响应面法优化黑芝麻枸杞功能性酸奶的工艺研究

◎ 周美东，吴淑清

(1.长春大学 食品科学与工程学院，吉林 长春 130022；2.浙江李子园食品股份有限公司，浙江 金华 321031)

研究证明，黑芝麻中含有丰富的维生素，尤其是E 族维生素，具有较强的抗氧化作用[1]，可以起到延缓衰老、杀菌消炎、保肝护肾的作用[2-4]；同样，枸杞作为一种药食同源的食物，含有丰富的花色苷类[5]、多糖[6]、生物碱[7]等活性成分，将两者有效结合起来应用到酸奶制作中，能够起到乌发、滋阴补肾等保健作用。

近年来，功能性酸奶越来越得到大众认可，以黑芝麻、枸杞、鲜牛奶为主要原料，经过单因素试验与响应面试验的优化，可制作出一款集保健与营养于一体的功能性酸奶。此试验不仅拓宽了对酸奶种类的研究，同时也为保健性产品的研发提供了新途径。

1 材料与仪器

1.1 材料

鲜牛奶、黑芝麻、枸杞、白砂糖：市售；发酵菌粉（含有保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、干酪乳杆菌）：北京川秀科技有限公司；黄原胶：浙江一诺生物科技有限公司。

1.2 仪器

BS110 型电子天平：北京赛多利斯天平有限公司；76-1A 型恒温水浴锅：江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司；HG303-3 型电热恒温培养箱：南京实验仪器厂；EG720KG4-NA 型电磁炉：美的集团有限公司；BP-1/25 型高压均质机：上海申鹿均质机有限公司；SW-CJ-IFD 洁净工作台：安泰有限公司；BXM 立式压力蒸汽灭菌锅：上海博讯实业有限公司医疗设备厂。

2 实验过程

2.1 工艺流程

鲜牛奶→调配→高压均质→杀菌→冷却→接种→发酵→冷藏后熟→成品。

2.2 操作要点

（1）黑芝麻粉：选取新鲜、果实饱满的黑芝麻为原材料，在高温120 ℃条件下翻炒5 min，炒出香味，并用粉碎机进行粉碎，200 目过筛，备用。

（2）枸杞粉：选取籽粒为暗红色且干燥无损伤的枸杞为原材料，在干燥箱中105 ℃条件下干燥5 h，粉碎，200 目过筛，备用。将处理好的枸杞粉与上述黑芝麻粉进行1:1 混合，简称复合粉，备用。

（3）调配：在牛奶中添加适量的黑芝麻粉、枸杞粉、黄原胶及3%的白砂糖，搅拌均匀，预热至65 ℃。

（4）均质：将混匀的料液在均质机中于35 MPa压强下均质10 min，使料液充分混匀，避免发酵不均匀而产生分层现象。

（5）杀菌：90 ℃条件下杀菌20 min。

（6）冷却：将成品冷却至40 ℃。

（7）接种、发酵：在无菌操作条件下，接种混匀后快速放入培养箱中，42 ℃恒温发酵8 h，注意不要剧烈摇晃。

（8）冷藏后熟：将已经成型的酸奶置2～4 ℃的环境中冷藏24 h，进行感官评定。

2.3 单因素试验

以复合粉、复合菌种添加量、发酵时间、白砂糖添加量为单因素，以感官评分为指标，分别考察当复合粉添加量为6%、8%、10%、12%、14%时，固定相为白砂糖添加量2%，发酵时间8 h，复合菌种添加量0.20%；当白砂糖添加量为1%、2%、3%、4%、5%时，固定相为复合粉添加量9%，发酵时间8 h，复合菌种添加量0.20%；当发酵时间为6 h、7 h、8 h、9 h、10 h 时，固定相为复合粉9%，复合菌种添加量0.20%，白砂糖添加量2%；当复合菌种添加量为0.08%、0.12%、0.16%、0.20%、0.24%时，固定相为复合粉9%，发酵时间8 h，白砂糖添加量2%，考察最适合的工艺条件。

2.4 响应面试验设计

在单因素试验结果的基础上，以复合菌种添加量、白砂糖添加量、复合粉添加量、发酵时间为因素，感官评分（Y）作为响应值，利用Design-Expert 13 软件对数据进行分析，试验因素与水平见表1。

表1 响应面试验因素及水平表

2.5 黑芝麻枸杞酸奶的感官评定

选定16 名专业的食品评价员组成的评分小组，参考GB 19302—2010《食品安全国家标准 发酵乳》，根据产品色泽、气味滋味、组织状态的指标进行感官评定，评定标准如表2 所示。

表2 黑芝麻枸杞酸奶感官评定标准表

3 结果与分析

3.1 单因素试验结果

3.1.1 复合粉添加量对酸奶感官评分的影响

复合粉添加量对酸奶感官评分的影响如图1 所示。

图1 复合粉添加量对酸奶感官评分的影响图

由图1 可知，黑芝麻枸杞粉的添加量对酸奶感官评分存在显著性影响（P＜0.05），当添加量为10%时，具有最高的感官评分。此时黑芝麻奶香味浓郁，且有淡淡的枸杞清香，由于黑芝麻、枸杞粉混合时颜色呈暗褐色，随着这种复合粉添加量的增多，产品的色泽也会慢慢加深；酸奶质地更加浓稠，部分会有分层现象的发生。因此，综合感官考量，黑芝麻、枸杞粉最佳添加量为10%。

3.1.2 复合菌种添加量对酸奶感官评分的影响

不同复合菌种添加量对酸奶感官评分的影响如图2 所示。

图2 复合菌种添加量对酸奶感官评分的影响图

由图2 可知，当复合菌粉添加量在0.08%～0.20%范围内时，感官评分持续上升；当添加量达到0.20%时，此时酸奶的口感细腻，具有淡淡的黑芝麻的气味，颜色偏暗灰色，甜度适中。接种量决定菌种在发酵中生长繁殖的速度，接种量过少，发酵不成熟，有乳清析出，组织状态一般；随着接种量的逐渐增加，乳酸发酵过多，酸奶黏稠度和酸度增加，使得酸奶口感偏酸。因此，最佳接种量为0.20%。

3.1.3 发酵时间对酸奶感官评分的影响

不同发酵时间对酸奶感官评分的影响如图3 所示。

图3 发酵时间对酸奶感官评分的影响图

由图3 可知，当发酵时间为7 h，感官评分最高。发酵时间过短，分子结合力小，酸奶组织状态呈现松散结构，降低了酸奶的品质；如果增加发酵时间，酸奶的酸度过高，酸奶中原有的蛋白胶体结构发生改变，导致乳清的析出，组织状态会发生凝结且口感不好。因此，最佳发酵时间为7 h。

3.1.4 白砂糖添加量对酸奶感官评分的影响

白砂糖添加量对酸奶感官评分的影响如图4 所示。

图4 白砂糖添加量对酸奶感官评分的影响图

由图4 可知，随着白砂糖添加量的增多，酸奶的感官评分呈现先升高后降低的趋势。当白砂糖添加量为1%时，此时酸奶滋味偏淡；当添加量为2%时，此时酸奶口感适中，质地均匀，没有分层现象发生；当添加量＞2%时，白砂糖的甜味就会覆盖枸杞的风味，影响整体的口感及气味。所以，白砂糖的最佳添加量为2%。

3.2 响应面试验结果

在单因素试验的基础上，以复合粉添加量（A）、白砂糖添加量（B）、发酵时间（C）和发酵菌粉添加量（D）为影响因素，以感官评分（Y）作为响应值，利用Design-Expert 13 软件对试验数据进行处理，从而确定黑芝麻枸杞酸奶的最优工艺。试验设计及结果见表3～4。

表3 响应面试验设计与结果表

表4 响应面试验设计与结果表

（续表）

利用Design-Expert 13 软件对回归方程进行运算，得到响应面回归方程Y=85.96+5.76A+2.92B+1.14C+2.12D+2.13AB-1.35AC-1.65AD-0.15BC-0.925BD-1.48CD-11.55A2-7.19B2-1.81C2-2.49D2。

图5 为各单因素对酸奶感官评分响应面图。由图5 可知，在试验水平范围内，因素AB 之间的交互作用对黑芝麻枸杞酸奶感官评分的影响特别显著，等高线比较陡峭且密集。相反，因素CD 对感官评分的影响不显著，随着因素水平的增加，感官评分几乎没有发生太大的变化，像一个平面，此结果与方差分析结果一致。

图5 各单因素对酸奶感官评分响应面图

4 结论

以黑芝麻、枸杞、鲜牛奶为原料，通过单因素及响应面分析可知，黑芝麻枸杞酸奶的最佳工艺条件：复合粉添加量为10.76%，白砂糖添加量为2.36%，发酵时间为7.27 h，发酵菌粉接种量为0.21%，此时感官评分为86.9。此时的酸奶具有黑芝麻奶香味及枸杞清香，保健功能丰富。