响应曲面法优化鲜果豆丁制备工艺及其品质评价*

武 杰，王子玥，张 琳，李颖，李云冰，曾建华，朱秀清,

（1.哈尔滨商业大学食品工程学院/黑龙江省普通高校食品科学与工程重点实验室/黑龙江省谷物食品与综合加工重点实验室，哈尔滨 150076； 2.黑龙江省绿色食品科学研究院，哈尔滨 150028）

随着生活水平的提高和保健意识的增强，对休闲食品的品质、食味和营养素含量要求越来越高，不仅要美味可口、安全卫生，而且还需要有一定的营养价值及保健功能[1]。大豆是我国传统作物，富含优质植物蛋白、多种氨基酸以及维生素等营养成分[2]。布丁是一种常见的半固体状甜品，作为一种休闲食品越来越受到消费者的喜爱[3-4]。创新布丁食品的生产工艺，是目前国内外休闲食品研究中的热点问题。目前关于布丁的研究大多以鸡蛋、牛奶动物蛋白源作为主要原料[5]，采用植物蛋白源大豆代替鸡蛋、牛奶作为蛋白质组分添加入布丁，目前国内研究较少，李天骄等对大豆牛奶布丁配方进行了研究[6]，赵兰等研究了琼胶对大豆牛奶布丁货架期的影响[7]。但对大豆全替代做布丁休闲食品，其食味、质构及品质研究还未见报道。

将大豆与鲜果的优势结合，以布丁为载体制成一种新型高营养低热量的休闲食品，不仅可以补充膳食纤维、维生素等营养物质，而且高植物蛋白对人体健康有重要作用。以黑龙江省的优质大豆和新鲜水果为原料，采用响应曲面法优化鲜果布丁的配方，确定加工工艺，制备富含大豆蛋白的新型水果豆丁食品，为鲜果豆丁的生产加工提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

芒果、白砂糖、大豆、明胶、琼脂、柠檬酸，市售；硫酸铜，天津市双船化学试剂厂；硫酸钾，西陇化学工业股份有限公司；浓硫酸，天津市大陆化学工业试剂厂；盐酸，哈尔滨市化学工业试剂厂；氢氧化钠，哈尔滨市化学工业试剂厂；硼酸，西陇化学工业股份有限公司；甲基红，天津市天新精细化工研究开发中心；试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

FDM-Z100磨浆机，镇江新区大港晶晶食品机械厂；DHG-9240A型电热鼓风干燥箱，上海科学技术有限公司；AL204型分析天平，赛多利斯科学技术有限公司；HYP-2消化炉，上海纤检科技有限公司；凯氏定氮仪，上海纤检科技有限公司；HH-S电热恒温水浴锅，天津市欧诺仪器有限公司；C21-SDHCB51电磁炉，广东美的生活电器有限公司；Glutograph-E质构仪，英国Stable Micro System公司。

1.3 工艺流程

1.4 操作要点

（1）浸泡：冷水浸泡10～12 h，剔除坏豆、杂质等，按照豆水比1∶3进行浸泡。

（2）磨浆过滤：在试磨正常后，用豆浆机以正常速度磨碎，保证磨浆粗细适当，稀稠合适，并使用80～100目尼龙滤网，过滤2～3次。

（3）煮浆：保持5 min左右，趁热加入复合胶，不断搅拌。

（4）二次过滤：使用100目滤网缓慢过滤，滤去胶状固体和气泡。

（5）调配：加入果肉，进行缓慢混合。

（6）水浴灭菌：于90℃的水浴中保持10 min进行杀菌。

（7）灌装：将均质后的布丁液装入灭菌后的布丁杯中，用多功能封盖机进行封口。

1.5 实验方法

1.5.1 豆浆浓度的选择

按照复合胶添加量明胶2.5%、琼脂0.5%、木糖醇14%、柠檬酸0.3%，取不同豆水比进行磨浆，在室温下，分别取豆水比为1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7五个浓度梯度，制成豆浆，进行感官评价、质构评价及蛋白质提取率的检测。

1.5.2 复合胶（明胶、琼脂）添加量的选择

按照豆水比1∶5、木糖醇14%、柠檬酸0.3%的添加量，复合胶的添加量分为5个不同配比[8]，处理1明胶添加1.5%、琼脂0.5%；处理2明胶添加2.0%、琼脂0.5%；处理3明胶添加2.5%、琼脂0.5%；处理4明胶添加3.0%、琼脂0.5%；处理5明胶添加3.5%、琼脂0.5%，并进行感官及质构评价。

1.5.3 木糖醇添加量的选择

按照豆水比1∶5制得豆浆，复合胶添加为明胶2.5%、琼脂0.5%后，柠檬酸添加量为0.3%，木糖醇的添加量分别为10%、12%、14%、16%、18%5个水平制备大豆布丁，进行质构测试及感官评价。

1.5.4 柠檬酸添加量的选择

按照豆水比1∶5制得豆浆，复合胶添加为明胶2.5%、琼脂0.5%，柠檬酸添加量为0.3%的条件下，木糖醇的添加量14%、柠檬酸添加量分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，对制得的布丁产品进行感官评定。

1.5.5 果肉添加形式及添加量

根据配方：2.5%明胶、0.5%琼脂，14%白砂糖，0.2%柠檬酸，按照加入量10%、12%、14%、16%、18%加入果肉制备鲜果豆丁，进行感官评价。

1.5.6 响应曲面实验设计

根据复配胶添加量、木糖醇添加量、柠檬酸添加量，采用Box-Behnken模型，对复配胶添加量（A）、木糖醇添加量（B）和柠檬酸添加量（C）进行响应曲面实验设计，实验自变量因素编码及水平见表1。

表1 响应曲面实验自变量因素编码及水平

1.5.7 大豆布丁质构性质的测定

参照李美丽等的方法稍作改进[9]，用质构仪TAP模式进行测定。用直径为2 cm的取样器在大豆布丁中部取样，样品长5 cm、宽5 cm、高2 cm，选择直径为2 cm的探头，测试前速度为1 mm/s，测试速度1 mm/s，测试后速度1 mm/s，下压距离50%，测定指标为弹性、回复性。

1.5.8 大豆布丁感官评分标准

组织感官评定人员共10人，按照外观、气味、口感和风味4个项目对产品感官品质进行评价[10]，结果取平均值。产品感官评分标准如表2所示。

表2 鲜果豆丁感官评分标准

1.6 数据处理与分析

实验数据均采用SPSS进行统计分析，Origin软件进行绘图。对单因素实验结果进行处理分析，根据最佳项，选取中心点，采用Design-Expert 8.0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。Box-Behnken实验设计，对结果进行分析、验证，从而确定最佳配方。

2 结果与分析

2.1 豆浆浓度对布丁品质的影响

蛋白质含量是评价大豆食品的重要指标[11]，豆水比直接影响着豆丁的蛋白质含量。由图1可知，随着豆水比的增加，豆丁中蛋白质含量先增加后减小。豆浆浓度较高时，蛋白质并不能完全结合在豆丁中，豆浆浓度较低时，蛋白质含量较少，即使完全结合，豆丁中蛋白质含量依然较低。在豆水比1∶5时豆丁中蛋白质含量达到最大，为4.58%。蛋白质含量越高，鲜果豆丁的营养价值越高，豆水比1∶5是蛋白质含量最高的经济比例。感官评价得到的数据绘制点线图，由图1可知豆水比1∶5制得的豆丁成型较好、口感细腻、弹性适中且大豆香味浓郁，感官评价得分明显高于其他组。选取弹性和回复性为主要指标对豆丁的质构特性进行评价，结果如图2所示，由图2可得，豆水比1∶5浓度下得到的豆丁，回复性明显高于其他浓度，且弹性适宜，故选此豆水比为最佳浓度，进行后续单因素实验。

图1 豆浆浓度对豆丁中蛋白质含量及感官品质的影响

图2 豆浆浓度对豆丁质构特性的影响

2.2 复合胶（明胶、琼脂）添加量对布丁品质的影响

明胶、琼脂是果冻、布丁类食品中重要的凝固剂，选择几种不同的凝固剂进行复配，可使产品具备更好的凝胶性[12]。如图3、图4所示根据质构特性和感官得分进行分析，当琼脂添加量为0.5%，随着明胶添加量的逐渐增加，豆丁的感官评分先升高后降低，明胶添加量过高豆丁口感偏硬，弹性较低，效果较差。明胶添加量为1.5%时，豆丁弹性较差，感官上偏软，有一定的流动性，成型效果差；明胶添加量为2.0%时，质构测试豆丁的弹性一定程度上提升，弹性基本符合，能成型，有较好的形状，而口感偏软、回复性较差；明胶添加量为2.5%时，结合质构特性和感官评分来看，豆丁成型效果最好，弹性、回复性适中，符合布丁食品口感以及形状要求；明胶添加量为3.0%时，弹性变化不大，但回复性变差，口感偏硬；当明胶添加量为3.5%时，豆丁成型较好，但口感偏硬、感官评分较低。故选取明胶添加量为2.5%为响应曲面实验设计中心点。

2.3 木糖醇添加量对布丁品质的影响

木糖醇作为甜味剂，有着优越的性能和较广泛的应用[13-14]。木糖醇的添加对风味影响较明显，从风味上进行感官评价，由图5可得添加量为10%时，甜味不明显，豆香味过于浓郁；添加量为12%时有一些甜味；当添加量为14%时，甜度适中，具有较好的豆香味，口味适中；当添加量为16%，稍有甜腻感，甜度过量，掩盖了豆香风味；当添加量为18%时，甜腻感明显，口味不宜。所以选取添加量为14%作为响应曲面实验设计的中心点。

图3 复合胶添加量对豆丁质构特性的影响

2.4 柠檬酸添加量对布丁品质的影响

柠檬酸是一种重要的食品添加剂，可以调节食物风味，增加酸度，有利于增加食欲。酸性物质的添加会对大豆蛋白的溶解度和凝胶状态产生影响[15]。由图6可得当柠檬酸添加量为0.1%时酸味不明显，风味影响小；添加量为0.2%时，有一些酸味。添加量为0.3%，酸味适中，有一定的风味；添加量为0.4%时，酸味略重；添加量为0.5%，酸味重，且口感苦涩，风味较差。从感官评价得分上看，0.3%的添加量感官评分最高，选0.3%为响应曲面实验设计中心点。

图4 复合胶添加量对豆丁感官品质的影响

2.5 果肉添加形式及添加量对布丁品质的影响

果肉的弹性与豆丁的弹性差异，可以增加食物的口感，并且水果富含维生素等营养物质，增加豆丁的营养价值。果肉添加量较小时，不能达到预期的口感，且果香味不明显；果肉添加量过大，则会掩盖大豆鲜果布丁的独特豆香风味。根据图7可以看出当添加量为14%时，口感最好，豆丁的弹性与果肉弹性的差距感适中。选取添加量14%作为响应曲面实验的设计中心点。

2.6 响应曲面法优化分析

图5 木糖醇添加量对豆丁感官品质的影响

图6 柠檬酸添加量对豆丁感官品质的影响

图7 果肉添加量感官对豆丁感官品质的影响

根据以上实验结果，以复合胶添加量、木糖醇添加量、柠檬酸添加量3个因素为自变量，以感官得分作为响应值，使Design-Expert8.0软件对表3实验结果进行二次多项回归拟合得出回归方程：Y=92.00-2.38×A-0.63×B1.25×C+0.25×A×C-0.25×B×C-8.00×A2-10.50×B2-6.25×C2。回归模型高度显著（P＜0.0001），失拟项不显著（P=1.25＞0.05），确定系数R2=0.998 8，校正系数R2adj=0.997 3，说明该模型对实验拟合度好，对鲜果豆丁进行预测评估由表4可知，一次项A、C均达到极显著水平（P＜0.01），B达到显著水平（P＜0.05），由F值可知，各因素对产品感官得分的影响主次顺序依次为A＞C＞B，即复合胶添加量＞柠檬酸添加量＞木糖醇添加量；A2、B2、C2对产品的感官得分有极显著的影响（P＜0.01）；因素AC、BC对产品感官得分的影响不显著（P＞0.05）。

表3 Box-Behnken试验设计与结果

响应曲面图如图8所示，分析复合胶添加量、木糖醇添加量、柠檬酸添加量对鲜果豆丁品质的影响。可以看出3因素的交互作用，对豆丁的影响。图8（a）可以看出复合胶添加量对豆丁的显著作用，当添加量逐渐增加时，感官评分先增高达到最高点，在逐渐下降，最高点复合胶的添加量为2.5%。图8（b）复合胶与柠檬酸添加量的交互对感官影响略有影响，由图8（b）可知在复合胶添加量为2.5%时柠檬酸对感官影响较小，柠檬酸添加量为0.3%时为最佳点。由图8（c）可得柠檬酸与木糖醇添加量对感官评分的影响，木糖醇添加量的影响略大，最佳点为柠檬酸添加量为0.3%，木糖醇添加量为14%感官评分最高。

表4 回归模型方差分析

图8 各因素交互作用对产品感官得分的影响

结合以上数据，响应面法优化最佳配方为复合胶添加量为明胶2.5%+琼脂0.5%，木糖醇添加量为14%，柠檬酸0.3%，模型预测感官得分为92。采用最佳配方进行验证试验，得出感官得分为93，与预测值接近，表明模型拟合程度较好，可用该配方制作鲜果豆丁。

2.7 大豆布丁品质分析

按照最佳配方制备大豆鲜果布丁，从蛋白质含量、质构特性及感官评价3个方面与市售布丁产品进行对比可得数据见表5。

从表5数据可以看出，大豆鲜果布丁蛋白质含量为4.58%，明显高于市售布丁产品，具有较高的营养价值。在质构特性方面，大豆鲜果布丁的弹性、回复性均略高于市售布丁，具有较好的质构特性。另外，大豆鲜果布丁口感好，具有豆香风味，感官得分略高于市售布丁产品。综上，最佳配方制备的鲜果豆丁明显优于市售布丁产品，具有较好的市场前景。

表5 鲜果豆丁与市售布丁产品比较

3 结论

在单因素实验的基础上，采用响应曲面法优化鲜果豆丁工艺。以产品感官得分为响应值，得到鲜果豆丁的最佳配方为：豆水比1∶5，复合胶的添加量为明胶2.5%、琼脂0.5%，木糖醇添加量14%，柠檬酸添加量为0.3%。在此最优条件下制备的大豆牛奶布丁蛋白质含量为4.58%，弹性为0.88，回复性为1.31，感官得分为93，优于市售布丁产品，具有良好的外观、风味和口感。