响应面法优化荷叶汁发酵乳饮料工艺研究

金 杰，张 锋，孙 蓓，王秀杰，赵功宝

（1. 江苏省徐州医药高等职业学校，江苏 徐州 221116；2. 徐州工业职业技术学院，江苏 徐州 221140）

荷叶被称为莲叶，是中国传统的中药材之一，具有减肥、减少脂肪、抗氧化、抗纤维化[1-2]等效果。在中药上的荷叶常常以干制的形式出现。在古代荷叶就已经流入中国，《医林纂要》就有记载，荷叶入肝，可平热，去湿，除妄热[3-4]。在浙江和辽宁出土的碳化莲子[5]均可表明古人就已经开始对荷叶莲子有所涉猎，可见其历史悠久。现在，湖南、江苏、安徽都是产荷叶的大省。虽然历史悠久，但是目前市面上关于荷叶的产品少之又少，少数用于中医药研究，大多数无人采摘，造成了很大的浪费。目前，荷叶大多被运用于中医药行业，而对食品方面的研究进展少之又少，高附加值的产品研发还处于初始阶段。

乳酸菌饮料是以奶粉（牛奶）、果汁（梨、西瓜、猕猴桃、草莓等）、蔬菜汁为主要原料，发酵发酵剂制成的产品[6-9]。随着人们生活水平的提高，消费者的健康意识增强，对牛奶饮料的营养、味道等特点的认识越来越高，牛奶饮料的消费需求也增加了。通过大量相关资料的调查，目前，对以荷叶为原料的产品研发类型很少[10-12]，只有干制荷叶在市面上出现的较多。现有研究证明，荷叶浸提液含有大量生物活性物质[1]，保健功能较高，应用价值较好。试验以发酵型酸奶为原料，以荷叶浸提液为复配液制备条件，研制活菌型乳酸菌饮料。研究中将具有生物活性的荷叶浸提液与凝固型酸奶相结合，做出一款口感风味极好、营养价值极高的活菌型乳酸菌饮料，进一步丰富发酵乳饮料的产品种类，满足社会不同人群的需求，同时提高荷叶在食品中的利用率，具有较好的经济效益和社会效益。

1 材料与方法

1.1 材料、原料及试剂

伊利全脂乳粉、同仁堂荷叶茶、安琪酸奶发酵剂，均购自京东商城；发酵乳，实验室自制；柠檬酸（食品级）、白砂糖（食品级），浙江一诺科技公司提供；黄原胶（食品级），河南万邦公司提供。

氢氧化钠、邻苯二甲酸氢钾、酚酞、硫酸、硫酸铜、硫酸钾、硼酸、盐酸、氯化钠、乙醇、溴甲酚绿指示剂、甲基红指示剂、亚甲基蓝指示剂、MC培养基以上试剂均为分析纯。

1.2 仪器设备

FA1004 型电子天平，天马衡基仪器制造有限公司产品；LDZX-30KA 型立式电热压力蒸汽灭菌器，上海申安医疗器械厂产品；JM-L50；胶体磨，温州市一州机械有限公司产品；VS-840-U 型超净工作台，江苏益恺实验装备有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 荷叶汁风味发酵乳饮料加工基本工艺流程

乳粉复原→预热→加糖→灭菌→冷却→接种→发酵→后熟→破乳→混合→均质→灌装→冷却→成品。 ↑

水料水、黄原胶、荷叶汁、白砂糖、食盐

1.3.2 试验方案设计

根据试验技术路线，荷叶风味发酵乳饮料分别进行了单因素试验和响应面试验，在单因素试验基础上，以柠檬酸添加量、白砂糖添加量、水与酸奶液料比和食盐添加量4 个变量为影响因素，感官评分为响应值，根据Box-behnken 试验设计原理进行四因素三水平组合试验[13-16]。

响应面试验因素与水平设计见表1。

表1 响应面试验因素与水平设计

1.3.3 荷叶汁发酵乳饮料感官评分标准

根据NY/T 898—2016 绿色食品含乳饮料文件为标准[17]，并结合荷叶风味发酵乳饮料感官评分标准，随机给9 位经验者提供发酵乳饮料并进行感官评价，最后计算合计分数，最终获得9 人的平均分。

荷叶风味乳饮料感官评价标准见表2。

表2 荷叶风味乳饮料感官评价标准

1.3.4 荷叶汁发酵乳饮料主要指标检验方法

（1） 感官指标检验方法。将适量样品放入50 mL的烧杯中，在自然光下观察结构和颜色，闻味道，用温水漱口，品尝味道，每次品尝4~10 mL。

（2） 理化指标检验方法。①蛋白质指标按照GB 5009.5—2016 凯氏定氮进行测定[18]；②酸度指标按照GB 5009.239—2016 食品安全国家标准 食品酸度的测定进行[19]。

（3） 微生物指标检验方法。乳酸菌指标按照GB 4789.35—2016 食品微生物学检验进行测定[20]。

2 结果与分析

2.1 荷叶汁发酵乳饮料配制指南优化单因素试验

2.1.1 料液比单因素试验

取600 mL 荷叶汁，向其中添加0.15%的柠檬酸，0.15%的黄原胶，8%的白砂糖和0.12%的食盐，混匀，待冷却。将酸奶和复配的料液比以1∶6，1∶5，1∶4，1∶3，1∶2 比例进行复配。

料液比单因素试验见图1。

图1 料液比单因素试验

由图1 可知，随着酸奶料液比的增加，荷叶发酵乳饮料的感官评价先增加后降低，当料液比达到1∶4 时获得最高点。当水量较少时，酸奶口味较浓，荷叶味寡淡，故评分较低；随着酸奶和荷叶汁复配液的比例持续增加时，其得到感官评价下降了。因为当水量过多时，荷叶味较苦涩且味道比较浓，影响了感官评分。所以酸奶与水的料液比选择为1∶4时口感风味和组织状态最佳。

2.1.2 柠檬酸对荷叶风味乳饮料的影响

试验取600 mL 的荷叶汁，在其中添加0.15%的黄原胶，8%的白砂糖和0.12%的食盐充分搅拌混匀。酸奶与复配好的荷叶汁（荷叶汁、白砂糖、黄原胶）比为1 ∶4，分别选用了添加量0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，0.25%的柠檬酸，研究柠檬酸对荷叶发酵乳饮料品质的影响。

柠檬酸对荷叶风味发酵乳饮料的影响见图2。

由图2 可知，荷叶发酵乳饮料的感官评价根据柠檬酸添加量的增加而不同，当达到0.15%时，得分最高。因为柠檬酸添加量过低时，入口甜而后苦，酸甜比比例失调；当柠檬酸添加过多时，入口酸而后转为涩，甜味较少，口感不佳，所以当柠檬酸添加量选择为0.15%时口感风味最佳。

图2 柠檬酸对荷叶风味发酵乳饮料的影响

2.1.3 二次添加白砂糖对荷叶汁发酵乳饮料的影响

二次添加白砂糖，可以改善荷叶汁发酵乳饮料的味道与口感。因此试验取600 mL 荷叶汁，向其中加入0.15%的柠檬酸，0.15 的黄原胶和0.12%的食盐，酸奶与水的料液比为1∶4，再选择不同白砂糖添加量6%，7%，8%，9%，10%，研究不同白砂糖添加量对荷叶汁发酵乳饮料的影响。

二次添加白砂糖对荷叶汁发酵乳饮料的影响见图3。

图3 二次添加白砂糖对荷叶汁发酵乳饮料的影响

由图3 可知，荷叶风味发酵乳饮料的感官评分随着白砂糖添加量的增加而变化，其感官评分从低升高，当达到8%时评分最高，因为二次添加白砂糖减少了荷叶中的苦味。评分逐渐降低，是因为当白砂糖添加过多时，白砂糖掩盖了乳酸味，使得饮品过于甜，故评分较低，因此试验选择白砂糖添加量为8%。

2.1.4 食盐添加量对荷叶汁发酵乳饮料品质的影响

食盐可以有效减少荷叶中的苦涩感，适量的添加可以将口味达到最好，因此试验取荷叶汁600 mL向其中添加0.15%柠檬酸，0.15%的黄原胶，8%的白砂糖和酸奶与水料比为1∶4，选择食盐添加量分别为0.04%，0.08%，0.12%，0.16%，0.20%进行试验。

食盐对荷叶风味发酵乳饮料的影响见图4。

由图4 可知，荷叶风味发酵乳饮料的感官评分根据食盐添加量的增加而变化，当达到0.08%时，得分最高。因为食盐添加量过低时，荷叶中的苦涩感并没有完全消除，或多或少可以尝出苦涩感；而食盐添加过多时，食盐的咸味占据了饮料中绝大多数的滋味。所以，食盐添加量过高时会影响梨果汁发酵乳饮料的口感，所以食盐添加量选择为0.08%时口感风味最佳。

图4 食盐对荷叶风味发酵乳饮料的影响

2.2 响应面试验设计结果与分析

2.2.1 响应面试验设计结果

在单因素试验基础上，以柠檬酸添加量、白砂糖添加量、水与酸奶液料比和食盐添加量4 个变量为影响因素，感官评分为响应值，根据Box-behnken试验设计原理，采用四因素三水平的响应面分析法，对荷叶风味发酵乳饮料工艺参数[21]进行优化。

Box-behnken 设计方案及响应值见表3。

表3 Box-behnken 设计方案及响应值

应用Design Expert 8.0.6 软件将表3 中的试验数据进行分析处理，得到了4 个因素与感官评分之间的回归方程如下：

为了更好地验证方程的有效性，对得出的数据模型进行了方差分析。

回归方程的方差分析见表4。

由表4 可知，模型的p<0.01，表现为极显著水平。失拟项p=0.243 2，表现为不显著，说明回归模型与实际情况吻合度高，试验误差小，因此可采用此模型对试验结果进行预测。模型中D、CD、B2、C2、D2的p值均小于0.01，有极显著的水平，对感官评价得分有极显著的影响。根据表4 中的数据可得出，在所选取的水平因素范围内，根据F值的大小，各因素对感官评分影响的程度顺序为柠檬酸添加量（D） >料液比（C） >白砂糖添加量（B） >食盐添加量（A）。

表4 回归方程的方差分析

2.2.2 响应面图形分析

通过Design Expert 8.0.6 软件对回归模型的分析，可以得到当2 个因素为零水平时，其他2 个因素的交互作用对响应值的影响效果。

食盐添加量和白砂糖添加量对提取率影响的响应面及等高线见图5，食盐添加量和料液比对提取率影响的响应面及等高线见图6，食盐添加量和柠檬酸添加量对提取率影响的响应面及等高线见图7，白砂糖添加量和料液比对提取率影响的响应面及等高线见图8，白砂糖添加量和柠檬酸添加量对提取率影响的响应面及等高线见图9，料液比和柠檬酸添加量对提取率影响的响应面及等高线见图10。

图5 食盐添加量和白砂糖添加量对提取率影响的响应面及等高线

图6 食盐添加量和料液比对提取率影响的响应面及等高线

图7 食盐添加量和柠檬酸添加量对提取率影响的响应面及等高线

图8 白砂糖添加量和料液比对提取率影响的响应面及等高线

图9 白砂糖添加量和柠檬酸添加量对提取率影响的响应面及等高线

由等高线可以看出，椭圆形的表示两两交互作用显著，而圆形则相反，响应面的坡度变化反映出各因素变化时，对响应值的变化情况。由图5 ~ 图10 可知，柠檬酸添加量对产品感官评分影响最大。

图10 料液比和柠檬酸添加量对提取率影响的响应面及等高线

2.2.3 配方参数优化

根据响应面优化分析得到荷叶汁发酵乳饮料的最佳配方为柠檬酸添加量0.048%，白砂糖添加量7.64%，料液比1∶4，食盐添加量0.19%，感官评价理论值93.07，根据实际操作的可行性，最佳配方修正为，食盐添加量为0.20%，白砂糖添加量8%，柠檬酸添加量0.04%，料液比1∶4，为检验模型预测的准确性，采用以上工艺配方做3 次平行试验并进行感官评价，经过试验验证，此条件下制作的荷叶汁发酵乳饮料的感官评分为93.07±0.03 分，接近预测值93.37 分，说明响应面分析法对优化荷叶汁发酵乳饮料的工艺条件是可行的。

2.3 优化工艺的荷叶汁发酵乳饮料的指标测定

参照含乳饮料产品标准，将试验最优条件下得到的荷叶风味发酵乳饮料成品的主要指标进行检验，评价产品质量。

荷叶汁发酵乳饮料产品检验结果与标准对照见表5。

3 结论

在单因素试验的基础上，利用响应面分析法优化荷叶汁发酵乳饮料的制作工艺，得出最佳工艺条件为柠檬酸添加量0.04%，白砂糖添加量8%，料液比1∶4，食盐添加量0.20%，黄原胶添加量0.15%，此时感官评分最高为93.07 分。4 个因素对荷叶汁发酵乳饮料的影响顺序为柠檬酸添加量（D） >料液比（C） >白砂糖添加量（B） >食盐添加量（A）。按此配方生产的荷叶汁乳饮料颜色为浅黄色，色泽均匀、味道醇厚，具有荷叶清香味和奶香味，其主要检验指标均达到相关标准要求，为进一步市场化开发奠定了较好的研究基础。