响应面法优化果仁夹心酸奶球的制作工艺

张雅琪 隋沅均 周 围 耿丽晶 萨日那 张俊鹏 张 翔

[摘要]本文以牛奶、核桃和花生为主要原料，以感官评价为主要评分指标，开发出了一种新型的夹心凝固性酸奶球，即果仁夹心酸奶球。通过单因素实验分析果仁夹心酸奶球制作过程中6个主要关键工艺点对产品感官的影响，并进一步用响应面分析法优化出最佳工艺，确定果仁夹心酸奶球制作的最佳生产工艺条件是果仁夹心中木糖醇的添加量为15%，酸奶外包膜发酵温度为42℃发酵6h，明胶使用量为3%，果仁夹心添加25%，冷藏固型时间为7h，综合感官评分最高为81.6分，获得的产品组织均匀且无分层，口感细腻爽口，有明显的果仁香气，具有一定的营养保健功能。

[关键词]果仁;夹心;酸奶;响应面法;工艺

中图分类号：TS213.23 文獻标识码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.201912

核桃，又称胡桃、羌桃，为胡桃科植物，核桃仁含有丰富的营养素，每100g含蛋白质15～20g，脂肪较多，碳水化合物10g;并含有人体必需的钙、磷、铁等多种微量元素和矿物质，以及胡萝卜素、核黄素等多种维生素，有健脑益智、抗衰老、防便秘、降血脂的功能[1-3]。花生含有大量的蛋白质和脂肪，很适宜制造各种营养食品，能滋养补益。花生性平味甘，有醒脾开胃、润肺利水的功效[4-6]。酸奶，是牛奶经过乳酸菌发酵而成。含有蛋白质、乳酸菌、钙，还有多种维生素，具有滋养皮肤、补钙补磷、润肠通便降血脂的功效[7-8]。由于三者的功效各有所长也各有特色，因此该功能性食品旨在将它们有效结合起来，共同发挥作用，起到一定的保健作用。

到目前为止，功能性食品的生产规模正在逐渐扩大，养生的概念逐渐深入人心。市场上也出现了多种类别的保健类食品[9-10]，但是具有保健养生功效的酸奶还没有大批进入群众的视野。在食品生产过程中，核桃与花生各自作为个体，应用较少。为此，该研究以酸奶作为载体包裹果仁（花生、核桃），不光从营养价值的角度上发展多元化，在口感上也独具一格，具有创新性，故果仁夹心酸奶球的研发具有一定的实践价值和应用价值。

1 实验概述

1.1 材料与设备

颗粒完整质量较好的花生仁和核桃仁：市售;伊利巴氏杀菌奶（菌种：嗜热乳链球菌∶保加利亚乳杆菌=1∶10的酸奶混合发酵剂）：市售;木糖醇、食用明胶：上海品厨商贸有限公司。

ZS46-350型苏泊尔榨汁机：浙江苏泊尔股份有限公司;BCD-539WT型海尔冷藏箱：青岛海尔股份有限公司;恒温水浴锅，C21-RH2133型电磁炉：广东美的生活电器制造有限公司;DHP-9082型恒温培养箱：天津市顺诺仪器科技有限公司;TP302N型电子天平：上海菁海仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 果仁夹心酸奶球制作基本方法

除某考察因素水平变化外，其他非考察因素按如下基本方法进行实验：按5∶2（料液比）的比例向果仁（花生仁∶核桃仁=2∶1）中添加蒸馏水，用ZS46-350型号榨汁机榨汁后过滤得果仁夹心汁，并向其中添加15%的木糖醇，充分搅拌至溶解后，加入4%提前泡好的食用明胶，倒入模具中冷藏7h固型获得果仁夹心。按向加热至40℃的牛奶中添加5%酸奶混合发酵剂，混匀后置于42℃恒温培养箱中发酵8h，发酵结束后添加4%食用明胶，搅拌均匀后获得酸奶外包膜，最后添加37.5%果仁夹心，共同倒入模具中，贮存于6℃冰箱冷藏7h固型。

1.2.2 工艺流程

果仁夹心酸奶球制作工艺流程见图1。

1.2.3 单因素实验考察果仁夹心酸奶球制备的最佳工艺条件

本实验以果仁夹心酸奶球感官评价为指标，分别从果仁夹心中木糖醇添加量、发酵温度、发酵时间、酸奶外包膜中明胶使用量、果仁夹心酸奶球中果仁夹心最佳添加量和果仁夹心酸奶球最佳冷藏固型时间等几个主要关键工艺点为考察因素，设置单因素水平见表1，其他工艺条件见实验基础方法1.2.1。

1.2.4 响应面优化设计

响应曲面法是一种应用广泛的试验优化方法，可有效快速地确定多因素试验过程中的最佳试验条件。目前，RSM在乳饮料加工、研制以及优化生产工艺过程已有广泛的应用[11-12]。根据单因素实验结果，选择果仁夹心中木糖醇的添加量（A），酸奶外包膜中明胶使用量（B）以及冷藏固型时间（C）这三个因素为响应面优化考察的自变量，通过Design Expert 8.0.6软件，根据Box-Behnken试验设计原理，分别对每个自变量的三个水平用-1、0、1进行编码，以感官评价为响应值（Y），进行三因素三水平的响应面优化出最佳的生产工艺条件。具体响应面试验因素与水平见表2。

1.2.5 指标测定

（1）感官评定。本次实验采用综合评分法，根据《食品安全国家标准 发酵乳》（GB 19302-2010）感官要求进行感官评定。请10名具有感官评定经验的人员组成感官评定小组。参照表3的评分标准，分别对果仁夹心酸奶的色泽、组织硬度、口感风味以及气味进行评分，满分以100分计。

（2）理化指标检测。酸度检测：采用酚酞指示剂法测定果仁酸奶的酸度，参考《食品酸度的测定》（GB 5000.239-2016）;蛋白质测定：采用凯氏定氮法测定产品的蛋白质，参考《食品中蛋白质的测定》（GB 5009.5-2016）。

（3）微生物指标测定。按照《食品微生物学检验》（GB 19302-2010）测定酸奶中大肠菌群、致病菌数和乳酸菌数。

1.2.6 统计分析方法

数据采用Design Expert 8.0.6和SPSS 20.0统计分析软件进行数据分析，组间比较采用单因素方差分析（ANOVA），组间多重比较用LSD（L）和Tamhane’s T2（M）法来检验数值间的差异显著性。当P<0.05时视为具有显著性差异，P<0.01时具有极显著性差异。

2 结果与分析

2.1 单因素实验优化最佳制备果仁夹心酸奶球工艺的结果

2.1.1 果仁夹心中木糖醇的最佳添加量

果仁夹心中木糖醇的添加量对酸奶品质的影响的结果如图2（A）所示。《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》（GB 2760-2014）中对木糖醇的规定用量是以不低于80%的复原乳为主要原料[13]，但木糖醇偏凉性，不易被胃酶分解，食用过量会对胃肠有一定的刺激性，且吸收率不到20%，故一日内摄入的木糖醇的总量不能超过50g。图2（A）结果显示，当果仁夹心中木糖醇的添加量达到10%～15%时，感官评价分数较高（P<0.01），整体的口感风味较为爽口，酸甜度适中;而当木糖醇的添加量为20%时，果仁夹心酸奶出现了明显刺激的甜味;木糖醇添加量为5%时，果仁夹心酸奶甜度不足，整体表现出较明显的酸性。后两种情况下，果仁夹心酸奶的口感蜂风味均出现明显的失衡现象，因此感官评分值较低（P<0.01）。

2.1.2 酸奶外包膜的最佳发酵温度

本论文采用混合发酵菌种，由于不同的菌种对应不同的发酵温度[15]，温度过高会导致酸奶酸化过快，不利于风味物质的形成[16]，因此本文研究酸奶外包膜最佳发酵温度。由图2（B）可以看出，发酵温度为42℃时的感官评价分数最高（P<0.01），酸奶的组织状态细腻且无凝块、均匀、酸甜口味适中;发酵温度过高或者过低时，不仅会影响发酵速度，还会对酸奶整体的质构以及口感产生一系列影响，主要表现为组织硬度不均匀，有较多乳清析出，酸甜口感不平衡（P<0.01）。

2.1.3 酸奶外包膜的最佳发酵时间

由图2（C）可以看出，当发酵时间较短为4h和5h时，发酵后的酸奶出现了明显的分层现象，内含部分乳凝块，黏度较差，酸奶的气味成分不足，感官评分较低（P<0.01）;而当发酵时间过长，为7h和8h时，乳酸菌产出大量的酸，酸度明显提高，出现较为强烈的酸味，引起口感降低（P<0.01）;当发酵时间为6h时，产品的色泽、口感风味、组织硬度以及气味都达到较高水平，感官评分较高（P<0.01），品尝效果最好。

2.1.4 酸奶外包膜中明胶最佳使用量

图2（D）表明，采用不同量的明胶对酸奶感官品质，特别是组织状态有较明显的影响，在《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》（GB 2760-2014）中明胶的添加量随着原料的添加比例而适量调整。酸奶感官品质随着明胶量的递增先增加后降低，在4%范围内，随着明胶量的递增，酸奶基质更美观、稳定，口感更细腻、浓厚，组织均匀分布，黏性也较高。当明胶添加量递增到4%时，酸奶中无乳清析出，且凝乳细腻，稳定效果好（P<0.05）。当果胶添加量大于5%时，酸奶质地较硬，有胶味，口感差（P<0.05）。

2.1.5 果仁夹心酸奶球中果仁夹心的最佳添加量

图2（E）显示，随着果仁夹心添加量的增加，其感官评分存在先升高后降低的趋势。当果仁夹心添加量过低，为12.5%时，果仁风味不明显，整体以酸奶的风味为主（P<0.01）;随着果仁夹心添加量的增加，在25%时感官评价达到最大值（P<0.01）;果仁夹心添加量过高时，果仁香味较为浓郁，同时口感过于甜腻，整体评价不理想（P<0.01）。

2.1.6 果仁夹心酸奶球最佳冷藏固型时间

为了达到食品所需的凝固程度，需要将酸奶放到冰箱中冷藏[17-18]。图2（F）表明，冷藏固型时间为8～9h时的酸奶整体感官品质较好（P<0.05），色泽呈现出均匀的乳白色，具有纯乳发酵特有的气味，并且组织状态保持一种细腻、均匀的状态;冷藏固型时间过长时，酸奶的色泽会出现微黄色，甚至出现了轻微的气味异常，冷藏后酸奶析出少量的上清液，搅拌后会出现小块的凝块物;冷藏时间太短，为5～7h时，酸奶口感风味不佳（P<0.01），酸奶中乳酸菌数较少，酸度较低，致使整体口感偏甜，同时组织硬度状态较软，凝结状态不好。

2.2 响应面优化试验设计与结果分析

2.2.1 响应面优化结果

Box-Behnken Design响应面分析试验结果见表4，并进一步进行方差分析（见表5）和拟合模型。

回归方程中的诸多变量对感官评价的分值Y影响的显著性，均有F检验来确定，如果P的概率值较小，则其对应变量的显著程度较高。由表4可知，感官评分模型显著（P<0.05），失拟项不显著（P>0.05），回归方程的相关系数R2=0.980 7，方程拟合较为充分，说明实验数据可以良好的反应和感官评价之间的关系。一次项中酸奶外包膜中明胶使用量（B）、冷藏固型时间（C）对感官评分有显著影响（P<0.05）。二次项A2、B2和C2对感官评分有极显著影响（P<0.01）。由主要因素A、B、C、D的各F值可知，各因素對果仁夹心酸奶的感官品质影响的顺序为A2>B2>C2>酸奶冷藏固型时间（C）>酸奶外包膜中明胶使用量（B）>果仁夹心中木糖醇的添加量（A）。

用Design Expert 8.0.6对实验数据进行多项拟合回归，以感官评价（Y）为因变量，木糖醇的添加量（A）、酸奶外包膜中明胶使用量（B）和酸奶冷藏固型时间（C）为自变量，建立回归方程如下：

Y=82.31-0.84×A+1.90×B+1.91×C+0.46×AB-1.48×AC+1.59×BC-10.57×A2-8.25×B2-5.51×C2    （1）

2.2.2 响应面图分析

响应面图形是响应值（感官评分分值Y）对各个实验因素所构成的三维的曲面图，见图3，可以看出通过Design expert 8.0.6分析得到的各参数及参数间相互作用对响应面值的响应曲面及等高线图。

图3（A）和（B）表示果仁夹心中木糖醇的添加量（A）和酸奶外包膜中明胶使用量（B）的交互作用。结果表明随着因素A和因素B的增加，夹心酸奶的感官评分均呈现增加后减少的关系，且随着果仁夹心中木糖醇和酸奶中明胶的添加量的增加，感官评分在果仁夹心中木糖醇和酸奶中明胶的添加量的中心部分的位置有一个最大值。响应面等高线接近圆形，说明果仁夹心中木糖醇和酸奶中明胶的添加量的相互作用不显著。

果仁夹心中木糖醇的添加量（A）和冷藏固型时间（C）的交互关系见图3（C）和（D）。果仁夹心酸奶球的感官评价随着因素A和因素B的增加先增加后减少。等高线成圆形，说明果仁夹心中木糖醇的添加量和冷藏固型时间的交互作用不明显。

酸奶外包膜中明胶使用量（B）和冷藏固型时间（C）的交互作用见图3（E）和（F）。结果表明果仁夹心酸奶球的感官评价随着因素B和因素C的增加先增加后减少。等高线成椭圆形，说明酸奶外包膜中明胶使用量和冷藏固型时间的交互显著。

2.2.3 果仁夹心酸奶最佳工艺优化及验证

响应面图和等高线直观地表现了果仁夹心中木糖醇的添加量、酸奶中明胶的添加量和酸奶的冷藏时间对该产品整体感官评价的影响。利用回归模型预测果仁夹心酸奶的最佳工艺条件为果仁夹心中木糖醇的添加量（A）为14.74%，酸奶外包膜中明胶使用量（B）3.36%，冷藏固型时间（C）7.2h。考虑到实际情况，将最佳工艺参数调整为果仁夹心中木糖醇的添加量为15%，酸奶外包膜中明胶使用量3%，冷藏固型时间7h。为了验证模型的准确性，按最佳优化工艺条件进行三次重复验证试验，所得酸奶综合感官评分为81.6分，见表6。与模拟预测值较为接近，说明验证了响应面研究的果仁夹心酸奶球工艺是可行的。

2.3 果仁夹心酸奶球质量评价结果

本论文研发的果仁夹心酸奶球产品的理化指标检测结果和微生物检测结果见表7，结果表明该产品各项理化检测和微生物检测结果符合国家标准。

3 结 论

经单因素实验及响应面优化实验，确定果仁夹心酸奶球制作的最佳生产工艺条件为果仁夹心中木糖醇的添加量为15%，酸奶外包膜发酵温度为42℃，发酵6h，明胶使用量为3%，果仁夹心添加25%，冷藏固型时间为7h，综合感官评分最高为（下转第页）（上接第页）81.6分，获得的产品组织均匀且无分层，口感细腻爽口，有明显的果仁香气，具有一定的营养保健功能。

参考文献

[1] 封斌奎.核桃营养保健功能与加工技术研究进展[J].陕西林业科技，2015（1）：10-13.

[2] 童彤.核桃营养价值高[J].中国果业信息，2017（5）：59.

[3] 孙树杰，王兆华，宋康，等.核桃营养价值及功能活性研究进展[J].中国食物与营养，2013，19（5）：72-74.

[4] 李宇健，陈复生，郝莉花，等.粉碎处理对水酶法提取花生营养成分及其组成影响规律研究[J].中国油脂，2017，42（12）：1-5.

[5] 于丽娜，张初署，毕洁，等.不同花生品种制作花生芽及营养成分分析[J].食品工业科技，2017，38（14）：314-319.

[6] 赵贵兴，陈霞，刘昊飞，等.花生的功能成分、营养价值及其开发利用研究[J].安徽农学通报，2011，17（12）：39-42.

[7] 宗宪峰.酸奶的营养价值与保健功能[J].中国食物与营养，2008 （9）：60-61.

[8] 许尨，张冬洁，李洪亮，等.酸奶发展的研究进展[J].农产品加工，2019（12）：87-89.

[9] 葛正焱.目前我国保健食品研发市场开发的现状和存在问题及其对策[J].农学学报，2013，3（8）：65-68.

[10] 路亚静.食用菌保健功能及保健食品应用与开发[J].食品安全导刊，2018（30）：77.

[11] 于忠娜，王军，黄胜楠，等.响应面法优化发酵型红豆薏米乳饮料的工艺[J].中国乳品工业，2017，45（11）：43-48.

[12] 曲双双，刘婷，龚东磊，等.响应面法优化活菌型乳饮料的条件工艺[J].中国乳品工业，2016，44（4）：61-64.

[13] 李露露.糖醇在核桃乳中的应用研究[D].无锡：江南大学， 2017.

[14] 胡嘉杰，李洪亮，李树森，等.稳定剂对酸奶感官及匀质指数影响的研究[J].中國食品添加剂，2019，30（1）：135-141.

[15] 汤文艳，徐广新.不同菌种比例和温度对发酵酸奶的影响[J].食品安全导刊，2017（3）：97.

[16] 李思宁，唐善虎，胡洋，等.发酵温度波动对酸奶感官、质构和风味特性的影响[J].食品工业科技，2018，39（4）：82-87.

[17] 王伟，杨雪娇，刘颖文，等.冷藏与冷冻条件对酸奶品质影响的研究[J].检验检疫学刊，2012，22（4）：50-52.

[18] 王芳.低温酸奶储存过程中氨基酸含量变化研究[J].食品安全质量检测学报，2017，8（11）：4445-4451.

收稿日期：2019-09-18

基金项目：国家自然科学基金（81401189）;辽宁省“百千万人才工程”项目（20184750）;辽宁省自然科学基金指导计划项目（20170540385）;锦州医科大学“大学生创新创业训练计划”项目（2019013）。

作者简介：张雅琪，女，本科，研究方向为食品科学与工程。

通信作者：周围，男，博士，研究方向为高校教育。