百香果—苹果复合发酵型乳饮料工艺优化及抗氧化性研究

贾庆超

(郑州科技学院食品科学与工程学院，河南 郑州 450000)

百香果含有丰富的膳食纤维和维生素，具有通便润肠，清热解毒，提高身体免疫力以及美容养颜等功效[1-2]，还含有蛋白质、脂肪、糖类和多种维生素及氨基酸等，具有“果汁之王”的美称[3-4]。 苹果中含有钙、磷、铁、维生素B2、维生素C和丰富的膳食纤维等营养物质，可以促进胃肠道蠕动，预防和缓解便秘，促进身体的新陈代谢，且具有抗氧化等功效[5-6]。发酵乳是以生牛乳或乳粉为原料，经杀菌、发酵后制成的pH值降低的产品[7]。发酵后，牛奶中的钙被转化为水溶性钙，很容易被机体吸收利用[8]。研究拟以百香果、红富士苹果为主要原料，采用单因素、模糊数学评价和响应面相结合的方法，以感官评价和蛋白质含量为标准，制作一种新型发酵乳饮料，并分析其抗氧化性，以期进一步弥补市场发酵型乳饮料的空缺，也为发酵型乳饮料的进一步发展提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

百香果、红富士苹果：市售；

新鲜牧场纯牛奶：江苏光明银宝乳业有限公司；

增稠剂：食品级，丹尼斯克中国有限公司；

蔗糖：一级，广西都安永鑫糖业有限公司；

MRS、MC培养基：青岛海博生物技术有限公司；

孟加拉红、平板计数琼脂：北京陆桥技术股份有限公司；

菌种ABY-10：200 U/袋，科汉森(北京)贸易有限公司；

氢氧化钠、乙酸铅、磷酸氢二钠、浓硫酸、硫酸铜、氨水、盐酸萘乙二胺、亚硝酸钠标准品、硫酸钾、乙醚、石油醚、甲醇、乙腈、辛烷磺酸钠：分析纯，国药集体化学试剂有限公司；

三聚氰胺标准品：>99%，武汉中昌国研标物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

紫外分光光度计：UV1800型，南京科捷分析仪器有限公司；

全自动凯式定氮仪：Kjeltec8400型，丹麦福斯分析仪器有限公司；

高效液相色谱仪：1260型，美国安捷伦有限公司；

气相色谱仪：7890B型，美国安捷伦有限公司；

pH计：PHB-4型，上海精科仪器有限公司；

卧式灭菌锅：XG1.CD-300M型，山东新华医疗器械有限公司；

分析天平：XPE205DR型，瑞士梅特勒公司；

全自动氮吹浓缩仪：N1-50型，广州仪德精密科学仪器股份有限公司；

生化培养箱：SPX-250B-Z型，上海博讯医疗生物器械有限公司；

乳品快速分析仪：FT1型，丹麦福斯公司；

电热恒温培养箱：DH3600B Ⅱ型，天津市泰斯特仪器有限公司；

显微镜：BX53F型，德国蔡司股份有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 发酵乳的制备工艺

(1) 苹果汁的制备：

挑选→清洗、切割(1 cm)→浸泡(0.5%食盐水，5 min)→热烫(95～100 ℃热水中热烫1.5 min)→榨汁护色(0.15%维生素C)→过滤→冷却备用

(2) 百香果汁的制备：

挑选→清洗、切割→挤压过滤→冷却备用

(3) 发酵乳制备工艺流程[9-10]：

器皿灭菌(120 ℃，20 min)→加入新鲜牧场纯牛奶→加入辅料增稠剂和配料(蔗糖、百香果汁、苹果汁) →混匀→灭菌(70 ℃，20 min)→冷却(常温冷却至35～40 ℃)→接种(40 ℃左右)→发酵(6 h)→后熟(4 ℃放置10～12 h)→破乳→乳品成品

1.3.2 发酵乳的感官评价 根据GB 19302—2010从发酵乳的气味、滋味、状态和色泽4个方面进行感官评价，感官评定标准见表1。

1.3.3 单因素试验 根据预试验结果，纯牛奶添加量随其他因素添加量的改变而改变，初始条件为增稠剂添加量为0.06%，百香果添加量为3%，蔗糖添加量为6%，菌种添加量为0.001 9%，发酵时间6 h，苹果汁添加量为6%。在此基础上设置不同苹果汁添加量(4%，6%，8%，10%，12%)、百香果汁添加量(2%，3%，4%，5%，6%)、蔗糖添加量(3%，4%，5%，6%，7%)、菌种添加量(0.001 7%，0.001 9%，0.002 1%，0.002 3%，0.002 5%)和发酵时间(4，5，6，7，8 h)5个因素进行优化试验。

1.3.4 响应面试验设计 在单因素试验基础上，选择百香果汁添加量、蔗糖添加量、菌种接种量以及发酵时间作为主要影响因素，以感官评分和蛋白质含量为响应值，根据Box-Behnken基本原理，运用Design-Expert 10.0.7软件设计响应面试验。

1.3.5 模糊数学评价法

(1) 因素集和评语集的建立：以气味、滋味、状态和色泽为因素集，以优、良、中、差为评语集，因素集H=(色泽，状态，滋味，气味)，评语集为V=(优，良，中，差)。模糊数学评价法模型为[11]：

(1)

式中：

Mi——模糊数学评价集；

H——权重系数；

Ni——模糊矩阵。

表1 感官评分标准

(2) 权重集的确定：权重系数由10位感官评价人员进行确定，先采用用户调查法，然后由感官评价人员根据因素的重要性采用二元对比法[12-13]，通过影响因素的两两比较，认为重要的得1票，次要的得0票，自身对比得1票，一票即为一分，各项指标的得票数占各指标总票数的比率即各指标权重，各指标权重分布见表2，各因素权重系数值H=(H1,H2,H3,H4)=(0.20,0.23,0.32,0.25)。

1.3.6 发酵乳理化指标及微生物指标的测定

(1) 脂肪含量：按GB 5009.6—2016执行。

(2) 蛋白质含量：按GB 5009.5—2016执行。

(3) 乳糖、蔗糖含量：按GB 5413.5—2016执行。

通过调查运动员是否会主动性学习，即对考试成绩的关注程度、向教师请教问题的情况，可以进一步印证运动员对得学习的态度。从表2可以看出，只有不到10%的同学对考试成绩持无所谓的态度，近半数的运动员明确表明对考试成绩较为在意。表3为运动员向教师请教情况，从中可以看出：绝大多数运动员，即79.3%的运动员都不愿向教师请教；能够较积极地向老师请教的运动员仅占10.8%。从数据上看，两方面的态度是相悖的。不过，通过后续访谈得知，运动员因学习基础普遍相对较差，经常寻找不到问题的逻辑起点，掌握不了正确的解题思路和学习方法，以及自卑和害羞的心理，因而不愿意向教师请教问题。

(4) 酸度：按GB 5009.239—2016 执行。

(5) 水分含量：按GB 5009.3—2016执行。

(6) 非脂乳固体含量：按GB 5413.39—2010执行。

表2 权重系数

(7) 亚硝酸盐含量：按GB 5009.33—2016执行。

(8) 三聚氰胺含量：按GB/T 22388—2008执行。

(9) 微生物、乳酸菌总数：按GB 4789.35—2016执行。

(10) 霉菌及酵母计数: 按GB 4789.15—2016执行。

1.3.7 数据处理 应用模糊数学评价法计算感官评分，根据感官评分进行单因素、响应面优化分析，Origin 2018软件绘图，Design-Expert 10.0.7软件进行响应面优化分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

由图1(a)可知，随着苹果汁添加量的增加，蛋白质含量逐渐降低，降幅较小。感官评价虽然呈先升高后降低的趋势，但发酵乳的感官评分变化不大，说明苹果汁对发酵乳感官评分影响较小。当苹果汁添加量<8%时，发酵乳色泽较差，光泽较暗；当苹果汁添加量为8%时，发酵乳有较好的光泽，且有淡淡的苹果香味；当苹果汁添加量>8%时，苹果香味较大，掩盖了百香果的香味，发酵乳色泽不佳。由于百香果香味较大，酸甜度也大于苹果[14-15]，相对而言，苹果汁对发酵乳饮料的影响较小。综上，苹果汁最适添加量为8%。

图1 各因素对发酵乳感官评分和蛋白质含量的影响Figure 1 Effects of various factors on sensory score and protein content of fermented milk

由图1(b)可知，随着百香果汁添加量的增加，发酵乳的感官评分先上升后下降，当百香果汁添加量为3%时，感官评分达最大值，而蛋白质含量在百香果汁添加量为2%～4%时稍有降低。百香果香味和酸甜度大于苹果，所以对发酵乳的气味和滋味影响相对较大，其添加量应小于苹果汁的，因此选取百香果汁添加量为2%，3%，4%进行响应面优化试验。

由图1(c)可知，随着蔗糖添加量的增加，发酵乳感官评分和蛋白质含量均呈先升高后降低的趋势，当添加量为6%时，二者均为极大值。当蔗糖添加量<6%时，发酵乳口感偏酸，而添加量>6%时，则发酵乳甜味较大，果香味变淡，均会使感官评分相对偏低。说明蔗糖对发酵乳的滋味影响较大，故选取蔗糖添加量为5%，6%，7%进行响应面优化试验。

由图1(d)可知，随着菌种接种量的增加，发酵乳的感官评分和蛋白质含量先增加后降低，当菌种接种量为0.002 1%时，感官评分和蛋白质含量均达到极大值，当菌种接种量<0.002 1%时，发酵不充分影响发酵乳状态，稍有乳清析出，当菌种接种量>0.002 1%时，发酵乳酸味偏大，导致感官评分降低。故选取菌种接种量为0.001 9%，0.002 1%，0.002 3%进行响应面优化试验。

由图1(e)可知，随着发酵时间的延长，发酵乳的感官评分先增加后降低，酸度增大，影响发酵乳的口感，当发酵时间为6 h时，感官评分达最大值，而蛋白质含量在发酵5～7 h时变化较小，故选取发酵时间为5，6，7 h进行响应面优化试验。

2.2 响应面优化

依据单因素试验结果，选择百香果汁添加量、蔗糖添加、菌种接种量和发酵时间为影响因素进行响应面优化试验。试验因素水平见表3，响应面试验设计与结果见表4。

表3 发酵乳响应面试验因素与水平

表4 响应面试验设计与结果

以10名感官评价人员对发酵乳的色泽、状态、滋味和气味评价的得票数建立模糊评价矩阵，以1号产品为例，其模糊矩阵为：

(2)

根据模糊数学计算原理，按1.3.5中模糊数学评价方法，1号样品感官评分结果根据矩阵乘法计算M1=H×N1=(0.525,0.223,0.137,0.115)，将优、良、中、差4个等级分别赋值为9，8，7，6分，M1中计算的各数值分别乘以相应赋值，再相加，即1号样品感官评分为0.525×9+0.223×8+0.137×7+0.115×6=8.158，同理可计算出2～29号样品的感官得分。

利用响应面软件Design-Expert 10.0.7对试验数据结果进行多元回归拟合，得回归模型方程分别为：

R1=8.86+0.37A+0.26B+0.52C+0.16D-0.25AB+0.36AC-0.72AD-0.065BC-0.033BD-0.025CD-0.38A2-0.29B2-0.252C2-0.68D2，

(3)

R2=3.03-0.21A-0.033B-0.022C+7.9E-003D-0.032AB+0.025AC-0.022AD+3.1E-3.0BD+0.035CD-0.065A2-0.052B2-0.026C2-1.8E-002D2。

(4)

表5 以感官评分为响应值的回归模型方差分析†

由图2可知，交互项CD、AD的响应面最陡峭，影响最显著，且任意二者之间均存在一定的交互作用，与方差分析结果一致。

图2 以感官评分为响应值的响应面及等高线图Figure 2 Response surface and contour map of sensory score

表6 以蛋白质含量为响应值的回归模型方差分析†

由表6可知，模型P<0.00 1，失拟项P=0.231 8>0.05，模型显著，R2为0.987 6，说明模型可信度较高，可以用来评价试验结果且较合理。由F值可知，各因素对试验结果影响大小顺序为A>B>C>D。由图3可知，任意两个交互项响应面图均存在极大值，说明响应面因素水平选择合理，极大值在因素水平范围内。AB响应面较陡峭，影响最显著。

图3 以蛋白质含量为响应值的响应面及等高线图Figure 3 Response surface and contour map of protein content

经Design-Expert 10.0.7优化，百香果—苹果发酵乳的最佳配方为百香果汁添加量2.35%，蔗糖添加量7%，菌种接种量0.002 06%，发酵时间6.52 h。此优化条件下，发酵乳的感官评分预测值为8.999分，蛋白质含量预测值为3.11 g/100 g。考虑到实际工艺，将发酵时间调整为6.5 h，其他工艺条件不变，进行3次平行验证实验，发酵乳的感官评分为8.960；蛋白质含量为3.12 g/100 g，与预测值接近，说明该模型可以用于优化此发酵乳配方。因此，百香果—苹果发酵乳的最佳配方为纯牛奶82.59%，百香果汁2.35%，苹果汁8.00%，蔗糖7.00%，增稠剂0.06%，菌种0.002 06%，发酵时间6.50 h。

2.3 抗氧化性

由图4可知，百香果—苹果发酵乳饮料在发酵前、后对DPPH自由基和羟自由基的清除率随着体积浓度的增大而增大，呈正相关的量效关系，与程宏桢等[16]的结论一致。发酵后对DPPH自由基和羟自由基的清除率比发酵前的均有提升，可能是发酵引起了异黄酮和酚类物质的增加[17-18]，因此发酵促使乳饮料DPPH自由基和羟自由基的清除率提升，当样液体积浓度为1 mL/mL时，发酵前、后对DPPH自由基的清除率分别为70.5%，77.7%，对羟自由基的清除率分别为38.6%，45.7%。

图4 抗氧化性测定结果Figure 4 Antioxidant activity test results

2.4 百香果—苹果发酵乳理化指标及微生物指标

由表7可知，风味发酵乳的各项指标均符合GB 19302—2010关于风味发酵乳的指标要求。

表7 发酵乳的理化和微生物指标检测结果

3 结论

以百香果、苹果和纯牛奶为主要原料，以感官评分、蛋白质含量为指标，基于模糊数学评价法对百香果—苹果风味发酵乳的最佳工艺条件进行了优化。结果表明，百香果—苹果风味发酵乳的最佳配方为纯牛奶82.59%，百香果汁2.35%，苹果汁8.00%，蔗糖7.00%，增稠剂0.06%，菌种0.002 06%，发酵时间6.50 h；百香果—苹果发酵乳饮料对DPPH自由基和羟自由基的最大清除率分别为77.7%和45.7%，具有良好的抗氧化性；发酵乳的理化、微生物指标均满足相关国标要求。后续应丰富百香果发酵乳饮料的种类开发，如百香果紫薯、百香果蓝莓、百香果核桃等发酵乳饮料，以期实现百香果发酵乳饮料的市场化。