开菲尔发酵芒果汁技术响应面优化

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　　摘要 為了确定开菲尔粒发酵芒果汁的最佳生产工艺，用纯牛奶发酵开菲尔粒经24 h制成发酵液，用芒果汁与牛奶的混合液作为原液，选取接种量、含糖量、芒果汁添加量和稳定剂添加量进行试验。在单因素试验的基础上，进行Design Expert试验设计，建立了4个因素对芒果汁感官总分影响的数学模型，并得出最佳生产工艺。结果表明，各因素对芒果汁品质的影响顺序依次为芒果汁添加量、接种量、含糖量、稳定剂添加量。最佳生产工艺条件为接种量18.0 mL，含糖量11.0 g，芒果汁添加量38 mL，稳定剂添加量3.0 g，此条件下可以得到产品感官评价的最佳预测值84.343。
　　关键词 开菲尔，芒果汁，响应曲面
　　中图分类号 TS275.4文献标识码 A
　　文章编号 0517-6611（2020）06-0143-05
　　Abstract In order to determine the best production technology of kefir grains fermented mango juice， the fermentation broth of Kefir grains fermented with pure milk was prepared for 24 hours. The mixture of mango juice and milk was used as the original broth. The inoculation amount， sugar content， mango juice content and stabilizer content were selected for the experiment. Based on the single factor experiment， the Design Expert experiment design was carried out， and the mathematical model of four factors affecting the sensory total score of mango juice was established， and the optimum production process was obtained. The results showed that the order of effects of various factors on the quality of mango juice was mango juice content > inoculation quantity > sugar content > stabilizer content. The optimum production conditions were as follows： inoculum 18.0 mL， sugar 11.0 g， mango juice 38  mL， stabilizer 3.0 g.The optimum predictive value of sensory evaluation was 84.343.
　　Key words Kefir，Mango juice，Response surface
　　传统开菲尔是以牛乳、羊乳或山羊乳为原料，添加含有乳酸菌和酵母菌的开菲尔粒发酵剂，经发酵酿制而成的一种传统酒精发酵乳饮料[1-2]。而发酵开菲尔发酵乳的开菲尔粒是主要含有乳酸菌和酵母菌以及醋酸菌的一个复杂微生物体系，其中以乳酸菌种类最多，在开菲尔发酵中起主要作用。与普通发酵乳相比，开菲尔发酵乳具有更多的营养价值以及保健功能，它具有抑制病原菌、提高免疫力、降低胆固醇水平、改善消化机能等功能[3]。另外，在开菲尔粒中，益生菌所分泌的蛋白酶和肽酶可将蛋白质分解成几段长度不一的生物活性肽，具有潜在的功能作用，而且其种类和含量比普通发酵乳中更多[4]。
　　芒果的营养价值很高，其中，胡萝卜素含量是苹果的45～104倍，VC含量是苹果的3～10倍，硒含量是苹果的2～12倍，VB1、VB2含量与热带水果柑橘和菠萝相比也毫不逊色[4]。芒果还含有丰富的没食子酸、槲皮素、芒果酮酸、异芒果醇酸、阿波酮酸、阿波醇酸等化合物和芒果苷、β-隐黄质、番茄红素、丁香酸、栎精等植物化学物质。芒果具有抗氧化、抗癌、防治心脑血管疾病、祛痰止咳、延缓衰老、护目养眼健胃止晕等功效[5]。
　　现阶段对于开菲尔产品的开发思路以原料替换为主，主要利用一些植物性蛋白乳或调配乳代替牛乳进行发酵，得到风味独特的新型开菲尔饮料。目前已有对板栗乳、大豆乳、紫薯乳等多种原料开发的研究报道[6]。以水果原料与开菲尔结合的乳饮料目前研究还较少，随着酸奶市场的不断发展，各种类型发酵制品不断出现，逐渐饱和。在追求口味的同时，人们也更加在意食品本身的营养以及一些保健功能等。所以新型发酵乳的开发也是十分需要的。该研究将芒果与开菲尔的风味以及二者的营养价值与保健功能相结合，以芒果汁与纯牛奶为主要原料，利用开菲尔粒发酵出营养丰富、风味独特的芒果开菲尔发酵饮料。
　　1 材料与方法
　　1.1 材料与试剂 芒果汁：昊雨芒果汁，纯牛奶：市售伊利纯牛奶，白砂糖：市售白砂糖，发酵剂：开菲尔粒，稳定剂：吉利丁粉。
　　1.2 设备与仪器
　　电热恒温培养箱、冰箱、超净工作台、布丁瓶、移液管、量筒。
　　1.3 方法
　　1.3.1 制备工艺流程（图1）及操作要点。
　　将牛奶倒入芒果汁中预热至50～60 ℃，加糖混匀，然后与融化的吉利丁粉再次混匀冷却至室温，加入活化好的开菲尔液，边加边搅拌防止絮状物形成，然后放入电热恒温箱中25 ℃发酵21～22 h，最后冷藏保存得到成品[7]。 　　1.3.2 菌种活化扩大培养。
　　以市售开菲尔粒作为发酵剂，伊利纯牛奶培养24 h扩大培养，发酵完成液用作发酵剂，剩余开菲尔粒继续用纯牛奶扩大培养[8]。
　　1.3.3 开菲尔粒发酵芒果汁饮料感官评价。发酵好的芒果汁，由5个专业工作人员进行感官评价（表1），取其平均分值。
　　1.3.4 开菲尔粒发酵芒果汁饮料原料配比单因素试验。
　　采用开菲尔液发酵芒果汁，分别以芒果汁添加量（40%～70%）、蔗糖添加量（2～8 g）、稳定剂添加量（1～2 g）、接种量（15～24 mL）进行单因素试验，考察各因素对整个产品风味的影响。在考察芒果汁含量、含糖量、接种量、稳定剂添加量4项单因素[9]后，得出在芒果汁含量为38%～42%、含糖量为9.0～11.0 g、接种量为18.0%～22.0%、稳定剂添加量为2.0～3.0 g时，产品有较优风味，使用响应曲面设计方法[10]决定最佳原料配比。
　　1.3.5 响应面优化试验。
　　由单因素试验可知，芒果汁含量、含糖量、接种量、稳定劑添加量是影响产品风味的关键因素，采用Box-Behnken模型，以X1、X2、X3、X4为关键因子，1、0、-1代表高、中、低水平（表2），数据分析由Design Expert软件辅助完成。
　　1.3.6 数据分析。
　　试验重复3次，取其平均值，采用Excel 2010、SPSS 20.0、Origin 8.0软件进行数据分析。
　　2 结果与分析
　　2.1 产品风味感官评价响应面分析与优化
　　数学模型的建立与检验[11]，在单因素试验分析的基础上，依据Box-Behnken中心组合试验设计4 因素3水平共29个试验，响应面试验结果见表3。
　　2.2 响应面分析 通过Design Expert所得到的响应面曲面图及其等高线图（图2～7），可以对任意2个影响产品风味的因素的交互效应进行分析和评价，并从中得到最佳因素水平范围。
　　图2显示在芒果汁含量和稳定剂添加量为最佳时（芒果汁含量38 mL，稳定剂添加量2.999 81 g）含糖量与接种量之间的交互影响。在试验水平范围内，含糖量为10.0～11.0 g时，适量增加接种量可以使产品风味更优，而在含糖量为9.0～10.0 g时，接种量越多，反而会使风味变糟，在含糖量为10.8～11.0 g时，产品风味的感官评价有最佳预测值。
　　图3显示在接种量和稳定剂添加量为最佳时（接种量18.0 mL，稳定剂添加量2.999 81 g）芒果汁含量与含糖量之间的交互影响，图中表明二者之间交互影响表现不显著。
　　图4显示在芒果汁含量与接种量为最佳时（芒果汁含量38 mL，接种量18.0 mL）稳定剂添加量与含糖量之间的交互效应，图中表明二者之间的交互效应表现不显著。
　　图5显示在含糖量和稳定剂添加量为最佳时（含糖量11.0 g，稳定剂添加量2.999 81 g）接种量与芒果汁含量之间的交互影响。在试验水平范围内接种量为18.0～19.4 mL时，适量增加芒果汁的含量可以改善产品风味，但接种量在20.0～22.0 mL时，芒果汁含量越高，风味越差。接种量为18.0～19.0 mL，芒果汁含量为40～41 mL时，产品风味的感官评价有最佳预测值。
　　图6显示在含糖量和芒果汁含量为最佳时（含糖量11.0 g，芒果汁含量38 mL）接种量与稳定剂添加量之间的交互影响。在试验水平范围内，接种量为18.0～19.0 mL时，适量提高稳定剂添加量可以有更好的风味，接种量为20.0～22.0 mL时，结果相反，稳定剂添加量越高则风味越差。接种量为18.0～18.3 mL，稳定剂添加量为2.8～3.0 g时，产品有最佳风味。
　　图7显示在接种量与含糖量为最佳时（接种量18.0 mL，含糖量11.0 g）稳定剂添加量与芒果汁含量之间的交互影响，图中表明二者之间交互影响表现不显著。
　　3 结论
　　选用接种量、含糖量、芒果汁含量和稳定剂添加量4个因素进行优化试验，利用响应面法优化开菲尔粒发酵芒果汁的生产工艺。通过Design Expert所建立的模型，对影响产品风味的4项因素进行优化。并且通过响应面曲面及其等高线图，对任意2个影响产品风味的因素之间的交互效应进行分析和评价，在芒果汁含量为38 mL，稳定剂添加量为2.999 81 g，含糖量为10.0～11.0 g，适量提高接种量可以得到较好风味产品，而在含糖量为11.0 g，稳定剂添加量为2.999 81 g，接种量为18.0～19.4 mL时，适量增加芒果汁可改善产品风味，在芒果汁含量为38 mL，含糖量为11.0 g，接种量为18.0～19.0 mL时，风味随稳定剂添加量适当提高有所改善。通过上面获得最佳范围，在接种量为18.0 mL，含糖量为11.0 g，芒果汁添加量为38 mL，稳定剂添加量为3.0 g时，可以得到产品感官评价的最佳预测值84.343。
　　该试验研究出了既具有芒果特有清香风味又具有开菲尔独特风味的芒果汁发酵饮料，试验证明利用响应曲面进行优化得到的结果准确且快速。
　　参考文献
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　　[11] 王钦德，杨坚.食品试验设计与统计分析[M].北京：中国农业大学出版社，2010.
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