張科學(xué)，馮海燕，王曉琴*

（河西學(xué)院 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，甘肅 張掖 734000）

隨著人們生活水平的提高，身心的健康成為既是個人、又是社會價值取向的一個重要組成部分。多營養(yǎng)天然食品是保證身心健康的首選，但在現(xiàn)代社會，這樣的食品卻少之又少。所以用科學(xué)工藝加工的多營養(yǎng)綠色食品是現(xiàn)代社會人們的飲食時尚。營養(yǎng)、保健、安全、環(huán)保、色香味俱佳而又食用便捷的食品既能給人一種賞心悅目的享受，又為身體的健康提供了保證。沙米酸奶具有風(fēng)味獨特、酸甜適度、芳香可口、營養(yǎng)豐富的特點，在當(dāng)今社會極具推廣價值，有很好的市場前景。

沙米（Agriophyllum squarrosum）屬黎科沙蓬屬，為一年生草本植物，俗稱沙蓬[1-2]。分布于甘肅河西走廊和內(nèi)蒙古西部的草原、半荒漠和荒漠地區(qū)[3]，以往研究發(fā)現(xiàn)，沙米營養(yǎng)、安全、無污染，富含多種營養(yǎng)和活性成分及礦物質(zhì)元素鎂、鉀、鋅[4-6]。具有助消化、健脾胃，清熱解毒、抗菌消炎和抗衰老等功效[7-8]，沙米是天然減肥食品和心腦血管、腎臟功能減退、糖尿病病人的理想食品[9]。當(dāng)?shù)厝顺Ｔ谇锛静杉瘉懋?dāng)輔糧食用，沙米是一種極具開發(fā)前景的藥食兼用的沙漠野生特有植物資源。

響應(yīng)面分析法（response surface methodology，RSM）是一種經(jīng)濟(jì)、合理提高效率的工藝優(yōu)化方法，可用于食品加工、中藥有效成分提取、多糖提取和生物制劑提取等工藝過程的優(yōu)化[9-14]。目前，沙米的人工栽培和深加工鮮見報道。本研究立足于甘肅河西走廊民勤的野生特有沙米資源，制備沙米酸奶，并在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以沙米酸奶的感官分值為響應(yīng)值，運用響應(yīng)面法對乳酸菌發(fā)酵沙米酸奶生產(chǎn)工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，其產(chǎn)品兼有沙米和乳酸菌發(fā)酵制品特有的雙重營養(yǎng)和保健作用，為沙米酸乳的開發(fā)提供廣闊的發(fā)展前景。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

沙米：采于甘肅民勤縣紅沙窩；鮮牛乳：甘肅省張掖市雪蓮乳業(yè)公司；蔗白砂糖，穩(wěn)定劑等。保加利亞乳桿菌（Lactobacillus bulgaricus）、嗜熱鏈球菌（Streptococcus themophilus）：學(xué)院微生物實驗室。

1.2 儀器與設(shè)備

TGL-220型冷凍離心機：上海安亭科學(xué)儀器廠；CL-30L全自動高壓滅菌鍋：日本ALP公司；MJX-160恒溫培養(yǎng)箱：信康億達(dá)儀器科技中心；SF-CJ-2B凈化工作臺：上海蘇坤實業(yè)有限公司；GYB60-6S均質(zhì)機、PHS-3B精密pH計、NDJ-8S黏旋轉(zhuǎn)黏度計：上海平桿科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 沙米酸奶工藝流程

1.3.2 成品酸奶的感官評價[15]

評定指標(biāo)為酸奶的色澤、組織狀態(tài)、口感、香味。隨機樣品由接受過專業(yè)感官分析培訓(xùn)的老師和學(xué)生進(jìn)行感官評價，參與評定為20人，以加權(quán)評分法作為感官評價結(jié)果，評定標(biāo)準(zhǔn)見表1。

1.3.3 理化指標(biāo)檢測

總固形物、非脂乳固體、酸度、脂肪：蓋勃乳汁計法按GB/T 5009.46-2010《乳與乳制品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》規(guī)定的方法檢驗[16]。

蛋白質(zhì)：按GB/T 5009.5-2010《食品中蛋白質(zhì)的測定》規(guī)定的方法檢驗[17]。

持水力的測定：離心后除去上清液，使離心管保持倒置狀態(tài)10min。結(jié)束后立即稱量[18]。持水力計算公式如下。

黏度的測定：用黏度計測定。

1.3.4 微生物指標(biāo)檢測

大腸菌群和致病菌：按GB/T 4789.18-2010《食品衛(wèi)生微生物學(xué)檢驗乳與乳制品檢驗》規(guī)定的方法檢驗[19]。

1.4 工藝要點

1.4.1 發(fā)酵劑的制備

菌種活化：用3%～4%的發(fā)酵劑接種量將液體菌種接入滅菌乳中，40℃～43℃培養(yǎng)4h～6h，冷卻后置于4℃冰箱中保存。隔天傳代一次，共傳代3次使菌種活化。

菌種馴化：將活化后的混合菌種于不同比例的沙米漿和鮮牛奶培養(yǎng)基中逐步馴化后擴大培養(yǎng)作為生產(chǎn)發(fā)酵菌種。

1.4.2 沙米漿的制備[20-21]

脫殼除沙除雜，精選沙米，淘洗后在相對于沙米體積8倍的純凈水中，于90℃～95℃糊化15min，然后用打漿機打漿至沙米漿細(xì)膩，得沙米漿原液。

1.4.3 沙米酸奶的制作

原料乳檢驗及預(yù)處理：原料乳來源于健康無病奶牛所產(chǎn)的鮮牛乳，色澤呈乳白或微黃色，氣味芳香，無異味；乳的酸度≤18°T（GB19301-2010《鮮乳衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》）[22]。用無菌雙層脫脂紗布過濾牛乳，除去雜質(zhì)后預(yù)熱。

調(diào)配、均質(zhì)、滅菌及接種：鮮牛乳預(yù)熱至60℃左右時向其中加入蔗糖，加熱至沸5min后，降溫至70℃時，向乳中加入穩(wěn)定劑[23]。同時，緩慢加入已滅菌并冷卻至65℃～70℃的14%沙米漿，使其形成（體積比1∶7）混合乳，再將物料加熱至65℃，在20MPa均質(zhì)。加熱煮沸5min后再降溫至85℃左右時開始保溫15min。然后降溫至40℃～45℃，將事先制備好的工作發(fā)酵劑充分?jǐn)噭虬幢壤拥交旌先橹?，攪拌約5min使發(fā)酵劑混合均勻，然后迅速灌裝封口。

發(fā)酵及冷藏：在40℃～45℃條件下進(jìn)行恒溫發(fā)酵，待其完全凝固后結(jié)束發(fā)酵并放入4℃的冷藏箱中后熟24h～36h，改善產(chǎn)品的硬度和產(chǎn)生風(fēng)味物質(zhì)，即得成品。

1.5 工藝優(yōu)化試驗設(shè)計

1.5.1 單因素試驗

分別考察沙米漿添加量、加糖量、發(fā)酵劑接種量及發(fā)酵時間對沙米酸奶感官評分的影響。

1.5.2 響應(yīng)面試驗設(shè)計

結(jié)合單因素試驗結(jié)果，采用響應(yīng)面分析并設(shè)計試驗，對沙米酸奶的生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，以獲取最佳工藝參數(shù)，試驗因素及水平見表2。

表2 工藝優(yōu)化正交試驗因素與水平Table 2 .Factors and levels of orthogonal experiments for technology optimization

1.6 數(shù)據(jù)處理

用Excel及SAS9.2軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 沙米漿添加量對沙米酸奶品質(zhì)的影響

表3 沙米漿添加量對酸奶品質(zhì)的影響Table 3 .Effects ofAgriophyllum squarrosum addition on yogurt quality

沙米漿的添加量不僅影響產(chǎn)品的風(fēng)味，而且影響酸奶的發(fā)酵效果及產(chǎn)品品質(zhì)。由表3可知，隨著沙米漿添加量的增加，感官分值明顯增加。當(dāng)添加量增加為14%時，感官分值達(dá)最大值88；這時的4項感官指標(biāo)都最佳。超過14%時，感官分值呈下降趨勢，這種變化可能是沙米漿中的糖類、淀粉和氨基酸等化合物為嗜熱鏈球菌提供了發(fā)酵初期生長所需的含氮物質(zhì)，促進(jìn)了嗜熱鏈球菌的生長，縮短了其生長的延滯期，進(jìn)而使酸奶的凝乳時間縮短，增強了凝乳效果，從而使酸奶中的乳清析出較少，穩(wěn)定效果較好。但當(dāng)添加量較小時，起不到沙米漿的營養(yǎng)保健作用[24]。針對此種情況，將沙米漿添加量分別按照10%、12%、14%、16%、18%、進(jìn)行了試驗，結(jié)果（表3）發(fā)現(xiàn)，沙米漿添加過多，酸奶組織的黏稠度降低，有部分乳清析出，酸奶的口感和組織狀態(tài)會變得粗糙，產(chǎn)品香味由淡到濃，色澤略有變深，pH值有所降低，但酸度也不斷升高，黏度就明顯的升高?？紤]到沙米漿的營養(yǎng)互補作用會影響成品的風(fēng)味及口感。認(rèn)為沙米漿的添加量以14%為宜。

2.1.2 發(fā)酵劑接種量對酸奶品質(zhì)的影響

表4 發(fā)酵劑接種量對酸奶品質(zhì)的影響Table 4 .Effects of inoculum size on yogurt quality

發(fā)酵劑接種量的多少對沙米酸奶的感官評分有重要影響。由表4可知，當(dāng)發(fā)酵劑接種量達(dá)到4%時，感官分值達(dá)最大90分，發(fā)酵劑接種量過多或過少，產(chǎn)品的感官分值都比較低。這可能是發(fā)酵劑接種量較低時，相同的發(fā)酵時間內(nèi)乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸較少，導(dǎo)致產(chǎn)品酸度不夠。同時，乳品的發(fā)酵不完全，pH值較大，無法使乳中的酪蛋白凝固，凝結(jié)狀態(tài)較差，乳清析出較多，導(dǎo)致感官分值較低；相反，發(fā)酵劑接種量過多時，相同的發(fā)酵時間內(nèi)乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸過多，pH值降低，產(chǎn)酸量過高，酪蛋白凝固過快，使產(chǎn)品質(zhì)地粗糙，口感偏酸，黏度由低到高，隨發(fā)酵劑接種量添加而升高，發(fā)酵未終止，影響了產(chǎn)品的感官評分。由此，初步擬定沙米酸奶中發(fā)酵劑接種量為4%。

2.1.3 發(fā)酵時間對酸奶品質(zhì)的影響

表5 發(fā)酵時間對酸奶品質(zhì)的影響Table 5 .Effects of fermentation time on yogurt quality

由表5可知，發(fā)酵時間不同，所得的感官評分結(jié)果也不同。當(dāng)發(fā)酵時間為2.5h時，產(chǎn)品的感官分值最低。當(dāng)發(fā)酵時間達(dá)3.5h時，感官分值達(dá)到最大，當(dāng)發(fā)酵時間超過4.0h時，感官評分呈下降趨勢。這是由于發(fā)酵時間的長短直接影響著產(chǎn)品的色澤、香味、口感、酸度和組織狀態(tài)。發(fā)酵時間過短，黏度、持水力度變化不大，由于發(fā)酵溫度相同，則酸奶組織柔嫩，風(fēng)味差；過長，則酸度過高，乳清析出過多，風(fēng)味不佳。因此，初步擬定發(fā)酵時間為3.0h～4.0h。

2.1.4 白砂糖添加量對酸奶品質(zhì)的影響

表6 白砂糖添加量對酸奶品質(zhì)的影響Table 6 .Effects of sugar addition on yogurt qulity

白砂糖在酸奶生產(chǎn)中不僅起到增甜作用，而且也是乳酸菌的能量來源，有促進(jìn)乳酸產(chǎn)生和凝乳的作用。由表6可知，白砂糖添加量是影響感官評分的一個很重要的因素。添加白砂糖可以緩和酸度，改善風(fēng)味，提高口感質(zhì)量，隨著糖量的增加，感官分值呈先增后降趨勢。當(dāng)糖量增加為6%時，感官分值達(dá)到最大值85分；而當(dāng)白砂糖添加量超過6%時，感官分值則下降。這是由于當(dāng)糖添加量較少時，酸奶的酸度過大，致使酸奶的香味逐漸變淡而甜味逐漸增加，掩蓋了酸奶的風(fēng)味，直接影響對產(chǎn)品的感官分值，但對色澤和組織狀態(tài)沒有影響，黏度、持水力都處于上升趨勢，故初步擬定白砂糖添加量為5%。

2.2 響應(yīng)面試驗設(shè)計

2.2.1 分析因素的選取及分析方案

使用SAS9.2軟件混合設(shè)計法設(shè)計正交試驗，進(jìn)行響應(yīng)面法Box-Behnken模型試驗設(shè)計，在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以沙米漿添加量、白砂糖添加量、發(fā)酵劑添加量和發(fā)酵時間為試驗因素，分別選擇5個水平，以感官評分為響應(yīng)值，試驗設(shè)計及結(jié)果見表7。

表7 響應(yīng)面試驗設(shè)計及及結(jié)果Table 7 .Design and results of response surface methodology

2.2.2 模型的建立及顯著性檢驗

利用SAS9.2軟件對表7中的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到感官品質(zhì)影響結(jié)果對發(fā)酵時間（x1）、發(fā)酵劑接種量（x2）、白砂糖添加量（x3）和沙米漿添加量（x4）的二次多項回歸模型為：Y1=86.93768+0.019307x1-0.341667x2+1.73876x3+2.534786x4-1.938263x12+0.3x1x2+0.275x1x3-1.644843x1x4-0.983159x22+1.975x2x3-2.867383x2x4-1.265349x32-0.477684x3x4-2.143259x42

各變量對指標(biāo)（響應(yīng)值）影響的顯著性，由F檢驗來判定，概率p（prob＞F）的值越小，則相應(yīng)變量的顯著程度越高。由表8可知，本模型擬合程度明顯，其F值為39.29，p值小于0.05，說明模型極顯著；同時模型中參數(shù)x12，x42顯著。同時對比四個因素的F值可以看出，沙米漿添加量影響較發(fā)酵劑添加量和發(fā)酵時間更大。對其失擬檢驗的p值為0.4778＞0.05，不顯著，說明模型中不需要引入更高次數(shù)的項。決定系數(shù)R2為0.998，表明99.8%的變化可由此模型解釋。

2.2.3 顯著因素水平的優(yōu)化

利用SAS9.2軟件根據(jù)回歸方程進(jìn)行響應(yīng)面分析，繪制響應(yīng)面圖，結(jié)果見圖1～圖3，利用SAS9.2軟件對感官評分的二次多項式數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求導(dǎo)，可獲得該模型極值點，對函數(shù)進(jìn)行分析，得到最優(yōu)的工藝條件為沙米漿添加量14%、白砂糖添加量6%、發(fā)酵劑接種量4%、發(fā)酵時間3.5h，沙米酸奶感官評分達(dá)86.68分。為了驗證模型預(yù)測的準(zhǔn)確性，在最佳配方條件下做試驗，實際感官評分為86.94分，可見該模型能較好地預(yù)測感官評分情況。

綜上得出x1，x4對沙米酸奶感官評分的關(guān)聯(lián)序為：x4＞x1。同理得到其他各項的關(guān)聯(lián)序，最終得到各因素對沙米酸奶感官評分的影響從小到大依次為：x4＞x3＞x2＞x1。

2.3 產(chǎn)品質(zhì)量檢測結(jié)果

2.3.1 感官指標(biāo)

本產(chǎn)品為淡米色、質(zhì)地均勻，表面光滑，口感細(xì)膩潤滑、酸甜適口，具有沙米和酸奶融合的特有香味，無乳清分離和氣泡產(chǎn)生。

圖2 發(fā)酵劑添加量與白砂糖添加量對產(chǎn)品感官評分影響的響應(yīng)面與等高線圖Fig.2 Response surface and contour plots of effect of interaction between inoculum size and sugar addition on sensory evaluation of the product

圖3 發(fā)酵劑添加量與沙米添加量對產(chǎn)品感官評分影響的響應(yīng)面與等高線圖Fig.3 Response surface and contour plots of effect of interaction between inoculum size andAgriophyllum squarrosum addition on sensory evaluation of the product

2.3.2 理化指標(biāo)

蛋白質(zhì)含量：2.86%；脂肪含量：3.1%；酸度：82.7°T；總固形物含量：35.1%；持水力：26.4%；黏度：5540mPa·s。

2.3.3 衛(wèi)生指標(biāo)

乳酸菌數(shù)≥3.2×107CFU/mL，大腸菌群≤1個/g，致病菌（沙門氏菌、金黃色葡萄球菌）沒有檢出。

國家標(biāo)準(zhǔn)：蛋白質(zhì)含量≥2.8%；脂肪含量≥2.5%；酸度≥70°T；總固形物含量≥17%；乳酸菌數(shù)≥1×106CFU/mL；大腸菌群≤1個/g。

產(chǎn)品感官指標(biāo)、準(zhǔn)理指標(biāo)及衛(wèi)生指標(biāo)均符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

利用模型的響應(yīng)面及其等高線，對影響感官分值的各種因素及其相互作用進(jìn)行了探討，確定沙米酸奶的最佳工藝參數(shù)為沙米漿添加量14%、白砂糖添加量6%、發(fā)酵劑接種量4%、發(fā)酵時間3.5h。因此，利用響應(yīng)面分析方法對沙米酸奶的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，可以獲得最優(yōu)的工藝參數(shù)，能有效的減少工藝操作的盲目性，從而為進(jìn)一步的試驗研究打好基礎(chǔ)。

本研究所制得產(chǎn)品既增添了酸奶食品的花樣品種，更重要的是為甘肅民勤縣野生特有資源沙米的深加工、提高其附加值提供了一條有效的途徑，同時也為進(jìn)一步開發(fā)和又為沙米加工工藝產(chǎn)品拓寬消路。

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