于忠娜，王軍，黃勝楠，韓榮偉

（1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院，山東萊陽(yáng) 265200；2.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島 266109）

響應(yīng)面法優(yōu)化發(fā)酵型紅豆薏米乳飲料的工藝

于忠娜1，王軍2，黃勝楠2，韓榮偉2

（1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院，山東萊陽(yáng) 265200；2.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島 266109）

以紅豆、薏米與酸奶等為原料生產(chǎn)新型的發(fā)酵型乳飲料，研究了酸奶、紅豆薏米汁、白糖、檸檬酸的添加量對(duì)發(fā)酵型紅豆薏米乳飲料的感官評(píng)分的影響，確定穩(wěn)定劑羧甲基纖維素（CMC）的添加量。并在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以感官評(píng)分為響應(yīng)值，進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，確定了發(fā)酵型紅豆薏米乳飲料的最佳配方：酸奶27.01%，紅豆薏米汁44.40%，白糖10.65%，檸檬酸0.06%，羧甲基纖維素0.5%。所制得發(fā)酵型紅豆薏米乳飲料酸甜可口，風(fēng)味宜人，細(xì)膩爽滑。

紅豆；薏米；發(fā)酵型乳飲料；響應(yīng)面法

0 引言

紅豆，富含蛋白質(zhì)、碳水化合物、膳食纖維、微量元素、多種維生素及必需氨基酸，具有抗癌、延緩衰老等保健作用[1-2]。薏米性涼，味甘、淡，富含蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、粗纖維及各種微量元素[3-4]。薏米中的膳食纖維，可預(yù)防高血脂、高血壓等心血管疾?。卉尤术ゾ哂锌拱┓腊┑墓π5-6]；不飽和脂肪酸具有緩解血液中過(guò)量的膽固醇、增強(qiáng)細(xì)胞膜透性、阻止心肌組織和動(dòng)脈硬化等功能[7-8]。

發(fā)酵型乳飲料因其在蛋白質(zhì)、鈣、維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量及產(chǎn)品功效上優(yōu)勢(shì)，發(fā)展前景廣闊[9-11]。紅豆薏米湯用于食療，具有健脾去濕、利水消腫的功效[12-13]。本文將紅豆薏米汁與酸奶相混合，使三者的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值充分結(jié)合，利用響應(yīng)面法優(yōu)化其工藝配方，生產(chǎn)出一種含有活菌的發(fā)酵型乳飲料。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與試劑

脫脂奶粉，紅豆，薏米，綿白糖；嗜熱鏈球菌（直投式），保加利亞乳桿菌（直投式）；羧甲基纖維素CMC（食品級(jí)），檸檬酸(食品級(jí)）。

1.2 儀器與設(shè)備

DHP—9082型電熱恒溫培養(yǎng)箱，SW—CJ—1F型超凈工作臺(tái)，BCD—256H型海爾電冰箱，TGL-16C型離心機(jī)，Scout SE型電子天平，T 25 D S25型均質(zhì)機(jī)，調(diào)溫電爐，電熱恒溫水浴鍋，蘇泊爾多功能榨汁機(jī)。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

（1）紅豆薏米汁的制備

紅豆、薏米分選除雜→稱(chēng)量→清洗→煮熟→打漿→過(guò)濾→紅豆薏米汁

（2）酸奶的制備

脫脂奶粉→加水→加糖→水浴溶解→均質(zhì)→殺菌→冷卻→接種發(fā)酵劑→發(fā)酵→后熟→酸奶

（3）發(fā)酵型乳飲料的制備

穩(wěn)定劑、白糖、水混合→加入紅豆薏米汁、酸奶→預(yù)熱→均質(zhì)→冷卻→灌裝→冷藏

1.3.2 紅豆薏米汁的制備操作要點(diǎn)[14]

挑選出無(wú)蟲(chóng)蛀、無(wú)缺損、無(wú)霉變的紅豆和薏米，分別稱(chēng)取等量的紅豆和薏米，洗凈后放置于鍋中，加入15倍水煮熟，將紅豆、薏米和湯一起倒入打漿機(jī)中打漿，經(jīng)8層紗布過(guò)濾，濾液備用。

1.3.3 酸奶的制備操作要點(diǎn)[15]

（1）脫脂奶粉復(fù)原。將脫脂奶粉與白糖加入70～80℃的熱水中充分溶解，其中脫脂奶粉與水的比例為1∶8,白糖添加量為9%。

（2）均質(zhì)。在20 MPa、63℃的條件下均質(zhì)。

（3）殺菌。殺菌溫度為90～95℃，殺菌時(shí)間為10 min，水浴殺菌[16]。

（4）冷卻。殺菌后立即冷卻到43℃。

（5）接種。將冷卻后的復(fù)原乳在無(wú)菌操作臺(tái)中接種，接種0.6%直投式保加利亞乳桿菌和0.6%直投式嗜熱鏈球菌。

（6）發(fā)酵。將接種后的復(fù)原乳放入恒溫箱中43℃發(fā)酵5 h。

（7）后熟。將發(fā)酵好的酸奶放入2～4℃的冰箱中冷藏。

1.3.4 發(fā)酵型紅豆薏米乳飲料的制備操作要點(diǎn)

（1）調(diào)配。先將穩(wěn)定劑羧甲基纖維素與白糖拌合均勻，加入60～70℃熱水中攪拌，使其充分溶解[17]，冷卻至30～40℃，將前述物料與紅豆薏米汁和攪拌成流體狀的酸奶混合均勻后，在低溫狀態(tài)下分次慢速添加溶解的檸檬酸，同時(shí)快速攪拌，防止混合物發(fā)生沉淀。

（2）預(yù)熱、均質(zhì)。將調(diào)配好的料液預(yù)熱到53℃，利用均質(zhì)機(jī)在20MPa、53℃條件下進(jìn)行均質(zhì)處理，使乳飲料的穩(wěn)定性提高，口感細(xì)膩均勻[18]。

（3）冷卻、灌裝。

（4）冷藏。

1.3.5 單因素實(shí)驗(yàn)

在其他條件不變的情況下，依次改變酸奶添加量、紅豆薏米汁添加量、白糖添加量、檸檬酸添加量進(jìn)行單因素試驗(yàn)，以感官評(píng)價(jià)為指標(biāo)，確定出響應(yīng)面所需要的各因素的水平。

（1）酸奶添加量的單因素實(shí)驗(yàn)。在紅豆薏米汁添加量為45%（體積分?jǐn)?shù)），白糖添加量為10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），檸檬酸添加量為0.06%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），羧甲基纖維素添加量為0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的條件下，分別添加體積分?jǐn)?shù)為20%，24%，28%，32%和36%的酸奶，生產(chǎn)出乳飲料后根據(jù)感官評(píng)分表進(jìn)行感官評(píng)分。

（2）紅豆薏米汁添加量的單因素實(shí)驗(yàn)。在酸奶添加量為32%（體積分?jǐn)?shù)），白糖添加量為10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），檸檬酸添加量為0.06%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），羧甲基纖維素添加量為0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的條件下，分別添加體積分?jǐn)?shù)為30%，35%，40%，45%和50%的紅豆薏米汁，生產(chǎn)出乳飲料后根據(jù)感官評(píng)分表進(jìn)行感官評(píng)分。

（3）白糖添加量的單因素實(shí)驗(yàn)。在酸奶添加量為32%（體積分?jǐn)?shù)），紅豆薏米汁添加量為45%（體積分?jǐn)?shù)），檸檬酸添加量為0.06%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），羧甲基纖維素添加量為0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的條件下，分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%，6%，8%，10%和12%的白糖，生產(chǎn)出乳飲料后根據(jù)感官評(píng)分表進(jìn)行感官評(píng)分。

（4）檸檬酸添加量的單因素實(shí)驗(yàn)。在酸奶添加量為32%（體積分?jǐn)?shù)），紅豆薏米汁添加量為45%（體積分?jǐn)?shù)），白糖添加量為10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），羧甲基纖維素添加量為0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的條件下，分別添加0.02%，0.04%，0.06%，0.08%和0.1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的檸檬酸，生產(chǎn)出乳飲料后根據(jù)感官評(píng)分表進(jìn)行感官鑒定并打分。

1.3.6 感官評(píng)價(jià)方法

隨機(jī)選擇數(shù)名無(wú)經(jīng)驗(yàn)的評(píng)鑒人員對(duì)乳飲料的色澤、滋氣味和氣味、組織狀態(tài)3項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)打分，將各項(xiàng)指標(biāo)分?jǐn)?shù)相加，以所有評(píng)鑒人員的平均分?jǐn)?shù)作為最終感官評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)。

表1 發(fā)酵型紅豆薏米乳飲料感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.3.7 羧甲基纖維素添加量對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響及確定

（1）羧甲基纖維素添加量對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響

在酸奶添加量為32%（體積分?jǐn)?shù)），紅豆薏米汁添加量為45%（體積分?jǐn)?shù)），白糖添加量為10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），檸檬酸添加量為0.06%（g/mL）的條件下，羧甲基纖維素的添加量分別為0.2%、0.3%、0.4%、0.5%和0.6%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）生產(chǎn)出乳飲料并測(cè)定其穩(wěn)定性。

（2）產(chǎn)品穩(wěn)定性測(cè)定方法[19]

用移液槍吸取5 mL紅豆薏米乳飲料于5 mL離心管中，轉(zhuǎn)速3 000 r/min離心20 min，棄去上清液后稱(chēng)得沉淀質(zhì)量。按式（1）計(jì)算離心沉淀率為

式中：y為離心沉淀率；m1為離心沉淀物質(zhì)量；m2為5 mL乳飲料質(zhì)量。

1.3.8 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)4個(gè)單因素試驗(yàn)結(jié)果選取相應(yīng)的因素水平，以感官評(píng)分為響應(yīng)值，利用Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)四因素三水平的實(shí)驗(yàn)方案。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 酸奶添加量對(duì)紅豆薏米乳飲料的影響

不同酸奶添加量對(duì)紅豆薏米乳飲料的感官評(píng)分的影響如圖1所示。

圖1 酸奶添加量對(duì)紅豆薏米乳飲料感官評(píng)分的影響

由圖1可以看出，酸奶添加量為28%時(shí)，酸奶的風(fēng)味與紅豆薏米的風(fēng)味相得益彰，紅豆薏米乳飲料的感官評(píng)分最高。當(dāng)酸奶添加量低于28%時(shí)，隨著其添加量的增加，酸奶的風(fēng)味越來(lái)越濃，口感越來(lái)越厚重，感官評(píng)分逐漸增加；當(dāng)酸奶添加量高于28%時(shí)，酸奶味道過(guò)于濃厚，掩蓋了紅豆薏米的味道，使感官評(píng)分降低。因此將酸奶添加量為24%，28%和32%作為響應(yīng)面試驗(yàn)的水平。

2.1.2 紅豆薏米汁添加量對(duì)紅豆薏米乳飲料的影響

紅豆薏米汁可以使發(fā)酵乳飲料具有獨(dú)特的風(fēng)味。不同紅豆薏米汁添加量對(duì)紅豆薏米乳飲料的感官評(píng)分的影響如圖2所示。

圖2 紅豆薏米汁添加量對(duì)紅豆薏米乳飲料感官評(píng)分的影響

由圖2可以看出，紅豆薏米汁添加量為45%時(shí)，紅豆薏米乳飲料的感官評(píng)分最高。當(dāng)紅豆薏米汁添加量低于45%時(shí)，隨著其添加量的增加，紅豆薏米的風(fēng)味越來(lái)越濃，乳飲料的感官評(píng)分越來(lái)越高；當(dāng)紅豆薏米汁添加量高于45%時(shí)，紅豆薏米的風(fēng)味過(guò)濃，乳飲料的口感下降，感官評(píng)分降低。因此，紅豆薏米汁的最佳添加量為45%（體積分?jǐn)?shù)），感官評(píng)分為77分。且將紅豆薏米汁添加量40%，45%和50%作為響應(yīng)面試驗(yàn)的水平。

2.1.3 白糖添加量對(duì)紅豆薏米乳飲料的影響

白糖不僅可以調(diào)節(jié)紅豆薏米乳飲料的甜度和口感，使乳飲料達(dá)到宜人的甜度。并且糖能在酪蛋白表面形成被膜，能夠使酪蛋白與其他分散介質(zhì)的親水性有所增強(qiáng)，并能提高飲料密度，增加黏稠度，有利于酪蛋白在懸浮液中的穩(wěn)定[20]。

不同白糖添加量對(duì)紅豆薏米乳飲料的感官評(píng)分的影響如圖3所示。

圖3 白糖添加量對(duì)紅豆薏米乳飲料感官評(píng)分的影響

由圖3可以看出，白糖添加量為10%時(shí)，紅豆薏米乳飲料的感官評(píng)分最高，此時(shí)的紅豆薏米乳飲料酸甜適中，味道最好。當(dāng)白糖添加量高于10%時(shí)，其添加量越高，紅豆薏米乳飲料的味道越甜膩，使感官評(píng)分呈下降趨勢(shì)；當(dāng)添加量低于10%時(shí)，其添加量越低，紅豆薏米乳飲料的味道越平淡無(wú)味，使感官評(píng)分呈下降趨勢(shì)。因此白糖的最佳添加量為10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），感官評(píng)分為89.8分。并且將白糖添加量8%，10%和12%作為響應(yīng)面試驗(yàn)的水平。

2.1.4 檸檬酸添加量對(duì)紅豆薏米乳飲料的影響

檸檬酸作為酸味劑，具有溫和爽快的酸味，能夠調(diào)節(jié)乳飲料的酸甜度，同時(shí)改善食品的感官性狀，增強(qiáng)食欲，促進(jìn)體內(nèi)鈣、磷的消化吸收。檸檬酸不僅可以調(diào)節(jié)乳飲料的酸甜度，還可以調(diào)節(jié)乳飲料的pH值，從而避開(kāi)酪蛋白的等電點(diǎn)4.6，使酪蛋白不易聚沉，從而使乳液均勻，組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定[20]。

不同檸檬酸添加量對(duì)紅豆薏米乳飲料的感官評(píng)分的影響如圖4所示。

圖4 檸檬酸添加量對(duì)紅豆薏米乳飲料感官評(píng)分的影響

由圖4可以看出，檸檬酸添加量為0.06%時(shí)，紅豆薏米乳飲料酸甜爽口，風(fēng)味最好，感官評(píng)分最高。當(dāng)檸檬酸添加量低于0.06%時(shí)，其添加量越少，乳飲料的味道越甜膩，使人難以接受；當(dāng)檸檬酸添加量高于0.06%時(shí)，由于其添加量過(guò)多，乳飲料酸度增加、甜味下降，且口感變差、味道苦澀，感官評(píng)分越來(lái)越低。因此檸檬酸的最佳添加量為0.06%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），感官評(píng)分為90分。且將檸檬酸添加量0.04%，0.06%和0.08%作為響應(yīng)面試驗(yàn)的水平。

2.2 羧甲基纖維素添加量對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響及確定

羧甲基纖維素作為穩(wěn)定劑添加到乳飲料中，不僅能提高乳飲料的黏度，防止蛋白質(zhì)粒子因重力作用下沉，更能與酪蛋白在酸性條件下結(jié)合形成保護(hù)膠體，防止凝集沉淀[18]。

不同羧甲基纖維素添加量對(duì)紅豆薏米乳飲料穩(wěn)定性的影響如圖5所示。

圖5 羧甲基纖維素添加量對(duì)產(chǎn)品沉淀率的影響

由圖5可以看出，乳飲料的離心沉淀率隨著羧甲基纖維素的增加而減少，即乳飲料的穩(wěn)定性隨著羧甲基纖維素的增大而增大。當(dāng)其添加量為0.5%和0.6%時(shí)，乳飲料的穩(wěn)定性相差小于0.001，基本不變，考慮到羧甲基纖維素添加量過(guò)大口感過(guò)于黏稠以及成本的因素，將羧甲基纖維素的添加量確定為0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

2.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

2.3.1 響應(yīng)面優(yōu)化方差分析

由單因素試驗(yàn)分別確定了酸奶添加量、紅豆薏米汁添加量、白糖添加量和檸檬酸添加量的水平，如表2所示。

表2 響應(yīng)面分析因素和水平%

用Box-Behnken試驗(yàn)對(duì)四個(gè)因素的水平進(jìn)行試驗(yàn)安排，生產(chǎn)出乳飲料后，進(jìn)行感官評(píng)分，結(jié)果如表3所示。

將響應(yīng)面結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果如表4所示。

由表4可知，模型P＜0.0001,說(shuō)明該模型極其顯著，回歸系數(shù)R2=0.9682，R2Adj=0.9365,說(shuō)明建立的模型可以很好的擬合試驗(yàn)的真實(shí)情況，可以用來(lái)預(yù)測(cè)發(fā)酵型紅豆薏米乳飲料的最佳組合情況。由A，B，C，D的P值可知4種因素的添加量對(duì)發(fā)酵型紅豆薏米乳飲料的影響程度為：白糖的添加量對(duì)產(chǎn)品的影響極其顯著，其次是檸檬酸的添加量，再者是酸奶的添加量，紅豆薏米汁的添加量對(duì)產(chǎn)品的影響力最小。BD的P值小于0.0001極顯著，說(shuō)明紅豆薏米汁添加量與檸檬酸添加量對(duì)產(chǎn)品的影響存在交互作用，并且對(duì)產(chǎn)品的影響極顯著。由設(shè)計(jì)試驗(yàn)所得的響應(yīng)面曲面圖如圖6所示。

表3 響應(yīng)面分析結(jié)果 %

表4 響應(yīng)面結(jié)果方差分析

圖6 各因素交互作用的響應(yīng)面圖

2.3.2 發(fā)酵型紅豆薏米乳飲料最佳配方的確定

由Design-Expert.V8.0.6響應(yīng)面法分析得到的發(fā)酵型紅豆薏米乳飲料的最佳配方：酸奶添加量27.01%，紅豆薏米汁添加量44.40%，白糖添加量10.65%，檸檬酸添加量0.06%，感官評(píng)分為94.12分。

3 結(jié)論

通過(guò)單因素試驗(yàn)分別確定了酸奶、紅豆薏米汁、白糖和檸檬酸添加量的三個(gè)水平，而后通過(guò)De?sign-Expert.V8.0.6進(jìn)行了響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化發(fā)酵型紅豆薏米乳飲料的最佳配方為酸奶添加量27.01%，紅豆薏米汁添加量44.40%，白糖添加量10.65%，檸檬酸添加量0.06%。在此條件下生產(chǎn)出來(lái)的發(fā)酵型紅豆薏米乳飲料顏色均勻一致，呈淡淡的豆沙粉色；酸甜可口，具有宜人的酸乳的氣味和淡淡的紅豆薏米的香氣，并且口感細(xì)膩爽滑，黏稠適中。

本文通過(guò)研究發(fā)酵型紅豆薏米乳飲料，將日常膳食用的紅豆薏米與酸奶結(jié)合起來(lái)，讓紅豆薏米的功效完全發(fā)揮出來(lái)，而不再局限于餐桌上。

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Study on optimization of fermented red beans and coix seed-milk beverage by response surface methodology

YU Zhongna1,WANG Jun2，HUANG Shengnan2,HAN Rongwei2
(1.College of Haidu,Qingdao Agricultural University,Laiyang 265200,China;2.College of Food Science and Engineering,Qingdao Agricultural University,Qingdao 266109,China)

In the present study,the effect of the addition amount of yogurt,liquid red bean and coix seed,white sugar,citric acid on sensory score of fermented red bean and coix seed-milk beverage was investigated to determine the optimal dosage of SDS.Based on single factor ex?periment,response surface methodology was used to optimize the formulation of red beans and coix seed-milk beverage using sensory score as the response value.The optimum formulation of the fermented red beans and coix seed-milk beverage was:yogurt 27.01%,liquid red bean and coix seed 44.40%,white sugar 10.65%,citric acid 0.06%,CMC 0.5%.The fermented red beans and coix seed-milk beverage tasted good with palatable sweet and sour,pleasant flavor and delicate and smooth textures.

red beans;coix seed;fermented milk beverage;response surface methodology

TS252.54

A

1001-2230（2017）11-0043-06

2017-04-28

山東省高等學(xué)?？蒲杏?jì)劃（J17KA131）；農(nóng)業(yè)部公益性農(nóng)業(yè)行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)（201403071-5）；山東省自然基金青年基金（2015ZRB01095）；山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016GSF120010）,山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家科研獎(jiǎng)勵(lì)基金（BS2014NY011），青島農(nóng)業(yè)大學(xué)高層次人才科研基金（6631115043）。

于忠娜（1981-），女，講師，從事乳品質(zhì)量安全控制的研究。

韓榮偉