白麗娟,張英龍,劉青云,魏麗婧,杭琳悅,徐莉婷

（1錦州醫(yī)科大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧錦州121001；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院 哈爾濱150030）

0引言

鮮羊奶中營養(yǎng)成分與物質(zhì)十分豐富，其中蛋白質(zhì)配比的營養(yǎng)價值十分合理，使得其消化率高，甚至可達到98%[1]。另外，鮮羊奶不會造成人體發(fā)生過敏反應(yīng)，更利于腸胃的消化吸收。雖然鮮羊奶有多種優(yōu)點，但其膻味導(dǎo)致不少消費者對鮮羊奶制品望而卻步。如果將羊奶經(jīng)過發(fā)酵制成酸奶產(chǎn)品，不僅在一定程度上弱化了羊奶的膻味，更好的提升了羊奶的口感，同時更優(yōu)化了鮮羊奶的營養(yǎng)價值[2]。婁新曼等[3]人對各種羊奶的去膻味方法進行了闡述，蘇偉麗[4]研究了不同的發(fā)酵劑對羊奶酸奶的脫膻效果，并進行了低膻味乳酸菌的篩選。陳慧[5]的研究發(fā)現(xiàn)雙歧桿菌和鼠李糖乳桿菌能協(xié)同嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌降解羊奶脂肪酸，從而使膻味減弱，發(fā)酵羊奶質(zhì)量達到最好。

羊奶酸奶是以鮮羊奶為原料，經(jīng)過均質(zhì)、滅菌、接種乳酸菌后，由生物發(fā)酵而制成的一種含活性乳酸菌的乳制品。劉婕等[6]通過正交試驗研究了希臘式酸羊期的最佳發(fā)酵工藝，李鈺[7]等人以杏仁液和羊奶為主研制出一種高鈣酸羊奶。寇曉虹等[8]人以羊奶粉為原料，研制出一種酮香型酸羊奶。羊奶酸奶產(chǎn)品的出現(xiàn)可以在一定程度上彌補鮮羊奶的不足，降低羊奶的膻味，提高羊奶的吸收率，從而更好被消費者接受，拓展羊奶市場的份額，為羊奶新產(chǎn)品的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

響應(yīng)面分析法，即響應(yīng)曲面設(shè)計方法（Response Surface Methodology，RSM），是利用合理的試驗設(shè)計方法并通過實驗得到一定數(shù)據(jù)，采用多元二次回歸方程來擬合因素與響應(yīng)值之間的函數(shù)關(guān)系，通過對回歸方程的分析來尋求最優(yōu)工藝參數(shù)，解決多變量問題的一種統(tǒng)計方法[12]。

本文以鮮羊奶為原料進行發(fā)酵，通過響應(yīng)面分析法對羊奶酸奶的生產(chǎn)工藝進行優(yōu)化，以期獲得風(fēng)味優(yōu)良的羊奶酸奶發(fā)酵工藝參數(shù)，為開發(fā)羊奶酸奶及提高其品質(zhì)提供生產(chǎn)依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料與儀器

鮮羊奶，市售散裝；白砂糖，市售；發(fā)酵劑Y-1（保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌），發(fā)酵劑Y-2（保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌和雙歧桿菌），發(fā)酵劑Y-3（保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌和嗜酸乳桿菌），自制。

GHX-9080-1型恒溫培養(yǎng)箱，上海?，斢邢薰荆籗W-CJ-1F型超凈工作臺，蘇州安泰有限公司；GJJ-0.03/100均質(zhì)機，上海諾尼有限公司；美的電磁爐，美的集團有限公司；BCD-182TCS型冰箱，容聲集團；物性分析儀，美國FTC公司。

1.2實驗方法

1.2.1發(fā)酵劑的前處理

將三種發(fā)酵劑菌種活化，并以2%的添加量接種到滅菌后的鮮羊奶中，在43±1℃恒溫箱中培養(yǎng)3～4 h，置于5℃冰箱備用。

1.2.2羊奶酸奶制作流程

將標(biāo)準(zhǔn)化后的鮮羊奶加熱到55～60℃，邊加熱邊攪拌1～2 min。預(yù)熱同時加6%的白糖，攪拌。加熱到90～95℃，攪拌10～15 min滅菌后，迅速冷卻至60～65℃，15～20 MPa下進行均質(zhì)。將均質(zhì)后的羊奶迅速冷卻到43～45℃。分別將4%的Y-1、Y-2、Y-3三種發(fā)酵劑接種到羊奶中。將羊奶等量裝入無菌、等大的杯中，封口，于43℃下的隔水式恒溫培養(yǎng)箱中進行發(fā)酵。將發(fā)酵好的羊奶酸奶冷卻，放入5℃冰箱后熟24小時，促進香味物質(zhì)的產(chǎn)生，改善羊奶酸奶的硬度[9-10]。

1.2.3不同發(fā)酵條件對羊奶酸奶品質(zhì)的影響

（1）不同發(fā)酵時間對羊奶酸奶風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)的影響

將Y-1、Y-2、Y-3均以4%的接種量接種于加糖量為6%的殺菌過后的羊奶中，置于43℃的隔水式恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵，依次在3.0 h、3.5 h、4.0 h、4.5 h分別進行感官評定和物性分析。

（2）不同接種量對羊奶酸奶風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)的影響

將Y-1、Y-2、Y-3分別以2%、3%、4%、5%的接種量接種于加糖量為6%的殺菌過后的羊奶中，置于43℃的隔水式恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵4 h，分別進行感官評定和物性分析。

（3）不同加糖量對羊奶酸奶風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)的影響

將Y-1、Y-2、Y-3均以4%的接種量接種于加糖量分別為4%、6%、8%、10%的殺菌過后的羊奶中，置于43℃的隔水式恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵4 h，分別進行感官評定和物性分析[8]。

（4）不同發(fā)酵溫度對羊奶酸奶風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)的影響

將Y-1、Y-2、Y-3均以4%的接種量接種于加糖量為6%的殺菌過后的羊奶中，分別置于發(fā)酵劑較適宜的37℃、40℃、43℃、46℃的隔水式恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵4 h，分別進行感官評定和物性分析[8]。

1.2.4響應(yīng)面法優(yōu)化發(fā)酵工藝

以發(fā)酵時間（A）、接種量（B）、加糖量（C）和發(fā)酵溫度（D）為特征值，以酸奶的感官評分為響應(yīng)值（Y）的響應(yīng)面試驗[11-12]。響應(yīng)面試驗各因素選定水平如表1所示。

表1響應(yīng)面試驗因素及水平

1.2.5羊奶酸奶的感官評價

邀請10名食品專業(yè)的學(xué)生對制得的羊奶酸奶進行品嘗并計分評價，產(chǎn)品的顏色、氣味、口感和組織4方面的狀態(tài)評分[13]，評定項目及評分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2羊奶酸奶感官評分標(biāo)準(zhǔn)

1.2.6羊奶酸奶物性檢測指標(biāo)

感官評分只能對酸奶的口感和風(fēng)味做出一般的評價，通過物性分析儀也可以客觀地確定產(chǎn)品的物理參數(shù)，才能更準(zhǔn)確地研究產(chǎn)品的質(zhì)量，并評價酸奶產(chǎn)品的質(zhì)量主要取決于其緊實度和稠度。

物性分析儀檢測方法：采用全質(zhì)構(gòu)TPA法，取30 mL樣品置于50 mL燒杯中，采用P2探頭，測試前速率2.0 mm/s，測試速率2.0 mm/s，測試后速率2.0 mm/s，測定模式為“strain”40%，測試結(jié)束后記錄所需酸奶樣品的堅實度與稠度。

1.2.7數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用SPSS16.0和Design-Expert 8.0進行分析，數(shù)據(jù)均為Mean±SD。方差分析，顯著性水平P＜0.05。繪圖采用Excel 2010。

2結(jié)果與分析

2.1不同發(fā)酵條件對羊奶酸奶品質(zhì)的影響

2.1.1不同發(fā)酵時間對羊奶酸奶風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)的影響

將鮮羊奶分別接種Y-1、Y-2、Y-3發(fā)酵劑，4%的接種量接種于加糖量為6%的殺菌過后的羊奶中，置于43℃的隔水式恒溫培養(yǎng)箱中，依次發(fā)酵3.0 h、3.5 h、4.0 h、4.5 h后，分別進行感官評定和物性分析結(jié)果如圖1所示。

圖1不同發(fā)酵時間對羊奶酸奶風(fēng)味、堅實度和稠度的影響

由圖1可知酸奶整體品質(zhì)和發(fā)酵時間有關(guān)系，發(fā)酵時間不夠會導(dǎo)致酸奶的酸度不夠；培養(yǎng)所用時間太長，產(chǎn)生的大量有機酸破壞酸奶中既成的穩(wěn)定膠體結(jié)構(gòu)，造成乳清析出。隨著培養(yǎng)時間變化，產(chǎn)品的感官評價得分出現(xiàn)先增大后減小的趨勢。以4 h為界，發(fā)酵時間小于4 h或大于4 h，酸奶的組織狀態(tài)都不佳。同時發(fā)酵時間為4 h的時候，堅實度與稠度最高，此時酸奶品質(zhì)最好。因此，羊奶酸奶發(fā)酵時的最佳時長為4 h，且3種發(fā)酵劑效果Y-2＞Y-3＞Y-1。

2.1.2不同接種量對不同發(fā)酵劑發(fā)酵的羊奶酸奶風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)的影響

分別將三種發(fā)酵劑Y-1、Y-2、Y-3分別以2%、3%、4%、5%接種于加糖6%并殺菌過后的羊奶中，置于43℃的隔水式恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵4 h，感官評分和物性分析其堅實度、稠度結(jié)果如圖2所示。

圖2不同接種量對羊奶酸奶風(fēng)味、堅實度和稠度的影響

由圖2可知，發(fā)酵劑接種量的多少直接影響產(chǎn)品的感官品質(zhì)。試驗結(jié)果表明，發(fā)酵劑加入量太少時，發(fā)酵完成需要的時間顯著增長，使得產(chǎn)品的口味偏酸，感官評價得分較低；發(fā)酵劑加入量太大時，產(chǎn)品的感官評價得分也不高。這是因為酸奶的發(fā)酵過程進行得太快，羊奶中乳酸菌含量過大導(dǎo)致乳蛋白凝集過度，乳清析出。當(dāng)發(fā)酵劑接種量為3%，羊奶酸奶的感官評分、堅實度與稠度均最高，羊奶酸奶質(zhì)地較好，表面平整光滑且口感細(xì)膩。

2.1.3不同加糖量對羊奶酸奶風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)的影響

圖3不同加糖量對羊奶酸奶風(fēng)味、堅實度和稠度的影響

將Y-1、Y-2、Y-3均以4%的接種量接種于加糖量分別為4%、6%、8%、10%的殺菌過后的羊奶中，置于43℃的隔水式恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵4 h結(jié)果見圖3。加糖量會對酸奶的顏色及口感造成直接影響。增大糖的比例，感官評價得分先上升后下降。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，適量的白糖可以促進乳酸菌的活動，進而影響酸奶整個發(fā)酵過程的進行。因此，羊奶酸奶發(fā)酵時加糖量為6%，產(chǎn)品堅實度與稠度最高，此條件下制得的羊奶酸奶顏色呈均勻的乳白色，質(zhì)地較好，口感細(xì)膩。整體來看，3種發(fā)酵劑對產(chǎn)品的影響為Y-2＞Y-3＞Y-1。

2.1.4不同發(fā)酵溫度對羊奶酸奶風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)的影響

圖4不同發(fā)酵溫度對羊奶酸奶風(fēng)味、堅實度和稠度的影響

將Y-1、Y-2、Y-3均以4%的接種量接種于加糖量為6%的殺菌過后的羊奶中，分別置于發(fā)酵劑較適宜的37、40、43、46的隔水式恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵4 h，分別進行感官評定和物性分析結(jié)果由圖4可知，感官評價得分隨著發(fā)酵溫度的上升出現(xiàn)先上升后下降的趨勢。這是由于發(fā)酵溫度與酸奶的質(zhì)地、乳清析出量和蛋白質(zhì)凝固等均有關(guān)系，發(fā)酵溫度的高低會直接影響這些指標(biāo)。當(dāng)發(fā)酵體系的溫度較低時，發(fā)酵所得酸奶的凝乳狀態(tài)不佳，感官評價得分相應(yīng)較低；當(dāng)發(fā)酵體系的溫度太高時，酸奶中含有的乳酸變多，乳酸會產(chǎn)生較為強烈的酸味，同時酸奶表面有大量乳清析出。當(dāng)發(fā)酵溫度為43℃的時候，此條件下制得的羊奶酸奶凝乳狀態(tài)最好，酸甜適中，堅實度與稠度最高，且3種發(fā)酵劑的效果Y-2＞Y-3＞Y-1。通過上述結(jié)果發(fā)現(xiàn)發(fā)酵劑Y-2的發(fā)酵效果普遍優(yōu)于其它兩種發(fā)酵劑，因此后續(xù)響應(yīng)面優(yōu)化試驗選用發(fā)酵劑Y-2進行發(fā)酵。

2.2響應(yīng)面優(yōu)化羊奶酸奶工藝

表3 Box-behnken試驗設(shè)計與結(jié)果

采用Box-Behnken中心組合試驗設(shè)計，以發(fā)酵時間（A）、接種量（B）、加糖量（C）和發(fā)酵溫度（D）為特征值，感官評分為響應(yīng)值，優(yōu)化羊奶酸奶的制作工藝參數(shù)。試驗結(jié)果如表3所示。

利用Design-Exert8.0.6軟件對表3數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，得到Y(jié)對A、B、C、D的響應(yīng)值回歸方程，即：

響應(yīng)值（Y）=97.20-0.67×A+0.58×B-1.42×C+0.50×D-0.25×A×B+1.00×A×C+0.25×A×D-0.75×B×C+0.75×B×D+0.000×C×D-6.52×A2-5.64×B2-7.89×C2-6.02×D2

表4回歸模型方差分析

由表4可知，回歸模型的F=57.66，P＜0.001，表明羊奶酸奶的感官品質(zhì)評分與四個因素之間的回歸方程極顯著。失擬項P＞0.05，說明模型可靠。模型的一次項A、B，交互項AC和BC的P值為＜0.05，一次項C與二次項A 2、B 2、C2、D 2的P值均小于0.01，達到極顯著的水平。根據(jù)F值的大小，羊奶酸奶感官質(zhì)量評分的主次順序如下：加糖量(C)＞發(fā)酵時間(A)＞接種量(B)＞發(fā)酵溫度(D)。

采用響應(yīng)面軟件整理分析，以每組試驗所得的方程為基礎(chǔ)作三維曲面圖和等高線圖。通過觀察三維曲面圖中網(wǎng)的形狀以及等高線圖中等高線的疏密，進一步確定四個因素之間的交互作用。

圖5-圖10中的三維空間響應(yīng)圖，分別反應(yīng)了加糖量、發(fā)酵時間、接種量、發(fā)酵溫度四種因素兩兩交互作用對產(chǎn)品感官評分的影響。響應(yīng)面的坡度越陡，說明交互作用對羊奶酸奶產(chǎn)品感官的影響越顯著。等高線圖中橢圓表示兩個因素之間的交互作用很大?；貧w方程中二次項系數(shù)為負(fù)值時，說明拋物線開口是向下的，也就是說該方程有極大值點，本研究結(jié)果均符合以上特點，利用Design Expert對多組試驗結(jié)果進行整理分析和計算后，得出羊奶酸奶的最佳生產(chǎn)工藝條件為：加糖量為6.2%，發(fā)酵劑Y-2接種量為3.9%，溫度42.8℃，時間4.1 h。

圖5發(fā)酵時間和接種量對產(chǎn)品感官評分的影響

圖6發(fā)酵時間和加糖量對產(chǎn)品感官評分的影響

圖7發(fā)酵時間和發(fā)酵溫度對產(chǎn)品感官評分的影響

圖8接種量和加糖量對產(chǎn)品感官評分的影響

圖9接種量和發(fā)酵溫度對產(chǎn)品感官評分的影響

圖10加糖量和發(fā)酵溫度對產(chǎn)品感官評分的影響

用響應(yīng)面軟件根據(jù)優(yōu)化后所給實驗條件進行生產(chǎn)以證明響應(yīng)面模型的可行性，但是考慮到實際生產(chǎn)操作的可實施性，對軟件所給出的理論工藝條件參數(shù)進行了修整。將加入60 g白砂糖，4%Y-2發(fā)酵劑的1 000 g混合乳置于43℃的恒溫培養(yǎng)箱發(fā)酵4 h，所得的羊奶酸奶最受喜愛，感官評價得分高達98分。在此條件下，按上述實驗方法做三次平行實驗，獲得酸奶的感官評分均值與響應(yīng)面軟件的預(yù)測值97.6534分的相對偏差很小(＜1%)，該響應(yīng)面模型設(shè)計合理。

3結(jié)論

本文選用3種不同發(fā)酵劑在不同的發(fā)酵條件下進行發(fā)酵，并采用響應(yīng)面試驗對羊奶酸奶的發(fā)酵工藝進行優(yōu)化，最終確定了優(yōu)化工藝條件為：發(fā)酵劑Y-2以4%的添加量加入到鮮羊乳中，在發(fā)酵溫度為43℃、加糖量為6%、發(fā)酵時間為4 h的條件下發(fā)酵羊奶酸奶效果最佳，此條件下酸奶酸味適中，質(zhì)地較好，口感細(xì)膩，感官評分高達98分。