葛謙，袁亞宏，岳田利

（西北農(nóng)林科技大學(xué)食品學(xué)院，陜西楊凌 712100）

魔芋是一種天南星科（Araceae）魔芋屬（Amorphophallus Blume）的多年生草本植物，其含有魔芋葡甘露聚糖（KGM），是一種低熱量的水溶性膳食纖維，具有減肥、降血糖、降血脂、提高抗氧化能力、潤(rùn)腸通便、調(diào)節(jié)膽固醇代謝等多重功效[1-2]，同時(shí)可減緩動(dòng)脈硬化、調(diào)節(jié)血糖水平并且對(duì)空腹血糖值無(wú)顯著影響[3]，是一種被廣泛推崇的健康食品。同時(shí)，魔芋水合能力極強(qiáng)，具有很高的增稠性[4]，可提高魔芋酸奶產(chǎn)量，增強(qiáng)其黏稠性。酸奶是一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富、促進(jìn)消化吸收、提高人體免疫力、調(diào)節(jié)腸道菌群平衡，通過(guò)添加乳酸菌等益生菌發(fā)酵哺乳動(dòng)物的液態(tài)乳制品[5]。響應(yīng)面法（response surface methodology，RSM）利用多元二次回歸方程擬合因素與響應(yīng)值兩者之間的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)對(duì)回歸方程的分析來(lái)尋求最優(yōu)工藝參數(shù)，解決多變量問(wèn)題，優(yōu)化效率高，近些年在食品、種植、醫(yī)藥等工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用[6-9]。

隨著人們生活水平的提高，人們的飲食越來(lái)越趨于健康化、營(yíng)養(yǎng)化、功能化，對(duì)酸奶的營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化更加重視。本試驗(yàn)將魔芋精粉添加到酸奶中不僅可以提高酸奶黏稠度，擴(kuò)大產(chǎn)值，更強(qiáng)化了該產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)保健功效，具有廣泛的應(yīng)用前景。

1 材料與方法

1.1 主要試驗(yàn)材料

魔芋精粉：由陜西漢中錦泰魔芋公司提供；鮮牛奶：由西北農(nóng)林科技大學(xué)提供，符合GB 19301-2010《生乳》標(biāo)準(zhǔn)，微生物及理化指標(biāo)合格且無(wú)抗生素；菌種：6063 嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus，St）和6064德氏乳桿菌保加利亞亞種（Lactobacillus bulgaricus，Lb）：由中國(guó)菌種保藏中心（CICC）提供；白砂糖；脫脂奶粉。

1.2 主要儀器設(shè)備

SHP6-60高壓均質(zhì)機(jī)：西安?，斣囼?yàn)設(shè)備有限公司；HH－60數(shù)顯恒溫培養(yǎng)箱：西安智城分析儀器制造有限公司；JA2003電子天平：北京精密科學(xué)儀器有限公司；ES－315高壓蒸汽滅菌鍋：日本TOMY公司；BCN－1360B生物潔凈工作臺(tái)：哈爾濱東聯(lián)電子技術(shù)開(kāi)發(fā)公司。

1.3 加工工藝

1.3.1 工藝流程

功能性魔芋固體酸奶生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 魔芋酸奶生產(chǎn)工藝流程圖Fig.1 Process of konjac yogurt

1.3.2操作要點(diǎn)

1.3.2.1 工作發(fā)酵劑的制備

將10%～12%脫脂乳粉與水混合，待奶粉充分復(fù)水后，再108℃滅菌8 min～10 min，降溫至43℃，按比接入發(fā)酵劑，在恒溫培養(yǎng)箱43℃培養(yǎng)，待脫脂乳凝固后，置于0℃～4℃冰箱中后發(fā)酵并保存，如此逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)，直到菌種有充分的活力。生產(chǎn)發(fā)酵劑活菌數(shù)檢測(cè)乳酸菌的活菌數(shù)應(yīng)當(dāng)在1×106cfu/mL以上。

1.3.2.2 魔芋固體酸奶粉的制備

將鮮牛奶加熱35℃～40℃時(shí)加入魔芋精粉，當(dāng)溫度上升至60℃～70℃時(shí)加入蔗糖，待蔗糖融化溫度至70℃～75℃時(shí)，于18 Mpa～18 Mpa下進(jìn)行均質(zhì)。將其用保鮮膜封口，進(jìn)行95℃、5 min的熱殺菌處理。乳冷卻到43℃～45℃，將發(fā)酵劑搖勻后加入乳中充分搖勻，封口，置于42℃恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵3 h～4 h，待乳凝固后，置于4℃～5℃保存 12 h～13 h。

1.4 檢測(cè)方法

1.4.1 理化指標(biāo)、微生物分析方法

酸度：GB 5413.34－2010《乳和乳制品酸度的測(cè)定》；蛋白質(zhì)：GB 5009.5－2010《食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》；脂肪：GB 5413.3－2010《嬰幼兒食品和乳品中脂肪的測(cè)定》；非脂乳固體：GB 5413.39－2010《乳和乳制品中非脂乳固體的測(cè)定》；乳酸菌數(shù)：GB4789.35－2010《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)乳酸菌檢驗(yàn)》；大腸菌群：GB 4789.3－2010《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)大腸菌群計(jì)數(shù)》；致病菌：GB4789.4－2010《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)沙門(mén)氏菌檢驗(yàn)》，GB4789.10－2010《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)金黃色葡萄球》，GB4789.30－2010《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)單核細(xì)胞增生李斯特氏菌檢驗(yàn)》。

1.4.2 酸奶質(zhì)構(gòu)指標(biāo)測(cè)定方法

測(cè)定方法：將酸乳置于100 mL燒杯中約占燒杯3/5，在4℃下，用TA.XT PLUS/50型物性測(cè)定儀測(cè)定黏附力、黏附性、凝膠強(qiáng)度、硬度等質(zhì)構(gòu)指標(biāo)，每個(gè)樣品取3個(gè)平行樣。測(cè)定參數(shù)：圓柱型擠壓檢測(cè)探頭直徑25.4mm。測(cè)試參數(shù)：測(cè)試距離30 mm，測(cè)試前速60 mm/min，測(cè)試速度60 mm/min，測(cè)試后速度120 mm/min，樣品壓縮百分率30%[10]。

1.4.3 酸奶品質(zhì)的感官評(píng)價(jià)

邀請(qǐng)10位有經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)人員根據(jù)魔芋酸奶乳清析出情況、滋味、組織狀態(tài)、風(fēng)味等進(jìn)行綜合評(píng)分，取平均值為總感官評(píng)分（百分制），標(biāo)準(zhǔn)如表1。

表1 魔芋酸奶感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Standard of sensory evaluation for Konjac yogurt

1.4.4 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用Box－Behnken模型，以感官評(píng)分Y為響應(yīng)值，利用Design Expert7.0.0軟件進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面優(yōu)化，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 響應(yīng)曲面試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平及編碼Table 2 Factors，levels and codes of response surface design

2 結(jié)果與分析

2.1 魔芋精粉添加量的確定

魔芋精粉添加量對(duì)酸奶感官品質(zhì)的影響結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 不同魔芋精粉添加量對(duì)酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of different Konjac Powder on yoghurt quality

由圖2可知，當(dāng)魔芋精粉添加量為0.06%時(shí)，魔芋酸奶色澤、氣味、組織狀態(tài)、口感各項(xiàng)感官都達(dá)到最高；當(dāng)小于0.06%時(shí)，酸奶質(zhì)地稀薄、風(fēng)味不足；當(dāng)大于0.06%時(shí)，酸奶過(guò)于濃稠厚重，在1‰、1.2‰時(shí)甚至出現(xiàn)分層現(xiàn)象。

2.2 發(fā)酵劑接種量的確定

發(fā)酵劑接種量對(duì)酸奶感官品質(zhì)的影響結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同接種量對(duì)酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of the number of strains on yoghurt quality

菌種接種量是影響酸奶發(fā)酵的一個(gè)重要指標(biāo)，接種量偏高，發(fā)酵速度過(guò)快，無(wú)法形成濃郁的乳酸發(fā)酵風(fēng)味；接種量偏低，發(fā)酵力弱，發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)，風(fēng)味不足。由圖3可以看出，當(dāng)菌種接種量為3%，魔芋酸奶富有光澤、口感細(xì)膩、乳清析出少、風(fēng)味俱佳均優(yōu)于其他組。

2.3 菌種比例的影響

菌種比例對(duì)酸奶感官品質(zhì)的影響結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 不同接種量對(duì)酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of different proportions of strains on yoghurt quality

由圖4可知，當(dāng)嗜熱鏈球菌與保加利亞乳比例為2∶1時(shí)酸奶感官評(píng)價(jià)最高、風(fēng)味俱佳、色澤富有光澤。桿菌主要以產(chǎn)酸為主，球菌發(fā)酵力強(qiáng)，當(dāng)球桿菌比例小于2∶1時(shí)，桿菌占優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致產(chǎn)酸較快而影響酸奶的凝固性，并且伴有乳清析出、口味偏酸。當(dāng)球桿菌比例大于2∶1時(shí)球菌占優(yōu)勢(shì)、發(fā)酵力過(guò)強(qiáng)，風(fēng)味不足。

2.4 蔗糖添加量的確定

蔗糖添加量對(duì)酸奶感官品質(zhì)的影響結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 不同蔗糖添加量對(duì)酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.5 Effect of different sucrose on yoghurt quality

由圖5可知，當(dāng)加糖兩為8%時(shí)，魔芋酸奶感官評(píng)價(jià)最高，調(diào)節(jié)蔗糖添加量可改善酸奶酸甜比，當(dāng)蔗糖添加量少于8%時(shí)酸味較重，而大于8%時(shí)又過(guò)甜，當(dāng)蔗糖添加量為8%時(shí)口感俱佳、酸甜比合適、可口宜人。

2.5 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

魔芋酸奶工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案及其結(jié)果如表3所示。

表3 Box-Behnken試驗(yàn)及結(jié)果Table 3 Design and results of Box-Behnken experiment

利用Design－expert 7.0.0軟件對(duì)表3數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到感官評(píng)分值Y與自變量X1、X2、X3的二次回歸方程為：Y=+79.60－1.87*A－1.12*B－2.00*C－1.00 A*B－0.25 A*C－1.25 B*C－6.80*A2－6.30*B2－7.55 C2。對(duì)該模型進(jìn)行的方差分析及顯著性檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 Box-Behnken試驗(yàn)方差分析Table 4 Variance analysis of Box-Behnken experiment

由方差分析表4可知，失擬項(xiàng)不顯著（0.329 9＞0.05），模型擬合試驗(yàn)真實(shí)情況較好，可預(yù)測(cè)其結(jié)果，模型p值為0.000 1，小于0.05，說(shuō)明模型顯著。因素一次項(xiàng)（A、B、C）、交互項(xiàng)（BC）及二次項(xiàng)（A、B、C）對(duì)結(jié)果影響顯著（p＜0.05），交互項(xiàng)（AC、AC）對(duì)果影響不顯著（p＞0.05）。

復(fù)相關(guān)系數(shù)R的R2為0.990 9，校正后RAdj為0.979 1，預(yù)測(cè)值和測(cè)試紙非常接近，模型擬合程度較好，可用該模型對(duì)魔芋酸奶加工工藝進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。各因素對(duì)魔芋酸奶感官評(píng)分的影響排序?yàn)椋赫崽翘砑恿緾＞魔芋精粉添加量A＞接種量B。

2.6 多因素交互作用響應(yīng)曲面分析

圖6中的響應(yīng)面和等高線較好的反應(yīng)了魔芋精粉添加量和菌種接種量對(duì)魔芋酸奶感官品質(zhì)的影響，由圖6可知，在蔗糖添加量一定的條件下，隨魔芋精粉添加量和接種量的增加，感官評(píng)分先升高后降低，由此可知適量的魔芋精粉添加量和接種量可提高酸奶品質(zhì)。等高線呈圓形是因魔芋精粉添加量和接種量交互作用小造成；與此同時(shí)，通過(guò)等高線可看出魔芋精粉添加量對(duì)酸奶品質(zhì)的影響大于接種量對(duì)酸奶品質(zhì)的影響。

圖6 魔芋精粉添加量和接種量對(duì)感官質(zhì)量交互影響的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.6 Response surface and contour diagram for the sensory evaluation of konjac yougurt as a function of wheat germ amount and inoculum

圖7中的響應(yīng)面和等高線較好的反應(yīng)了魔芋精粉添加量和蔗糖添加量對(duì)魔芋酸奶感官品質(zhì)的影響。由圖7可知，在接種量一定的情況下，隨著魔芋精粉和蔗糖添加量的增多，感官評(píng)分先升高后降低；等高線頂處弧度小，交互作用不顯著；通過(guò)等高線可看出，蔗糖添加量對(duì)魔芋酸奶品質(zhì)的影響顯著于魔芋精粉添加量對(duì)其影響。

圖7 魔芋精粉添加量和蔗糖添加量對(duì)感官質(zhì)量交互影響的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.7 Response surface and contour diagram for the sensory evaluation of wheat germ yougurt as a function of konjac and sucrose amount

圖8 接種量和蔗糖添加量對(duì)感官質(zhì)量交互影響的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.8 Response surface and contour diagram for the sensory evaluation of konjac yougurt as a function of inoculum and sucrose amount

圖8中反應(yīng)了菌種接種量和蔗糖添加量對(duì)酸奶感官品質(zhì)交互影響。由圖8可知，接種量和蔗糖添加量交互作用顯著，隨著接種量的升高，蔗糖添加量的感官評(píng)分先緩慢升高后較快下降，在蔗糖添加量和接種量交互處感官評(píng)分達(dá)到最高；同時(shí)，通過(guò)等高線可看出，蔗糖添加量對(duì)酸奶感官品質(zhì)的影響顯著于接種量對(duì)其影響。

從響應(yīng)面分析圖可知，蔗糖添加量和魔芋精粉添加量對(duì)魔芋酸奶工藝影響顯著，表現(xiàn)為曲線較陡，魔芋精粉添加量最佳值為0.067%～0.082%，蔗糖添加量最佳值為7.8%～8.3%，菌種添加量對(duì)魔芋酸奶加工工藝影響不大，主要表現(xiàn)在曲線較平緩，隨著接種量的增加或減少，響應(yīng)值變化不大，最佳接種量為3%～4%。

2.7 工藝優(yōu)化和驗(yàn)證性試驗(yàn)

使用Design Expert 7.0.0，經(jīng)過(guò)手動(dòng)優(yōu)化回歸方程對(duì)其求解，魔芋酸奶最佳發(fā)酵工藝條件為：魔芋精粉添加量0.076%，接種量3.54%，蔗糖添加量7.89%?？紤]其實(shí)際操作性，將魔芋酸奶發(fā)酵工藝參數(shù)修正為：魔芋精粉添加量0.08%，接種量3.5%，蔗糖添加量7.9%，在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)，其感官評(píng)分值可達(dá)83.9分。

3 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

3.1 感官指標(biāo)

色澤：呈乳白色、有光澤、色澤均勻一致。

氣味：具有魔芋酸奶特殊的風(fēng)味、兼具乳酸菌發(fā)酵的酸奶風(fēng)味、無(wú)異味。

滋味：酸甜適中、濃稠可口、口感細(xì)膩柔和。

組織狀態(tài)：黏附性強(qiáng)、質(zhì)地均勻、無(wú)分層和沉淀現(xiàn)象。

3.2 理化指標(biāo)

魔芋酸奶各項(xiàng)理化指標(biāo)均符合相關(guān)要求。

3.3 微生物指標(biāo)

乳酸菌數(shù)≥106個(gè)/mL，大腸桿菌≤90個(gè)/100 mL，未檢測(cè)出致病菌，符合GB 19302－2010的要求。

4 結(jié)論

魔芋酸奶最佳發(fā)酵工藝條件為：魔芋精粉添加量為0.64‰，嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌比例為2∶1，接種量為2.8%（體積分?jǐn)?shù)），蔗糖添加量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)8.5%，43℃發(fā)酵4.5 h，在此條件下感官評(píng)分可達(dá)75.69。本試驗(yàn)建立的二次回歸模型對(duì)試驗(yàn)擬合較好。所得到的魔芋酸奶口感細(xì)膩、質(zhì)地均勻、風(fēng)味醇厚，是一種營(yíng)養(yǎng)極其豐富的保健食品，其開(kāi)發(fā)前景頗為廣闊。

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