郑凤锦，刘国明，李杰民，卫　萍，盛金凤，孙　健，李　丽，零东宁

（广西壮族自治区农业科学院农产品加工研究所，广西南宁530007）

香蕉酸奶的工艺优化及质构特性研究

郑凤锦，刘国明*，李杰民，卫萍，盛金凤，孙健，李丽，零东宁

（广西壮族自治区农业科学院农产品加工研究所，广西南宁530007）

以香蕉酸奶为研究对象，在单因素实验的基础上，选取乳酸菌添加量、发酵温度、发酵时间为自变量，感官评定得分为响应值，利用Box-Behnken中心组合设计原理和响应面分析法，对香蕉酸奶的发酵工艺进行优化。确定其最优工艺参数为乳酸菌添加量0.1%、发酵温度40℃、发酵时间7.6h，感官评分可达15.19。建立质构特性与感官得分之间的线性回归模型为：y（感官评定得分）=18.114-0.157x1（硬度）-3.211x2（粘性）-0.324x4（弹性）。

香蕉酸奶，工艺优化，响应面分析法，质构特性

香蕉广泛种植于热带亚热带地区，富含矿物质、多种抗氧化物质和维生素，具有宜人的特征果香［1］。中国是香蕉原产地之一，栽培历史已达3000多年，近20年来，中国香蕉产业发展迅猛，现已成为南亚热带地区最大宗水果，产量仅次于苹果、柑橘、梨，名列水果第4位［2］。由于自身特点及保鲜贮藏技术的不足，目前香蕉主要以鲜食为主，然而每年都有大量香蕉因变质而造成巨大的经济损失。为此，对香蕉的加工极为迫切和重要［3］。

酸奶是以鲜牛奶为主要原料，利用嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌等微生物，通过乳酸发酵作用而得到的一种发酵型乳制品［4］。由于易于被消化吸收、促进胃液分泌、利于提高食欲、营养价值高等特点，受到广大消费者的青睐［5］。目前，市面上销售的各品种酸奶基本都添加了大量添加剂，少有“纯天然”产品。因此，本研究探讨既富含营养又无添加剂的新型凝固型香蕉酸奶的优化制备工艺，并分析其质构特性，为香蕉加工提供新的思路。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

蜂蜜上海冠生园蜂制品有限公司；乳酸菌北京川秀科技有限公司；纯牛奶内蒙古伊利实业集团股份有限公司；白糖南宁糖业股份有限公司；香蕉清汁自制；复合果胶酶（酶活力：100000U/g）南宁东恒华道生物科技有限责任公司。

CT3型质构仪美国BROOKFIELD公司；WGLL-230BE型电热鼓风干燥箱广州市华瑞化玻仪器有限公司；JY6002、JA2003型电子天平上海良平仪器仪表有限公司；LGBCD180型冰箱海信容声冰箱有限公司；SS260-D3型多功能食物搅拌器中山市好妈咪电器厂；WJ-3A型三孔独立控温水浴锅常州伟嘉仪器制造有限公司。

表1　单因素实验表Table 1　The single factor experiment

1.2实验方法

1.2.1香蕉酸奶的工艺流程将新鲜香蕉去皮，在100℃条件下热烫10m in［6］后进行打浆。打浆后的香蕉果浆，在42℃下用浓度为1%的果胶酶解120min后，经过离心、过滤得到澄清的香蕉清汁。将制备好的香蕉清汁与牛奶、白糖、蜂蜜按比例混合搅拌均匀后，在水浴锅中85℃杀菌15m in，待温度降至40℃时加入乳酸菌混匀后在电热鼓风干燥箱中发酵。具体流程如下：

1.2.2单因素实验设计经过前期预实验，确定牛奶与香蕉清汁比例为4∶1、白糖添加量为香蕉清汁牛奶混合液的5%、蜂蜜添加量为香蕉清汁牛奶混合液的4%。在此基础上设计单因素实验，如表1所示。

1.2.3响应面法优化香蕉酸奶工艺在单因素实验基础上，选择乳酸菌添加量、发酵温度、发酵时间为自变量，根据Box-Behnken实验设计原理采用3因素3水平的响应面分析法［7］，确定香蕉酸奶的最佳工艺参数。

表2　响应面实验因素水平表Table 2　Factors and levels of response surface experiments

1.2.4感官评定［8］感官评定由9人组成的评定小组，通过视觉、嗅觉、味觉三方面对样品进行描述，并根据表3打分。

1.2.5TPA测试实验用质构仪对香蕉酸奶样品进行TPA测试［9］，每个样品测试3次，取平均值。测试探头型号为12.7mm的TA10。测试条件如下：形变量为20%，触发点负载为5g，测试速率为1mm/s。

表3　感官评定表Table 3　Sensory evaluation of fermented milk products

1.2.6感官评分与质构特性相关性分析使用SPSS 17.0统计软件对17个香蕉酸奶样品感官评分与质构特性的相关性进行分析。统计项条件选取Descriptives、Casewise diagnostic中的Outliers（n=3），选择项条件选取引入值p＜0.05，剔除值p＞0.06，方法项条件选取Stepwise（逐步引入一剔除法），其他项选取默认值。

2　结果与分析

2.1单因素实验结果与分析

2.1.1乳酸菌添加量对香蕉酸奶品质的影响由图1可知，随着乳酸菌添加量的增大，香蕉酸奶的感官评定得分呈先增大后减小的趋势。分析原因是当乳酸菌的添加量为0.05%时，不足以产生足够多的乳酸，以致于香蕉酸奶的酸度不够，同时凝固性也不强，影响了香蕉酸奶的感官评定得分。图1中，随着乳酸菌添加量的提高，香蕉酸奶的感官品质不断提升；当乳酸菌添加过量后，导致乳中蛋白过度减少而使乳清析出，影响了感官评定得分。根据评分结果，选择乳酸菌添加量为0.1%、0.15%、0.2%三个水平做响应面实验进行工艺优化。

图1　乳酸菌添加量对感官评分的影响Fig.1　Influence of lactobacillus addition on sensory evaluation scores

2.1.2发酵温度对香蕉酸奶品质的影响由图2可知，随着发酵温度的升高，感官评定得分呈现先升后降的趋势。当发酵温度为36℃时，因发酵温度稍偏低，不利于乳酸菌产酸，影响了香蕉酸奶感官评定得分。当发酵温度升到39℃时，香蕉酸奶的酸度大幅提升，但酸香气息还弱于香蕉特征香气，未能达到谐调的程度。当发酵温度为42℃时，香蕉酸奶酸甜适中，且酸香、奶香、香蕉特征香气相互谐调，感官评定得分也最高。当发酵温度达到45℃时，香蕉酸奶的口感有所下降，略显粗糙，感官评定得分略微降低。当发酵温度为48℃时，因发酵温度偏高，香蕉酸奶有乳清析出的现象，极大地影响了感官评定得分。综合上述评分结果，选取发酵温度39、42、45℃三个水平做响应面实验进行工艺优化。

图2　发酵温度对感官评分的影响Fig.2　Influence of fermentation temperature on sensory evaluation scores

2.1.3发酵时间对香蕉酸奶品质的影响由图3可知，随着发酵时间延长，香蕉酸奶感官评定得分同样呈现先增大后减小的趋势。发酵时间为5h时，香蕉酸奶的凝固性不佳，感官评定得分过低。当发酵6h后，香蕉酸奶的凝固性得到大幅提升，酸度也增加不少，感官评定得分也大幅提高。发酵时间在6～8h之间，香蕉酸奶的感官评定得分变化不大。当发酵时间达到9h后，香蕉酸奶出现了乳清析出现象，感官评定得分降低。依据感官评定得分结果，选择发酵时间6、7、8h三个水平做响应面实验进行工艺优化。

图3　发酵时间对感官评分的影响Fig.3　Influence of fermentation time on sensory evaluation scores

2.2响应面法发酵条件的优化

2.2.1响应面实验设计及结果香蕉酸奶响应面实验设计实验结果见表4。

表4　响应面实验设计结果Table 4　Experimental results of response surface analysis

将表4中数据利用软件进行二次多元回归拟合，得到模型的二次多项回归方程如下：Y=14.51-0.33A+ 0.12B-0.21C+1.06AB-0.44AC-0.59BC+0.28A2-1.12B2-0.45C2。

为了检验方程的有效性，对香蕉酸奶感官评定得分的数学模型进行方差分析，结果如表5、表6所示。

表5　回归模型方差分析表Table 5　The analysis of variance for the experimental results

在模型中p＜0.01，表明回归模型达到了极显著的水平，而失拟项的p值为0.0568，大于0.05，表明失拟项不显著。该表中一次项A、B、C的p值都小于0.05，达到显著的影响水平，说明乳酸菌添加量A、发酵温度B、发酵时间C对感官评定得分有显著的影响。在所选取的因素水平范围内，对感官评定得分的影响程度为：乳酸菌添加量＞发酵时间＞发酵温度。交互项AB、AC、AB的p值都小于0.01，对响应值影响极显著；二次项A2、B2、C2的p值小于0.01，对响应值影响极显著。

表6　方程相关系数Table 6　Estimated regression coefficients for the quadratic polynomialmodel

由表6可知R2为0.9919，R2adj为0.9814，说明此模型与实际实验拟合较好，自变量与响应值之间线性关系显著；R2Pred为0.8911，说明该模型预测性良好。变异系数CV为0.94%，小于5%，表明方程有良好的重现性。信噪比为27.741，远大于4，说明模型可信度较高。因此，可以用此模型来分析预测响应值随自变量的变化规律。

2.2.2香蕉酸奶感官评定得分的响应面图形分析

根据所得回归方程做出响应面图，预测乳酸菌添加量、发酵温度、发酵时间三个因素对感官得分的影响。

图4　乳酸菌添加量与发酵温度的交互作用对感官得分的影响Fig.4　Surface plots of sensory results affected by lactobacillus addition and fermentation temperature

由图4知，发酵时间一定时，发酵温度较小时，随着乳酸菌添加量的增大，感官得分呈现缓慢减小的趋势，发酵温度较大时，随着乳酸菌添加量的增大，感官得分呈现缓慢增大的趋势。

图5　乳酸菌添加量与发酵时间的交互作用对感官得分的影响Fig.5　Surface plots of sensory results affected by lactobacillus addition and fermentation time

由图5知，发酵温度一定时，发酵时间较小时，随着乳酸菌添加量的增大，感官得分呈现缓慢增大的趋势，总体变化不大；当发酵温度较大时，随着乳酸菌添加量的增大，感官得分呈现缓慢减小的趋势。

图6　发酵温度与发酵时间的交互作用对感官得分的影响Fig.6　Surface plots of sensory results affected by fermentation temperature and fermentation time

由图6知，乳酸菌添加量一定时，随着发酵温度的提高及发酵时间的延长，感官得分都呈先增大后减小的抛物线之势。

2.2.3香蕉酸奶发酵工艺参数的确定通过Design Expert V 8.0.6.1软件对所得回归方程求解，固定加糖量为5%、蜂蜜添加量为4%、牛奶与香蕉清汁比例为4∶1，在选取的实验范围内得出的香蕉酸奶最佳工艺条件为：乳酸菌添加量0.1%、发酵温度40.23℃、发酵时间7.63h。在此条件下，感官评定得分可达15.46。根据实际操作的可行性，将工艺条件调整为乳酸菌添加量0.1%、发酵温度40℃、发酵时间7.6h。经过实验验证，此条件下发酵所得香蕉酸奶感官评分为15.19，接近预测值15.46。

2.3香蕉酸奶感官评分与质构特性相关性分析

2.3.1香蕉酸奶质构特性数据对17个香蕉酸奶样品进行TPA测试之后，得到其硬度、粘性、内聚性、弹性4个质构指标的平均值。具体结果见表7。

2.3.2香蕉酸奶感官评分与质构特性相关性分析［10-12］结果将香蕉酸奶感官评分y及质构特性指标经SPSS 17.0分析后，得到感官评分y与硬度（x1）、粘性（x2）、弹性（x4）之间有直线关系，多元线性回归方程为：y= 18.114-0.157x1-3.211x2-0.324x4。

3　结论

香蕉酸奶发酵的最优工艺为：乳酸菌添加量0.1%、发酵温度40℃、发酵时间7.6h，此时感官评分可达15.19。对响应面实验所得的17个香蕉酸奶样品进行TPA测试，得到硬度、粘性、弹性、内聚性的质构特性数据，在此基础上，质构特性与感官评定得分通过SPSS 17.0软件分析处理，得到多元线性回归方程为：y（感官得分）=18.114-0.157x1（硬度）-3.211x2（粘性）-0.324x4（弹性）。

表7　香蕉酸奶质构特性测试结果Table 7　Test results on texture properties of banana yogurt

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Optim ization processes and textural properties study of banana yogurt

ZHENG Feng-jin，LIU Guo-m ing*，LI Jie-m in，WEIPing，SHENG Jin-feng，SUN Jian，LILi，LING Dong-ning
（Agro-food Science and Technology Research Institute，Guangxi Academy of Agricultural Sciences（GXAAS），Nanning 530007，China）

In this study，the banana yogurt was used as the research ob ject and the sensory evaluation score was used as a measure ind icator.For achieving the maximal sensory evaluation score，three fermentation parameters，inc lud ing lactobacillus add ition，fermentation temperature and fermentation time，were op tim ized using the Box-Behnken central composite design and the response surface methodology was based on sing le factor investigations.The op timum p rocess parameters were lactobacillus add ition 0.1%，fermentation tem perature 40℃，fermentation time 7.6h and sensory evaluation scores 15.19.The linear regression modelbetween textural p roperties and sensory evaluation scores was y（sensory evaluation scores）=18.114-0.157x1（hardness）-3.211x2（adhesiveness）-0.324x4（sp ringiness）.

banana yogurt；p rocess op tim ization；response surface methodology；textural p roperties

TS252.4

B

1002-0306（2015）06-0299-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.06.057

2014-07-31

郑凤锦（1982-），女，硕士，讲师，研究方向：农产品加工研究与产品开发。

刘国明（1984-），男，硕士，助理研究员，研究方向：农产品加工研究与产品开发。

广西农业科学院基本科研业务专项（桂农科2013YT02）；广西农业科学院科技发展基金（桂农科2014JQ04）。