響應面結(jié)合模糊綜合評判法優(yōu)化鷹嘴豆酸奶穩(wěn)定劑配方

張子若，廖 丹，杜晚霞，胡妍妍，王雪雪，宋小娟

（貴州醫(yī)科大學公共衛(wèi)生與健康學院，貴州 貴陽 550025）

鷹嘴豆（Cicer arietinum. Linn.)，豆科鷹嘴豆屬，面形尖如鷹嘴，又稱桃爾豆、雞豆等，被稱為“豆中之王”的鷹嘴豆富含蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)與多種生物活性物質(zhì)，其蛋白質(zhì)功效比、生物利用價值和消化吸收率均高于其他豆類[1]，研究表明鷹嘴豆有抗氧化、調(diào)脂降糖、預防心血管疾病等[2-3]功效，是良好的藥食兩用豆類[4]。

隨著健康生活理念的日益流行，植物基酸奶漸漸被人們所熟知。近年來，我國的農(nóng)夫山泉與伊利、蒙牛等大型企業(yè)相繼推出了植物基酸奶產(chǎn)品[5]。與動物酸奶相比，植物基酸奶微量元素更豐富，膳食纖維含量更高，還含有異黃酮等植物營養(yǎng)成分[6]。植物基酸奶在生產(chǎn)、貯存等過程也存在結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、脂肪上浮、蛋白質(zhì)沉淀等現(xiàn)象，為了使產(chǎn)品達到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、體系均一、口感良好的目的，通常將2 種及以上穩(wěn)定劑進行復配[7]。孟岳成等人[8]通過正交試驗得到發(fā)酵豆乳飲料最佳增稠劑添加量為果膠0.11%，CMC 0.23%，黃原膠0.05%。梁瑩等人[9]以感官評價、離心分離、分子歷經(jīng)分析等評價樣品的穩(wěn)定性與口感，得到最佳穩(wěn)定劑添加量為復合辛烯基琥珀酸淀粉鈉0.3%，羧甲基纖維素鈉0.4%，高酯果膠0.2%。

通過對黃原膠、果膠、瓜爾豆膠、魔芋膠、卡拉膠5 種穩(wěn)定劑進行單因素試驗，以持水力和感官評定為指標進行模糊綜合評判，通過響應面試驗優(yōu)化穩(wěn)定劑復配比，得到一款穩(wěn)定性好、風味協(xié)調(diào)、口感細膩的植物基酸奶產(chǎn)品，為鷹嘴豆開發(fā)利用提供一定理論基礎(chǔ)，拓寬鷹嘴豆酸奶市場。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鷹嘴豆，北京和雅堂食品有限公司提供；椰漿，印度尼西亞Kara 公司提供；白砂糖，市售；嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌，深圳市前海保國玫瑰供應鏈有限公司提供；黃原膠、果膠、卡拉膠、魔芋膠、瓜爾豆膠，山東阜豐發(fā)酵有限公司提供。

1.2 儀器與設備

豆?jié){機，九陽股份有限公司產(chǎn)品；SHP-160 型智能生化培養(yǎng)箱，上海三發(fā)科學儀器有限公司產(chǎn)品；ST-8R 型高速冷凍離心機，賽默飛世爾科技有限公司產(chǎn)品；冰箱，海爾智家股份有限公司產(chǎn)品。

1.3 鷹嘴豆酸奶的加工工藝

鷹嘴豆預處理→添加椰漿、白砂糖后冷卻→加入穩(wěn)定劑→均質(zhì)→接種→發(fā)酵→冷藏后熟→成品。

1.4 操作要點

1.4.1 前處理

挑選符合要求的鷹嘴豆，用無菌蒸餾水浸泡12 h，按照鷹嘴豆∶水= 1∶1 (g∶mL） 用豆?jié){機打漿，添加椰漿、白砂糖后冷卻至不燙手，去掉表層的膜后加入穩(wěn)定劑（溫水化開）。

1.4.2 接種

將均質(zhì)好的混合漿液分裝到殺菌的瓶中，加入嗜熱鏈球菌∶保加利亞乳桿菌為1∶1（V∶V） 的混合菌種0.1%，攪拌均勻后密封。

1.4.3 發(fā)酵

置于恒溫培養(yǎng)箱于42 ℃條件下發(fā)酵10 h。

1.4.4 冷藏

將發(fā)酵后的樣品置于4 ℃條件下冷藏6 h。

1.5 單因素試驗

根據(jù)文獻[10-11]，選擇黃原膠、卡拉膠、瓜爾豆膠、果膠、魔芋膠5 種穩(wěn)定劑進行單因素試驗?？刂茰囟葹?2 ℃，發(fā)酵時間為7 h，椰漿添加量為16%，白砂糖添加量為6%，菌種添加量為0.1%，鷹嘴豆汁添加量為68%，分別探究單一穩(wěn)定劑添加量對酸奶持水力和感官評價的影響。黃原膠、卡拉膠、瓜爾豆膠的添加量均設置為0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，0.25%；果膠、魔芋膠的添加量均設置為0.05%，0.10%，0.20%，0.30%，0.50%（均為g/L）。

1.6 鷹嘴豆酸奶品質(zhì)指標的測定

1.6.1 持水力測定

參考文獻[12]，稱取10 g酸奶，以轉(zhuǎn)速5 000 r/min離心15 min，靜置5 min 后去上清液，稱量殘余物質(zhì)量A。

式中：A——殘余物質(zhì)量，g；

Ai——離心管質(zhì)量，g。

1.6.2 感官評價

選擇10 位經(jīng)過感官評定培訓的學生成立感官評定小組，參考國家標準[13]并做相應增加修改，按照感官評分對鷹嘴豆酸奶進行評分。

感官評分見表1。

表1 感官評分

1.7 模糊綜合評價法

根據(jù)文獻[14]，利用模糊綜合評判法進行分析，評價因素X=｛X1，X2，…，Xi｝ =｛感官評價，持水力｝，其無量綱化轉(zhuǎn)換函數(shù)為，權(quán)重系數(shù)集W =｛W1，W2，…，Wi｝ =（感官評價，持水力） =｛0.5，0.5｝，模糊綜合評判Y=W持水·X持水力+W感官·X感官。

1.8 響應面試驗設計

以單因素試驗結(jié)果為參考，選取魔芋膠、果膠、瓜爾豆膠為自變量，模糊綜合評判值為響應值，利用Box-behnken 設計法設計三因素三水平響應面分析試驗。

響應面分析因素與水平的確定見表2。

表2 響應面分析因素與水平的確定/%

1.9 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

所有試驗數(shù)據(jù)取3 次試驗平均值，利用Excel 和Origin 2021 繪制圖表，IBM SPSS 19 進行數(shù)據(jù)分析，Design Expert 軟件設計分析響應面試驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 單一穩(wěn)定劑對鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響

2.1.1 黃原膠添加量對鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響

黃原膠添加量對鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 黃原膠添加量對鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響

由圖1 可知，隨著黃原膠添加量的增加，感官評分先升高后降低，持水力呈上升趨勢，且差異顯著（p＜0.05），有研究表明黃原膠添加量為0.05%～0.25%時，酸奶持水力隨添加量的增大而增大[15]?？赡苁且驗辄S原膠分子在溶液中具有剛性結(jié)構(gòu)或螺旋狀結(jié)構(gòu)，使得分子的氫鍵締合，表現(xiàn)出較高的黏附性而使持水力升高[16]；同時，黃原膠添加量較少時可提高酸奶黏度與順滑化的口感，添加量過高使酸奶稠度過高，口感偏澀[17]。當黃原膠添加量為0.25%時持水力最大，為84.00%；黃原膠添加量為0.15%時感官評分最高，為93.33 分；其模糊綜合評判值在黃原膠添加量為0.25%時最大，為0.93。因此，酸奶品質(zhì)在黃原膠添加量為0.25%時最佳。

2.1.2 卡拉膠添加量對鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響

卡拉膠添加量對鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 卡拉膠添加量對鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響

由圖2 可知，當卡拉膠添加量為0.20%時，對酸奶持水力和感官評分有顯著影響（p＜0.05），此時酸奶持水力上升，感官評分下降，而后趨于穩(wěn)定，可能是因為較高添加量顯著提高酸奶體系的硬度和黏彈性等指標[18]，引起酸奶持水力增大；導致酸奶細膩度不夠，感官評分降低。當卡拉膠添加量為0.20%時持水力最高，為52.70%；卡拉膠添加量為0.15%時感官評分最高，為84.67 分；其模糊綜合評判值在卡拉膠添加量為0.20%時最大值，為0.95。因此，酸奶品質(zhì)在卡拉膠添加量為0.20%時最佳，與畢宇[19]的研究結(jié)果相一致。

2.1.3 瓜爾豆膠添加量對鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響

瓜爾豆膠添加量對鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響見圖3。

圖3 瓜爾豆膠添加量對鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響

由圖3 可知，隨著瓜爾豆膠添加量增加，感官評分先升高后降低，持水力先升高而后趨于穩(wěn)定，石玉琴等人[20]發(fā)現(xiàn)隨著瓜爾豆膠添加量的增加有助于提高持水力，感官評分先增后減。可能是因為少量添加瓜爾豆膠可增加酸奶持水力和黏度，使酸奶質(zhì)地均勻細膩，同時促進乳酸菌產(chǎn)生風味物質(zhì)，過量添加引起酸奶質(zhì)地醇厚，細膩度降低，酸度過高導致評分降低[20]。當瓜爾豆膠添加量為0.20%時持水力最大，為66.63%；瓜爾豆膠添加量為0.15%時感官評分最高，為86.33 分；其模糊綜合評判值在瓜爾豆膠添加量為0.20%時最大，為0.99。因此，酸奶品質(zhì)在瓜爾豆膠添加量為0.20%時最佳。

2.1.4 果膠添加量對鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響

果膠添加量對鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響見圖4。

圖4 果膠添加量對鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響

由圖4 可知，隨著果膠添加量增加，感官評分先升高后降低，持水力先升高而后趨于穩(wěn)定，可能是因為果膠添加量較低時與蛋白之間產(chǎn)生“架橋絮凝”導致酸奶質(zhì)地松散[21]，口感較差；果膠在酸奶中主要起順滑和增強光澤的作用，對持水力影響不大[22]。當果膠添加量為0.50%時持水力最大，為51.83%；果膠添加量為0.20%時感官評分最高，為91.00 分；其模糊綜合評判值在果膠添加量為0.20%時最大，為0.98。因此，酸奶品質(zhì)在果膠添加量為0.20%時最佳，與陳瓊等人[23]的研究結(jié)果相一致。

2.1.5 魔芋膠添加量對鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響

魔芋膠添加量對鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響見圖5。

圖5 魔芋膠添加量對鷹嘴豆酸奶品質(zhì)的影響

由圖5 可知，隨著魔芋膠的添加量增加，感官評分呈先升高后降低的趨勢，持水力先升高而后趨于穩(wěn)定，可能是因為可與植物蛋白進行混合，提高組分的穩(wěn)定性，魔芋膠具有較高的吸水溶脹性，過量添加導致酸奶過于濃稠，顆粒感嚴重導致評分下降[24-25]。當魔芋膠添加量為0.30%時持水力最大，為51.80%；魔芋膠添加量0.20%時感官評分最高，為86.67 分；其模糊綜合評判值在魔芋膠添加量為0.10%和0.20%時最大，為0.97。因此，酸奶品質(zhì)在魔芋膠添加量為0.10%和0.20%時最佳，與王莉莉[26]的研究結(jié)果相一致。

2.2 響應面試驗結(jié)果與分析

由單因素試驗結(jié)果可知，單一穩(wěn)定劑在提高產(chǎn)品穩(wěn)定性和感官方面存在一定局限性，所以選取模糊綜合評判值較高的瓜爾豆膠（0.10%～0.20%）、果膠（0.10%～0.30%）、魔芋膠（0.10%～0.20%） 進行復配試驗。以模糊綜合評判值為響應值，魔芋膠添加量（A）、果膠添加量（B）、瓜爾豆膠添加量（C）為自變量，進行響應面試驗設計。

響應面試驗設計結(jié)果見表3。

表3 響應面試驗設計結(jié)果

利用Design Expert 軟件對表3 進行分析，得到模糊綜合評判值與魔芋膠添加量、果膠添加量、瓜爾豆膠添加量三因素的二次三元回歸方程：

回歸模型方差分析見表4。

表4 回歸模型方差分析

由表4 可知，該模型p＜0.000 1，極顯著，失擬項p＞0.05，不顯著，表明該模型顯著可靠；模型決定系數(shù)R2=0.973 3，校正決定系數(shù)R2Adj=0.938 9，表明該模型擬合程度好，可用于對穩(wěn)定劑對鷹嘴豆酸奶品質(zhì)影響的結(jié)果預測。由表4 回歸模型方差分析可知，一次項B，C，交互項AB，二次項A2，B2，C2對模糊綜合評判值影響及顯著（p＜0.01）；交互項BC 對模糊綜合評判值影響顯著（p＜0.05）；其余對模糊綜合評判影響不顯著（p＞0.05）。3 種因素對模糊綜合評判值的影響大小為果膠添加量＞瓜爾豆膠添加量＞魔芋膠添加量。

魔芋膠、果膠和瓜爾豆膠的交互作用見圖6。

圖6 魔芋膠、果膠和瓜爾豆膠的交互作用

由圖6 可知，在試驗所選擇的添加量范圍，因素AB，AC，BC 之間都有一定交互作用，等高線均為橢圓，交互項AB，BC 對模糊綜合評判值影響顯著，交互項AC 的響應曲面較緩，對模糊綜合評判值影響較小。

通過響應面軟件預測鷹嘴豆酸奶的最優(yōu)參數(shù)為魔芋膠添加量0.177%，果膠添加量0.270%，瓜爾豆膠添加量0.177%，預測感官評分為88.208 分，持水力為74.993%，模糊綜合評判值為0.931，為驗證響應面試驗結(jié)果的可靠性，調(diào)整最優(yōu)參數(shù)為魔芋膠添加量0.18%，果膠添加量0.27%，瓜爾豆膠添加量0.18%進行驗證試驗，此條件下發(fā)酵的鷹嘴豆酸奶感官評分為90 分，持水力為77.75%，與預測值相差不大，說明響應面法對分析預測鷹嘴豆酸奶穩(wěn)定劑復配配方可靠，其中發(fā)酵后鷹嘴豆酸奶pH 值降低為4.28，黏度增加為5 182.5 mPa·s，說明該條件下發(fā)酵的酸奶酸度和口感都較適宜。

3 結(jié)論

以黃原膠、卡拉膠、魔芋膠、果膠和瓜爾豆膠不同添加量對鷹嘴豆酸奶感官評價和持水力的影響為指標，采用模糊綜合評判法選取魔芋膠、果膠和瓜爾豆膠3 種穩(wěn)定劑進行響應面分析，通過響應面試驗，確定鷹嘴豆酸奶的復合穩(wěn)定劑最佳配比為魔芋膠添加量0.18%，果膠添加量0.27%，瓜爾豆膠添加量0.18%，該條件下發(fā)酵的鷹嘴豆酸奶感官評分為90 分，持水力為77.75%，pH 值為4.28，黏度為5 182.5 mPa·s，樣品結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且具有良好的口感和香氣。