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        響應(yīng)面法對(duì)酸奶冰淇淋配方的優(yōu)化

        2012-01-28 10:32:04李松林
        食品研究與開發(fā) 2012年11期

        李松林

        (淮陰工學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院食品工程系,江蘇淮安223003)

        酸奶冰淇淋是以牛乳為主要原料,用乳酸菌發(fā)酵制成酸奶,在此基礎(chǔ)上添加奶粉、奶油、穩(wěn)定乳化劑等,經(jīng)均質(zhì)、老化、凝凍制成的含活性乳酸菌的健康保健型冰淇淋。它具備了酸奶和冰淇淋的雙重特點(diǎn),既使傳統(tǒng)冰淇淋在營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和口感上更進(jìn)一步,又克服了酸奶貨架期短的缺點(diǎn)[1]。在-18 ℃下,乳酸菌處于休眠狀態(tài)不會(huì)繼續(xù)發(fā)酵,保質(zhì)期可達(dá)6 個(gè)月,但乳酸菌一旦進(jìn)入人體則會(huì)復(fù)活,能繼續(xù)生長(zhǎng)繁殖而發(fā)揮它的保健功能,因而有廣闊的市場(chǎng)前景[2]。雖然國(guó)內(nèi)外已開展酸奶冰淇淋的研究,但是對(duì)于其配方的優(yōu)化探索鮮見報(bào)道。

        本實(shí)驗(yàn)采用中心組合設(shè)計(jì)和響應(yīng)面分析法對(duì)酸奶冰淇淋的配方進(jìn)行了優(yōu)化研究,旨在通過(guò)配料的優(yōu)化,為工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。

        1 材料與方法

        1.1 實(shí)驗(yàn)材料

        鮮牛乳:淮安市郊區(qū)天然牧場(chǎng)提供;奶油:光明乳業(yè);嗜熱鏈球菌(Streptoccus thermophilus,St)、保加利亞乳桿菌(Lactobacillius bulgaricus,Lb):由淮陰工學(xué)院生化學(xué)院食品工程實(shí)驗(yàn)室保藏;蔗糖(黃原膠,瓜爾豆膠,單硬脂酸甘油酯)、穩(wěn)定劑:食品級(jí)。

        1.2 酸奶冰淇淋的制備工藝流程

        1.3 操作要點(diǎn)

        1.3.1 酸奶制備要點(diǎn)

        按照攪拌型酸奶生產(chǎn)工藝,殺菌條件100 ℃,冷卻到40 ℃,接入菌種,發(fā)酵至pH3.5~4.0 時(shí),停止發(fā)酵,此時(shí)溶液的酸度較一般酸奶的酸度大,可用來(lái)增加冰淇淋的風(fēng)味[3]。

        1.3.2 原料混合、配制

        穩(wěn)定劑(黃原膠、瓜爾豆膠、蒸餾單硬脂酸甘油酯)按1 ∶2 ∶1 的比例混合,先用水浸泡使其充分分散、溶脹,與少量糖混合后,再加入適量熱水溶解。糖、奶油等用50 ℃~60 ℃的熱水溶解,溶解過(guò)程中要不斷攪拌。

        1.3.3 殺菌

        殺菌溫度80 ℃~85 ℃,殺菌時(shí)間10 min~15 min。

        1.3.4 冷卻

        為保證產(chǎn)品中的活性乳酸菌數(shù),物料必須冷卻至40 ℃~45 ℃左右[4]。

        1.3.5 均質(zhì)

        均質(zhì)壓力20 MPa~25 MPa,溫度40 ℃~45 ℃。

        1.3.6 老化、凝凍和硬化

        4 ℃下老化6 h,有利于凝凍攪拌時(shí)提高膨脹率。在凝凍過(guò)程中要保持合適的進(jìn)氣量,以免物料凝凍成冰。凝凍后的冰淇淋立即根據(jù)需要灌注到不同的容器中成型,放入低溫(-25 ℃)下硬化,從而固定冰淇淋的組織狀態(tài)和保持硬度[5-6]。

        1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

        1.4.1 單因素試驗(yàn)

        分別考察影響產(chǎn)品品質(zhì)和風(fēng)味的主要原料:酸奶添加量、奶油添加量、白砂糖添加量及復(fù)合穩(wěn)定劑添加量對(duì)感官評(píng)定的影響。

        1.4.2 酸奶冰淇淋的配方優(yōu)化

        在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上,采用中心組合設(shè)計(jì)和響應(yīng)面分析法對(duì)酸奶冰淇淋的配方進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)因素及水平選取見表1。

        表1 酸奶冰淇淋配方優(yōu)化試驗(yàn)的因素與水平Table 1 Factors and levels of the optimization experiment of the formula

        1.5 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

        根據(jù)產(chǎn)品的色澤、口感、風(fēng)味、組織狀態(tài)和膨脹率等進(jìn)行綜合評(píng)定,樣品隨機(jī)提供給10 位有經(jīng)驗(yàn)的評(píng)審員,分別打分,取平均分為綜合評(píng)分。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 單因素試驗(yàn)

        2.1.1 酸奶添加量對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響

        酸奶添加量對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響,結(jié)果見圖1。

        由圖1 可知,隨著酸奶添加量的增加,酸奶冰淇淋感官評(píng)定總評(píng)分先大后小,在添加量50%時(shí)總評(píng)分最高。因此,酸奶冰淇淋研制的最佳酸奶添加量為50%。當(dāng)酸奶添加量大于50%時(shí),由于脂肪的降低,會(huì)導(dǎo)致膨化率降低,且產(chǎn)品的組織結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)冰晶而變得粗糙,最終致使感官評(píng)分降低[5]。

        表2 酸奶冰淇淋感官評(píng)定表Table 2 Standard of sensory evaluation of yogurt ice cream

        2.1.2 奶油添加量對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響

        奶油添加量對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響,結(jié)果見圖2。

        由圖2 可知,隨著奶油添加量的增加,酸奶冰淇淋感官評(píng)定總評(píng)分先大后小,在奶油添加量為10%時(shí)總評(píng)分最高。因此,酸奶冰淇淋研制的最佳奶油添加量為10%。

        2.1.3 蔗糖添加量對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響

        蔗糖添加量對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響,結(jié)果見圖3。

        蔗糖不僅能賦予冰淇淋甜,同時(shí)可使產(chǎn)品具有細(xì)膩的組織結(jié)構(gòu),還能降低產(chǎn)品凝凍溫度。由圖3 可知,隨著白砂糖添加量的增加,酸奶冰淇淋感官評(píng)定總評(píng)分先大后小,在白砂糖添加量為15%時(shí)總評(píng)分最高。因此,酸奶冰淇淋研制的最佳白砂糖添加量為15%。

        2.1.4 復(fù)合穩(wěn)定劑添加量對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響

        復(fù)合穩(wěn)定劑添加量對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響,結(jié)果見圖4。

        由圖4 可知,隨著復(fù)合穩(wěn)定劑添加量的增加,酸奶冰淇淋感官評(píng)定總評(píng)分先大后小,在復(fù)合穩(wěn)定劑加量為0.7%時(shí)總評(píng)分最高。因此,酸奶冰淇淋的最佳復(fù)合穩(wěn)定劑添加量為0.7%。

        2.2 中心組合設(shè)計(jì)及響應(yīng)面法優(yōu)化酸奶冰淇淋配方

        酸奶冰淇淋配方的回歸正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案與結(jié)果如表3 所示。

        利用Design-expert 軟件對(duì)表3 數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合,得到感官評(píng)分值Y 與自變量X1、X2、X3和X4的二次回歸方程為:Y=85.51+3.86X1+5.44X2+2.78X3+4.52X4- 2.57X1X2+ 0.80X1X3- 1.30X1X4- 0.76X2X3-0.0.87X2X4-3.12X3X4-2.04X12-3.88X22-3.95X32-4.77X42。對(duì)該模型進(jìn)行的方差分析及顯著性檢驗(yàn)結(jié)果見表4。

        表3 酸奶冰淇淋配方的回歸正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案與結(jié)果Table 3 The program and results of orthogonal experiment of the yogurt ice cream formula

        表4 響應(yīng)面試驗(yàn)方差分析Table 4 Variance analysis of response surface test

        由表4 可知,酸奶添加量(X1)、奶油添加量(X2)、白砂糖添加量(X3)及復(fù)合穩(wěn)定劑添加量(X4)及其二次項(xiàng),以及各因素之間的交互作用(X1X2、X3X4)對(duì)感官評(píng)分值的影響均在顯著水平以上。因變量與自變量之間的多元回歸關(guān)系是高度顯著的(復(fù)相關(guān)系數(shù)R2= 0.960 5),該模型對(duì)Y 值變化的描述程度為96.05 %,且失擬性檢驗(yàn)結(jié)果為不顯著,表明試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果可靠。

        圖5 和圖6 中的響應(yīng)面及其等高線圖形較好地描述了酸奶添加量(X1)、奶油添加量(X2)、蔗糖添加量(X3)及復(fù)合穩(wěn)定劑添加量(X4)對(duì)酸奶冰淇淋配方的感官評(píng)分值的影響。

        由等值線圖可知,擬合面感官評(píng)分最高值存在,即各因素都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的最適值。由圖5 可知,酸奶添加量和奶油添加量交互作用顯著,當(dāng)奶油添加量保持一定時(shí),隨著酸奶添加量的增加,感官評(píng)分值增加。在圖6 中,當(dāng)復(fù)合穩(wěn)定劑添加量保持一定時(shí),隨著蔗糖添加量的增加,感官評(píng)分值先增加后降低,感官評(píng)分最高值達(dá)到83.3。

        由此可知,產(chǎn)品感官評(píng)分值與上述4 個(gè)因素均存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。由Design-expert 軟件分析得出各因素最優(yōu)水平組合為:X1=51%,X2=10.8 %,X3=15.6 %,X4=0.71%,Y=89.2。在該條件下重復(fù)三次實(shí)驗(yàn),平均感官評(píng)分值為88.2,誤差為1.12%。這說(shuō)明采用五因素二次回歸正交組合設(shè)計(jì)尋求的最佳工藝條件是可行的。

        3 結(jié)論

        采用中心組合設(shè)計(jì)和響應(yīng)面分析法,得到酸奶冰淇淋的最佳配方:酸奶添加量51%、奶油添加量10.8%、蔗糖添加量15.6%、復(fù)合穩(wěn)定劑添加量0.71%,此時(shí)產(chǎn)品的感官評(píng)分值為89.2。

        [1] 呂兵,章軍.酸奶冰淇淋的研制[J].食品工業(yè)科技,1998(4):33-34

        [2] 劉學(xué)浩,王琪,孫強(qiáng),等.冷凍酸奶生產(chǎn)工藝的研制[J].食品科技,2004(1):67-69

        [3] 侯振建,杜海麗.酸奶冰淇淋的配方及工藝條件[J].食品與機(jī)械,2003(6):37-38

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        [5] 張紅兵,趙士豪,馬同鎖,等.香椿咖啡冰淇淋的制作[J].食品與藥品,2006,8(3):53-55

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