张百刚，苑贤伟，蔡聪慧，来娜娜，苏凤贤，*

(1.兰州理工大学生命科学与工程学院，甘肃兰州730050;2.河西学院农业与生物技术学院，甘肃张掖734000)

菠萝含丰富的糖、蛋白质、VC、β-胡萝卜素、蛋白酶等多种营养保健成分，具有增加食欲，治疗咽炎，胃炎和消化不良等疾病的功效［1］。胡柚(Citrus paradisi cv.Huyou)为芸香科植物柚与甜橙的杂交品种，含多种维生素、胡萝卜素及人体必需的16 种氨基酸。此外，还富有铁、磷、钾、钙等人体必须的微量元素［2］。本研究以菠萝和胡柚为主要原料，在单因素实验的基础上，利用响应面分析法对生产菠萝胡柚复合乳酸发酵饮料条件进行优化，为复合发酵饮料的生产提供技术参考和理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

菠萝、胡柚、蜂蜜、酸奶 均为市售;抗坏血酸、柠檬酸、明胶、β-CD、白砂糖 均为市售食用级。

榨汁机 九阳股份有限公司;AE200 电子分析天平 南京庚辰公司;NDJ-8S 旋转粘度计 上海羽通仪器仪表厂;手持糖量计 西安明克斯仪器公司;光学显微镜 武汉荣成科技有限公司;电热恒温鼓风干燥箱 杭州汇尔仪器公司;MJX-160 恒温培养箱 上海百典仪器设备有限公司。

1.2 工艺流程

a:白砂糖、蜂蜜、明胶

b:菠萝→盐水浸泡→打浆→四层纱布过滤→灭酶→菠萝汁

c:胡柚→剥皮、除囊、去籽→打浆→四层纱布过滤→灭酶→脱苦→胡柚汁

a+b+c 混合调配→调酸→脱气→灭菌→冷却→接种→均质→灌装→发酵→后熟→成品→检验

1.3 实验设计

1.3.1 单因素实验

1.3.1.1 原料配比对菠萝胡柚复合乳酸发酵饮料的影响 在预实验基础上，且加糖量16%、酸奶添加量4%、发酵时间4h 都不变的条件下，将菠萝与胡柚的配比按2∶1、3∶1、4∶1、5∶1 和6∶1 进行实验，考察原料配比对复合乳酸发酵饮料的影响。

1.3.1.2 加糖量对菠萝胡柚复合乳酸发酵饮料的影响研究 在预实验基础上，复合果汁加糖量分别为12%、14%、16%、18%、20%，其余条件不变，研究加糖量对复合乳酸发酵饮料的影响。

1.3.1.3 酸奶添加量对菠萝胡柚复合乳酸发酵饮料的影响研究 在预实验基础上，加奶量分别为2%、3%、4%、5%、6%，其余条件不变，研究酸奶添加量对复合乳酸发酵饮料的影响。

1.3.1.4 发酵时间对菠萝胡柚复合乳酸发酵饮料的影响研究 在预实验基础上，发酵时间分别为2、3、4、5、6h，研究发酵时间对复合乳酸发酵饮料的影响。

1.3.2 二次正交实验 在单因素实验基础上，以原料配比、加糖量、酸奶添加量、发酵时间四个因素为响应因子，以感官得分作为响应值(Y)，运用SAS 9.2软件进行四因素响应面设计，根据程序库选择的因素水平设置见表1。

表1 二次正交实验因素编码表Table 1 coded levels of variables of the Quadratic orthogonal test

1.4 测定指标

可溶性固形物含量(SSC)测定采用折光计法［3］;VC测定用2，6-二氯靛酚滴定法［4］;总酸(可滴定酸)测定用滴定法［5］;粘度用粘度计测定;菌落总数、大肠菌群、致病菌按GB/T 4789.18-2003 检验，乳酸菌按GB/T 4789.35-2003 检验［6］。具体感官评分标准见表2。

表2 菠萝胡柚复合乳酸发酵饮料感官评分标准Table 2 Standard of sensory scoring of composite lactic acid fermented beverage of pineapple and Hu You

1.5 数据处理

实验数据采用SAS 9.2 统计软件进行处理，文中单因素图形采用origin 8.0 软件绘制。

2 结果与分析

2.1 菠萝汁胡柚汁配比对菠萝胡柚复合乳酸发酵饮料的影响

由图1 可知，五组处理的SSC 呈现先略下降之后又稍大幅度上升的趋势;总酸呈持续上升;原料配比4∶1 时粘度最低，之后保持上升趋势;VC含量则随着原料配比的增加而迅速上升，这是因为在两种原料中，菠萝果实的VC含量比胡柚更加丰富，因此随着原料配比的增加，复合乳酸发酵饮料的VC含量增加。由此可知，原料配比的变化对复合乳酸发酵饮料的感官影响较大，当菠萝与胡柚配比为4∶1 时感官得分最高。

图1 菠萝汁胡柚汁配比对复合乳酸发酵饮料的影响Fig.1 Effect of the ratio of pineapple juice and HuYo juice on composite lactic acid fermented beverage

2.2 酸奶添加量对菠萝胡柚复合乳酸发酵饮料的影响

由图2 可知，复合乳酸发酵饮料的总酸和粘度与酸奶添加量之间呈线性正相关;而SSC 和VC与酸奶添加量之间呈负相关。出现这种现象是因为复合乳酸发酵饮料内含有保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌，它们在适宜的培养条件下发酵产生乳酸，菌数增加，粘度随之增加。随着酸奶添加量的增加复合饮料口感逐渐变得细腻，组织状态均匀，富有菠萝胡柚特有果香味，之后，开始出现分层，组织状态变得粗糙，奶香味浓重而果香味不足，使得感官评分出现降低的趋势，当酸奶添加量为4%时，复合乳酸发酵饮料组织状态和口感最佳。

2.3 加糖量对菠萝胡柚复合乳酸发酵饮料的影响

图2 酸奶添加量对复合乳酸发酵饮料的影响Fig.2 Effect of the additional amount of yogurt on composite lactic acid fermented beverage

由图3 可知，复合乳酸发酵饮料的SSC 和粘度与加糖量呈线性正相关，而VC与加糖量呈负相关，总酸含量则随着加糖量的增加呈现开口向下的抛物线形状。定量的糖使复合乳酸发酵饮料的粘度也随之增加，而其中的保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌利用糖做为碳源进行乳酸发酵，所以总酸含量增加，之后，随着加糖量的进一步增加，发酵饮料中的SSC 和粘度均增加，溶氧量降低，同时过量的糖造成高渗状态菌体活力降低生长受限，利用糖源转化成乳酸的能力下降，因此，复合乳酸发酵饮料中的总酸含量下降。当添加量达到16%时，酸甜比例协调，富有菠萝胡柚特有的果香味，口感清爽;之后，加糖量再增大，复合乳酸发酵饮料的甜味过于突出，酸甜比例不协调，复合乳酸发酵饮料的口感受到影响。

2.4 发酵时间对菠萝胡柚复合乳酸发酵饮料的影响

由图4 可知，随发酵时间的延长，复合乳酸发酵饮料中的总酸含量和粘度呈线性增加，而VC和SSC成相反变化趋势。随着发酵时间的延长复合乳酸发酵饮料的组织状态开始变得细腻均匀，果汁分布良好，色泽鲜艳，口感清爽，富有乳酸发酵饮料故有的奶香和果香，之后，发酵时间过长，复合乳酸发酵饮料的酸味明显增加，开始出现分层现象，口感偏酸，酸甜比例不协调。因此，选择发酵时间为4h。

图3 加糖量对复合乳酸发酵饮料的影响Fig.3 Effect of the amount of sugaron composite lactic acid fermented beverage

图4 发酵时间对复合乳酸发酵饮料的影响Fig.4 Effect of different fermentation time on composite lactic acid fermented beverage

2.5 菠萝胡柚复合乳酸发酵饮料制作工艺参数优化

按照四因素响应面设计方案，安排16 组处理组合，分别测定不同处理的相应指标，实验结果采用SAS9.2 软件进行处理，结果见表3。

2.5.1 回归模型的建立 以原料配比x1、加糖量x2、发酵时间x3及酸奶添加量x4为自变量，感官评分为因变量Y，建立菠萝胡柚复合乳酸发酵饮料工艺参数0.625x1x3- 1.654623x1x4- 1.864746x22- 0.375x2x3-的回归模型:Y =87.11168 +2.875219x1+0.642976x2+1.770281x3+3.64299x4-2.298884x12+0.125x1x2+1.270432x2x4-1.864746x32-3.962417x3x4-1.80748x42

表3 Hybrid 实验设计及响应值表Table 3 Process variables and levels in Hybrid design arrangement and experimental results

表4 二次响应面回归模型方差分析Table 4 Analysis of variance(ANOVA)of the regression model of quadratic response

对正交结果进行方差分析，结果见表4。

去除不显著项，简化回归模型，得到优化后的回归方程为:

从回归模型方差分析可看出，以原料配比x1、发酵时间x3及酸奶添加量x4的一次项，原料配比、加糖量及发酵时间的二次项，原料配比和酸奶添加量的交互项以及发酵时间和酸奶添加量的交互项对复合乳酸发酵饮料的感官评价影响显著。所有参数的一次项以及原料配比和加糖量的交互项，原料配比和发酵时间的交互项与复合乳酸发酵饮料的感官评价呈正相关;而所有参数的二次项以及其它几个交互项与复合乳酸发酵饮料的感官评价呈负相关。

多元回归分析表明，回归方程的拟合系数为R2=99.98%，调整R2=99.64%，说明模型对实际情况拟合程度较好;对多元回归方程的误差项进行分析，说明建立的四元二次回归方程在整个回归空间内的拟合度较好，可用于本研究生产条件的模拟估算。

2.5.2 两因素效应对菠萝胡柚乳酸发酵饮料感官评价的影响 分别固定变量加糖量(x2)和发酵时间(x3)以及原料配比(x1)和加糖量(x2)两两在零点，依次得到其它两个变量的响应面，由图5、图6 响应面图看出，这两个交互项的交互作用显著，这与回归模型系数显著性检验结果一致，验证了回归模型方差分析的正确性。

图5 Y=(x1，x4)的响应面图Fig.5 Response surface of Y=(x1，x4)

图6 Y=(x3，x4)的响应面图Fig.6 Response surface of Y=(x3，x4)

图5 表明，在加糖量16%和发酵时间4h 条件下，原料配比和酸奶添加量的交互作用显著。当原料配比较高的水平下，随着酸奶添加量的增长，感官评分先升高后下降，变化趋势不显著;当原料配比处于较低水平时，随着酸奶添加量的增加，复合乳酸发酵饮料的感官评分显著上升后略有下降;当固定酸奶添加量不变时，在其处于较低水平时随着原料配比水平加大，感官评分显著上升变化较大，之后略有下降;而酸奶添加量水平较高时随着原料配比水平的加大，复合乳酸发酵饮料感官评分出现先上升后下降的趋势，只不过这种变化幅度较小。

图6 表明，固定原料配比为4∶1，加糖量16%条件不变的情况下，发酵时间和酸奶添加量的交互作用对复合乳酸发酵饮料感官评分影响显著。当发酵时间不变时，且处于较低水平时，随着酸奶添加量的增长，感官评分呈线性增加，当其处于较高水平时，随着酸奶添加量水平升高，感官评分先略有增加后显著降低。当固定酸奶添加量水平不变且处于较低水平时，随着发酵时间的降低复合乳酸发酵饮料感官评分先略有回升然后显著降低，当其处于较高水平时，随着发酵时间水平的降低，感官评分先显著上升后略有降低。图5 和图6 表明，原料配比、加糖量、发酵时间和酸奶添加量的二次响应面出现鞍面，无极值的存在，因此不能直接从二次响应面上找出最佳参数，需进一步作岭脊分析。

通过岭脊寻优可知，当编码半径为1.0 时响应面值最大，复合乳酸发酵饮料感官评分取得最高值89.9892，此时，原料配比编码水平为0.09214，加糖量编码水平为- 0.12046，发酵时间编码水平为-0.51863，酸奶添加量编码水平为1.18239，对应其最佳参数为:原料配比为4.09 ∶1，酸奶添加量为5.18%，发酵时间为3.5h，加糖量为15.88%。在此条件下进行验证实验，所得饮料的感官评分值为92，与预测值一致。

3 结论

3.1 通过对菠萝胡柚复合乳酸发酵饮料制作工艺参数的研究，得出如下结论:确定原料配比最佳参数水平为4∶1。综合考虑，最后确定复合乳酸发酵饮料的最适加量酸奶为4%、糖为16%，发酵时间为4h。正交实验方差分析可看出，以原料配比、发酵时间及酸奶添加量的一次项，原料配比、加糖量及发酵时间的二次项，原料配比和酸奶添加量的交互项以及发酵时间和酸奶添加量的交互项对复合乳酸发酵饮料的感官评价影响显著。多元回归分析表明，回归方程的拟合系数为R2=99.98%，说明模型对实际情况拟合程度较好，可用于对生产条件的模拟估算。

3.2 通过对两因子效应响应面分析可知，该二次响应面出现鞍面，无极值的存在，因此不能直接从二次响应面上找出最佳参数，需进一步作岭脊分析。通过岭脊寻优可知，复合乳酸发酵饮料最佳工艺参数为:菠萝胡柚原料配比为4.09 ∶1，酸奶添加量为5.18%，发酵时间为3.5h，加糖量为15.88%。在此条件下，进行验证实验，所得饮料的感官评分值为92。

［1］王海峰，李斌，刘广玉，等.菠萝采摘机械手的设计与实验［J］.农业工程学报，2012，28:42-46.

［2］刘欠欠，杨颖，陆胜民，等.胡柚果醋生产菌种的筛选与鉴定［J］.食品科学，2010，31(1):211-214.

［3］中华人民共和国轻工业部食品发酵工业科学研究所.GB/T 12143.1-89软饮料中可溶性固形物的测定方法［S］.北京:中国标准出版社，1989.

［4］中华人民共和国国内贸易部食品检测科学研究所.SB/T 10192～10202-93、SB/T 10203-94 果汁通用实验方法［S］.北京:中国标准出版社，1994.

［5］陈晓红.微型滴定法测定饮品中的总酸度［J］.内蒙古民族大学学报，2007，22(1):38-39.

［6］中华人民共和国卫生部.GB/T 4789.18-2010.食品微生物学检验 乳与乳制品检验［S］.2010.