.75AD-0.25BC+1.00BD-3.25CD-9.78A2-9.03B2-6.03C2-10.78D2。

表3 响应面设计方案与结果Table 3 Results of response surface experiments

回归方程方差分析见表4。

分析表4的数据，其中模型P＜0.0001，该模型极显著。失拟项P＝0.756 7＞0.05，不显著，表明理论与实际较为拟合。方差分析表中，一次项A、C、D和二次项AC、A2、B2、C2、D2对试验的影响均为极显著，二次项CD对试验的影响为高度显著，对试验影响显著的为二次项AD。通过交互项和单项之间的显著水平判断出4个单因素影响藜麦核桃酸奶感官评价分值的顺序为：A＞C＞D＞B，即藜麦浆添加量对感官评价最为显著。同时，复相关系数 R2＝0.984 8，R2adj为 0.969 6，由此可知该模型中的98.48%藜麦核桃酸奶的感官评分变化都是因为自变量。表明此模型预测效果较佳，可以较好反映各因素对酸奶品质的影响。

表4 回归方程方差分析Table 4 Variance analysis of regression equation

2.2.3 多因素交互作用响应曲面分析

由表4可知交互项（AC、AD、CD）对酸奶感官评分的影响较为显著，各因素交互作用响应曲面分析结果如图6所示。

由图6可知，藜麦浆添加量与发酵剂接种量、藜麦浆添加量和发酵时间、发酵剂接种量和发酵时间的交互作用对酸奶品质的影响强烈，但3个响应曲面的陡峭程度有一定差异，总体规律是先增后减。这也充分说明了各交互因素对酸奶影响的显著性之间的差异，其中AC坡面最为陡峭，AD曲线投影面趋于圆形，CD坡度次于AC，底面椭圆程度高于AD，表明交互项显著性程度：AC＞CD＞AD。这与方差分析结果一致。

2.3 验证试验

为验证响应面预测的最佳工艺参数，在实际操作过程下，添加藜麦浆20.9%、蔗糖7.0%、发酵剂接种量3.3%、发酵时间6.1 h，在此条件下验证制备3次酸奶，最终感官评分平均值为95.98分，接近于预测值96.583 5分，说明响应面优化的结果切实可行。

图6 各因素交互作用对酸奶感官评分影响的响应面Fig.6 Response surface of the interaction of factors on the sensory score

2.4 产品质量指标测定结果

1）感官评价指标：色泽均一，具有酸奶的独特香气，同时带有藜麦和核桃的清香，黏稠度适中，酸甜适口，组织状态光滑细腻，无分层现象。

2）理化指标：酸度为 76 °T；蛋白质为 3.03 g/100 g。均满足标准要求。

3 结论

以藜麦、核桃等为原料，制作藜麦核桃新型复合酸奶，通过单因素试验、Box-Behnken响应面优化试验，以感官评分为依据筛选藜麦核桃酸奶的最优工艺参数，结果表明：藜麦浆添加量20.9%、蔗糖添加量7.0%、发酵剂接种量3.3%、发酵时间6.1 h，通过感官试验得到的感官评分较高。在此配方下的藜麦核桃酸奶的成品组织状态光滑细腻，色泽均一，口感细腻，具有酸奶的独特香气，同时带有藜麦和核桃的清香，营养风味俱佳，综合口感良好。且此产品中藜麦、核桃、脱脂牛奶均不含麸质蛋白，可为腹腔病人和小麦过敏患者补足营养；酸奶中还含有多种益生菌，可促进人体新陈代谢，非常适合热爱健身塑形的人群。