响应面法优化大樱桃酸奶的配方

刘 绪，方 艺，张华玲，李 欢，廖 雯，范小兰，韩 静，薛飞龙

响应面法优化大樱桃酸奶的配方

刘 绪，方 艺，张华玲*，李 欢，廖 雯，范小兰，韩 静，薛飞龙

(成都师范学院化学与生命科学学院，成都 611100)

以大樱桃和鲜牛奶为主要原料，经德式保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌生产搅拌型大樱桃酸奶。以酸奶的感官评价、持水率和可溶性固形物含量为考察指标，在单因素试验的基础上，利用响应面分析法对大樱桃酸奶的生产工艺进行研究。结果表明：大樱桃酸奶生产的最优工艺参数为大樱桃汤汁添加量11.39%，大樱桃果粒的添加量6.35%，木糖醇添加量10.71%。初发酵时间为8 h，温度为42 ℃，冷藏后熟的时间为24 h，温度为4 ℃。在此条件下，大樱桃酸奶呈浅粉色，果粒脆甜爽口呈红色且均匀分布。凝乳均匀无杂质，口感细腻润滑，酸奶味香浓，口味协调。感官评分为9.880，理论值9.961与试验值的相对偏差为0.81%。蛋白质、脂肪和非脂乳固体含量分别为2.47、3.06 和8.31 g·100 g-1，各项理化指标均达到国家标准。在研究过程中，解决了大樱桃酸奶褐变，果粒变软的问题，开发的大樱桃酸奶颜色、口感都达到了要求，对于今后大樱桃的加工开发，提供了技术支撑。

大樱桃酸奶；响应面法；工艺；优化

大樱桃，又称甜樱桃、车厘子，是一种生长在高山地区的水果，富含蛋白质、胡萝卜素、多种维生素、铁等多种营养元素，具有较高的营养和药用价值。近年其种植面积逐年扩大，产量不断增加，对高山地区农民增收致富起到了积极作用。

甜樱桃以鲜果销售为主，运输过程很容易导致其品质败坏，造成大量的经济损失，同时由于大樱桃果实的腐烂，滋生了大量的病菌，给大樱桃的生长环境也带来了极大的影响。大樱桃的贮藏保鲜和深加工技术的研究成了关键。孟霞[1]、张宗坤[2]和杨艳芬[3]等研究了大樱桃的保鲜贮藏技术，尽管相关研究采用物理或化学的方式，在一定程度上延长了大樱桃鲜果的市场供应期，但大樱桃成熟高峰期，鲜果滞销问题依然很突出。而针对大樱桃的精深加工的研究相对较少，主要在果酒[4-5]、果汁[6-7]、果酱[8]的加工方面。如邬全喜[4]采用固定化酵母生产工艺，开发出了酒精提取量达14.8%的樱桃果酒；冯志彬等[6]通过对比试验和正交试验，确定生产工艺和樱桃果醋饮料的优化配比，生产出了风味优良的樱桃果汁；王超萍等[8]采用微波热烫技术和真空浓缩法，开发出了具有大樱桃风味的低糖型果酱。这些研究为大樱桃工业化加工提供了一定的理论依据，但还远远不够，目前市面上大樱桃加工产品非常有限。

搅拌型酸奶（瑞士型酸奶）与普通酸奶相比，具有口味多样化、营养更为丰富等特点，更受消费者青睐。目前已有石榴、黄桃、草莓等酸奶的研究[9-11]，而对大樱桃搅拌型酸奶的研究还鲜见报道。樱桃酸奶研究有少量的文献报道[12-15]，如李凤林等[12]通过单因素试验、正交试验确定出配料的整体优化方案，将毛樱桃制成果汁用于酸奶发酵，而甜樱桃榨汁后口感酸涩、褐变等问题突出，采取这种方式制备大樱桃酸奶丢失了大樱桃应有的风味和色泽，失去了商业价值。

本试验前期尝试多种大樱桃预处理方式，如护色、果粒干燥等，多次失败后，找到了相应的处理方法，解决了大樱桃颜色、果粒口感维持的问题。本研究拟采用糖渍方式研究大樱桃搅拌型酸奶制备工艺，开发能保持大樱桃本色及口感的酸奶产品，以期为大樱桃及酸奶产业的发展提供技术支撑和理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

大樱桃：红灯，采自四川汉源县大樱桃种植基地；鲜牛奶：蒙牛乳业股份有限公司（每100 mL含蛋白质3.2 g，脂肪4.0 g，碳水化合物4.8 g）；德式保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌：丹尼斯克（北京）菌种有限公司。

1.2 试验仪器与设备

恒温培养箱，SPX-250L，天津市泰斯特仪器有限公司；电子天平，JA3003，上海良平仪器仪表有限公司；无菌工作台，SJ-CJ-1F，苏州苏洁净化设备有限公司；海尔冰箱，SC-196，青岛海尔特种电冰柜有限公司；高压蒸汽灭菌锅，LDZX-50KBS，上海申安医疗器械厂；电磁炉，ST2105，广东美的生活电器制造有限公司。

1.3 加工工艺流程及要点

1.3.1 糖渍大樱桃加工工艺流程 原料选购→清洗→去梗、去核→护色→烫漂→配汤、灌液→排气、密封→灭菌、冷却→擦罐、保温→检验→储存待用。

1.3.2 糖渍大樱桃工艺操作要点 （1）原料选购。挑选色泽呈鲜红色、外形饱满、大小均匀一致且已成熟的大樱桃，除去病虫伤害，未成熟及有外伤的果子。

（2）清洗。原料挑选后，用清水充分清洗，去掉杂质。

（3）去梗、去核。去除大樱桃梗，并将大樱桃的核去除。

（4）护色。将大樱桃果粒快速放入配好的0.1 mol·L-1的D-异抗坏血酸钠溶液进行护色5～10 min。

（5）烫漂。将大樱桃置于100℃的水中热烫5～10 s，立即拿出放入准备好的灭菌空瓶中。

（6）配汤、灌液。大樱桃按计量装罐，加入汤汁。汤汁组成为：40%～50%蔗糖，25%木糖醇。将预先配好的汤汁在不锈钢锅内烧开，同时过滤，然后将汤汁（80 ℃）注入装有大樱桃的瓶中。

（7）排气、封罐。装罐后因罐中温度达不到要求，要对其进行排气。热力排气时，加热使罐中心温度达到75～80 ℃以上，然后封罐。

（8）杀菌、冷却。常压下10 min、100 ℃灭菌。灭菌后将容器倒置，用水阶段性降温至38 ℃左右，速度越快越好，这样有利于糖渍大樱桃果粒的硬度提高。

（9）擦罐、保温。灭菌后的糖渍大樱桃，立即擦净表面水分，并在27 ℃保温贮藏7昼夜，检验合格后得到大樱桃预处理成品[16]。

1.3.3 大樱桃搅拌型酸奶加工工艺流程

1.3.4 大樱桃搅拌型酸奶工艺操作要点 （1）牛乳预处理。将牛奶用水浴的方式进行巴氏杀菌，按比例加入木糖醇，在加热过程中搅拌至融化，再将牛乳迅速冷却至20 ℃左右。

（2）接种、发酵。在无菌操作台中进行接种，采用德式保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌1∶1混合发酵剂，将发酵剂和大樱桃预处理成品中的汤汁加入灭菌牛乳中，分别倒入各个准备好的灭菌玻璃瓶中，在42 ℃恒温箱中培养8 h左右，发酵时应避免摇晃震动，否则会影响酸奶的组织状态[17]。

（3）搅拌、灌装。将发酵8 h的酸奶降温至10 ℃左右，加入糖渍大樱桃果粒搅拌均匀进行破乳，使凝乳变得更稳定，持水性加强，然后进行灌装。

（4）冷藏后熟。将灌装好的酸奶放入0～4 ℃的食品保鲜陈列柜中冷藏后熟24 h，防止酸奶发酵过度，最终得到大樱桃酸奶成品[18]。

1.3.5 大樱桃酸奶最佳工艺的确定 持水率和感官评分是反映该产品质量的重要指标。以持水率和感官评分为指标，通过单因素试验分别考察大樱桃汤汁、大樱桃果粒和木糖醇添加量对大樱桃搅拌型酸奶的影响。根据单因素试验结果，选取各因素的最佳试验范围，采用响应面分析法对搅拌型大樱桃酸奶的生产条件进行优化。

1.4 试验设计

1.4.1 单因素试验设计 （1）大樱桃汤汁添加量对大樱桃酸奶感官品质的影响。木糖醇添加量为10%，大樱桃果粒添加量为6%，大樱桃汤汁添加量为总质量的6%、 8%、10%、12%和14%，以感官评分为评价指标，研究大樱桃果汁添加量对大樱桃酸奶感官品质的影响。

（2）大樱桃果粒添加量对大樱桃酸奶感官品质的影响。木糖醇添加量为10%，大樱桃果汁添加量为10%，大樱桃果粒添加量为2%、4%、6%、8%和10%，以感官评分为评价指标，研究大樱桃果粒添加量对大樱桃酸奶感官品质的影响。

（3）木糖醇添加量对大樱桃酸奶感官品质的影响。大樱桃果汁添加量为10%，大樱桃果粒添加量为6%，木糖醇添加量6%、8%、10%、12%和14%，以感官评分为评价指标，研究木糖醇添加量对大樱桃酸奶感官品质的影响。

1.4.2 酸奶持水率的测定 将空离心管称质量，质量记为1；取20 mL大樱桃酸奶于离心管中，称质量，质量记为2；4 000 r·min-1离心15 min，去掉上清液，继续将离心管倒置10 min后，立即称质量，质量记为3。按照公式计算持水性：持水率（100%）＝（3–1）/（21）× 100[19]。

1.4.3 可溶性固形物的测定 用手持式折光仪法测定。

1.4.4 响应面试验方法 在单因素试验的基础上，依据Box-Behnken 试验设计原理，以感官评价为响应值，利用Design-Expert.V8.0.6软件，以大樱桃果汁、大樱桃果粒、木糖醇加入量为主要的考察因子（自变量），分别用A、B、C 表示，并以–1、0、1分别代表自变量的高、中、低水平，设计及水平如表1所示[20]。

表 1 Box-Behnken试验设计

1.4.5 理化指标的测定 酸度测定：按照《食品安全国家标准食品酸度的测定 GB 5009.239-2016》中的方法进行测定。

脂肪含量测定：按照《食品安全国家标准食品中脂肪的测定GB 5009.6-2016》中的方法进行测定。

蛋白质含量测定：按照《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定GB 5009.5-2016》中的方法进行测定；乳酸菌含量测定：按照《食品安全国家标准食品微生物学检验乳酸菌检验GB 4789.35-2016》中的方法进行测定；非脂乳固体测定：按照《食品安全国家标准乳和乳制品中非脂乳固体的测定GB 5413.39-2010》中的方法进行测定。

大肠杆菌测定：按照《食品安全国家标准食品微生物学检验GB 4789.3-2016》中方法进行测定。

1.4.6 感官评价 具体见表2所示。

表2 大樱桃酸奶感官品质评分评价[21]

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 大樱桃汤汁添加量对大樱桃酸奶感官品质和持水率的影响 由图1可知，酸奶感官品质随大樱桃汤汁添加量的增加呈先升高后降低的趋势。当添加汤汁量在6%时，酸奶风味较淡，凝乳不太均匀，可能是由于糖分[22]等营养物质不太充足，酸奶质构较差。10%时，所得酸奶的感官品质最高，具有大樱桃独特香味、凝乳好、口感润滑等特点。该试验结果与张书弦等[21]对火龙果果粒酸奶中加入果葡糖浆结果相似，大樱桃酸奶中加入10%大樱桃汤汁，为德式保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌提供了充足的营养物质；超过10%时，酸奶的奶味被大樱桃汤汁所掩盖，虽可溶性固形物含量和持水率在持续上涨，但感官评分降低为7.2分。综合上述分析来看，大樱桃汤汁添加量在8%、10%和12%时，适合进行响应面分析比较，最终得出大樱桃汤汁优化参数。

图1 大樱桃果汁添加量对大樱桃酸奶品质的影响

Figure 1 Effect of the added amount of big cherry juice on the quality of big cherry yoghurt

2.1.2 大樱桃果粒添加量对大樱桃酸奶感官品质和持水率的影响 由图2可知，当大樱桃果粒添加量在2%时，可溶性固形物含量值为10.2，持水率为60.29%均为最低值，此时酸奶中果粒较少且分布不均，奶味较重，感官评分低。随着果粒的添加量的增多，感官评分呈先升高、后降低的趋势。在6%时，感官评分最高为8分，可溶性固形物含量（Brix）值为11.4，持水率为62.3%，均处于一个较好的状态，此时，大樱桃酸奶中红色果粒分布均匀，凝乳均匀，质地较好，口感酸甜适中，果粒脆甜，口味协调，这与胡嘉杰等[23]对蓝莓果粒酸奶中的蓝莓果粒添加量为5%的试验结果相似。大于6%时，酸奶颜色过深，果粒太多导致分布不均匀，且奶味降低几乎没有酸奶味。因此，综合上述分析来看，大樱桃罐头果粒添加量在4%、6%和8%时，适合进行响应面分析比较。

图2 大樱桃果粒添加量对大樱桃酸奶品质的影响

Figure 2 Effect of the added amount of big cherry grains on the quality of big cherry yoghurt

图3 木糖醇添加量对大樱桃酸奶品质的影响

Figure 3 Effect of the added xylitol amount on quality of big cherry yoghurt

表 3 Box-Behnken试验设计及结果

2.1.3 木糖醇添加量对大樱桃酸奶感官品质和持水率的影响 由图3可知，酸奶感官品质随木糖醇添加量的增加，先升高，后降低，持水率和可溶性固形物的含量呈持续上升的趋势。当木糖醇添加量在6%时，酸奶过酸，不太适口，木糖醇的添加量不够使得酸奶甜度不够。12%时，酸奶的感官品质最高，具有大樱桃独特香味，酸甜适口，凝乳较好。该试验结果与周鲜娇等[24]研究的百香果酸奶相似。超过12%时，酸奶的甜度过高，口味不太协调，而此时酸奶组织状态松软，风味不足。这是因为木糖醇不能被德式保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌代谢，有抑制链球菌生长和有机酸的产生从而导致酸奶品质不佳[25]。综合上述分析来看，木糖醇添加量在10%、12%和14%时，适合进行响应面分析比较。

2.2 响应面试验设计结果

2.2.1 回归模型的建立及方差分析 在单因素试验结果的基础上，依据Box-Behnken试验设计原理，以感官评价为响应值，利用Design-Expert.V8.0.6软件对大樱桃汤汁、大樱桃果粒和木糖醇加入量三因素设计响应面法。本试验响应面法共三因素三水平，有17个试验点，包括5个零点和12个析因点。试验结果见表3。

使用软件Design-Expert .V8.0.6，以大樱桃汤汁（A）、大樱桃果粒（B）和木糖醇（C）加入量为响应变量，同时以感官评分为指标值(响应值)，对表3的数据进行分析处理，通过二次多项式拟合(非线性)，得到感官评分(Y值)的目标函数的二次回归方程:

= 9.95 + 0.36+ 0.27+ 0.25+ 0.070+ 0.20–0.40–0.322–0.712–0.482

由表4可以看出，模型值小于0.001，说明该模型极显著。失拟项值为0.056 4，大于0.05，不显著，说明该回归模型与实际试验有较好拟合性，自变量与感官评分之间关系显著。相关系数2为0.986 1，2adj为0.968 3，表明响应面法设计所得的回归模型有效，预测效果较佳，可用该模型对大樱桃酸奶加工工艺进行分析和预测。A、B、C、BC、A2、B2及C2的值均小于0.01，表明影响极显著。3个单因素影响大樱桃酸奶感官评价分值的影响顺序为A＞B＞C，即大樱桃汤汁添加量对感官评价最为显著。

2.2.2 响应面分析 响应面图可以直观地反映出各个因素及其交互作用，利用Design Expert软件作图，得到两因素交互作用的响应面图，交互作用显著和极显著的交互性的响应面。

表 4 响应面试验回归模型方差分析

注: **表示极显著(< 0.01)，*表示显著(< 0.05 )。

由图4可知，分析三维响应面图，当木糖醇加入量处于最佳水平时，固定汤汁添加量，随着果粒加入量的增多，感官评分呈先增加后减少趋势，其增加幅度较明显；固定果粒添加量，随着汤汁添加量的增加，感官评分呈先增加后降低趋势，趋势较为明显。此时，大樱桃汤汁和果粒的添加量都有一个优值，且两个添加量的优值相近，可形成交互作用从而取出最优点。分析等高线图，木糖醇添加量取零点时，汤汁添加量与果粒添加量等高线呈椭圆形，说明交互作用显著。

图4 大樱桃果汁和果粒添加量对大樱桃酸奶感官评分影响的响应面和等高线

Figure 4 The response surface and contour line of sensory score of big cherry yoghurt influenced by the added amounts of juice and grains

图5 大樱桃果汁和木糖醇添加量对大樱桃酸奶感官评分影响的响应面和等高线

Figure 5 The response surface and contour line of the sensory score of big cherry yoghurt influenced by the added amounts of big cherry juice and xylitol

图6 大樱桃果粒和木糖醇添加量对大樱桃酸奶感官评分影响的响应面和等高线

Figure 6 The response surface and contour line of sensory score of grand cherry yoghurt influenced by the added amounts of granule and xylitol

由图5可知，分析三维响应面图，当大樱桃罐头果粒加入量处于最佳水平时，固定汤汁添加量，随着木糖醇加入量的增多，感官评分呈增加趋势，其增加幅度较明显；固定木糖醇添加量，随着汤汁添加量的增加，感官评分呈先增加后降低趋势，趋势较为明显。此时，大樱桃罐头汤汁和木糖醇的添加量都有一个优值，且两个添加量的优值相近，可形成交互作用从而取出最优点。分析等高线图，大樱桃果粒添加量取零点时，汤汁添加量与木糖醇添加量等高线呈椭圆形，说明交互作用显著。

由图6可知，分析三维响应面图，当大樱桃汤汁加入量处于最佳水平时，固定果粒添加量，随着木糖醇加入量的增多，感官评分增加，其增加幅度非常明显；固定木糖醇添加量，随着果粒添加量的增加，感官评分呈增加趋势，趋势也非常明显。此时，大樱桃果粒和木糖醇的添加量都有一个优值，且两个添加量的优值相近，可形成交互作用从而取出最优点。分析等高线图，大樱桃罐头果粒添加量取零点时，果粒添加量与木糖醇添加量等高线呈椭圆形，说明交互作用显著。

2.2.3 响应面试验模型的验证 经Box-Behnken试验设计，Design Expert.V8.0.6 软件对试验数据进行分析处理后，得到制备大樱桃酸奶的最优工艺参数为：汤汁的添加量为11.39%，果粒的添加量为6.35%，木糖醇添加量为10.71%。在此条件下，获得的大樱桃酸奶，感官评分为9.880，理论值9.961与试验值的相对偏差为0.81%。验证了此模型的准确性和有效性。

3 讨论与结论

本文经单因素和响应面试验得出制备大樱桃酸奶的最优工艺参数为：汤汁的添加量为11.39%，果粒的添加量6.35%，木糖醇添加量10.71%。初发酵时间为8 h，温度为42 ℃，冷藏后熟的时间为24 h，温度为4 ℃。在此条件下，大樱桃酸奶呈浅粉色，果粒脆甜爽口呈红色且均匀分布，凝乳均匀无杂质，口感细腻润滑，酸奶味香浓，口味协调，感官评分为9.880，酸度为73oT，乳酸菌为5.8×107mL-1，蛋白质、脂肪和非脂乳固体含量分别为2.47、3.06和8.31 g·100 g-1，大肠杆菌没有检出，各项指标均达到国家标准。开发大樱桃酸奶关键是保护大樱桃天然的颜色，而不外加色素，目前已有的文献报道是将大樱桃制成果汁[26]，而本研究发现大樱桃在榨汁以后，果汁澄清时会迅速色变，颜色从鲜红变为褐色，果汁加入酸奶发酵后成品达不到预期色泽，因此进行了系列护色研究，使用柠檬酸、D-异抗坏血酸钠、苯甲酸钠、EDTA、山梨酸钾和维生素E等进行护色实验。结果发现，随着时间的变化，使用护色剂后果汁颜色变化的程度不同，其中苯甲酸钠的颜色保持最久，但也只能保持在12～24 h范围内，满足不了工艺要求，这是因为大樱桃中含有多酚类物质和酚氧化酶，在大樱桃完好的情况下多酚类物质和酚氧化酶都各自在细胞中，不会发生反应，一旦切分或榨汁后，果实中的多酚氧化酶 (PPO)[27-30]促使果实发生酶促褐变，PPO将邻位的酚氧化为醌, 醌很快聚合成为褐色素而引起组织褐变，褐变反应会持续进行，对产品风味、色泽产生不良影响。本试验经过一系列的大樱桃前处理方法均失败后，找到了利用糖渍的方式预处理大樱桃，效果非常好，可能原因是糖渍时将部分大樱桃色素提取到汤汁中，而大部分酚氧化酶还保留在细胞中，且在高温高渗环境下酶活性受到抑制，阻止了褐变反应的发生，具体作用机理还有待进一步研究。同时该法还较好地保持了果粒的脆性和弹性，使得加工成品具有良好的口感。本研究所得到的方法，为今后大樱桃精深加工乃至水果酸奶的开发，都具有一定的指导意义。

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Optimization of the formula of big cherry yoghurt by response surface method

LIU Xu, FANG Yi, ZHANG Hualing,LI Huan, LIAO Wen, FAN Xiaolan, HAN Jing, XUE Feilong

(College of Chemistry and Life Science, Chengdu Normal University, Chengdu 611100)

To produce stirred yoghurt with large cherry and fresh milk byand, we studied the production process of large cherry yogurt by response surface analysis (RSM) on the basis of single factor test. The results showed that: the optimum technological parameters for the production of large cherry yoghurt were determined to be 11.39% adding amount of large cherry soup, 6.35% adding amount of large cherry fruit, and 10.71% adding amount of xylitol. The initial fermentation time was 8 h and the temperature was 42 ℃. The ripening time after refrigeration was 24 h and the temperature was 4 ℃. Under these conditions, the large cherry yogurt was light pink and the fruit grains were red and evenly distributed. The curd was even without impurities, and the taste was the sour milk fine and smooth with aromatic fragrance. The sensory score was 9.880, and the relative deviation between theoretical value 9.961 and experimental value was 0.81%. The contents of protein, fat and non-fat milk in the large cherry yogurt were 2.47, 3.06 and 8.31 g·100 g-1,respectively. All the physical and chemical indexes reached the national standard. In conclusion, in the research process, we have solved the problems of browning and softening of fruit grains in the large cherry yogurt, and the color and taste of the developed large cherry yogurt reach the requirements, which will provide some very useful information for the processing and developing of large cherry in the future.

cherry yoghurt; response surface method; technology; optimization

TS252.54

A

1672-352X (2021)01-0166-07

10.13610/j.cnki.1672-352x.20210319.003

2021-3-23 10:21:55

[URL] https://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1162.S.20210319.1503.006.html

2020-05-09

四川省科技计划重点研发项目（2019YFG0170）和国家创新创业训练计划项目（S201914389124）共同资助。

刘 绪，副教授。E-mail：465685853@qq.com

张华玲，讲师。E-mail：3985151@qq.com