摘要：以壺瓶棗、核桃為原料，以感官評分為指標(biāo)，通過模糊數(shù)學(xué)評價法，使用單因素試驗和響應(yīng)面優(yōu)化試驗對壺瓶棗核桃發(fā)酵乳飲料的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，并對壺瓶棗核桃發(fā)酵乳飲料發(fā)酵前后的酸度、乳酸菌總數(shù)進(jìn)行測定分析。結(jié)果表明，選用保加利亞乳桿菌進(jìn)行發(fā)酵效果較好；壺瓶棗核桃發(fā)酵乳飲料的最佳工藝組合為壺瓶棗汁添加量32%，核桃汁添加量10%，奶粉添加量4.5%，發(fā)酵時間34 h，該條件下壺瓶棗核桃發(fā)酵乳飲料的感官評分達(dá)到85.49分，酸度達(dá)到4.21 oT，乳酸菌總數(shù)達(dá)到3.8×10⁷ CFU/mL。

關(guān)鍵詞：壺瓶棗；核桃；響應(yīng)面；模糊數(shù)學(xué)；乳酸菌；發(fā)酵乳飲料

中圖分類號：TS252.54 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20230222

基金項目：山西省高等學(xué)校科技創(chuàng)新項目（2020L0737）。

Optimization of jujube walnut fermented milk beverage process by fuzzy mathematics combined with response surface methodology

Wang Xiaojing， Wang Meng

（ Shanxi Technology and Business College， Taiyuan， Shanxi 030006 ）

Abstract： With jujube and walnut as raw materials， and the sensory score as index， the technological conditions of jujube walnut fermented milk beverage were optimized by fuzzy mathematical evaluation method， single factor test， and response surface optimization test， and the acidity and total number of lactic acid bacteria before and after fermentation of jujube walnut fermented milk beverage were measured and analyzed. The results showed that Lactobacillus bulgaricus for fermentation was more effective. The optimal technological formula of jujube walnut fermented milk beverage was as follows： jujube juice added 32%， walnut juice added 10%， milk powder added 4.5%， and the fermentation time was 34 h. Under these conditions， the sensory score of jujube walnut fermented milk beverage reached 85.49 points， and the acidity reached 4.21 oT. The total number of lactic acid bacteria reached 3.8×10⁷ CFU/mL.

Key words： jujube， walnut， response surface， fuzzy mathematics， lactic acid bacteria， fermented milk beverage

壺瓶棗皮薄核小且肉質(zhì)飽滿，富含碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等營養(yǎng)物質(zhì)，還含有維生素C、維生素B2、有機(jī)酸、多糖、皂苷類、膳食纖維等其他功能性成分，具有抗衰老、增強(qiáng)免疫能力、保護(hù)肝臟、降壓、補(bǔ)氣、補(bǔ)血、鎮(zhèn)靜安神等多種作用[1-2]。但壺瓶棗季節(jié)性強(qiáng)且不耐貯藏，而且成熟期遇雨會造成裂棗、爛棗，如不及時加工處理，將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失[3-4]。

核桃含有蛋白質(zhì)、糖類、維生素等多種營養(yǎng)成分，同時還富含鈣、磷、鐵等多種微量元素和礦物質(zhì)元素，具有預(yù)防動脈粥樣硬化等心血管疾病、美容、抗衰老、健腦益智、美容養(yǎng)顏、調(diào)節(jié)血脂、增強(qiáng)免疫力等多重功效[5-7]。

乳酸菌是一種革蘭氏陽性細(xì)菌，它能從糖類中生成大量的乳酸，具有調(diào)節(jié)腸道菌群、增強(qiáng)免疫力等保健功能，在醫(yī)學(xué)上已被普遍接受。利用乳酸菌進(jìn)行發(fā)酵，不僅能明顯減少糖分，而且還能提高總酚、黃酮等生物活性成分含量，同時還能增加醛類、醇類、酯類等芳香類的成分含量，除此之外，還提高抗氧化能力，抑制酶促褐化[8-10]。本研究以壺瓶棗、核桃為原料，以乳酸菌為發(fā)酵菌種，通過模糊數(shù)學(xué)評價法，將核桃汁含量確定為10%，使用單因素試驗和響應(yīng)面優(yōu)化試驗對壺瓶棗核桃發(fā)酵乳飲料的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳工藝條件，并對發(fā)酵前后壺瓶棗核桃發(fā)酵乳飲料的酸度指標(biāo)和乳酸菌總數(shù)進(jìn)行測定分析，以期為壺瓶棗、紙皮核桃今后深加工利用方式提供新方向。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

壺瓶棗：晉中市太古區(qū)晉昌源農(nóng)副產(chǎn)品有限公司；核桃：山西汾康源食品有限公司；白砂糖：購于太原小店區(qū)山姆士超市；全脂奶粉：山西古城乳業(yè)集團(tuán)有限公司；嗜酸乳桿菌和保加利亞乳桿菌：鎮(zhèn)江市天益生物科技有限公司。

1.2 試驗試劑

氫氧化鈉（分析純）、酚酞（分析純）、乙醇（95%）（分析純）、氯化鈉（分析純）、醋酸鈉·3H2O（分析純）、MnSO4·4H2O（分析純）：天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；蛋白胨、瓊脂粉：北京奧博星生物技術(shù)有限公司；牛肉粉：南京全隆生物技術(shù)有限公司；酵母粉：南京茂捷微生物科技有限公司；K2HPO4·7H2O（分析純）：天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司；檸檬酸三銨（分析純）、MgSO4·7H2O（分析純）：天津市凱通化學(xué)試劑有限公司；葡萄糖（分析純）：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；吐溫80：天津市北辰方正試劑廠。

1.3 試驗儀器與設(shè)備

HH-T600型恒溫水浴箱：常州市雙舜儀器設(shè)備有限公司；JM-B20002型電子天平：上海菁海儀器有限公司；YXQ-50SI型高壓蒸汽滅菌鍋：上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；TS-2102C型恒溫振蕩培養(yǎng)箱：常州市金壇大地自動化儀器廠；SW-CJ-2FD型超凈工作臺：上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；JP12D-800型多功能榨汁機(jī)：蘇泊爾集團(tuán)有限公司；PhS-3C型pH計：上海佑科儀器儀表有限公司。

1.4 試驗方法

1.4.1 壺瓶棗核桃發(fā)酵乳飲料工藝流程及操作要點(diǎn)

（1）挑選原料：選擇無蟲害、無病斑、水分充足的壺瓶棗；挑選果仁飽滿、無外衣包裹、新鮮程度高的紙皮核桃。

（2）清洗切分（切分成1 cm3左右的小塊）：將壺瓶棗去核并用清水沖洗待用；同樣核桃也是用清水進(jìn)行清洗待用。

（3）浸泡：將壺瓶棗、去皮后的核桃在70 ℃的水中浸泡1 h，使果仁變得松軟[11]。

（4）打漿：按照m壺瓶棗∶V水=1∶5（g/mL）的比例進(jìn)行打漿過濾得到殘渣較少的棗漿；核桃于100 ℃預(yù)煮5 min以去除核桃皮的苦澀感，再按照m核桃∶V水=1∶4（g/mL）的比例進(jìn)行打漿過濾得到乳白色核桃乳。將壺瓶棗漿和核桃乳按所需比例混合，得到壺瓶棗核桃混合液。

（5）過濾：用兩層紗布過濾，得到較為澄清的壺瓶棗核桃混合液。

（6）調(diào)糖調(diào)酸：加入白砂糖和全脂奶粉以中和核桃的苦澀，用檸檬酸調(diào)節(jié)pH值至4.5。

（7）滅菌：在90 ℃水浴殺菌10 min。

（8）接種：將滅菌后的壺瓶棗核桃混合液冷卻至40 ℃，按照規(guī)定的菌種添加量接入乳酸菌。

（9）乳酸發(fā)酵：將接種好的壺瓶棗核桃混合液于37 ℃條件下厭氧發(fā)酵。

（10）灌裝殺菌：將紅棗核桃發(fā)酵乳飲料灌入玻璃瓶中，于90 ℃水浴滅菌15 min。

1.4.2 乳酸菌菌種的篩選

以壺瓶棗核桃混合液為基底，分別接種活化后的保加利亞乳桿菌（0.5%）和嗜酸乳桿菌（0.5%）發(fā)酵，37 ℃條件下恒溫振蕩發(fā)酵，待發(fā)酵到24 h時，通過測定乳酸菌總數(shù)，篩選出最優(yōu)發(fā)酵乳酸菌菌種。

1.4.3 單因素試驗

（1）壺瓶棗汁添加量：在奶粉添加量4%，核桃汁添加量10%，白砂糖添加量0.5%，發(fā)酵時間32 h，發(fā)酵溫度37 ℃條件下，探究壺瓶棗汁添加量（20%、25%、30%、35%、40%）對壺瓶棗核桃發(fā)酵乳飲料的影響。

（2）奶粉添加量：在壺瓶棗汁添加量30%，核桃汁添加量10%，白砂糖添加量0.5%，發(fā)酵時間32 h，發(fā)酵溫度37 ℃條件下，探究奶粉添加量（1%、2%、3%、4%、5%）對壺瓶棗核桃發(fā)酵乳飲料的影響。

（3）發(fā)酵時間：在壺瓶棗汁添加量30%，奶粉添加量4%，核桃汁添加量10%，白砂糖添加量0.5%，發(fā)酵溫度37 ℃條件下，探究發(fā)酵時間（8、16、24、32、40 h）對紅棗核桃發(fā)酵乳飲料的影響。

1.4.4 模糊數(shù)學(xué)評價

由10名評價員組成感官評定小組進(jìn)行無記名打分，在正式評價前要對評價人員進(jìn)行相關(guān)感官評定基礎(chǔ)知識的培訓(xùn)。為確保感官評價的客觀準(zhǔn)確性，要求評價員在1 h內(nèi)不得飲酒、吸煙和食用刺激性食物，且不能使用任何帶有香味的香水或洗手液，避免因無關(guān)香味影響評價結(jié)果。在評價時，要避免評價員之間互相交談，且品嘗完一個樣品后，用清水漱口，并休息5 min[12-14]。評價員依據(jù)表1對發(fā)酵乳飲料進(jìn)行評價打分。

模糊數(shù)學(xué)評價步驟見表2。

1.4.5 響應(yīng)面優(yōu)化試驗設(shè)計

根據(jù)單因素試驗的結(jié)果，采用Box-Behnkon試驗設(shè)計，以感官評分為指標(biāo)，建立回歸模型，對壺瓶棗核桃發(fā)酵乳飲料進(jìn)行結(jié)果分析。響應(yīng)面因素水平表如表3所示。

1.4.6 酸度的測定

參考GB 5009.239—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品酸度的測定》。

1.4.7 乳酸菌總數(shù)的測定

參考GB 4789.35—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗 乳酸菌檢驗》。

2 結(jié)果與分析

2.1 乳酸菌最佳菌種的確定

在壺瓶棗核桃混合液中分別加入保加利亞乳桿菌和嗜酸乳桿菌，待發(fā)酵結(jié)束后檢測發(fā)現(xiàn)添加保加利亞乳桿菌發(fā)酵后的乳酸菌總數(shù)為1.68×10⁷ CFU/mL，而添加嗜熱鏈球菌發(fā)酵后的乳酸菌總數(shù)為1.4×10⁷ CFU/mL，所以最終確定保加利亞乳桿菌為最佳菌種。

2.2 單因素試驗結(jié)果分析

2.2.1 壺瓶棗汁添加量對感官評分的影響

從圖1可以看出，隨著壺瓶棗汁添加量的增加，其感官評分呈先上升后下降的趨勢。壺瓶棗汁添加量為20%～30%時，感官評分不斷上升，在此期間壺瓶棗核桃發(fā)酵液中棗味愈漸濃郁；壺瓶棗汁的添加量達(dá)到30%時，感官評分最高；壺瓶棗汁的添加量為35%～40%時，感官評分的分值逐漸下降，這可能是壺瓶棗汁添加過量造成味道失衡。因此，壺瓶棗汁添加量宜控制在30%左右。

2.2.2 奶粉添加量對感官評分的影響

從圖2可以看出，隨著奶粉添加量的增大，壺瓶棗核桃發(fā)酵乳飲料的感官評分先逐漸上升后快速下降。奶粉添加量在4%以下時，壺瓶棗核桃發(fā)酵乳飲料在乳酸菌作用的影響下整體口感過酸，可口性較差；奶粉添加量>4%時，壺瓶棗核桃發(fā)酵乳飲料又會過甜，影響口感。而奶粉添加量為4%時，壺瓶棗核桃發(fā)酵乳飲料甜度適中，恰好蓋過酸味，口感較佳。因此，奶粉添加量宜控制在4%左右。

2.2.3 發(fā)酵時間對感官評分的影響

從圖3可以看出，隨著發(fā)酵時間不斷增加，壺瓶棗核桃發(fā)酵乳飲料感官評分先上升后下降。發(fā)酵時間為8～32 h時，感官評分的分值整體呈現(xiàn)緩慢上升趨勢。說明隨著發(fā)酵時間的增加，乳酸菌產(chǎn)酸量在逐步增長，其乳酸發(fā)酵的效果越來越好，能夠不斷改善壺瓶棗核桃發(fā)酵乳飲料的酸度。發(fā)酵時間超過32 h后，感官評分分值開始下降，說明發(fā)酵時間過長導(dǎo)致乳酸菌產(chǎn)酸量過大，導(dǎo)致飲料整體口感偏酸，并且影響到了飲料的組織形態(tài)，對壺瓶棗核桃發(fā)酵乳飲料的飲用感覺造成了不良影響。因此，發(fā)酵時間宜控制在32 h左右。

2.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗

根據(jù)Box-Behnken中心組合試驗設(shè)計原理進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗，結(jié)果如表4所示。

由表5可知：模型的P值<0.01，說明該模型極顯著，模型可行且試驗數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確；失擬項P值>0.05，不顯著，表明擬合程度好。由F值可知，3個因素對壺瓶棗核桃發(fā)酵飲料感官評分的影響作用大小為壺瓶棗汁添加量>發(fā)酵時間>奶粉添加量。R2=0.985 7，說明建立的模型可以解釋98.57%的響應(yīng)值，可用該模型對感官評分進(jìn)行預(yù)測和分析。R2Adj和R2Pred二者之間的差值<0.2，說明模型具有更低的變異系數(shù)、更接近真實情況[15]。

從圖4（a）和圖4（b）可以得出，因素B比因素A的等高線更密集且形狀接近橢圓形，同時響應(yīng)面圖顯示發(fā)酵時間的響應(yīng)面曲圖的傾斜度更高，坡度更陡，說明因素B比因素A對壺瓶棗核桃發(fā)酵飲料的交互作用影響更大。

從圖4（c）和圖4（d）可以得出，因素C和因素A的等高線相比因素C的等高線處更密集，曲面坡度更陡，說明因素C對壺瓶棗核桃發(fā)酵飲料的交互作用影響要大于因素A。

從圖4（e）和圖4（f）可以得出，因素B與因素C相比，等高線圖中形狀幾乎趨接近于橢圓形，且因素B的等高線很明顯比因素C的密集；同時響應(yīng)面圖的傾斜度與坡度比較，也是可以看出因素B各方面都比因素C要好。由此說明在紅棗核桃發(fā)酵飲料試驗中因素B的交互作用影響要強(qiáng)于因素C。

綜上所述，3個因素對壺瓶棗核桃發(fā)酵飲料感官評分結(jié)果的影響順序為壺瓶棗棗汁添加量>發(fā)酵時間>奶粉添加量。

通過軟件優(yōu)化得出感官評分最高的工藝條件為壺瓶棗汁添加量32.04%，奶粉添加量4.5%，發(fā)酵時間34.05 h，此時模型預(yù)測的感官評分為85.80?？紤]到試驗具體條件與設(shè)備參數(shù)情況，最終確定壺瓶棗核桃發(fā)酵飲料的最佳工藝組合為：壺瓶棗汁添加量32%，奶粉添加量4.5%，發(fā)酵時間34 h。在此條件下做3次平行試驗得到的感官評分平均值為85.49，與理論值相對接近。

2.4 紅棗核桃發(fā)酵乳飲料的指標(biāo)測定

對按最佳工藝組合制作的紅棗核桃發(fā)酵乳飲料進(jìn)行指標(biāo)檢測，其酸度為4.21 oT，乳酸菌總數(shù)為 3.8×10⁷ CFU/mL。

3 結(jié) 論

通過單因素試驗和響應(yīng)面設(shè)計優(yōu)化試驗，最終確定的最佳工藝組合為壺瓶棗汁添加量32%，核桃汁添加量10%，奶粉添加量4.5%，發(fā)酵時間34 h，感官評分為85.49分，且發(fā)酵后的壺瓶棗核桃發(fā)酵乳飲料的酸度達(dá)到4.21 oT，乳酸菌總數(shù)達(dá)到3.8×10⁷ CFU/mL。經(jīng)過該條件制作出來的飲品色澤均勻，有明顯的紅棗核桃風(fēng)味，酸甜可口，色澤明亮，組織形態(tài)較細(xì)膩。

參 考 文 獻(xiàn)

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