响应面法优化玫瑰风味酸奶工艺

杨 丽，柯 南，龚秋霞，刘雯雯，魏 琴

（宜宾学院四川省油樟工程技术研究中心，四川宜宾 644000）

酸奶是以脱脂奶粉或鲜牛奶、白砂糖等为主要原料，经巴氏杀菌后接种有益菌发酵、冷却形成的发酵乳制品[1]，富含蛋白质、维生素、钙等营养，有益生菌所具有的保健功能，有调节肠胃菌群和调节体内各项机能的作用[2].目前市场上的酸奶制品多以凝固型、搅拌型、果味型和活菌型乳酸菌饮料为主，辅以芦荟、猕猴桃、红枣、蓝莓、黄桃等水果作为添加物的形式存在.

玫瑰属蔷薇科蔷薇植物，是重要的天然鲜花香料之一，其作为一种药食同源的植物，可用于治疗糖尿病所表现的疲劳、多饮、多尿等症状[3].天然玫瑰精油含酚类、黄酮类、玫瑰多糖、香气挥发物质等功能性物质，是植物油中之冠，具有抗氧化活性、抑菌、调节免疫力等功效[4]，提取出来的玫瑰精油所带有的玫瑰芳香可平抚情绪、提振精神、排除体内毒素、调节雌激素及黄体素分泌和调节月经周期等作用[5-6].

目前，市场上复合型酸奶以果香风味为主，花香风味酸奶较少.花香类植物香料的添加不仅赋予产品花香风味与口感，且更加绿色、健康、营养，容易赢得消费者的喜爱.本研究在传统酸奶制作工艺的基础上辅以玫瑰精油、木糖醇等辅料，经过混合发酵形成玫瑰风味凝固型酸奶，具有一定的市场价值和前景.

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

纯牛奶：蒙牛；木糖醇：河南万邦实业有限公司；玫瑰精油：dōTERRA；保加利亚乳杆菌：嗜热链球菌（1∶1）：R·THRACE；分散剂：Aroma zone.

1.2 仪器与设备

BCD-568W冰箱：青岛海尔股份有限公司；BS-6KH电子天平：上海友声衡器有限公司；SH2120电磁炉：广东美的生活电器制造有限公司；DL333380电子温度计：宁波得力工具有限公司；BMJ-250C恒温培养箱：上海博讯实业有限公司.

1.3 实验方法

（1）加香工艺选择

方案一：牛奶→预热→加入玫瑰香料（精油∶分散剂=1∶4）→加入木糖醇→均质→灭菌→冷却→接种→灌装→43℃发酵→冷却→低温发酵（后熟）→成品.

方案二：牛奶→预热→加入木糖醇→均质→灭菌→冷却→接种→加入玫瑰香料（精油∶分散剂=1:4）→均质→灌装→43℃发酵→冷却→低温发酵（后熟）→成品.

①方案一操作步骤：将所需器材加热灭菌，取500 mL鲜牛乳，预热至有微微奶香，取0.03%玫瑰精油，将玫瑰精油与分散剂以比例1∶4加入奶中，称取木糖醇6%，倒入锅中，加热，均质.冷却至常温后，加入0.5 g益生菌，搅拌，使其溶解均匀.称取100 mL奶装入5个玻璃发酵罐，取100 mL升奶重复以上步骤（不添加玫瑰精油）.最后将发酵罐密封并恒温培养10 h，取出后放入冰箱，进行低温发酵，即可得到成品.

②方案二操作步骤：将器材进行加热灭菌，量取500 mL鲜牛乳倒入锅中预热至有微微奶香.用电子天平称取木糖醇6%，入锅加热，均质.冷却至常温后，称取0.5 g益生菌倒入43℃锅中，取0.03%玫瑰精油，将玫瑰精油与分散剂以比例1∶4加入奶中，均质.量筒称取100 mL奶装入5个玻璃发酵罐.取100 mL升奶重复以上步骤（不添加玫瑰精油）.最后将发酵罐密封恒温培养10 h，取出后放入冰箱进行低温发酵，即可得到成品.

（2）单因素试验设计.采取控制变量法，考察玫瑰精油添加量（0.005%、0.004%、0.003%、0.002%、0.001%）、木糖醇添加量（3%、4%、5%、6%、7%）、发酵时间（8 h、9 h、10 h、11 h、12 h）以及菌种接种量（0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%）对玫瑰风味酸奶感官品质的影响.考察某一因素时，其他条件固定为玫瑰精油添加量0.003%，木糖醇添加量6%，发酵时间10 h，菌种接种量保加利亚乳杆菌∶嗜热链球菌（1∶1）0.1%.

（3）响应面试验设计及数据处理.以单因素试验结果为基础，选择玫瑰精油添加量（A）、木糖醇添加量（B）、发酵时长（C）、菌种接种量（D）4个作为自变量，感官评分（Y）作为响应值，采用Design-Expert 8.0.6软件，应用Box-Behnken方法设计试验组合，优化和验证最佳工艺条件[7-15]，因素与水平见表1.

表1 响应面试验因素与水平表Table 1 Response surface test factor level table

（4）玫瑰风味酸奶的感官评定标准.选取10名评审员组成评定小组，分别从口感、组织状况、色泽及风味4个方面评定玫瑰风味酸奶产品品质.感官评定按表2进行.

表2 玫瑰风味酸奶感官评分表Table 2 Sensory Evaluation Table of Rose-flavored Yoghurt

（5）玫瑰风味酸奶理化及微生物指标测定.参照GB 19302-2010《食品安全国家标准 发酵乳》[16]及相关文献测定理化指标，如玫瑰风味酸奶的酸度[17]、pH、蛋白质[18]、质构.

（6）玫瑰风味酸奶微生物限量测定.参照GB 19302-2010《食品安全国家标准 发酵乳》[16]及相关文献测定各项微生物，包括玫瑰风味酸奶的大肠菌群[19]、金黄色葡萄球菌[20]、沙门氏菌[21]、霉菌、酵母[22].

（7）玫瑰风味酸奶乳酸菌数测定.参照GB 4789.35-2016《食品微生物学检验 乳酸菌检验》[23]中规定的乳杆菌和嗜热链球菌平板计数法测定.

（8）数据处理.所有数据均为3次重复试验的平均值±标准差，使用SPSS 19.0进行统计学分析，Origin 2019绘图，用Design-Expert 8.0.6进行响应面设计.

2 结果与分析

2.1 加香工艺的确定

添加玫瑰精油0.003%、木糖醇6%、菌接种量0.1%、培养10 h及其他条件因素不变的前提下，按照1.3.1的两种方案进行制作，以品评人员的感官评分为基准，确定玫瑰风味酸奶的工艺流程.加香工艺对玫瑰风味酸奶感官品质的影响见图1.可知，玫瑰精油添加于接种前的综合感官评分均高于添加于接种后的综合感官评分.方案一所得产品品质好，接受度高，玫瑰风味酸奶加香的最佳工艺.

图1 加香工艺对玫瑰酸奶感官品质的影响Fig.1 Effect of aroma adding technology on sensory quality of rose yoghurt

2.2 单因素试验的结果与分析

（1）玫瑰精油的添加量对玫瑰风味酸奶感官品质的影响.由图2可知，当其他添加量不变时，随着玫瑰精油浓度的增加，玫瑰风味酸奶的感官评分先升高后下降，当玫瑰精油浓度达到0.004%时，综合评分值为最高，玫瑰风味酸奶品质较好.故玫瑰精油添加量为0.004%最为适宜.

图2 玫瑰精油的添加量对玫瑰风味酸奶感官品质的影响Fig.2 Effect of the amount of rose essential oil on the sensory quality of rose-flavored yoghurt

（2）木糖醇添加量对玫瑰风味酸奶感官品质的影响.由图3可知，当其他条件不变时，玫瑰风味酸奶的感官评分随着木糖醇浓度的增加先升后降，当其浓度达到6%时，综合评分值为最高，玫瑰风味酸奶品质较好.故木糖醇添加量为6%最为适宜.

图3 木糖醇添加量对玫瑰风味酸奶感官品质的影响Fig.3 Effects of xylitol supplementation on sensory quality of rose-flavored yogurt

（3）菌接种量对玫瑰风味酸奶感官品质的影响.由图4可知，当其他条件不变时，玫瑰风味酸奶的感官评分随着菌种接种量的增加而先升后降，当其浓度达到0.15%时，综合评分值为最高，表示玫瑰风味酸奶品质较好.故菌种接种量为0.15%最为适宜.

图4 菌接种量对玫瑰风味酸奶感官品质的影响Fig.4 Effect of bacteria inoculation amount on sensory quality of rose-flavored yogurt

（4）发酵时间对玫瑰风味酸奶感官品质的影响.由图5可知，当其他条件不变时，玫瑰风味酸奶的感官评分值随着发酵时间增加而先升后降，当发酵时间为11 h时，综合评分值为最高，玫瑰风味酸奶品质较好.发酵时间过长会导致酸奶酸度增加，导致酸奶酸甜不协调，若发酵时间不够则会使组织状态不均匀，存在裂痕且有大量乳清析出.故发酵时间为11 h最为适宜.

图5 发酵时间对玫瑰风味酸奶感官品质的影响Fig.5 Effects of fermentation time on sensory quality of rose-flavored yogurt

2.3 响应面试验结果与分析

（1）优化结果分析.根据响应面设计中心组合试验，以感官评分为响应值，以玫瑰精油添加量、木糖醇添加量、菌种接种量、发酵时间为因变量，响应面试验结果见表3.

表3 响应面试验设计及结果Table 3 Experimental design and results for response surface analysis

（2）回归分析.利用Design-Expert 8.0.6对表3的试验数据进行方差及二次回归拟合分析、响应面试验回归模型方差分析（表4），得到二次回归方程：

由表4可知，该回归模型极显著（p＜0.0001），失拟项（p=0.5865）不显著，拟合度R2=0.8522，说明模型能够解释85.22%响应值的变化，RAdj=0.6683，试验结果表明模型拟合度较好，回归模型有效，预测效果较佳，此模型可用于玫瑰风味酸奶工艺试验的预测.根据F值得大小也可推断出影响玫瑰风味酸奶感官品质的因素主次顺序主要为：玫瑰精油添加量（A）＞发酵时间（D）＞菌种接种量（C）＞木糖醇添加量（B）.

表4 响应面试验回归模型方差分析Table 4 Response surface test regression model analysis of variance

（3）交互作用分析.所选定的四因素之间存在交互作用，利用Design-Expert 8.0.6绘制响应曲面，通过3D曲面及等高线，观察曲面的倾斜度及因素间相互作用对响应值的影响程度.两个因素之间相互作用显著用椭圆形表示，反之用圆形表示.

图6表明，玫瑰风味酸奶的感官品质随着玫瑰精油添加量、木糖醇添加量、发酵时间、菌种接种量的水平增加而提升，但达到中心值后，随着各因素的增加而降低.对比各曲面图可以看出玫瑰精油添加量和发酵时间这两个因素对酸奶的品质影响最大，表现为响应曲面较陡，等高线趋于椭圆，由此可见控制好这两种因素对提升酸奶感官品质至关重要；其次影响较大的是菌种接种量，而木糖醇添加量所表现的响应曲面较为平缓，说明此因素对响应值影响较小，与回归分析数据一致.交互作用分析可以看出木糖醇添加量（B）与发酵时间（D）、菌种接种量（C）与发酵时间（D）之间的交互作用显著，其他因素之间交互作用并不显著，这与方差分析结果一致.

图6 各因素交互作用的曲面图Fig.6 Surface maps of each factor interaction

2.4 验证试验

通过响应面试验模型预测，得到最佳配方为玫瑰精油添加量0.0038%、木糖醇添加量5.5%、菌种接种量0.16%、发酵时间10.63 h，感官评分值为88.75.为验证该模型所得可靠性，结合实际感官评分，将所的配方进行优化，得到配方为玫瑰精油添加量0.0038%、木糖醇添加量5.5%、菌种接种量0.16%，发酵时间10.6 h.采用最优配方设置4次平行试验进行验证，结果表明，感官评分平均值为90.12±1.2，与模型预测值88.75接近，故响应面法优化得到玫瑰风味酸奶的最佳工艺准确可靠，具有实际参考价值.

2.5 产品质量与卫生标准

（1）玫瑰风味酸奶理化指标测定结果.参照GB 19302-2010《食品安全国家标准发酵乳》[16]及相关文献测定理化指标，结果如表5所示，玫瑰风味酸奶酸度符合国家标准，其酸度≥70 °T；pH为4.44，蛋白质含量为3.2 g/100 g，质构优于市售酸奶，玫瑰风味酸奶更能满足消费市场的需求.

表5 玫瑰风味酸奶理化指标测定结果Table 5 Determination results of physical and chemical indexes of rose flavor yogurt

（2）玫瑰风味酸奶微生物指标测定结果

成品玫瑰风味酸奶的微生物指标测定结果如表6所示，玫瑰风味酸钠中不存在致病菌，大肠菌群、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、霉菌、酵母菌均未检出，符合国家标准.

表6 玫瑰风味酸奶微生物指标测定结果Table 6 Determination results of microbiological indexes of rose flavor yogurt

（3）玫瑰风味酸奶乳酸菌数指标测定结果

益生菌是一类对宿主有益的活性微生物，能够改善宿主微生态平衡，帮助营养物质的有效吸收，产生重要的营养物质等功效.根据国标，酸奶中的乳酸菌数应≥106 CFU/mL，如表7所示，玫瑰风味酸奶中的乳杆菌为（159±2）×108 CFU/mL，嗜热链球菌为（148±3）×108 CFU/mL，满足国家标准的要求.

表7 玫瑰风味酸奶乳酸菌指标测定结果Table 7 Determination results of microbiological indexes of rose flavor yogurt

3 结语

本文以鲜牛奶为主要原料，玫瑰精油为辅料，研制玫瑰风味酸奶.在单因素试验的基础上进行响应面试验，以感官品评分数为参考依据，对玫瑰风味酸奶的工艺进行优化，得到最佳配方为玫瑰精油添加量0.0038%、木糖醇添加量5.5%、菌种接种量0.16%、发酵时间10.6 h，此工艺下得到的酸奶口感细腻，无乳清分离，玫瑰风味和乳香味浓郁，滋味纯正，符合国家质量标准.玫瑰风味酸奶在传统酸奶的基础上通过添加天然香料赋予酸奶玫瑰风味，新增保健功能，将为花香类风味酸奶的研发打下基础，丰富酸奶风味，或为开拓更广阔的风味酸奶市场提供理论支撑.