響應(yīng)面法優(yōu)化副干酪乳桿菌發(fā)酵沙棘酸奶工藝

響應(yīng)面法優(yōu)化副干酪乳桿菌發(fā)酵沙棘酸奶工藝

沙棘是胡頹子科的一種沙棘屬的喬木或灌木。目前沙棘的食用主要為鮮食、榨汁飲用等本研究旨在在傳統(tǒng)原味酸奶的制作基礎(chǔ)上加入沙棘汁，以感官評分為響應(yīng)值，通過單因素試驗及響應(yīng)面法優(yōu)化副干酪乳桿菌M5L發(fā)酵制備沙棘酸奶的工藝，這不僅可以提高酸奶的營養(yǎng)價值，并且能豐富酸奶的口味，為開發(fā)功能性沙棘酸奶及相關(guān)乳飲料提供理論依據(jù)和工藝參數(shù)，對我國沙棘的深加工具有重要意義。1材料和方法1.1沙棘沙棘副干酪乳桿菌（Lactobacillusparacaseisubsp.paracasei)M5L：分離自新疆馬奶酒中，由哈爾濱工業(yè)大學化學與化工學院保藏；新鮮沙棘：于每年九月份采摘自呂梁汾陽市城子沙棘種植基地；新鮮全脂牛奶：離石區(qū)趙家莊奶牛場；白砂糖（食品級）：市售。1.2發(fā)酵劑、設(shè)備和發(fā)酵箱NLG380型電磁爐：舟山南菱電子科技公司；BSA224S型電子稱：廣東省精密儀器公司；BCD-98A128型冷藏柜：上海新飛歐品公司；ZHWY-200D型酸奶發(fā)酵箱：廣州省恩時科技公司；BILONJJ-2型榨汁機：山東曲阜市魯強機械制造有限公司。1.3方法1.3.1沙棘汁的調(diào)配操作要點：選取新鮮沙棘為原料，摘下沙棘果洗凈并除去雜質(zhì)，然后進行壓榨，之后用過濾布除去沙棘渣，得到澄清的沙棘汁并用保鮮膜密封備用。將沙棘汁、純牛奶、白砂糖按比例調(diào)配，加熱攪拌至沸騰并持續(xù)20min，在超凈工作臺上降溫。然后按比例添加發(fā)酵劑，攪勻密封，放置到42℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)8h，發(fā)酵完成后及時取出，降至常溫之后在4℃冷藏柜中放置12h后進行感官評定和酸度值測定。1.3.2沙棘酸奶品質(zhì)添加量的確定單因素試驗：在白砂糖添加量為8%、發(fā)酵劑用量為1%的工藝條件下，以酸度和感官評分為評價指標，考察沙棘汁添加量（6%、9%、12%、15%、18%）對沙棘酸奶品質(zhì)的影響。在此基礎(chǔ)上，依次考察白砂糖添加量（4%、6%、8%、10%、12%）和發(fā)酵劑添加量（0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%）對沙棘酸奶品質(zhì)的影響。響應(yīng)面試驗：根據(jù)Box-Behnken試驗設(shè)計，基于單因素試驗結(jié)果，選取沙棘汁添加量（A）、白砂糖添加量（B）及發(fā)酵劑添加量（C）為考察因素，以感官評分（Y）為響應(yīng)值，應(yīng)用Design-Expert10.0進行優(yōu)化試驗，試驗因素與水平見表1。1.3.3微生物指標評價感官評定：根據(jù)中國乳制品工業(yè)行業(yè)規(guī)定RHB103《酸牛乳感官質(zhì)量評鑒細則》微生物指標：根據(jù)國家標準對酸奶的大腸桿菌理化指標：根據(jù)國家標準對酸奶的酸度2結(jié)果與分析2.1沙棘酸鈉發(fā)酵過程中的單因素試驗結(jié)果2.1.1沙棘汁添加量對酸奶感官評分的影響沙棘汁添加量對酸奶品質(zhì)的影響見圖1。由圖1可知，沙棘汁添加量對酸奶的酸度影響較小，而隨著沙棘汁添加量的增加，酸奶的感官評分呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，當沙棘汁添加量為6%時，產(chǎn)品口味較淡，色澤較淺，因此感官評分較低為75分；當沙棘汁添加量為12%時，產(chǎn)品口感、顏色及風味最佳，感官評分最高，為90分；繼續(xù)增加沙棘汁添加量則會因為沙棘味較重而掩蓋酸奶原有風味，導(dǎo)致感官評分降低。因此，確定最佳沙棘汁添加量為12%。2.1.2白砂糖添加量白砂糖添加量對酸奶品質(zhì)的影響見圖2。由圖2可知，白砂糖添加量對酸奶的酸度影響較小，而酸奶的感官評分隨著白砂糖添加量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當白砂糖添加量為8%時，感官評分最高，為90分。當白砂糖添加量較小時，酸奶酸味太重，口感較差。當白砂糖添加量>8%之后，又因甜味過重，酸奶特有香味減小，感官評分隨之降低。因此，確定最佳糖添加量為8%。2.1.3乳酸菌數(shù)量對酸奶酸度影響發(fā)酵劑添加量對酸奶品質(zhì)的影響見圖3。由圖3可知，隨著發(fā)酵劑添加量的增大，由于乳酸菌數(shù)量不斷增加使得酸奶酸度不斷增加，當添加量>1.0%之后，酸奶酸度不再變化，這可能由于乳酸菌數(shù)量過多，而營養(yǎng)物質(zhì)有限，活菌量達到最大，產(chǎn)酸量穩(wěn)定。副干酪乳桿菌發(fā)酵沙棘酸奶的感官評分隨發(fā)酵劑添加量的升高呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當發(fā)酵劑添加量為0.8%時，酸奶的感官評分最高，為91分。發(fā)酵劑添加量較低，酸奶成型較差，風味較淡，但添加量不斷增大后，營養(yǎng)物質(zhì)大量消耗，酸度較大而導(dǎo)致酸奶風味苦澀，使得感官評分不斷降低。因此，確定最佳發(fā)酵劑添加量為0.8%。2.2沙棘和奶奶酸發(fā)酵過程的優(yōu)化試驗結(jié)果2.2.1沙棘汁酸奶響應(yīng)面結(jié)果分析副干酪乳桿菌發(fā)酵沙棘酸奶制作工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果見表3。以感官評分為主要考察指標，應(yīng)用DesignExpert10.0軟件對表3試驗結(jié)果進行多元回歸擬合，得到以副干酪乳桿菌發(fā)酵酸奶感官評分（Y）為響應(yīng)值，與影響因素沙棘汁添加量（A）、白砂糖添加量（B）、發(fā)酵劑添加量（C）的二次回歸方程：Y=91.40-0.63A+0.12B-0.75C+0.25AB-1.00AC+0.50BC-6.83A由表4可知，模型的P值<0.0001，極顯著，失擬項的P值>0.05，不顯著，表示結(jié)果與實際符合。一次項C、交互項AC及二次項A2.2.2沙棘汁、發(fā)酵劑添加量對沙棘酸奶品質(zhì)的影響應(yīng)用DesignExpert10.0對試驗結(jié)果進行分析，繪制響應(yīng)面及等高線圖，結(jié)果見圖4。由圖4可知，沙棘汁和發(fā)酵劑添加量的交互作用等高線為橢圓形，響應(yīng)面不平緩，說明沙棘汁和發(fā)酵劑添加量對沙棘酸奶感官評分的影響顯著（P<0.05），白砂糖和沙棘汁、白砂糖和發(fā)酵劑添加量間交互作用的等高線接近圓形，響應(yīng)面圖比較平緩，說明影響不顯著（P>0.05），與方差分析結(jié)果一致。2.3沙棘汁飲料添加量預(yù)測結(jié)果由響應(yīng)面優(yōu)化得到沙棘酸奶的最優(yōu)發(fā)酵工藝為沙棘汁添加量11.91%、白砂糖添加量8%、發(fā)酵劑添加量0.95%，預(yù)測的感官評分為91.49分。但是由于考慮到操作過程的可行性，將工藝條件調(diào)整為沙棘汁添加量12%、白砂糖添加量8%、發(fā)酵劑添加量1%。在此條件下進行驗證試驗，沙棘酸奶的感官評分實際值為91.33分，結(jié)果表明，響應(yīng)面優(yōu)化出的副干酪乳桿菌沙棘酸奶工藝參數(shù)是準確可靠的。2.4沙棘產(chǎn)品分析2.4.1沙棘奶色澤分析根據(jù)最優(yōu)工藝條件制備的凝固型沙棘酸奶色澤呈現(xiàn)乳白色略帶淡黃色，口感細膩、柔和，帶有沙棘的清香，酸甜可口，組織狀態(tài)均勻，無乳清晰出，無分層現(xiàn)象2.4.2微生物指數(shù)沙棘酸奶中未檢出大腸桿菌，乳酸菌活菌數(shù)為1.4×102.4.3發(fā)酵乳的制備沙棘酸奶的酸度為83.0°T，蛋白質(zhì)含量為3.6%，脂肪含量為2.9%，均符合國家標準GB19302—2010《食品安全國家標準發(fā)酵乳》的規(guī)定（酸度≥70.0°T、蛋白質(zhì)含量≥2.3%、脂肪含量≥2.5%)3沙棘酸奶理化指標和微生物指標分析本試驗以感官評分為響應(yīng)值，采用單因素及響應(yīng)面法對副干酪乳桿菌發(fā)酵沙棘酸奶的工藝進行優(yōu)化，得到最優(yōu)發(fā)酵工藝為沙棘汁添加量12%，白砂糖添加量8%，發(fā)酵劑添加量1%。在此優(yōu)化條件下得到的沙棘酸奶呈淡黃色，具有沙棘和酸奶清香味，