响应面法优化海盐焦糖风味冰淇淋品质

2019-02-17郑景蕊孟佳音邵娟娟

中国乳品工业 2019年12期

郑景蕊，孟佳音，邵娟娟

（河北农业大学理工学院，河北沧州061100）

0 引言

海盐中含有大量的矿物质，还可以平衡血糖[1]。市场上对咸味产品也有研究，而传统冰淇淋基本都是单一的淡奶味，因此开发一种咸味冰淇淋，正符合当下的流行趋势；焦糖，是食品添加剂中着色剂的一个品种，属于天然色素。它具有良好的水溶性、着色能力、稳定性、安全性等性质，因此在全世界范围内应用广泛、产销量大。焦糖特殊的焦香气味添加到食品中，可以提高产品品质[2]。在制作冰淇淋时使用麦芽糖醇作为一种低甜度的甜味剂来代替白砂糖，最终制成的冰淇淋的冰晶尺寸较小，风味峰值高，口感细腻，膨胀率较高，融化速度慢[3]，是糖替代品的不二选择。本研究中配方经优化制成了一种海盐焦糖风味的冰淇淋，以期增加冰淇淋的品种，为冰淇淋开拓更为广阔的市场。

1 实验

1.1 材料与设备

速溶全脂乳粉、鸡蛋、淡奶油、海盐、焦糖（均为市售商品）；卡拉胶、瓜尔豆胶、CMC-Na、单甘酯、麦芽糖醇（均为食用级）；均质机、冰淇淋机、电磁炉、打蛋器、烧杯、玻璃棒。

1.2 方法

1.2.1 制作工艺流程[4]

称料→混料→杀菌→均质→冷却→老化→凝冻→硬化→成品

1.2.2 操作要点

（1）原料处理与杀菌。复合乳化稳定剂先加凉水稍溶解后在热水浴中使其充分溶解，备用；乳粉用70℃水融化。采用巴氏杀菌，75℃，15 min。

（2）均质与冷却。将杀菌后的混合原料在70℃、17～18 MPa的条件下进行均质处理。迅速冷却可防止脂肪球上浮，一般冷却至10℃即可[5]。

（3）老化与凝冻。老化在4℃～6℃下进行，4 h即可。老化后的浆料倒入冰淇淋机中进行搅拌，使其成为半固体流体状态，一般时间为30 min。

1.3 单因素实验设计

设计单因素试验，当麦芽糖醇添加量为10%，淡奶油添加量7%,复配乳化稳定剂添加量0.4%时，探究速溶全脂乳粉添加量、复合乳化稳定剂的种类、海盐添加量和焦糖添加量对冰淇感官品质的影响，最后通过感官评分的高低来确定制作海盐焦糖风味冰淇淋的工艺参数。

1.3.1 速溶全脂乳粉最佳添加量的确定

乳粉是冰淇淋制作过程中必不可少的元素，它能使冰淇淋具有奶香味，还能使冰淇淋冰晶减少，口感变得松软[6]。在添加海盐质量分数1.00%，焦糖8%，复合乳化稳定剂采用卡拉胶∶瓜尔豆胶∶CMC-Na∶单甘酯=1∶1∶1∶1为固定的条件下，分别添加6%，8%，10%，12%，14%的速溶全脂乳粉，以感官评价为考核指标，确定速溶全脂乳粉的最佳添加量

1.3.2 最佳复合乳化稳定剂的确定

目前常用的乳化剂和稳定剂主要有单甘酯、明胶、黄原胶、CMC-Na、海藻酸钠、卡拉胶、瓜尔豆胶等。它们在使用时都不是单一的，它们通常几种进行复配以发挥协同效应。而且使用复合乳化稳定剂，不仅可以简化操作工艺，还能发挥各种乳化稳定剂的最佳效果[7]。在速溶全脂乳粉质量分数10%，海盐质量分数1.00%，焦糖质量分数8%为固定值的条件下，分别添加卡拉胶∶瓜尔豆胶∶单甘酯=1∶1∶1，瓜尔豆胶∶CMC-Na∶单甘酯=1∶1∶1，卡拉胶∶瓜尔豆胶∶

CMC-Na∶单甘酯=1∶1∶1∶1，卡拉胶:CMC-Na：单甘酯=1∶1∶1，瓜尔豆胶∶CMC-Na∶单甘酯=1∶1∶1五种不同种类的复合乳化稳定剂；以感官评分为评价指标，确定合适的复合乳化稳定剂。

1.3.3 海盐最佳添加量的确定

海盐焦糖风味冰淇淋海盐扮演一个重要角色，它的添加量也会影响冰淇淋的品质。在速溶全脂乳粉质量分数10%，质量分数焦糖8%，复合乳化稳定剂采用卡拉胶∶瓜尔豆胶∶CMC-Na∶单甘酯=1∶1∶1∶1为固定条件下，分别添加0.40%，0.60%，0.80%，1.00%，1.20%的海盐，以感官评分为考核指标，确定最合适的海盐添加量。

1.3.4 焦糖最佳添加量的确定

同样，焦糖在实验中也起着举足轻重的作用，它的添加量对冰淇淋也会有一定影响。在速溶全脂乳粉质量分数10%，海盐质量分数1.00%，复合乳化稳定剂采用卡拉胶∶瓜尔豆胶∶CMC-Na∶单甘酯=1∶1∶1∶1为固定条件下，分别添加6%，8%，10%，12%，14%的焦糖，以感官评分为考核指标，确定最合适的焦糖添加量。

1.4 响应面实验设计

在单因素实验的基础上，确定实验因素，根据Box-Behnken试验原理和响应面分析法，利用Design-Expert软件，优化海盐焦糖风味冰淇淋的生产工艺，以感官评分为响应值，确定海盐焦糖风味冰淇淋生产的最佳工艺。

1.5 膨胀率的测定[8]

膨胀率=（一定体积浆料质量-相同体积下冰淇淋质量）/相同体积下冰淇淋质量。

1.6 感官评定方法

对10名初级评价员进行感官能力培训,然后根据评价员对术语的学习以及对术语定义的扩充能力和理解能力的高低选出5名优秀冰淇淋感官评价员。最后由这5名评价员根据冰淇淋的色泽、气味、组织、形体、口感进行评分，满分100分。具体感官评定标准如表1所示。

表1冰淇淋感官评定标准

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 速溶全脂乳粉添加量对冰淇淋感官品质的影响

图1速溶全脂乳粉添加量对冰淇淋感官品质的影响

由图1可以看出，当其他因素相同时，随着速溶全脂乳粉添加量的增加，冰淇淋的感官评分先升高后降低，在10%时达到最高，分析其原因可能为当速溶全脂乳粉添加量较少时，冰淇淋的奶香味不足。当乳粉添加量较大时，会造成冰淇淋组织粗糙，奶味过浓。因此，该试验选用的最佳速溶全脂乳粉的添加量为10%。

2.1.2 不同复合乳化稳定剂对冰淇淋感官品质的影响

由图2可以看出，以卡拉胶∶瓜尔豆胶∶CMC-Na∶单甘酯=1∶1∶1∶1加入时其感官评分最高，此时，冰淇淋表面光滑，细腻爽口。因为多种乳化稳定剂复配使用发挥了其最佳使用效果，同时在卡拉胶存在的条件下使浆料形成了弱凝胶，且有特殊的奶油感。

图2中，a-卡拉胶∶瓜尔豆胶∶单甘酯=1∶1∶1;b-卡拉胶∶瓜尔豆胶∶CMC-Na∶单甘酯=1∶1∶1∶1;c-瓜尔豆胶∶CMC-Na∶单甘酯=1∶1∶1;d-卡拉胶∶CMC-Na∶单甘酯=1∶1∶1；e-瓜尔豆胶∶CMC-Na∶单甘酯=1∶1∶1。

图2不同复合乳化稳定剂对冰淇淋感官品质的影响

2.1.3 海盐添加量对冰淇淋膨胀率的影响

图3海盐添加量对冰淇淋感官品质的影响

由图3可以看出，随着海盐添加量的增加，冰淇淋的感官评分开始无明显变化。在添加量超过1.00%后，感官评分显著降低。分析其原因可能是海盐添加量较少时不具有产品独特的咸味，主要表现淡奶油的味道；当添加量较高时，会使产品过咸，组织粗糙，易融化。因此，最佳的海盐添加量为1.00%。

2.1.4 焦糖添加量对冰淇淋膨胀率的影响

图4焦糖添加量对冰淇淋感官品质的影响

由图4可以看出，焦糖添加量为8%时,产品的感官评价最好。当添加量小于8%时,曲线呈上升趋势。当添加量大于8%时,曲线呈下降趋势。分析其原因可能是当添加量较少时不能形成焦糖特有的香气和色泽，当添加量较高时，焦糖味过浓，颜色过深，组织较差。因此，焦糖最合适的添加量为8%。

综合以上结果，根据上图的感官评价得出速溶全脂乳粉、海盐、焦糖的添加量分别为10%，1.00%，8%；最合适的复合乳化稳定剂为卡拉胶∶瓜尔豆胶∶CMC-Na∶单甘酯=1∶1∶1∶1。

2.2 响应面优化实验[9]

2.2.1 响应面模型的建立及回归方程的分析

在单因素试验的基础上，确定速溶全脂乳粉的添加量（A）、海盐添加量（B）和焦糖添加量（C）三个因素，设计3因素3水平试验，以感官评分为响应值，通过感官评分的大小来确定17组试验中冰淇淋的最佳工艺条件。响应面试验因素水平见表2，响应面实验结果见表2，对本模型进行回归方程方差分析如表3所示。

表2响应面因素水平 g/150mL

根据表2的数据处理后，进行二次多元回归拟合[10],A、B、C为变量的编码值，Y为得到的冰淇淋感官评分。回归方程为Y=157.63+0.13A+8.00B+10.13C+67.37A2+31.84B2+26.32C2。

根据表4的数据分析出，失拟项（P=0.9977＞0.05），为不显著，表明了该模型的相对误差较小。由各因素A、B、C的各F值可知，各因素对海盐焦糖风味冰淇淋的感官品质影响的顺序为焦糖添加量＞海盐添加量＞速溶全脂乳粉添加量。

2.2.2 等高线图和响应面图分析

通过Design-Expert分析得到海盐焦糖风味冰淇淋响应面分析图和等高线，能反应出各因素及相互作用对实验结果的影响[11]。图5为海盐添加量、速溶全脂乳粉添加量、焦糖添加量对冰淇淋感官品质的影响响应面和等高线。

由图5可以看出，随着速溶全脂乳粉和焦糖添加量的增加，冰淇淋的感官品质呈先升高再降低的抛物线趋势，且两者等高线呈椭圆形，说明这两种因素交互作用显著；随着速溶全脂乳粉和海盐添加量的增加，冰淇淋的感官品质呈先升高再降低的抛物线趋势，且两者等高线呈椭圆形，说明这两种因素交互作用显著。

2.3 最佳工艺验证

经响应面回归分析得到的最优生产工艺条件：质量分数为10.02%速溶全脂乳粉，质量分数为0.97%海盐，质量分数为8.3%焦糖，在此条件下冰淇淋的感官评分的理论值为91。对最佳条件进行验证试验，感官评价员的评分达90分，与理论值基本相符，同时优化配方后冰淇淋的膨胀率达到77.14%，由此可见优化后的配方具有可行性[12]。

3 结论

通过单因素试验和响应面优化试验，确定了海盐焦糖风味冰淇淋[13]生产的最佳工艺参数为150 mL纯净水，质量分数为10%麦芽糖醇，质量分数为7%淡奶油,质量分数0.4%复配乳化稳定剂（卡拉胶∶瓜尔豆胶∶CMC-Na∶单甘酯=1∶1∶1∶1），质量分数10.02%速溶全脂乳粉，质量分数0.97%海盐，质量分数8.3%焦糖，所制成的冰淇淋感官评分为91，冰淇淋有淡淡的奶香味，焦糖色纯正，外观均匀一致，不存在大气孔或不均匀蜂窝状。咸味合适，口感细腻，无冰晶且不易融化。相较于传统奶味冰淇淋制作糖、稳定剂添加量少，膨胀率和感官评分高，说明海盐焦糖风味符合消费者需要[14]。本工艺简单，属于新产品的研发，可以应用到市场中[15]。