響應面法優(yōu)化黃芪保健酸奶工藝研究

王丹 徐州生物工程職業(yè)技術學院，江蘇徐州，221000

黃芪作為一味常見中藥，常被用于提高免疫力的保健藥品，研究表明其有效成分黃芪多糖[1-2]確實有提高免疫力、抗衰老、防癌癥和軟化心血管等功效[3-5]。酸奶營養(yǎng)豐富且風味較佳。將黃芪多糖加入酸奶中，有效提升酸奶的保健功能和價值。本文是將黃芪提取液與脫脂牛奶共同發(fā)酵，以感官測評得分為考察指標，從蔗糖的添加量、黃芪提取液的添加量、發(fā)酵的時間三方面優(yōu)化，對黃芪保健酸奶的研發(fā)提供相應的技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

軒慶黃芪：徐州軒慶藥店；蒙牛脫脂奶粉：蒙牛集團；玉堂食品級蔗糖：徐州玉堂食品公司；保加利亞乳桿菌，嗜熱鏈球菌（前期試驗自存）。

1.2 試驗儀器

YXQ-SG46-280SA高壓立式滅菌鍋；BCD-203TM(E)美的冰箱；BS110S電子天平；TS-211B型全溫振蕩培養(yǎng)箱；SW-CJ-IF超凈雙人工作臺。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

黃芪提取液的制備：將黃芪飲片粉碎過篩后，在75℃、450W條件下超聲提取15min，用乙醇沉降取上清液濃縮得黃芪提取液。

混合均質：將脫脂牛奶、蔗糖與黃芪提取液按一定百分比混合，壓力18MPa，均質2 min。

發(fā)酵：接種滅菌后常溫混合液中，42℃下發(fā)酵。

后熟：將成型后酸奶在4℃下后發(fā)酵24h[6-10]。

1.3.2 單因素試驗設計

（1）黃芪提取液添加量：蔗糖添加量10%，菌接種量1.5%，發(fā)酵時間5.5 h時，考察黃芪提取液添加量（1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%）對感官測評得分的影響。

（2）蔗糖添加量：黃芪多糖添加量5%，菌種接種量1.5%，發(fā)酵時間5.5 h時，考察蔗糖添加量（6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%）對感官測評得分的影響。

（3）菌接種量：蔗糖添加量10%，黃芪提取液添加量5%，發(fā)酵時間5.5h，考察菌種接種量（0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%）對感官測評得分的影響。

（4）發(fā)酵時間：蔗糖添加量10%，黃芪提取液添加量5%，菌接種量1.5%，考察發(fā)酵時間（4h、4.5h、5 h、5.5h、6 h、6.5h、7 h、7.5h、8 h）對感官測評得分的影響。

1.3.3 響應面試驗

根據單因素試驗結果，選擇黃芪提取液添加量（A）、蔗糖添加量（B）、發(fā)酵時間（C）作自變量，以感官評分得分（Y）為響應值，進行響應面優(yōu)化試驗。3次平行試驗，取平均值。響應面試驗設計因素與水平見表1。

表1黃芪酸奶發(fā)酵工藝優(yōu)化因素與水平Table 1 Optimization factors and level of astragalus yoghurt fermentation process

1.3.4 指標測定

感官評定方法：本試驗挑選了10個熟悉專業(yè)感官評價的學生對黃芪保健酸奶從色澤、氣味、口味、組織狀態(tài)四個方面進行感官評價。最終評價得分為3次試驗的均值，感官評測標準詳見表2。

表2 黃芪酸奶感官評定標準Table 2 Sensory for sensory evaluatievaluationofastragalus yogurt

2 結果與分析

2.1蔗糖添加量的考察

分析圖1可得，隨著蔗糖百分比的增加，感官測評先升高后降低，當添加量為8%-12%時感官測評值均在85分以上。因此，選蔗糖最適添加量范圍為8%-12%。

圖1 蔗糖添加量的單因素試驗結果Fig.1 Single factor test results of sucrose content

2.2 黃芪提取液添加量的考察

圖2 黃芪提取液添加量的單因素試驗結果Fig.2 The influence of astragalusextract dosage

分析實驗結果可得，隨著黃芪提取液添加量的逐漸升高，感官測評得分先升高后降低，當添加量在4%-6%之間時，感官測評結果均高于85。因此，選黃芪提取液添加量范圍為4%-6%。

2.3菌種接種量的考察

分析圖3，隨著接種量的提升，感官測評得分先升高后降低，但在一定范圍內菌種接種量對感官測評得分影響不如其他單因素顯著，因此選最佳接種量為3%即可。

圖3 菌種添加量的單因素試驗結果Fig.3 The influence of strain addition

2.4 發(fā)酵時間的考察

圖4 發(fā)酵時間的單因素試驗結果Fig.4 The influence of fermentation time

分析實驗數據可得，隨著發(fā)酵時間的增長，感官測評得分先升高后降低，當發(fā)酵時間在5h-6 h時，感官測評得分均高于85。因此，選發(fā)酵時間考察范圍為5h-6 h。

2.5模型的建立及參數分析結果

黃芪酸奶發(fā)酵中心組合試驗設計矩陣及試驗結果見表3。蔗糖添加量、黃芪提取液添加量、發(fā)酵時間對感官測評得分（Y）的響應面模型為：Y=-531.7+51.9A+101.0B+35.9C-0.3AB-0.3AC-4.0BC-2.4A2-7.5B2-1.1C2。方差分析和顯著性檢驗可知（表4）。感官測評得分的模型中的P值＜0.01，說明該模型的感官測評得分極顯著；失擬項P值為0.4028（P＞0.05），說明不顯著；同時該模型的R2為0.9979接近1，表明試驗數據與回歸數學模型擬合性良好，能夠用上述模型較好地預測各指標的實際值。

表3 黃芪酸奶發(fā)酵工藝優(yōu)化試驗設計結果Table 3 Experimental design of optimum fermentation process for astragalus yoghurt

表4 方差分析Table 4 Variance analysis

模型回歸系數顯著性檢驗結果見表4。各試驗因素對感官評價指標的影響呈線性關系，且該模型極顯著（P＜0.01）；蔗糖添加量、黃芪提取液添加量、發(fā)酵時間、黃芪提取液添加量和發(fā)酵時間的交互作用、蔗糖添加量的二次項、黃芪提取液添蔗糖添加量的二次項、發(fā)酵時間的二次項對感官測評得分P值均＜0.01，說明線性效應極顯著；蔗糖添加量和黃芪多糖提取液添加量交互作用、蔗糖添加量和發(fā)酵時間的交互作用，發(fā)酵時間的二次項對感官測評得分中P值均＞0.05，說明影響不顯著。

2.3 響應曲面結果分析

利用Design-Expert 7.0中的等高線圖和3D圖對3因素間的交互作用分析。

由圖5可知，在B和C不變的情況下，增加蔗糖添加量，會使感官測評得分先遞增再遞減。在A和C不變的情況下，隨著黃芪提取液添加量的提升，感官測評得分也先升高后降低。

圖5等高線和響應面圖Fig.5 Contour plot and response surface plot

2.4 試驗優(yōu)化結果

試驗結果分析可得，以感官測評得分為考察指標，得到黃芪保健酸奶發(fā)酵工藝條件為蔗糖添加量10.07%，黃芪提取液添加量 4.95%，發(fā)酵時間為 6.00 h，預測的感官測評得分為88.18分?？紤]實際試驗操作最后確定優(yōu)化條件為：蔗糖添加量10%，黃芪提取液添加量為5%，發(fā)酵時間為6 h。做3次平行試取平均值為88分，與預測值88.18分基本接近，表明該模型對黃芪保健酸奶發(fā)酵工藝的優(yōu)化可靠。

3 結論

本研究利用前期試驗成果即黃芪提取液，添加入黃芪酸奶中進行發(fā)酵，研究蔗糖添加量、黃芪提取液添加量、菌種接種量和發(fā)酵時間對黃芪酸奶發(fā)酵的影響。用單因素試驗法和響應面法優(yōu)化，優(yōu)化結果為添加10%的蔗糖，添加5%的黃芪提取液，發(fā)酵6 h，最終的感官測評得分為88分，與模型預測值十分接近。黃芪保健酸奶的風味良好，基本達到市售水平。綜合研究可得，本試驗為保健酸奶的開發(fā)研究提供了一條新的研究方向。