乳酸菌发酵型紫薯果冻的配方

汤巧霖，何秀丽，程嘉莲

四川旅游学院食品学院（成都 610100）

果冻，是由凝胶剂加水、糖、果蔬汁或果肉等原料，经溶胶、调配、灌装、杀菌、冷却等工序加工而成的胶冻半固态食品[1]。因其口感软滑、风味清甜、外观晶莹剔透、色泽鲜艳，是深受消费者喜爱的一种休闲食品[2-4]。然而，随着生活水平的提高，人们的健康意识也逐渐增强，消费者对传统果冻中所使用的香精、色素等物质安全性表示担忧，十分期待使用天然原辅料制作出营养又美味的果冻[5]。因此，研发一款既具备传统果冻类食品口感和外观又具备一定保健功能的果冻显得十分必要。

紫薯，属旋花科草本植物[6-7]，富含淀粉、蛋白质、纤维素，其最大的特点是富含花青素，活性微量元素硒[8-11]。紫薯中的花青素是良好的着色剂，而且具有多种功效，比如抗氧化、降血脂、保护肝脏、预防血管疾病等[12-14]。同时紫薯中富含的纤维素，还能增强肠道功能，促进消化，以及抗癌、清除自由基、抗衰老、抗突变、改善肝功能、降血压、防动脉硬化的保健功能[15]。魔芋粉的主要成分是葡萄甘露聚糖（约占55%～60%）[16]，是从魔芋块茎中提取分离的半纤维素，其具有调节肠道功能、防癌、防肥胖和降血糖的食疗功效[17]。

基于此，此次试验以紫薯、魔芋粉与卡拉胶为主要原料，利用乳酸发酵，赋予果冻特别的乳酸紫薯风味，突出紫薯中硒元素和天然花青素的保健功能，制作出一款香味特别，营养丰富且具有较好保健功能的果冻制品。此次试验通过研发一种新型的天然绿色健康休闲食品，可以丰富果冻产品种类，同时也能为紫薯的综合开发利用提供新思路。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

紫薯粉（兴化市东奥食品有限公司）；乳酸菌（北京川秀国际贸易有限公司）；魔芋粉（豪州市华之堂生物科技有限公司）；卡拉胶（广州利成实业有限公司）；柠檬酸（河南硕之隆实业有限公司）；白砂糖（食品级，市售）。

TMS-PRO食品物性分析仪（美国FTC公司）；HHS-11-4电热恒温水浴锅（上海博讯实业有限公司）；YP-N电子天平（上海精密仪器仪表有限公司）；DC-P3全自动测色色差计（北京市兴光测色仪器公司）；UPH-I-10T优普系列超纯水机（成都超纯科技有限公司）；GZ-150-S型恒温培养箱（韶关市广智科技设备有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 操作要点

1.2.21 紫薯汁的制备

称取适量紫薯粉，加入一定量的蒸馏水浸泡，于水浴75 ℃加热至紫薯粉完全溶解，接着用纱布过滤得到无杂质的1%紫薯汁待用。

1.2.22 白砂糖的处理

向白砂糖中加入一定量蒸馏水，于水浴75 ℃加热至白砂糖完全溶解，得到60%的白砂糖液，备用。

1.2.23 凝胶剂处理

a) 混胶。将魔芋粉、卡拉胶按一定的比例混匀。

b) 浸泡与溶解。加入蒸馏水不断搅拌使其混合均匀，待其吸水溶胀为凝胶溶液，备用。

c) 煮胶。将浸泡后的凝胶溶液置于烧杯中，放在电热恒温水浴锅中，由于魔芋胶在80 ℃以上的高温下不能长时间耐受，所以选择煮胶温度75 ℃[18]，加热煮沸10 min，使胶体全部溶解。

1.2.24 调配

待胶液完全溶解后，按配比加入紫薯汁、柠檬酸溶液和白砂糖液进行调配，使之混合均匀，加热5 min后取出。

1.2.25 杀菌

巴氏杀菌（90 ℃，20 min）。

1.2.26 发酵

待杀完菌的胶液冷却至46 ℃左右时，添加2%活化后的乳酸菌发酵剂。混合均匀后分装到无菌器皿中，在38 ℃温度下的厌氧条件下恒温培养12 h，自然冷却后即得成品。

1.2.3 感官评价方法

参考马腾飞等[19]的研究方法，由10人组建感官评价小组，分别从色泽（20分）、风味（30分）、口感（30分）、组织状态（20分）这四个方面对乳酸紫薯果冻的感官品质进行综合评价，将各项所得分数相加即为产品的最终得分，得分结果取平均值，其具体感官评价得分标准见表1。

表1 乳酸紫薯果冻感官得分标准

1.2.4 质构特性的测定

利用质构仪，将果冻放置在物性测试仪台上进行测试。采用物性测试仪P/50的探头，在测试速度1.0 mm/s、测试距离10.0 mm、触发点负载5 g、压缩形变量50%的条件下对果冻进行质构测试，记录果冻的硬度、弹性、黏着性、咀嚼性等质构指标。

1.2.5 色差的测定

利用色差计测定果冻的色度值，采用CIE Lab表色系统测定乳酸紫薯果冻的明度（L*）、红度（a*）、黄度（b*）3个参数。

1.3 试验设计

1.3.1 单因素试验

以复配胶粉配比（魔芋粉与卡拉胶）1∶2、复配胶粉添加量1.6%、紫薯汁添加量10%、白砂糖液添加量12%、柠檬酸添加量0.06%作为固定因素进行单因素试验，每次试验使其中四个因素为固定值，另外一个因素为变量，对其进行质构和感官评价，从而确定各配方因素的较宜水平，各因素水平具体见表2。

表2 各配方因素水平

1.3.2 乳酸紫薯果冻配方响应面优化试验设计

为确定乳酸紫薯果冻的最佳配方，在单因素试验结果的基础上，根据Box-Behnken的中心组合实验设计原理，以乳酸紫薯果冻的感官得分为响应值，复配胶粉添加量（A）、紫薯汁添加量（B）、白砂糖液添加量（C）这三个对乳酸紫薯果冻感官影响较大的因素作为响应因子，设计三因素三水平响应面分析试验，试验因素水平表见表3，利用Design-Expert软件进行响应面分析，确定乳酸紫薯果冻的最佳配方。

表3 响应面试验因素水平表 单位：%

1.3.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2013软件对试验数据进行统计与分析；采用Design-Expert 10软件进行响应曲面实验设计、数据分析和二次模型的建立，通过对回归方程的解析以及响应曲面的分析获得最佳变量水平，通过F值考察（P＜0.05）模型及因素的显著性。

图1 乳酸紫薯果冻制作工艺流程

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 复配胶粉配比对果冻品质的影响

卡拉胶是一种安全无毒且无副作用的凝固剂和增稠剂，在果冻制作过程中，它是形成“冻”的重要物质，但只使用卡拉胶制作出的果冻弹性小、口感差，添加适量的魔芋粉后可使果冻口感得到一定改善，这是因为魔芋粉可通过氢键缠绕卡拉胶的双螺旋结构，阻止卡拉胶进一步凝胶化，使得产品硬度适中，口感更佳[20]。复配胶粉配比对果冻感官品质、质构特性的影响分别见图2与图3。

图2 复配胶粉配比对果冻感官品质的影响

图3 复配胶粉配比对果冻质构特性的影响

由图2和图3可知，随着复配胶粉中卡拉胶的比例的增大，果冻的硬度、黏附性、弹性、咀嚼性和感官得分都呈上升趋势，这说明随着卡拉胶浓度增加，体系的胶凝状态有所增强。由图2可知，魔芋粉与卡拉胶的比例主要影响果冻的口感和组织状态，当魔芋粉与卡拉胶配比为1∶2时，果冻的感官得分、咀嚼性和弹性达到最大值，此时的果冻软硬适中，咀嚼性和弹性最佳，这是由于卡拉胶与魔芋粉形成的网络结构，分子间的相互作用力大大加强使得果冻凝胶弹性和咀嚼性最大[21]；再增加卡拉胶的用量，就会使得果冻不易成型、弹性较差，造成果冻口感不佳，此时的果冻感官得分呈现下降趋势。综合而言，魔芋粉与卡拉胶的最佳配比为1∶2。

2.1.2 复配胶粉添加量对乳酸紫薯果冻品质的影响

复配凝胶剂是果冻中主要成分之一，也是影响凝胶性的重要因素，其添加量对果冻的口感、外形和组织形态均有重要影响[22]。复配胶粉添加量对果冻感官品质、质构特性的影响分别见图4与图5。

图4 复配胶粉添加量对乳酸紫薯果冻感官品质的影响

图5 复配胶粉添加量对乳酸紫薯果冻质构特性的影响

由图4和图5可以看出，随着复配胶粉添加量从1.00%增加到1.60%，果冻的硬度、黏附性、弹性、咀嚼性都呈现上升的趋势。其原因可能是总凝胶浓度的增加，增加了复配胶双螺旋的含量，进而增加了系统的凝胶化程度，并进一步加剧了内部结构的分子的紧密排列，并且还提高了形成三维网络结构的稳定性[23]。复配胶粉添加量主要影响果冻的口感和组织状态，当复配胶粉添加量为1.60%时，果冻的弹性和咀嚼性达到最大值，此时，果冻弹性好、口感爽滑、有咬劲、整体感官得分最高。当复配胶粉用量低于1.60%时，此时的果冻口感绵软、凝固性不佳、弹性低、缺乏咀嚼性。当复配胶粉用量超过1.60%时，果冻的感官得分呈下降趋势，原因是凝胶剂用量过大，凝胶体的强度和硬度在不断增大，导致口感过硬，果冻组织状态不均匀，从而使得果冻的弹性和咀嚼性也相应减小。因此，复配凝胶剂浓度在1.60%左右为宜。

2.1.3 紫薯汁添加量对乳酸紫薯果冻品质的影响

紫薯汁的添加主要是影响果冻的风味和色泽，添加量过少不能突出紫薯风味，添加量过多就会掩盖乳酸风味，不同紫薯汁添加量对果冻色泽的影响见表4和图6。

图6 不同紫薯汁添加量成品颜色对比图

表4 紫薯汁添加量对果冻色差的影响

由表4可以看出，随着紫薯汁添加量的增大，L*值逐渐变小，a*值先增大再减小，b*值逐渐增大，说明果冻的颜色越来越暗，越来越红。由图7可以看出，紫薯汁添加量主要影响果冻的色泽和风味，当紫薯汁添加量为5%时，果冻的紫薯风味和色泽不够突出。当紫薯汁的添加量在10%时，此时果冻的颜色不会过于暗沉，也能呈现出天然的紫红色，且此时制作出的果冻紫薯风味浓、弹性好、口感润滑、半透明且无杂质，感官得分达到最大值。之后随着紫薯添加量增加，感官得分逐渐降低，这是由于紫薯汁添加量过大，紫薯风味过分浓郁，且使得果冻的紫红色过于生暗，再综合考虑感官评价结果、色度值以及紫薯粉的添加成本，紫薯汁的添加量在10%左右为宜。

图7 紫薯汁添加量对乳酸紫薯果冻感官品质的影响

2.1.4 白砂糖液添加量对乳酸紫薯果冻品质的影响

白砂糖液的添加量主要影响果冻的甜度，其添加量过少或过多都会对果冻造成不适口感。白砂糖液添加量对果冻感官品质的影响如图8所示。

图8 白砂糖液添加量对乳酸紫薯果冻感官品质的影响

由图8可以看出，白砂糖液添加量主要影响果冻风味，随着白砂糖液添加量的逐渐增加，果冻的感官得分也逐渐增大，但增加到一定量时感官得分呈现出下降趋势。当白砂糖液的添加量为12%时，此时果冻口感爽滑，酸甜度适宜，果冻的感官得分达到最大值。当白砂糖液的添加量低于12%时，果冻的甜味偏淡，酸味过重，酸甜度欠缺。当白砂糖液的添加量高于12%时，果冻甜味过大，使得酸甜味不协调，使果冻品尝起来具有甜腻感，口感粗糙，且白砂糖液添加量过多还会掩盖住紫薯的特有风味。综上所述，确定白砂糖液最适添加量在12%左右。

2.1.5 柠檬酸添加量对乳酸紫薯果冻品质的影响

柠檬酸作为一种酸度调节剂，主要用于赋予产品酸味、调节产品风味，并降低pH，抑制细菌生长。且紫薯中的花青素是一种水溶性色素，可以随着环境的酸碱度改变颜色，遇到酸性物质会变为类似红色，因此添加柠檬酸可以对紫薯花青素起到护色作用[24]。柠檬酸的添加量对果冻感官品质的影响见图9。

图9 柠檬酸添加量对乳酸紫薯果冻感官品质的影响

从图9可以看出，柠檬酸添加量主要影响果冻的色泽和风味，随着柠檬酸添加量的增加，果冻的感官得分先升高后降低。当柠檬酸添加量为0.06%时，果冻的感官得分达到了最大值，此时果冻口感细腻爽滑、酸甜度达到最佳水平。当柠檬酸的添加量低于0.06%时，果冻酸味偏淡、风味不够凸显；当柠檬酸的添加量高于0.06%时，果冻口感过酸，使得果冻的酸甜味不协调，掩盖了紫薯风味。因此，柠檬酸的添加量在0.06%左右为宜。

2.2 乳酸紫薯果冻配方响应面优化试验结果

2.2.1 回归模型的建立与方差分析

利用Design-Expert软件对表5的试验数据进行多元回归拟合，得到以Y（感官得分）为目标函数的二次回归方程：Y＝87.80-1.12A-2.87B+1.00C-0.75AB-1.50AC-2.00BC-2.28A2-3.28B2-10.03C2。

表5 Box-Behnken试验设计及结果

从表6方差分析可以看出：模型P＜0.000 1，表明此次试验的回归模型具有极显著水平；失拟项P=0.332 9＞0.05不显著，模型的校正系数R2=0.990 6，模型修正系数Radj2=0.978 4，这意味着该模型拟合程度好，试验误差小，可以用于研究变量因素对感官得分的影响，也能较好地反映复配胶粉添加量、紫薯汁添加量、白砂糖液添加量之间的关系。

表6 回归方程的方差分析

从表6中的回归系数显著性可以看出，一次项B、交互项BC和二次项A2、B2、C2都极其显著（P＜0.01），一次项A、C和交互项AC对果冻感官得分具有显著（P＜0.05）影响。由F值可知，3个因素对果冻感官得分影响的由大到小依次为紫薯汁添加量、复配胶粉添加量、白砂糖液添加量。

2.2.2 响应面曲线分析

复配胶粉添加量和白砂糖液添加量对乳酸紫薯果冻感官得分影响的响应曲面图与等高线图如10所示。

由图10可知，复配胶粉添加量和白砂糖液添加量对果冻感官得分的响应曲面图呈表面凸起、开口朝下的形状，且曲面坡度比较陡峭，表明其对果冻的感官得分影响较大。随着复配胶粉添加量和白砂糖液添加量的增加，果冻的感官得分也逐渐增大，当增加到一定量时感官得分呈现出下降趋势。从图10可以看出其等高线接近于椭圆形，这说明复配胶粉添加量和白砂糖液添加量的交互作用显著。

图10 复配胶粉添加量和白砂糖液添加量对果冻感官得分的响应曲面图与等高线图

紫薯汁添加量和白砂糖液添加量对乳酸紫薯果冻感官得分影响的响应曲面图与等高线图如图11所示。

图11 紫薯汁添加量和白砂糖液添加量对果冻感官得分的响应曲面图与等高线图

由图11可知，紫薯汁添加量和白砂糖液添加量对果冻感官得分的响应曲面图呈表面凸起、开口朝下的形状，且曲面坡度比较陡峭，表明其对果冻的感官得分影响较大。随着紫薯汁添加量和白砂糖液添加量的增加，果冻的感官得分也逐渐增大，当增加到一定量时感官得分呈现出下降趋势。从图可以看出其等高线为椭圆，说明紫薯汁添加量和白砂糖液添加量的交互作用极显著。

2.3 最佳工艺参数的确定与验证

通过Design-Expert软件对试验参数进一步的优化，得到最佳配方参数：复配胶粉添加量1.54%，紫薯汁添加量7.76%，白砂糖液添加量12.44%，柠檬酸添加量0.06%。在此条件下，乳酸紫薯果冻的感官得分预测值为88.62分。为了实际操作的方便，将配方工艺修改为复配胶粉添加量1.5%、紫薯汁添加量8%、白砂糖液添加量12%。在此参数下进行3次平行验证试验，最终得到的实际感官得分为89分。实测值与模型预测值基本一致，可以推断该模型能够较好地反映乳酸紫薯果冻感官得分的变化。

3 结论

通过单因素试验结果，选择复配胶粉、紫薯汁及白砂糖液的添加量为自变量，利用Box-Behnken法对配方进行响应面优化设计，确定乳酸紫薯果冻的最佳配方参数：魔芋粉与卡拉胶配比1∶2，复配胶粉添加量1.5%，紫薯汁添加量8%，白砂糖液添加量12%，柠檬酸添加量0.06%。通过对影响感官得分的关键因素及其相互作用进行探讨，研究发现对果冻的感官得分的影响由大到小依次为紫薯汁添加量、复配胶粉添加量、白砂糖液添加量。通过上述配方参数制得的果冻成品色泽均匀、口感细腻、酸甜适宜、清爽嫩滑、弹性和咀嚼性良好，具有独特乳酸紫薯风味。