陳艾嘉，楊 昭，李 威，廖柳媚，蘇慧倫

（廣東食品藥品職業(yè)學(xué)院，廣東廣州 510520）

木糖醇是一種多元糖醇類物質(zhì)，為白色結(jié)晶性顆?；蚍勰?，具有清涼的甜味，甜度和蔗糖一樣，熱穩(wěn)定性好且不會(huì)發(fā)生美拉德反應(yīng)，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，是多元醇類產(chǎn)品中最甜的甜味劑，也是人體糖類代謝的正常中間體[1]。木糖醇可作為糖尿病患者的營(yíng)養(yǎng)劑和糖代謝的調(diào)整劑，具有良好的防齲齒功能，可以預(yù)防肺部感染、中耳炎和骨質(zhì)疏松癥。

酸奶是一種以鮮牛奶為主要原料，經(jīng)乳酸菌發(fā)酵而得到且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富的半固體乳制品[2]。酸奶的營(yíng)養(yǎng)、保健價(jià)值較高，能夠提高食欲、改善腸道的消化吸收、增加腸道有益菌的數(shù)量、維持腸道菌群的生態(tài)平衡，有效促進(jìn)人體對(duì)鈣、磷等元素的吸收，并能降低血清中膽固醇的含量，提高人體免疫力，預(yù)防心血管疾病等[3]。因此，常飲用酸奶對(duì)人體健康具有很多益處。

響應(yīng)曲面法（Response surface methodology，RSM）是一種應(yīng)用廣泛的試驗(yàn)優(yōu)化方法，可有效快速地確定多因子系統(tǒng)的最佳試驗(yàn)條件。利用響應(yīng)曲面法具有試驗(yàn)次數(shù)少、時(shí)間短等特點(diǎn)，可對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行全面的研究[4]。目前，RSM在乳飲料加工、多糖及生物制劑提取等工藝的優(yōu)化已有廣泛應(yīng)用[5]。試驗(yàn)探索了發(fā)酵工藝、熱處理溫度對(duì)木糖醇酸奶在貯藏過(guò)程中的品質(zhì)變化，并對(duì)木糖醇酸奶的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析，旨在提出合理的加工工藝條件、熱處理溫度和貯藏條件，為開發(fā)木糖醇酸奶制品和產(chǎn)品的市場(chǎng)推廣提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

木糖醇，山東龍力生物科技股份有限公司提供；純牛奶（蛋白質(zhì)2.9%、脂肪3.6%），蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司提供；保加利亞乳桿菌凍干粉、嗜熱鏈球菌凍干粉，陜西森弗天然制品有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

NS810型分光測(cè)色儀，深圳市三恩馳科技有限公司產(chǎn)品；HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州澳華儀器有限公司產(chǎn)品；DHG-9075A型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；APV-60型高壓均質(zhì)機(jī)，上海順儀實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 木糖醇酸奶工藝流程

原料奶→鮮奶處理→牛奶（加入木糖醇）→均質(zhì)→滅菌→冷卻→接種（保加利亞乳桿菌+嗜熱鏈球菌）→裝瓶→發(fā)酵→冷藏→成品。

1.3.2 操作要點(diǎn)

（1）原料乳的選擇。要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求、無(wú)抗生素。將驗(yàn)收來(lái)的鮮奶過(guò)濾，并加入適量的脫脂奶粉，調(diào)整可溶性固形物含量。

（2）均質(zhì)。均質(zhì)前物料混合均勻，原料乳預(yù)熱到55~65℃，在10 MPa的壓力下進(jìn)行均質(zhì)，使制品口感更好。

（3）滅菌。升溫至95℃，保溫3~5 min進(jìn)行滅菌。滅菌后，將原料乳冷卻到40℃。

（4）發(fā)酵劑的品質(zhì)控制及接種量。工作發(fā)酵劑要從色澤、組織、氣味、滋味4個(gè)理化指標(biāo)綜合考慮，感官達(dá)到要求后可測(cè)定活力，乳酸菌活力值在0.80~0.95，接種量為2.5%。

（5）接種。往原料乳中接入經(jīng)過(guò)馴化培養(yǎng)的乳酸菌培養(yǎng)液。裝瓶封口，放在恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)酵。

（6）冷藏：冷藏溫度為4℃，時(shí)間12 h。

根據(jù)響應(yīng)曲面法中的Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理，選擇木糖醇添加量（A）、菌種接種量（B）、發(fā)酵溫度（C）、發(fā)酵時(shí)間（D）4個(gè)因素為自變量，每個(gè)因素取3個(gè)水平，以-1，0，1為編碼，以感官評(píng)價(jià)得分為響應(yīng)值（Y），采用Design Expert 8.0.6軟件設(shè)計(jì)四因素三水平的響應(yīng)面分析試驗(yàn)，共29個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，其中24個(gè)為分析因子，5個(gè)為中心試驗(yàn)用以估計(jì)誤差。

Box-Benhnken設(shè)計(jì)試驗(yàn)因素水平見表1。

表1 Box-Benhnken設(shè)計(jì)試驗(yàn)因素水平

1.3.3 木糖醇酸奶品質(zhì)評(píng)定

（1）感官評(píng)定方法及標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)木糖醇酸奶的色澤、香氣、口感及組織狀態(tài)進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，隨機(jī)選擇10名食品專業(yè)人員對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行感官評(píng)定[6]。根據(jù)感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分，取其平均值作為最終評(píng)價(jià)記錄。

木糖醇酸奶感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表2。

（2）滴定酸度的測(cè)定。參考GB 5009.239—2016對(duì)發(fā)酵乳滴定酸度進(jìn)行測(cè)定。滴定酸度（吉爾里耳度°T）表示牛乳的酸度：（°T）指滴定100 mL牛乳樣品，消耗0.1 mol/L的NaOH的量。

表2 木糖醇酸奶感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

（3）色度的測(cè)定。使用色差儀對(duì)處理后的樣品進(jìn)行色度分析，每個(gè)樣品取3個(gè)平行測(cè)定，結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。其中，L*值，a*值，b*值可由色差計(jì)直接讀出，按照公式計(jì)算△E。

式中：L*——明度；

a*——紅色度；

b*——黃色度。

1.4 單因素試驗(yàn)

依次進(jìn)行木糖醇添加量、菌種接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間單因素試驗(yàn)，以酸度、色度和感官評(píng)價(jià)為考查指標(biāo)。

1.4.1 木糖醇添加量對(duì)酸奶品質(zhì)的影響

在發(fā)酵溫度41℃，發(fā)酵時(shí)間8 h，菌種比例1∶1，菌種接種量0.4%的條件下，考查木糖醇的接種量按質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3%，5%，7%，9%，11%時(shí)的影響。

1.4.2 菌種接種量對(duì)酸奶品質(zhì)的影響

在發(fā)酵溫度41℃，發(fā)酵時(shí)間8 h，菌種比例1∶1，木糖醇添加量7%的條件下，考查菌種接種量分別為0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，1.0%時(shí)的影響。

1.4.3 發(fā)酵溫度對(duì)酸奶品質(zhì)的影響

在發(fā)酵時(shí)間8 h，木糖醇添加量7%，菌種比例1∶1，菌種接種量0.4%，考查發(fā)酵溫度分別為35，38，41，44，47℃時(shí)的影響。

1.4.4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)酸奶品質(zhì)的影響

在發(fā)酵溫度41℃，木糖醇添加量7%，菌種比例1∶1，菌種接種量0.4%，考查發(fā)酵時(shí)間分別為2，4，6，8，10 h時(shí)的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素結(jié)果分析

2.1.1 木糖醇添加量對(duì)酸奶品質(zhì)的影響

木糖醇添加量對(duì)酸奶品質(zhì)的影響見表3。

表3 木糖醇添加量對(duì)酸奶品質(zhì)的影響

從色度方面來(lái)看，木糖醇添加量小于7%，△E隨著木糖醇添加量的增加而下降，說(shuō)明木糖醇添加量的增大能降低酸奶的色差；當(dāng)木糖醇添加量超過(guò)7%后，△E的值呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)（p<0.05），色差變大。從酸度值可發(fā)現(xiàn)，木糖醇添加量在7%以下時(shí)，木糖醇添加量的增大對(duì)酸奶的酸度值無(wú)顯著性影響（p>0.05）；在木糖醇添加量超過(guò)7%后，酸度值隨著木糖醇添加量的增大而呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)（p<0.05），而且隨著木糖醇添加量增加，整體上酸度值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。從感官評(píng)定看，木糖醇添加量在7%以上時(shí)，酸奶味濃郁、酸甜適中、滋味良好，是由于適宜的糖添加量使得菌種發(fā)酵良好，形成的各種風(fēng)味物質(zhì)也有很好的作用，滋味良好。

2.1.2 菌種比例對(duì)酸奶品質(zhì)的影響

菌種接種比例對(duì)酸奶品質(zhì)的影響見表4。

接種比例對(duì)色差、酸度及感官評(píng)價(jià)的影響無(wú)顯著性差異。因菌種間的共生，使用混合發(fā)酵劑可大大縮短發(fā)酵時(shí)間，并對(duì)發(fā)酵產(chǎn)品的風(fēng)味、口感、質(zhì)地等也產(chǎn)生良好的效果。整體上，發(fā)現(xiàn)菌種比例主要會(huì)影響發(fā)酵酸奶的風(fēng)味。如果產(chǎn)酸能力強(qiáng)的保加利亞乳桿菌接種過(guò)多容易使產(chǎn)品酸化速度過(guò)快，后酸化過(guò)強(qiáng)，乳清析出嚴(yán)重，大大影響了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和質(zhì)地品質(zhì)。因而，菌種接種比例選擇1∶1。

表4 菌種接種比例對(duì)酸奶品質(zhì)的影響

2.1.3 菌種接種量對(duì)酸奶品質(zhì)的影響

菌種接種量對(duì)酸奶品質(zhì)的影響見表5。

在酸奶發(fā)酵過(guò)程中，2種菌種復(fù)合會(huì)提高酸奶的發(fā)酵產(chǎn)酸速度，嗜熱鏈球菌有利于提高酸奶酸度，縮短酸奶發(fā)酵時(shí)間，而保加利亞乳桿菌的產(chǎn)物對(duì)酸奶的風(fēng)味有很大影響。復(fù)合菌種接種量對(duì)酸奶發(fā)酵影響較大，若接種量大，會(huì)導(dǎo)致酸奶發(fā)酵速度過(guò)快，酸奶的風(fēng)味不足；接種量太少，酸奶發(fā)酵能力受挫，發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)，也會(huì)使酸奶風(fēng)味不佳[7]。

表5 菌種接種量對(duì)酸奶品質(zhì)的影響

由表5可知，復(fù)合菌種接種量0.4%以上時(shí)，隨著接種量的增大，酸度越來(lái)越大，具有顯著性差異（p<0.05）。色差隨著接種量的增大而減小，接種量在一定范圍內(nèi)酸奶感官品質(zhì)較好，接種量過(guò)高或者過(guò)低都會(huì)影響酸奶的感官及質(zhì)地品質(zhì)。當(dāng)菌種接種量為0.4%時(shí)，原料得到充分利用，發(fā)酵良好，能很好地產(chǎn)生多種風(fēng)味物質(zhì)，使得樣品的滋味良好，酸甜適中，感官評(píng)分最高。

2.1.4 發(fā)酵溫度對(duì)酸奶品質(zhì)的影響

發(fā)酵溫度對(duì)酸奶品質(zhì)的影響見表6。

由表6可知，隨著發(fā)酵溫度的上升，酸度從62.5~93.0°T時(shí)逐漸增大；色度值呈現(xiàn)無(wú)規(guī)律變化的趨勢(shì)，感官評(píng)分先升后降，可能是因?yàn)樗岫冗^(guò)大，導(dǎo)致口感下降。這與混合發(fā)酵劑不同溫度下的產(chǎn)酸特性相關(guān)。低溫下較有利于菌種的發(fā)酵，產(chǎn)生的風(fēng)味較好，但是由于該菌發(fā)酵的產(chǎn)酸特性差，而低溫條件下菌種發(fā)酵不完全，不利于更多風(fēng)味物質(zhì)的形成，因而使得樣品的酸味不足，滋味偏甜。發(fā)酵溫度38~47℃時(shí)制作的樣品，原乳味明顯減弱，酸奶味濃郁，且滋味良好，其產(chǎn)酸性能也比較好，使樣品酸甜適中，滋味良好。因此，考慮最適發(fā)酵溫度為41℃。

表6 發(fā)酵溫度對(duì)酸奶品質(zhì)的影響

2.1.5 發(fā)酵時(shí)間對(duì)酸奶品質(zhì)的影響

發(fā)酵時(shí)間對(duì)酸奶品質(zhì)的影響見表7。

表7 發(fā)酵時(shí)間對(duì)酸奶品質(zhì)的影響

酸奶發(fā)酵的過(guò)程中各種生物化學(xué)變化會(huì)影響酸奶最終品質(zhì)，其中影響酸奶加工過(guò)程的一個(gè)重要因素是選擇適宜長(zhǎng)短的發(fā)酵時(shí)間。由表7可知，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，酸奶的色差越來(lái)越大，說(shuō)明發(fā)酵時(shí)間會(huì)增大酸奶的色澤，使顏色加深，但8 h內(nèi)，色差無(wú)顯著性差異（p>0.05）；在10 h時(shí)，色差變化顯著（p<0.05）。從酸度值發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵時(shí)間越久，酸度增大速度越快，而且酸度值越大。發(fā)酵時(shí)間為8 h時(shí)，木糖醇酸奶的感官評(píng)定值最高。說(shuō)明發(fā)酵時(shí)間過(guò)短和過(guò)長(zhǎng)均會(huì)影響產(chǎn)品的組織狀態(tài)、穩(wěn)定性及口感。發(fā)酵時(shí)間過(guò)短，菌種沒有充分發(fā)揮作用，產(chǎn)酸不足，酸乳凝固性較差，組織狀態(tài)不均勻；發(fā)酵時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)品過(guò)度酸化，乳清析出現(xiàn)象加劇，口感較酸澀。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，利用Box-Behnken組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理[8]。研究制備木糖醇酸奶過(guò)程木糖醇添加量（A）、菌種接種量（B）、發(fā)酵溫度（C）、發(fā)酵時(shí)間（D）4個(gè)影響因素對(duì)木糖醇酸奶品質(zhì)的影響，以感官評(píng)分為響應(yīng)值Y，優(yōu)化木糖醇酸奶發(fā)酵工藝。

Box-Benhnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表8。

試驗(yàn)結(jié)果采用Design Expert.V 8.0.6.1軟件對(duì)表10中27個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的響應(yīng)值進(jìn)行多元回歸擬合得到感官得分與各因素的二次多項(xiàng)回歸方程模型Y：

回歸方程方差分析見表9，二次回歸方程的可信度分析見表10。

表8 Box-Benhnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

對(duì)模型進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，由回歸模型的方差分析表10可以看出，模型的F值為9.50，“Prob>F”的p<0.01，模型因子是具有極顯著性意義的。表10中，木糖醇酸奶感官評(píng)價(jià)模型的相關(guān)系數(shù)R2=0.904 8，說(shuō)明該模型擬合程度良好，試驗(yàn)誤差??；校正擬合度R2Adj為0.809 5，說(shuō)明模型可以解釋80.95%響應(yīng)值的變化。Adeq Precision=9.569，C.V=3.16%，說(shuō)明模型有著較好的信噪比，試驗(yàn)穩(wěn)定性比較高，模型方程能夠較好地反映真實(shí)的試驗(yàn)值，因此可以用該回歸方程模型來(lái)解釋設(shè)計(jì)方案。

表9 回歸方程方差分析

表10 二次回歸方程的可信度分析

各因素間顯著性分析見表11。

表11 各因素間顯著性分析

由表11分析結(jié)果可知，表中F值越大表明該因素對(duì)木糖醇酸奶感官評(píng)價(jià)的影響越顯著，各因素對(duì)木糖醇酸奶感官評(píng)價(jià)的影響大小依次為菌種接種量>木糖醇添加量>發(fā)酵溫度>發(fā)酵時(shí)間。在此回歸方程模型中F，C2和D2是極顯著性因子項(xiàng)（p<0.01）；A，C和交互項(xiàng)AC，B2為顯著性因子項(xiàng)（p<0.05）；而D和交互項(xiàng)AB，AD，BC，BD，CD，A2均無(wú)顯著性差異（p>0.05）。

2.2.2 各因素交互作用

根據(jù)模型繪制三維曲面圖，可直觀地看出各因素的交互作用對(duì)木糖醇酸奶感官評(píng)價(jià)的影響。若曲線越陡峭，則表明該因素對(duì)木糖醇酸奶感官評(píng)價(jià)的影響越大，相應(yīng)表現(xiàn)為響應(yīng)值變化的大小。由回歸系數(shù)模型及方差結(jié)果分析可知，4個(gè)因素中，只有木糖醇添加量與發(fā)酵溫度之間存在顯著的交互作用，而木糖醇添加量與菌種接種量、木糖醇添加量與發(fā)酵時(shí)間、菌種接種量與菌種接種量的交互作用均不顯著。

木糖醇添加量和菌種接種量對(duì)酸奶感官評(píng)價(jià)的曲面圖及等高線見圖1，木糖醇添加量和發(fā)酵溫度對(duì)酸奶感官評(píng)價(jià)的曲面圖及等高線見圖2，木糖醇添加量和發(fā)酵時(shí)間對(duì)酸奶感官評(píng)價(jià)的曲面圖及等高線見圖3，菌種接種量和發(fā)酵溫度對(duì)酸奶感官評(píng)價(jià)的曲面圖及等高線見圖4，菌種接種量和發(fā)酵時(shí)間對(duì)酸奶感官評(píng)價(jià)的曲面圖及等高線見圖5，發(fā)酵溫度和發(fā)酵時(shí)間對(duì)酸奶感官評(píng)價(jià)的曲面圖及等高線見圖6。

圖1 木糖醇添加量和菌種接種量對(duì)酸奶感官評(píng)價(jià)的曲面圖及等高線

3 結(jié)論

適宜的木糖醇添加量能降低酸奶的色差、降低酸度值、促使菌種發(fā)酵良好，能形成各種良好的風(fēng)味物質(zhì)并改變酸奶的組織狀態(tài)。

以牛奶為原料，通過(guò)單因素試驗(yàn)和Box-Benhnken響應(yīng)面分析，得到優(yōu)化的工藝參數(shù)為木糖醇添加量7.8%，菌種接種量0.4%，發(fā)酵溫度41℃，發(fā)酵時(shí)間7.4 h。在此條件下，木糖醇酸奶的感官評(píng)價(jià)得分最高為43.32分。實(shí)際評(píng)價(jià)結(jié)果與模型預(yù)測(cè)值相差較小，表明模型合理有效。

圖2 木糖醇添加量和發(fā)酵溫度對(duì)酸奶感官評(píng)價(jià)的曲面圖及等高線

圖3 木糖醇添加量和發(fā)酵時(shí)間對(duì)酸奶感官評(píng)價(jià)的曲面圖及等高線

圖4 菌種接種量和發(fā)酵溫度對(duì)酸奶感官評(píng)價(jià)的曲面圖及等高線

圖5 菌種接種量和發(fā)酵時(shí)間對(duì)酸奶感官評(píng)價(jià)的曲面圖及等高線

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圖6 發(fā)酵溫度和發(fā)酵時(shí)間對(duì)酸奶感官評(píng)價(jià)的曲面圖及等高線