Plackett-Burman聯(lián)用正交設(shè)計(jì)優(yōu)選紫蘇蛋白酸奶加工工藝

冷進(jìn)松，孫國(guó)玉，由喆，朱珠

（1.吉林工商學(xué)院食品工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130062；2.吉林工商學(xué)院糧油食品深加工吉林省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長(zhǎng)春130062）

Plackett-Burman聯(lián)用正交設(shè)計(jì)優(yōu)選紫蘇蛋白酸奶加工工藝

冷進(jìn)松1，2，孫國(guó)玉1，由喆1，朱珠2，*

（1.吉林工商學(xué)院食品工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130062；2.吉林工商學(xué)院糧油食品深加工吉林省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長(zhǎng)春130062）

以新鮮牛乳和脫臭紫蘇蛋白為主要原料，經(jīng)殺菌、真空濃縮、冷卻、添加乳酸菌發(fā)酵劑發(fā)酵，研發(fā)出營(yíng)養(yǎng)和保健功效高的新型酸奶產(chǎn)品。以感官得分為指標(biāo)，通過(guò)單因素試驗(yàn)，Plackett-Burman因素篩選、結(jié)合正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化。評(píng)價(jià)了紫蘇蛋白粉添加量、乳酸菌添加量、木糖醇添加量、羥甲基纖維素鈉（CMC）添加量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間6個(gè)因素對(duì)酸奶感官得分的影響。最終確定最優(yōu)生產(chǎn)工藝為：紫蘇蛋白粉添加量5%、乳酸菌添加量0.4%、木糖醇添加量0.55%、羥甲基纖維素鈉（CMC）添加量0.2%、發(fā)酵溫度42℃、發(fā)酵時(shí)間4 h。該產(chǎn)品具有良好的感官性狀，是一種營(yíng)養(yǎng)豐富，開(kāi)發(fā)前景廣闊的產(chǎn)品。

紫蘇蛋白；木糖醇；酸奶；Plackett-Burman設(shè)計(jì)；工藝

酸奶是以牛乳或復(fù)原乳為主要原料，添加或不添加輔料，使用含有保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌的菌種發(fā)酵制成的產(chǎn)品［1］，是一種集營(yíng)養(yǎng)與保健為一體的乳制品，具有促進(jìn)消化，預(yù)防疾病，維護(hù)健康的功效［2］。紫蘇蛋白來(lái)源于紫蘇籽壓榨法取油后的副產(chǎn)品，其凈蛋白比值（NPR）、功效比值（PER）、和真消化率（TD）分別為2.87%、2.07%和82.6%。紫蘇籽蛋白質(zhì)氨基酸的組成全面、合理，其氨基酸種類多達(dá)18種，含有人體所必需的全部8種氨基酸和兒童必需的10種氨基酸，是一種比較好的植物蛋白資源［3］。

本研究以鮮牛乳和紫蘇蛋白粉為主要原料，經(jīng)乳酸菌發(fā)酵，確定適宜的加工工藝條件制備紫蘇蛋白酸奶。目前，絕大部分酸奶類產(chǎn)品以原味酸奶和調(diào)味酸奶為主。隨著消費(fèi)者生活條件的提高，營(yíng)養(yǎng)健康意識(shí)地不斷提高，酸奶的消費(fèi)也越來(lái)越普及，酸奶由單一特殊風(fēng)味的飲料向具有不同營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健功效的功能性飲料發(fā)展成為趨勢(shì)［4］。本試驗(yàn)該產(chǎn)品兼有紫蘇蛋白和酸奶的雙重營(yíng)養(yǎng)保健作用，其研制將為消費(fèi)者提供功能性乳制品的更多選擇空間，具有良好的開(kāi)發(fā)前景。

1材料與方法

1.1材料與試劑

紫蘇蛋白粉：吉林沃達(dá)食品有限公司；乳酸菌：北海群林生物工程有限公司；木糖醇：武漢盛世天元生物科技有限公司；羧甲基纖維素鈉：西安大豐收生物科技有限公司。

1.2儀器與設(shè)備

LDZX-50FBS立式壓力高壓蒸汽滅菌器：上海申安醫(yī)療器械廠；BHP-9272電熱恒溫培養(yǎng)箱：常州杰博森儀器有限公司；SRH500-45高壓均質(zhì)機(jī)：上海申鹿均質(zhì)機(jī)有限公司；SW-CJ-1FD單人單面凈化工作臺(tái)：蘇州凈化有限公司；KA62NV06TI冰箱：博西華家用電器有限公司。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1工藝流程

1.3.2操作要點(diǎn)

1.3.2.1原料乳選擇

選用鮮乳，要求酸度在18°T以下，細(xì)菌總數(shù)不高于5×105cfu/mL，總干物質(zhì)含量≥11.5%，其中非脂乳固體含量≥8.5%。原料乳不得使用病畜乳和殘留抗菌素、殺菌劑、防腐劑的牛乳。

1.3.2.2配料

在消毒過(guò)的玻璃罐中放入鮮乳，加入5%紫蘇蛋白、0.5 g/100 mL木糖醇、0.1%羧甲基纖維素鈉，不斷攪拌。

1.3.2.3預(yù)熱均質(zhì)

預(yù)熱溫度控制在50℃～65℃，可防止均質(zhì)后的產(chǎn)品中脂肪上浮，增加產(chǎn)品穩(wěn)定性。原料配合后進(jìn)行均質(zhì)處理。均質(zhì)處理可使原料充分混勻，有利于提高酸乳的穩(wěn)定性和稠度，并使酸乳質(zhì)地細(xì)膩，口感良好。采用的壓力以20 MPa～25 MPa為好。

1.3.2.4熱力殺菌

采用90℃～95℃，殺菌5 min～10 min，對(duì)原料乳進(jìn)行殺菌。

1.3.2.5真空濃縮

殺菌后的物料進(jìn)人真空蒸發(fā)器中，物料的濃度控制在21%～22%。

1.3.2.6冷卻

將殺菌后的乳快速冷卻至46℃～48℃后，準(zhǔn)備接種。

1.3.2.7接種

將5%乳酸菌接入已滅過(guò)菌且冷卻至46℃～48℃的熱牛奶中，充分?jǐn)嚢杌靹颉?/p>

1.3.2.8發(fā)酵

發(fā)酵劑混勻后，迅速置于41℃～42℃電熱恒溫箱中培養(yǎng)，發(fā)酵時(shí)間一般在3 h～4 h。達(dá)到凝固狀態(tài)時(shí)，當(dāng)?shù)味ㄋ岫冗_(dá)到60°T～70°T以上，pH低于4.6，表面有少量水痕，奶變粘稠時(shí)即可終止發(fā)酵。

1.3.2.9冷藏后熟

發(fā)酵結(jié)束后，應(yīng)立即移入0℃～5℃的冰箱中，終止發(fā)酵過(guò)程，使酸乳的特征（質(zhì)地、口昧、酸度等）達(dá)到所設(shè)定的要求。另外，冷藏還具有促進(jìn)香味物質(zhì)產(chǎn)生，改善酸乳硬度的作用。一般將酸乳終止發(fā)酵后第12 h～24 h稱為后熟期，在此期間香味物質(zhì)的產(chǎn)生會(huì)達(dá)到高峰期。0℃～5℃貯藏24 h，即可。

1.3.3感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)酸奶產(chǎn)品進(jìn)行隨機(jī)編號(hào)，取一定量樣品放入帶有編號(hào)的容器中，選10名有經(jīng)驗(yàn)的食品專業(yè)的人員組成評(píng)分小組，分別對(duì)產(chǎn)品的色澤（25分）、滋味（25分）、氣味（25分）、組織形態(tài)（25分）進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，最后根據(jù)各個(gè)指標(biāo)所占的比重，計(jì)算出感官綜合評(píng)分（滿分100分），各項(xiàng)指標(biāo)所占比重見(jiàn)表1［5］。

1.3.4單因素試驗(yàn)

采用單次單因素法，假定各因素不存在交互作用，當(dāng)其它因素保持不變，只改變其中一個(gè)因素，然后逐個(gè)進(jìn)行考察分析［6］。

1.3.5Plackett-Burman實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)篩選主要影響因素

1.3.5.1因素及水平范圍

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)紫蘇蛋白粉添加量、乳酸菌添加量、木糖醇添加量、羥甲基纖維素鈉（CMC）添加量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間6個(gè)因素進(jìn)行考察，每個(gè)因素取低水平“-1”和高水平“l(fā)”。另設(shè)1個(gè)虛擬列，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)次數(shù)N=12的Plackett-Burman實(shí)驗(yàn)，以感官得分Y為回應(yīng)值，Plackett-Burman試驗(yàn)因素及水平及結(jié)果見(jiàn)表2。

表1　感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1Standard of sensory evaluation

表2　Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)表及試驗(yàn)結(jié)果Table 2Plackett-Burman design and experimental results

1.3.5.2Plackett-Burman試驗(yàn)結(jié)果分析

利用Minitab對(duì)Plackett-Burman試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果如表3所示，其標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.853 38，預(yù)測(cè)誤差平方和為54.79%，回歸方程的誤差系數(shù)R2為94.98%；調(diào)整后R2為86.19%。

表3　偏回歸系數(shù)及影響因子的顯著性分析Table 3Analysis of partial regression coefficient and significance of factors

從檢驗(yàn)結(jié)果可以看出：主效應(yīng)中，紫蘇蛋白粉添加量、乳酸菌添加量、木糖醇添加量、羥甲基纖維素鈉（CMC）添加量、發(fā)酵時(shí)間5個(gè)主要因素效應(yīng)顯著，其P分別為0.037、0.025、0.049、0.046和0.036，均小于0.050，可以作為進(jìn)一步優(yōu)化的因素。其他因素對(duì)結(jié)果影響不大，在進(jìn)一步研究中，取中間水平，對(duì)影響效果不進(jìn)行分析［7］。

1.3.6正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，本試驗(yàn)選擇紫A-蘇蛋白粉添加量（%）、B-乳酸菌添加量（%）、C-木糖醇添加量（%）、D-羥甲基纖維素鈉（CMC）添加量（%）、E-發(fā)酵時(shí)間（h）五因素二水平進(jìn)行正交設(shè)計(jì)。選用L8（27）正交試驗(yàn)表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平表見(jiàn)表4，試驗(yàn)安排及結(jié)果見(jiàn)表5，方差分析見(jiàn)表6。

表4　正交試驗(yàn)因素水平表Table 4Factor and levels of orthogonal experiment

表5　正交試驗(yàn)結(jié)果與極差分析Table 5Orthogonal experiment result

由極差分析可知，各因素對(duì)酸奶加工工藝的影響次序?yàn)锳＞C＞B＞E＞D。方差分析結(jié)果表明紫蘇蛋白添加量對(duì)蘸料加工工藝具有顯著影響，其它因素則影響不顯著。結(jié)合單因素試驗(yàn)及生產(chǎn)實(shí)際考慮，確定紫蘇蛋白酸奶最佳加工工藝為A1B1C1D1E1，即紫蘇蛋白粉添加量為5%，乳酸菌添加量0.4%，木糖醇添加量0.55%，CMC添加量0.2%，發(fā)酵時(shí)間為4 h。

表6　方差分析結(jié)果Table 6Analysis of variance for the experiment results of orthogonal array design

3結(jié)論

通過(guò)不同原料添加量對(duì)產(chǎn)品感官得分影響的單因素試驗(yàn)、Plackett-Burma試驗(yàn)、正交試驗(yàn)，根據(jù)直觀分析和方差分析，獲得最優(yōu)化工藝。從試驗(yàn)結(jié)果看，準(zhǔn)確度和精密度均較高。紫蘇餅在我國(guó)主要被用作肥料和飼料，造成了極大的浪費(fèi)，紫蘇蛋白來(lái)源于壓榨取油后的紫蘇餅，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，可應(yīng)用于功能食品的開(kāi)發(fā)。在酸奶中添加適量的紫蘇蛋白可以制作出感官、營(yíng)養(yǎng)、保健性能均佳的新型發(fā)酵乳制品，具有較高的推廣價(jià)值。

［1］陶興無(wú).發(fā)酵產(chǎn)品工藝學(xué)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008:77-78

［2］李亞軍，朱建榮，黃云華，等.葛根凝固型酸奶發(fā)酵工藝研究［J］.食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào)，2011，30（4）:623-624

［3］朱國(guó)君.紫蘇餅粕蛋白質(zhì)的分離提取及其功能特性研究［D］.重慶:西南大學(xué)，2008:17-19

［4］曹亞麗，周紅麗.紫薯酸奶發(fā)酵工藝優(yōu)化研究［J］.食品與機(jī)械，2010，26（2）:151-152

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［6］趙偉，陳晨，劉倩，等.利用Minitab優(yōu)化耐高溫淀粉酶發(fā)酵培養(yǎng)條件［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，41（5）:1652-1656

［7］冷進(jìn)松，朱珠，周躍勇.乳清粉-玉米酵子饅頭生產(chǎn)配方的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.食品研究與開(kāi)發(fā)，2014，35（2）:57-63

Optimization of Process Technology of Perilla Protein Yoghourt by Plackett-Burman Combined with Orthogonal Test

LENG Jin-song1，2，SUN Guo-yu1，YOU Zhe1，ZHU Zhu2，*
（1.College of Food Engineering，Jilin Business and Technology College，Changchun 130062，Jilin，China；2.Jilin Province Key Laboratory of Grain and Oil Processing，Jilin Business and Technology College，Changchun 130062，Jilin，China）

A new yoghourt was processed through sterilization，vacuum concentration，cooled，added lactic acid bacteria fermentation processing，used fresh milk and deodorized perilla seed protein as the main raw material，developed a new type of yoghurt products has high nutrition and health care effect.Judged by the sensory evaluation，through the single factor experiment，the Plackett-Burman factor screening，combined with the orthogonal test to the production process optimization experiment design.Evaluation of the effect of perilla seed protein amount，lactic acid bacteria amount，xylitol amount，CMC amount，fermentation temperature，fermentation time 6 factors on yoghurt sensory.To determine the optimal production technology for perilla seed protein amount 5%，lactic acid bacteria amount 0.4%，xylitol amount 0.55%，CMC amount 0.2%，fermentation temperature 42℃，fermentation time 4 h.The product had good sensory properties，it was a nutrient rich，with broad prospects for development of products.

perilla seed protein；xylitol；yoghurt；Plackett-Burman design；process

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.16.027

2015-04-16

吉林省科技廳科技支撐計(jì)劃重大科技攻關(guān)專項(xiàng)（20130204044NY）

冷進(jìn)松（1981—），男（漢），講師，碩士，研究方向：食品資源開(kāi)發(fā)與利用。

朱珠（1960—），女（漢），教授，研究方向：食品科學(xué)與工程。