響應(yīng)面法優(yōu)化沙棘再制奶酪加工工藝

徐海祥，劉靈靈，陳籽達(dá)，李嘉晨

江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院，江蘇泰州 225300

0 引言

我國是沙棘分布面積最大、種類最多的國家，沙棘是我國西部地區(qū)最具代表性的經(jīng)濟(jì)作物，我國沙棘資源占世界沙棘資源的90%以上[1]。沙棘作為一種藥食同源的植物，沙棘果素有“天然維生素寶庫”美稱，據(jù)測定，沙棘的Vc含量非常豐富，每100 g鮮果中含Vc 1 200～1 800 mg[2]。此外沙棘果中含有豐富的生物活性物質(zhì)，如沙棘黃酮和多糖類等?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究證實(shí)，沙棘中的生物活性物質(zhì)具有抗心肌缺血、降低血清膽固醇、降血糖、降血脂、抗氧化、抑制腫瘤、增強(qiáng)免疫調(diào)節(jié)、緩解炎癥、祛痰、利肺、養(yǎng)胃、健脾等功效，對心血管系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)以及抗腫瘤、抗衰老、抗炎、抗輻射損傷等方面均有顯著的藥理效應(yīng)[3]。因此，加強(qiáng)對沙棘的開發(fā)研究十分必要。

經(jīng)查閱有關(guān)文獻(xiàn)，沙棘果應(yīng)用研究的相關(guān)報道比較常見。如黃靜等[4]在沙棘雪梨牦牛酸奶加工工藝參數(shù)優(yōu)化的研究中，提出了以牦牛乳、雪梨濃縮汁、沙棘汁為主要原料制備沙棘雪梨牦牛酸奶，最佳工藝參數(shù)為：果醬添加量4 g/100 g，均質(zhì)壓力25 MPa，發(fā)酵終點(diǎn)酸度830T。宋淼等[5]在沙棘黑枸杞復(fù)合飲品的研制及其抗氧化性研究中，得出該飲品的最佳配方為：沙棘原汁添加量24.0%、黑枸杞原汁添加量45.0%、白砂糖添加量12.0%、檸檬酸添加量0.2%。李珈騏[6]在響應(yīng)面法優(yōu)化沙棘枸杞復(fù)合運(yùn)動飲料配方研究中，得出最佳配方為沙棘汁添加量15.00%、枸杞汁添加量26.00%、檸檬酸添加量0.17%、木糖醇添加量8.50%。韓立柱等[7]在沙棘、紅棗、山楂復(fù)合功能飲料的研制中，得出該復(fù)合飲料的最優(yōu)配比：沙棘汁、紅棗汁、山楂汁的體積比為20∶10∶4，白砂糖添加量5%、食鹽添加量0.06%、檸檬酸添加量0.03%、羧甲基纖維素鈉添加量0.05%。但無論文獻(xiàn)上，還是市場上，都未見有沙棘果在再制奶酪中應(yīng)用的研究和產(chǎn)品。本研究以新鮮沙棘果以及奶酪為主要原料，探討了沙棘再制奶酪配方及加工工藝，并利用響應(yīng)面法對配方及工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以期為沙棘再制奶酪的研究及工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

沙棘果：購于山西省文水縣醋柳山生物科技有限公司；切達(dá)奶酪、黃油：購于上海意諾食品有限公司；全脂奶粉、白砂糖、小蘇打：購于泰州大潤發(fā)超市；黃原膠、卡拉膠：購于河北格貝達(dá)生物科技有限公司；果膠酶、檸檬酸鈉、多聚磷酸鈉、焦磷酸鈉、六偏磷酸鈉：均購于河南青羊生物科技有限公司；其他試劑：為江蘇省畜產(chǎn)品深加工工程技術(shù)研究開發(fā)中心提供。

1.1.2 儀器與設(shè)備

MJ-PB12 Power304型破壁料理機(jī)、5810R型離心機(jī)、EL3002型電子天平、FTC-TMS-Touch質(zhì)構(gòu)儀、T6分光光度計、UMC5型干酪融化鍋、DS-1型高速組織搗碎機(jī)、HH-S2水浴鍋、PHS-3E酸度計、冰箱、干酪刀、不銹鋼盆、玻璃瓶、燒杯、溫度計等實(shí)驗室常用儀器設(shè)備。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

沙棘果精選→清洗→護(hù)色→熱燙→打漿→過濾→膠體磨→均質(zhì)→調(diào)酸→配料（需要對天然奶酪進(jìn)行預(yù)處理）→加熱融化→乳化→殺菌→灌裝→冷藏→檢驗→成品。

1.2.2 操作要點(diǎn)

（1）沙棘果精選

選擇新鮮的沙棘果，去除霉?fàn)€變色果及樹枝、樹葉、土塊等雜物[8]。

（2）沙棘果清洗、護(hù)色

沙棘果用清水沖洗3 遍，在1%～2%的鹽水中浸泡2～3 min護(hù)色，瀝干水分，再于0.05%的VC溶液中浸泡護(hù)色2～3 min，撈出瀝干水分[9]。

（3）沙棘果熱燙

沙棘果置于90 ℃的熱水中熱燙3 min，取出后倒入冷水中冷卻，瀝干[10]。

（4）沙棘果打漿

加入與沙棘果質(zhì)量相等的純凈水，采用組織搗碎機(jī)打漿，先慢速破碎，然后高速打漿破壁2～3 min，后置于冰箱上層低溫澄清1 h[11]。

（5）沙棘漿汁過濾、細(xì)磨、均質(zhì)及調(diào)酸

將經(jīng)低溫澄清的沙棘漿汁采用40 目的雙層紗布過濾，然后通過膠體磨細(xì)，磨兩遍，再經(jīng)均質(zhì)機(jī)20 MPa均質(zhì)壓力下進(jìn)一步均質(zhì)，得澄清均一的沙棘果汁，最后用0.1%的小蘇打溶液調(diào)節(jié)沙棘汁pH值至4.7～4.9備用[12]。

（6）天然奶酪預(yù)處理

將成熟期6 個月的切達(dá)奶酪切成1 cm3左右的小塊，并經(jīng)組織搗碎機(jī)搗碎備用[13]。

（7）配料、加熱融化及乳化

按配制1 kg沙棘再制奶酪計算，分別稱取35%天然奶酪碎粒、適量沙棘果汁、12.0%黃油，一起加入融化鍋中，以2 000 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌混合均勻[9]，然后再加入適量復(fù)合乳化鹽（經(jīng)預(yù)試驗確定m檸檬酸鈉∶m多聚磷酸鈉∶m焦磷酸鈉∶m六偏磷酸鈉=4∶2∶2∶1）、6.0%脫脂乳粉、6.0%白砂糖、0.5%復(fù)合穩(wěn)定劑（m卡拉膠∶m黃原膠=4∶1）以及純凈水，于適當(dāng)溫度條件下，以3 000 r/min的速度攪拌，使各種原輔料充分融合乳化一定時間，至組織狀態(tài)均勻細(xì)膩[14]。

（8）殺菌、灌裝、冷藏及成品

乳化完成后，以3 000 r/min繼續(xù)加熱攪拌，加熱至95 ℃，保溫5 min，然后出鍋灌裝[15]。灌裝完成后將沙棘再制奶酪置于0～4 ℃冰箱冷藏，迅速降溫至10 ℃以下貯藏[16]。最后經(jīng)感官評定、質(zhì)構(gòu)分析、理化以及微生物檢測合格，即為成品。

1.2.3 沙棘再制奶酪配方及工藝參數(shù)的優(yōu)化

相關(guān)文獻(xiàn)及預(yù)試驗的研究結(jié)果表明：沙棘果汁添加量、復(fù)合乳化鹽添加量、乳化溫度以及乳化時間是影響沙棘再制奶酪品質(zhì)比較重要的幾個因素[17]。經(jīng)單因素試驗并采用響應(yīng)面分析法對以上4 個因素的工藝參數(shù)進(jìn)行選擇優(yōu)化，通過判斷其對沙棘再制奶酪感官品質(zhì)及Vc含量的影響，確定成品最佳的加工工藝及配方。

（1）沙棘果汁用量

設(shè)定制備1 kg沙棘再制奶酪，按添加35.0%天然奶酪、1.54%復(fù)合乳化鹽（m檸檬酸鈉∶m多聚磷酸鈉∶m焦磷酸鈉∶m六偏磷酸鈉=4∶2∶2∶1）、0.5%復(fù)合穩(wěn)定劑（m卡拉膠∶m黃原膠=4∶1）、6.0%脫脂乳粉、6.0%白砂糖、12.0%黃油、20.0%純凈水、乳化溫度80 ℃、乳化時間10 min以及攪拌速度3000 r/min，分別設(shè)定12.0%、14.0%、16.0%、18.0%、20.0%、22.0%的沙棘果汁（料水質(zhì)量比1∶3）添加量6 個梯度，按“1.2.1”及“1.2.2”的工藝要求制備沙棘再制奶酪，測其Vc含量并進(jìn)行感官評定。

（2）復(fù)合乳化鹽添加量

設(shè)定制備1 kg沙棘再制奶酪，按添加35.0%天然奶酪、18.0%的沙棘果汁（料水質(zhì)量比1∶3）、0.5%復(fù)合穩(wěn)定劑（m卡拉膠∶m黃原膠=4∶1）、6.0%脫脂乳粉、6.0%白砂糖、12.0%黃油、20.0%純凈水、乳化溫度80 ℃、乳化時間10 min以及攪拌速度3000 r/min，分別設(shè)定1.2%、1.3%、1.4%、1.5%、1.6%、1.7%復(fù)合乳化鹽（m檸檬酸鈉∶m多聚磷酸鈉∶m焦磷酸鈉∶m六偏磷酸鈉=4∶2 ∶2 ∶1）添加量6 個梯度，按“1.2.1”及“1.2.2”的工藝要求制備沙棘再制奶酪，分別進(jìn)行感官評定并測其Vc含量。

（3）乳化溫度

設(shè)定制備1 kg沙棘再制奶酪，按添加35.0%天然奶酪、18.0%的沙棘果汁（料水質(zhì)量比1∶3）、1.5%復(fù)合乳化鹽（m檸檬酸鈉∶m多聚磷酸鈉∶m焦磷酸鈉∶m六偏磷酸鈉=4∶2 ∶2 ∶1）、0.5%復(fù)合穩(wěn)定劑（m卡拉膠∶m黃原膠=4∶1）、6.0%脫脂乳粉、6.0%白砂糖、12.0%黃油、20.0%純凈水、乳化時間10 min以及攪拌速度3000 rpm，分別設(shè)定乳化溫度65 ℃、70 ℃、75 ℃、80 ℃、85 ℃、90 ℃這6 個梯度，按“1.2.1”及“1.2.2”的工藝要求制備沙棘再制奶酪，測其Vc含量并進(jìn)行感官評定。

（4）乳化時間

設(shè)定制備1 kg沙棘再制奶酪，按添加35.0%天然奶酪、18.0%的沙棘果汁（料水質(zhì)量比1∶3）、1.5%復(fù)合乳化鹽（m檸檬酸鈉∶m多聚磷酸鈉∶m焦磷酸鈉∶m六偏磷酸鈉=4∶2 ∶2 ∶1）、0.5%復(fù)合穩(wěn)定劑（m卡拉膠∶m黃原膠=4∶1）、6.0%脫脂乳粉、6.0%白砂糖、12.0%黃油、20.0%純凈水、乳化溫度80 ℃以及攪拌速度3 000 rpm，分別設(shè)定乳化時間6 min、8 min、10 min、12 min、14 min、16 min 6 個梯度，按“1.2.1”及“1.2.2”的工藝要求制備沙棘再制奶酪，分別測其Vc含量并進(jìn)行感官評定。

（5）響應(yīng)面法優(yōu)化沙棘再制奶酪配方及工藝參數(shù)

在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，分別選取以上4 個因素的較優(yōu)工藝參數(shù)，以沙棘再制奶酪成品VC含量及感官評分為評價指標(biāo)，利用Design Expert 軟件中的響應(yīng)面試驗設(shè)計法，對影響VC含量和感官得分的沙棘果汁用量、復(fù)合乳化鹽用量、乳化溫度及乳化時間進(jìn)行響應(yīng)面試驗，優(yōu)化沙棘再制奶酪的配方及工藝條件。響應(yīng)面試驗因素水平編碼值見表1。

表1 響應(yīng)面因素水平表

1.2.4 指標(biāo)檢測及感官評價方法

（1）VC含量檢測

參照《GB5009.86—2016食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中抗壞血酸的測定》中的第二法熒光法，進(jìn)行檢樣測定[18]。

（2）感官品質(zhì)評定

從江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院食品科技學(xué)院已經(jīng)學(xué)完感官分析課程的大三年級學(xué)生中，隨機(jī)選擇10 名學(xué)生（男女各5 人）組成評鑒小組，從色澤、氣味、口感、組織狀態(tài)4 個方面分別進(jìn)行打分，采用盲評方式進(jìn)行評定，樣品隨機(jī)編碼，采用總分60 分制的綜合評分法，去掉1 個最高分和1 個最低分，其他得分取平均值作為最終感官評價得分。感官評分標(biāo)準(zhǔn)[19]如表2所示。

表2 感官品質(zhì)評分標(biāo)準(zhǔn)

（3）產(chǎn)品質(zhì)量檢測

根據(jù)《GB19302—2010 再制奶酪》國家標(biāo)準(zhǔn)的要求[20]，對經(jīng)試驗確定最優(yōu)工藝制作的沙棘再制奶酪進(jìn)行各項指標(biāo)檢測，具體檢測方法詳見GB5413.3、GB5009.3、GB4789.2、GB4789.3、GB4789.4、GB4789.10等國家標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 最佳配方及乳化工藝的優(yōu)化

2.1.1 沙棘果汁添加量

由圖1、圖2可知，隨著沙棘果汁添加量的增加，再制奶酪VC含量亦隨著上升，但感官評分呈現(xiàn)先升后降的趨勢，在沙棘漿添加量為18.0%時，感官評分最高，此時成品VC含量亦較高。因此，綜合考慮兩者因素，選擇添加18.0%的沙棘汁（料水質(zhì)量比1∶3）時，制備沙棘再制奶酪效果較好。

圖1 沙棘汁添加量對成品Vc 含量的影響

2.1.2 復(fù)合乳化鹽添加量

由圖3、圖4可知，隨著復(fù)合乳化鹽添加量（m檸檬酸鈉∶m多聚磷酸鈉∶m焦磷酸鈉∶m六偏磷酸鈉=4∶2∶2∶1）的增加，再制奶酪的感官評分呈現(xiàn)先升后緩降的趨勢，對成品VC含量影響不大；當(dāng)復(fù)合乳化鹽添加量為1.5%時，感官評分最高，成品VC含量亦較高。這可能是當(dāng)添加量高于這個比例時，樣品的硬度較高而使感官品質(zhì)有所下降，并且VC含量增加不多；當(dāng)添加量小于這個比例時，樣品略軟黏，不夠緊實(shí)。綜合考慮，選擇添加1.5%的復(fù)合乳化鹽對制備沙棘再制奶酪效果較好。

圖3 復(fù)合乳化鹽添加量對成品感官評分的影響

圖4 復(fù)合乳化鹽添加量對成品Vc 含量的影響

2.1.3 乳化溫度

由圖5、圖6可以看出，不同乳化溫度對成品VC含量及感官得分均有影響。隨著乳化溫度的升高，再制奶酪的VC含量亦呈現(xiàn)緩慢下降趨勢；感官評分呈現(xiàn)先升后降的趨勢。這可能與乳化溫度影響酪蛋白疏水作用的強(qiáng)度有關(guān)，并且乳化溫度越高，對成品中Vc含量破壞越多。當(dāng)乳化溫度為80 ℃時，感官評分最高，成品Vc含量亦較高。因此，選用80 ℃作為乳化的較優(yōu)溫度。

圖5 乳化溫度對成品Vc 含量的影響

圖6 乳化溫度對成品感官評分的影響

2.1.4 乳化時間

由圖7、圖8可知，隨著乳化時間的延長，再制奶酪成品的VC含量亦隨之呈現(xiàn)下降趨勢，感官評分呈現(xiàn)先升后緩降的趨勢，這說明乳化時間并不是越長越好。乳化時間短，乳化效果不充分，而乳化時間過長則會使蛋白鏈變得細(xì)小，并且對成品中VC含量破壞較多。當(dāng)乳化時間為10 min時，感官評分最高，VC含量亦較高。綜合考慮，選擇乳化時間為10 min制備沙棘再制奶酪效果較好。

圖7 乳化時間對成品Vc 含量的影響

圖8 乳化時間對成品感官評分的影響

2.1.5 配方及乳化工藝參數(shù)的響應(yīng)面分析法優(yōu)化

基于單因素試驗結(jié)果，根據(jù)Box-Benhnken中心組合設(shè)計4因素3水平的響應(yīng)面試驗，試驗設(shè)計方案及結(jié)果如表3所示。

表3 響應(yīng)面試驗設(shè)計與結(jié)果

利用Design-Expert12軟件對影響沙棘再制奶酪感官評分的4 個主要因素：A沙棘汁用量、B復(fù)合乳化鹽用量、C乳化溫度、D乳化時間的中心組合試驗結(jié)果進(jìn)行二次多項式回歸擬合（表4）,得到響應(yīng)值Y（感官得分）對影響沙棘再制奶酪感官品質(zhì)的關(guān)鍵因素（A、B、C、D）的二次多項回歸模型：

Y=56.84+1.65A+1.23B+0.8500C+1.03D-0.525AB-0.025AC-0.900AD+0.075BC-1.40BD-0.25CD-3.11A2-3.08B2-0.9325C2-1.88D2

表4回歸模型的方差分析表明：F值為30.07，P<0.0001，表示該模型具有極顯著性差異。失擬項F值為5.61，且P為0.0555＞0.05，即方程失擬項表現(xiàn)不顯著，該模型回歸擬合良好。該模型R2=0.9678，R2Adj=0.9356，表明該模型可用于分析和預(yù)測沙棘再制奶酪感官品質(zhì)的評分。由P值大小可知，A、B、A2、B2、D2對沙棘再制奶酪的感官評分有極顯著影響（P＜0.0001）；C、D、BD、C2對沙棘再制奶酪的感官評分有高度顯著影響（P＜0.01）；AD對沙棘再制奶酪的感官評分有顯著影響（P＜0.05）。由F值大小可知，各因素對響應(yīng)值影響強(qiáng)弱的關(guān)系為：A沙棘汁用量＞B復(fù)合乳化鹽用量＞D乳化時間＞C乳化溫度。各因素之間的交互作用對沙棘再制奶酪感官評分影響的響應(yīng)曲面圖見圖9～14。

表4 回歸模型的方差分析

由圖13可知，當(dāng)沙棘果汁添加量和乳化溫度均為零點(diǎn)時，復(fù)合乳化鹽添加量和乳化時間兩者之間的交互作用有高度顯著影響。當(dāng)復(fù)合乳化鹽添加量不變時，沙棘再制奶酪感官評分隨乳化時間增加呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢；當(dāng)乳化時間一定時，感官評分隨復(fù)合乳化鹽添加量的增加呈現(xiàn)先增加后緩慢下降的趨勢。同時，由等高線疏密程度可以判斷，復(fù)合乳化鹽添加量比乳化時間對沙棘再制奶酪感官品質(zhì)的影響更大。由圖11可知，當(dāng)復(fù)合乳化鹽添加量和乳化溫度均為零點(diǎn)時，沙棘果汁添加量和乳化時間兩者之間的交互作用也有一定的顯著性。同時由等高線疏密程度可以判斷，沙棘果汁添加量對沙棘再制奶酪感官評分的影響比乳化時間更大。從圖9、10、12、14可以看出，相應(yīng)交互項之間的交互作用對沙棘再制奶酪感官評分的影響不顯著。

圖11 沙棘汁用量與乳化時間的交互作用對成品感官品質(zhì)的影響

圖13 復(fù)合乳化鹽用量與乳化時間的交互作用對成品感官品質(zhì)的影響

圖14 乳化溫度與乳化時間的交互作用對成品感官品質(zhì)的影響

根據(jù)沙棘再制奶酪的乳化工藝參數(shù)試驗結(jié)果和回歸方程各項的方差分析，由Design-Expert 12軟件對回歸方程進(jìn)行計算，優(yōu)化出制備沙棘再制奶酪的最佳配方及乳化工藝條件為：沙棘汁用量18.56%，復(fù)合乳化鹽用量1.54%，乳化溫度84 ℃，乳化時間11.4 min。在此條件下，模型預(yù)測感官得分為57.28分。并結(jié)合響應(yīng)面試驗分析，預(yù)測VC含量達(dá)16.65 mg/100 g，VC含量亦較高。

為驗證響應(yīng)面分析法優(yōu)化的沙棘再制奶酪最佳乳化工藝條件的可靠性，此條件下進(jìn)行3 次驗證試驗，沙棘再制奶酪的感官評分分別為57.5 分、57.8 分、57.2 分，平均感官評分為57.5 分；其相對誤差不到1%，表明該模型擬合度好，與模型預(yù)測值接近，證實(shí)了模型的有效性。VC含量分別為16.60 mg/100 g、16.68 mg/100 g、16.56 mg/100 g，平均值為16.61 mg/100 g，相對誤差小于1.00%。因此，制備沙棘再制奶酪的最佳乳化工藝條件為：沙棘汁用量18.56%，復(fù)合乳化鹽用量1.54%，乳化溫度84 ℃，乳化時間11.4 min。

2.2 產(chǎn)品質(zhì)量檢測結(jié)果

2.2.1 感官品質(zhì)評價結(jié)果

對按照最佳配方及乳化工藝參數(shù)制備的沙棘再制奶酪感官品質(zhì)進(jìn)行評價，產(chǎn)品顏色均勻，呈現(xiàn)橘黃色，略有光澤；質(zhì)地均一，光滑細(xì)膩；軟彈、黏附性和對照樣接近；入口易融化；干酪風(fēng)味濃郁，口感柔滑細(xì)膩；具有明顯沙棘滋味；無正常視力可見的雜質(zhì)。

2.2.2 理化指標(biāo)及微生物檢測結(jié)果

由表5和表6可知，沙棘再制奶酪的產(chǎn)品理化指標(biāo)及微生物指標(biāo)均符合《GB19302—2010 再制奶酪》的要求。

3 結(jié)論

以沙棘再制奶酪成品的感官品質(zhì)及樣品Vc含量為評價依據(jù)，在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，經(jīng)響應(yīng)面優(yōu)化工藝和驗證試驗，得到最佳配方及乳化工藝為：添加18.56%沙棘汁（料水質(zhì)量比1∶1）、35.00%天然奶酪、1.54%復(fù)合乳化鹽（m檸檬酸鈉∶m多聚磷酸鈉∶m焦磷酸鈉∶m六偏磷酸鈉=4∶2∶2∶1）、0.50%復(fù)合穩(wěn)定劑（m卡拉膠∶m黃原膠=4∶1）、6.00%脫脂乳粉、6.00%白砂糖、12.00%黃油、其余為純凈水，乳化溫度84 ℃、乳化時間11.4 min以及攪拌速度3 000 r/min。經(jīng)此工藝條件處理后制成的沙棘再制奶酪產(chǎn)品感官評分為57.5分（滿分60分），VC含量達(dá)16.61 mg/100 g，組織結(jié)構(gòu)細(xì)膩光滑、色澤均勻、口感潤滑，營養(yǎng)豐富，具有沙棘果的風(fēng)味，符合《GB25192—2010 再制奶酪》要求。