响应面法优化黑豆干酪工艺条件

响应面法优化黑豆干酪工艺条件
谭淑君;蒋爱民;胡利辉
【摘要】采用Box-Behnken中心组合响应面试验,研究黑豆干酪的最佳工艺条件,建立氯化钙添加量、凝乳酶添加量以及凝乳温度对凝乳效果影响的二次多项回归模型,并验证模型的有效性.结果表明,黑豆干酪的最佳工艺条件:氯化钙添加量0.06％、凝乳酶添加量0.025％、凝乳温度32℃.此时模型预测凝乳效果评分为88.5,验证实验结果为88.0,与理论预测值基本吻合.%Box-Behnken response surface methodology was employed to optimize processing technology of black soybean-milk cheese. And the second order quadratic equation for amount of calcium chloride,a-mount of rennet, curd temperature was built and the applicability of the model equation was verified. The result of response surface showed that the optimum process parameters for black soybean-milk cheese as: amount of calcium 0. 06%,amount of rennet 0. 025%, curd temperature 32 ℃ and the model gave the prediction of 88. 5. The confirmatory test showed that the curd effect was 88, and fitted the predicted value.
【期刊名称】《食品与机械》
【年(卷),期】2011(027)006
【总页数】4页(P257-260)
【关键词】响应面;黑豆干酪;凝乳效果
【作者】谭淑君;蒋爱民;胡利辉
【作者单位】华南农业大学食品学院,广东广州 510642;华南农业大学食品学院,广东广州 510642;华南农业大学食品学院,广东广州 510642
【正文语种】中文
黑豆干酪是将黑豆乳与牛乳混合，加入适量的乳酸菌发酵剂、氯化钙和凝乳酶，经发酵、凝乳、切割、排乳清、拌盐、压榨、后熟等一系列工序后而制成的一种营养丰富的乳制品［1］。

中国黑豆资源丰富，各地均有栽培，尤以山西、河北、陕西较多，资源优势明显［2］。

黑豆含有丰富的蛋白质、脂肪、维生素、尼克酸、胡萝卜素、微量元素和粗纤维，其中蛋白质含量达48%以上，居豆类之首，素有“植物蛋白之王”的美誉［3，4］，且黑豆蛋白质的氨基酸组成和动物蛋白相似，其赖氨酸丰富并接近人体需要的比例，更容易消化吸收。

黑豆脂肪含有较多的不饱和脂肪酸，熔点低，易于消化吸收［5，6］。

以黑豆为原料，利用黑豆乳替代部
分牛乳加工双蛋白营养干酪，可降低干酪的加工成本，缓解中国乳源不足的现状，对干酪市场的开拓有一定的现实意义。

自日本的YD.Hang和H Jackon于1967年提出以大豆替代牛乳生产混合干酪［7］以来，国内外很多研究者便开始对豆牛乳混合干酪进行相关的研究［8，9］。

目前，国外的研究大多是通过在牛乳中添加大豆分离蛋白来改善干酪的品质，而中国的研究则主要集中在黄豆乳、花生乳混合干酪的研制上［10－12］。

目前尚未见
到黑豆乳干酪加工的相关报道。

响应面法是一种优化工艺条件的有效方法，可用于确定各因素及其交互作用在工艺过程中对响应值的影响，通过回归方程数学模型寻求最佳工艺参数，精确的表述因素和响应值之间的关系［13］。

本试验主要以黑豆和牛奶为原料，采用响应面法
对黑豆干酪的工艺条件进行优化。

牛乳：购于华南农业大学试验农场；
黑豆：广东阳帆食品有限公司；
凝乳酶，干酪发酵剂：丹尼斯克（Danisco）中国有限公司；
氯化钙：分析纯，广州化学试剂厂。

干酪槽：FT20A，英国Armfield公司；
电子天平：PL203，梅特勒－托利多仪器（上海）有限公司；
高压灭菌锅：YX－280D，合肥华泰医疗设备有限公司；
紫外－可见分光光度计：UV－1800，岛津仪器有限公司；
数显恒温水浴锅：HH－4，常州澳华仪器有限公司；
超净工作台：SW－CJ－2FD，上海新苗医疗器械有限公司；
培养箱：SPX－80BS－II，上海新苗医疗器械有限公司；
豆浆机：DJ14B－D09，九阳股份有限公司。

1.3.1 黑豆乳制备
黑豆→浸泡（豆水比为1∶3（m∶V），0.1%NaHCO3溶液室温下浸泡12h）→清洗→磨浆（豆水比为1∶6（m∶V））→过滤（200目）→杀菌（煮沸20min）→冷却备用
1.3.2 黑豆干酪加工工艺流程参见文献［14］。

1.3.3 凝乳效果评价采用加权系数法，以凝乳感官、乳清OD值、凝乳时间、产品得率为指标，进行综合评定，综合评定总分为100分，其中凝乳感官、乳清OD 值、凝乳时间、产品得率各为30、30、20和20分，具体评定标准见表1。

各项
目的测定方法如下：
（1）凝乳时间的测定：加入凝乳酶到凝乳开始切割所需要的时间。

（2）乳清OD值的测定：将排出的乳清于480nm处测定吸光值。

（3）产品得率的测定：干酪产品得率按式（1）计算。

1.3.4 试验设计根据前期单因素试验结果，选取单因素试验的最优点为中心点，采
用响应面法中的Box－Behnken试验设计优化黑豆干酪加工工艺。

根据Box－Behnken中心组合设计原理，选用影响凝乳特性的3个主要因素：氯化钙添加量、凝乳酶添加量、凝乳温度为自变量，以凝乳效果评分为响应值（Y），采用多元二次回归方程拟合因素与响应值之间的函数关系，从而寻求最佳的工艺参数，试验因素及水平设计见表2。

试验数据的处理分析采用Design expert 7.0软件进行。

经过Box－Behnken 3因素3水平试验，氯化钙添加量、凝乳酶添加量以及凝乳
温度对黑豆干酪凝乳效果的影响见表3。

利用Design Expert 7.0软件对试验数据进行多元回归分析，得到凝乳效果评分（Y）对自变量氯化钙添加量（X1）、凝乳酶添加量（X2）和凝乳温度（X3）的
二次多项回归模型方程（见式（2））：
对该模型进行方差分析，结果见表4。

由表4可知，模型P＜0.01，表明模型极显著，不同处理间的差异极显著。

失拟项反映试验数据与模型不相符的情况，该模型的失拟项（P＞0.05）不显著，说明模型选择正确。

模型的决定系数R2 ＝0.990 7，矫正决定系数 Adj R2 ＝0.978 7，
表明响应值变化的97.87%能用该模型来解释，故该模型拟合程度好，试验误差小，可有效分析和预测黑豆牛乳混合干酪的凝乳效果。

此外，从方差分析中还可以看出各因素对凝乳效果影响的大小顺序：凝乳酶添加量＞凝乳温度＞氯化钙添加量。

图1～6为各试验因素间交互作用的响应面及等高线图，从等高线图中可知，氯化钙的添加量与凝乳温度的交互作用显著，而氯化钙的添加量与凝乳酶的添加量，凝乳酶的添加量与凝乳温度之间的交互作用不显著。

从图1～6中的响应曲面图可以看出，当凝乳酶添加量和凝乳温度一定时，随着氯化钙添加量的增加，凝乳效果先增加后减小。

在乳中添加氯化钙可增加凝乳质地，促进凝乳，改善干酪品质，但过高或过低的Ca2＋浓度，都会导致凝乳粗糙，切
割时形成碎末，引起出品率下降。

当氯化钙添加量和凝乳酶添加量一定时，凝乳效果随着凝乳温度的增加呈先增加后减小的趋势，过高或过低的凝乳温度都不利于良好凝乳的形成。

当氯化钙添加量与凝乳温度一定时，凝乳效果随着凝乳酶添加量的增加而增加，增加凝乳酶的用量，可使酶和蛋白底物的接触几率增加，从而加速了蛋白的分解，缩短凝乳时间，增加凝乳质地，但其添加量也不可过多，过量的凝乳酶会导致凝块产生苦味。

对凝乳效果的二次多项回归模型进行最优求解，得出黑豆干酪加工过程中氯化钙添加量、凝乳酶添加量以及凝乳温度的最优值分别为0.06%、0.025%、32℃。

此时的凝乳效果评分为88.5。

为检验结果的可靠性，采用响应面优化的最佳条件进行5次验证实验，试验得出的平均凝乳效果评分为88.0，与预测值相近，故该模型合理，试验优化结果可行。

本试验采用响应面法研究了氯化钙添加量、凝乳酶添加量以及凝乳温度对黑豆干酪加工过程中干酪凝乳效果的影响，得到黑豆干酪的最佳加工工艺条件为氯化钙添加量0.06%、凝乳酶添加量0.025%和凝乳温度32℃。

研究结果说明不同的氯化钙添加量、凝乳酶添加量以及凝乳温度对黑豆干酪的凝乳效果有着比较明显的影响，只有选取适当的添加量才能制作出质地较好的干酪。

利用黑豆乳部分替代牛乳制作干酪，可节省生产成本，提高干酪的营养价值，其应用前景广阔。

但黑豆干酪的色泽不太理想，有待进一步研究。

【相关文献】
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2 常汝镇.中国黑豆资源及其营养和药用价值［J］.中国食物与营养，1998（5）：38～39.
3 洪迪清，王世清.黑豆的研究进展［J］.中国药业，2008，17（10）：80.
4 王敏，李丹，李荣和，等.黑豆营养价值及功能特性应用的研究与进展［J］.长春大学学报，2008
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7 崔旭海.豆乳干酪工艺优化及成熟特性的研究［D］.哈尔滨：东北农业大学，2006.
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13 邓学良，周文化，李岚，等.响应面法优化槟榔油提取工艺条件［J］.食品与机械，2010，25（6）：107～109.
14 Ricki Carrol，Robert Carroll.Cheesemaking made easy［M］.2nd ed.Vermont.Garden Way Publishing，1995：104～106.。