全 文 ：Plackett- Burman联用正交设计优选紫苏蛋白
酸奶加工工艺
冷进松1，2，孙国玉1，由喆1，朱珠2，*
（1.吉林工商学院食品工程学院，吉林长春 130062；2.吉林工商学院粮油食品深加工吉林省高校重点
实验室，吉林长春 130062）
摘 要：以新鲜牛乳和脱臭紫苏蛋白为主要原料，经杀菌、真空浓缩、冷却、添加乳酸菌发酵剂发酵，研发出营养和保
健功效高的新型酸奶产品。以感官得分为指标，通过单因素试验，Plackett-Burman因素筛选、结合正交试验设计对生
产工艺进行优化。评价了紫苏蛋白粉添加量、乳酸菌添加量、木糖醇添加量、羟甲基纤维素钠（CMC）添加量、发酵温
度、发酵时间 6个因素对酸奶感官得分的影响。最终确定最优生产工艺为：紫苏蛋白粉添加量 5 %、乳酸菌添加量
0.4 %、木糖醇添加量 0.55 %、羟甲基纤维素钠（CMC）添加量 0.2 %、发酵温度 42℃、发酵时间 4 h。该产品具有良好的
感官性状，是一种营养丰富，开发前景广阔的产品。
关键词：紫苏蛋白；木糖醇；酸奶；Plackett-Burman设计；工艺
Optimization of Process Technology of Perilla Protein Yoghourt by Plackett-Burman Combined with
Orthogonal Test
LENG Jin-song1，2，SUN Guo-yu1，YOU Zhe1，ZHU Zhu2，*
（1. College of Food Engineering，Jilin Business and Technology College，Changchun 130062，Jilin，China；
2. Jilin Province Key Laboratory of Grain and Oil Processing，Jilin Business and Technology College，
Changchun 130062，Jilin，China）
Abstract： A new yoghourt was processed through sterilization，vacuum concentration， cooled， added lactic
acid bacteria fermentation processing， used fresh milk and deodorized perilla seed protein as the main raw
material， developed a new type of yoghurt products has high nutrition and health care effect. Judged by the
sensory evaluation， through the single factor experiment， the Plackett-Burman factor screening， combined with
the orthogonal test to the production process optimization experiment design. Evaluation of the effect of perilla
seed protein amount， lactic acid bacteria amount， xylitol amount， CMC amount， fermentation temperature，
fermentation time 6 factors on yoghurt sensory. To determine the optimal production technology for perilla seed
protein amount 5 % ， lactic acid bacteria amount 0.4 % ， xylitol amount 0.55 % ， CMC amount 0.2 % ，
fermentation temperature 42℃，fermentation time 4 h. The product had good sensory properties，it was a nutrient
rich， with broad prospects for development of products.
Key words： perilla seed protein； xylitol； yoghurt； Plackett-Burman design； process
食品研究与开发
Food Research And Development
2015 年 8 月
第 36 卷第 16 期
DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.16.027
基金项目：吉林省科技厅科技支撑计划重大科技攻关专项
（20130204044NY）
作者简介：冷进松（1981—），男（汉），讲师，硕士，研究方向：食品资源
开发与利用。
*通信作者：朱珠（1960—），女（汉），教授，研究方向：食品科学与
工程。
酸奶是以牛乳或复原乳为主要原料，添加或不添
加辅料，使用含有保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌的菌
种发酵制成的产品 [1]，是一种集营养与保健为一体的
乳制品，具有促进消化，预防疾病，维护健康的功效[2]。
紫苏蛋白来源于紫苏籽压榨法取油后的副产品，其净
蛋白比值（NPR）、功效比值（PER）、和真消化率（TD）分
工艺技术
111
别为 2.87 %、2.07 %和 82.6 %。紫苏籽蛋白质氨基酸的
组成全面、合理，其氨基酸种类多达 18种，含有人体所
必需的全部 8种氨基酸和儿童必需的 10种氨基酸，是
一种比较好的植物蛋白资源[3]。
本研究以鲜牛乳和紫苏蛋白粉为主要原料，经乳
酸菌发酵，确定适宜的加工工艺条件制备紫苏蛋白酸
奶。目前，绝大部分酸奶类产品以原味酸奶和调味酸奶
为主。随着消费者生活条件的提高，营养健康意识地不
断提高，酸奶的消费也越来越普及，酸奶由单一特殊
风味的饮料向具有不同营养价值和保健功效的功能
性饮料发展成为趋势[4]。本试验该产品兼有紫苏蛋白
和酸奶的双重营养保健作用，其研制将为消费者提供
功能性乳制品的更多选择空间，具有良好的开发前景。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
紫苏蛋白粉：吉林沃达食品有限公司；乳酸菌：北
海群林生物工程有限公司；木糖醇：武汉盛世天元生
物科技有限公司；羧甲基纤维素钠：西安大丰收生物
科技有限公司。
1.2 仪器与设备
LDZX-50FBS立式压力高压蒸汽灭菌器：上海申
安医疗器械厂；BHP-9272电热恒温培养箱：常州杰博
森仪器有限公司；SRH500-45高压均质机：上海申鹿
均质机有限公司；SW-CJ-1FD单人单面净化工作台：
苏州净化有限公司；KA62NV06TI冰箱：博西华家用电
器有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 工艺流程
紫苏蛋白、木糖醇、稳定剂
↓
鲜乳→配料→预热均质→热力杀菌→真空浓
缩→冷却→接种→装瓶→发酵→冷藏后熟→成品
↑
发酵剂
1.3.2 操作要点
1.3.2.1 原料乳选择
选用鲜乳，要求酸度在 18 °T以下，细菌总数不高
于 5×105 cfu/mL，总干物质含量≥11.5 %，其中非脂乳
固体含量≥8.5 %。原料乳不得使用病畜乳和残留抗菌
素、杀菌剂、防腐剂的牛乳。
1.3.2.2 配料
在消毒过的玻璃罐中放入鲜乳，加入 5 %紫苏蛋
白、0.5 g/100 mL木糖醇、0.1 %羧甲基纤维素钠，不断
搅拌。
1.3.2.3 预热均质
预热温度控制在 50 ℃~65 ℃，可防止均质后的产
品中脂肪上浮，增加产品稳定性。原料配合后进行均
质处理。均质处理可使原料充分混匀，有利于提高酸
乳的稳定性和稠度，并使酸乳质地细腻，口感良好。采
用的压力以 20 MPa~25 MPa为好。
1.3.2.4 热力杀菌
采用 90℃～95℃，杀菌 5 min~10 min，对原料乳进
行杀菌。
1.3.2.5 真空浓缩
杀菌后的物料进人真空蒸发器中，物料的浓度控
制在 21 %～22 %。
1.3.2.6 冷却
将杀菌后的乳快速冷却至 46℃～48℃后，准备接种。
1.3.2.7 接种
将 5 %乳酸菌接入已灭过菌且冷却至 46℃～48℃
的热牛奶中，充分搅拌混匀。
1.3.2.8 发酵
发酵剂混匀后，迅速置于 41 ℃～42℃电热恒温箱
中培养，发酵时间一般在 3 h~4 h。达到凝固状态时，当
滴定酸度达到 60 °T~70 °T以上，pH低于 4.6，表面有
少量水痕，奶变粘稠时即可终止发酵。
1.3.2.9 冷藏后熟
发酵结束后，应立即移入 0 ℃～5 ℃的冰箱中，终
止发酵过程，使酸乳的特征（质地、口昧、酸度等）达
到所设定的要求。另外，冷藏还具有促进香味物质产
生，改善酸乳硬度的作用。一般将酸乳终止发酵后第
12 h~24 h称为后熟期，在此期间香味物质的产生会达
到高峰期。0℃～5℃贮藏 24 h，即可。
1.3.3 感官评分标准
对酸奶产品进行随机编号，取一定量样品放入带
有编号的容器中，选 10名有经验的食品专业的人员组
成评分小组，分别对产品的色泽（25分）、滋味（25分）、
气味（25分）、组织形态（25分）进行综合评价，最后根
据各个指标所占的比重，计算出感官综合评分（满分
100分），各项指标所占比重见表 1[5]。
1.3.4 单因素试验
采用单次单因素法，假定各因素不存在交互作
用，当其它因素保持不变，只改变其中一个因素，然后
逐个进行考察分析[6]。
1.3.5 Plackett-Burman实验设计筛选主要影响因素
1.3.5.1 因素及水平范围
在单因素试验基础上，对紫苏蛋白粉添加量、乳
冷进松，等：Plackett-Burman联用正交设计优选紫苏蛋白酸奶加工工艺 工艺技术
112
项目 效应 系数 系数标准误 T P 差异显著性
紫苏蛋白添加量/%
乳酸菌添加量/%
木糖醇添加量/%
CMC添加量/%
发酵温度/℃
发酵时间/h
-3.300
3.733
3.000
3.067
-2.567
-3.333
-1.650
1.867
1.500
1.533
-1.283
-1.667
0.535 0
0.535 0
0.535 0
0.535 0
0.535 0
0.535 0
-3.08
3.49
2.80
2.87
-2.40
-3.12
0.037
0.025
0.049
0.046
0.074
0.036
+
+
+
+
-
+
表 3 偏回归系数及影响因子的显著性分析
Table 3 Analysis of partial regression coefficient and significance of factors
注：+表示差异显著；-表示差异不显著；P为差异显著性参数。
1.3.5.2 Plackett-Burman试验结果分析
利用 Minitab 对 Plackett-Burman 试验数据进行
分析，结果如表 3所示，其标准偏差为 1.853 38，预测
误差平方和为 54.79 %，回归方程的误差系数 R2为
表 1 感官评分标准
Table 1 Standard of sensory evaluation
酸菌添加量、木糖醇添加量、羟甲基纤维素钠（CMC）添
加量、发酵温度、发酵时间 6个因素进行考察，每个因
素取低水平“-1”和高水平“l”。另设 1个虚拟列，设计
实验次数 N=12的 Plackett-Burman实验，以感官得分
Y为回应值，Plackett-Burman试验因素及水平及结果
见表 2。
级别 项目
色泽（25分） 滋味（25分） 气味（25分） 组织形态（25）
优（20-25分）
良（15-20分）
中（10-15分）
差（＜10分）
色泽均匀一致，呈乳白色或捎带
微黄色
色泽基本均匀，呈微黄色
色泽不均匀，呈浅灰色或灰白色
色泽灰暗或其它异常颜色
酸甜口味调和，有纯正的酸奶味
酸甜口味基本调和，酸奶味较纯
正
口味不调和或有其它不良滋味
有苦涩味或其它不良滋味
有清香、纯正的酸奶味，香气浓
郁持久，无腐败气味
酸奶香气浓郁，但整体气味协调
性差
酸奶香气淡薄，整体气味不协调
有腐败、霉变、酒精发酵味以及
其它不良气味
凝乳均匀细腻，无气
泡，无乳清洗出现象
凝乳不均匀，较浓稠，
有乳清析出
凝乳不良，有气泡，乳
清析出比较严重
乳清析出严重，酸奶
表明有霉斑
表 2 Plackett-Burman试验设计表及试验结果
Table 2 Plackett-Burman design and experimental results
运行序 紫苏蛋白添加量/% 乳酸菌添加量/% 木糖醇添加量/% CMC添加量/% 发酵温度/℃ 发酵时间/h 虚拟项Ⅰ Y（感官得分）/分
1 1（15） -1（0.2） 1（1.5） 1（0.4） -1（40） 1（6） -1 86.7
2 -1（5） -1 1 1 1（45） -1（4） 1 95.5
3 1 -1 1 -1（0.1） -1 -1 1 91.2
4 1 1（0.6） -1（0.5） 1 -1 -1 -1 91.7
5 -1 1 -1 -1 -1 1 1 92.3
6 1 1 -1 1 1 -1 1 91.6
7 1 -1 -1 -1 1 1 1 84.5
8 -1 1 1 1 -1 1 1 98.5
9 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 85.7
10 -1 1 1 -1 1 -1 -1 92.7
11 1 1 1 -1 1 1 -1 82.8
12 -1 -1 -1 1 1 1 -1 83.6
冷进松，等：Plackett-Burman联用正交设计优选紫苏蛋白酸奶加工工艺工艺技术
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因素 偏差平方和 自由度 F比 F临界值 显著性
A
B
C
D
空白Ⅰ
E
空白Ⅱ
误差
16.245
2.205
4.505
0.005
0.845
1.805
0.845
1.69
1
1
1
1
1
1
1
2
19.225
2.609
4.976
0.006
1.000
2.136
1.000
18.500
18.500
18.500
18.500
18.500
18.500
18.500
显著
不显著
不显著
不显著
不显著
不显著
不显著
表 6 方差分析结果
Table 6 Analysis of variance for the experiment results of
orthogonal array design
94.98%；调整后 R2为 86.19 %。
从检验结果可以看出：主效应中，紫苏蛋白粉添
加量、乳酸菌添加量、木糖醇添加量、羟甲基纤维素钠
（CMC）添加量、发酵时间 5个主要因素效应显著，其 P
分别为 0.037、0.025、0.049、0.046 和 0.036，均小于
0.050，可以作为进一步优化的因素。其他因素对结果
影响不大，在进一步研究中，取中间水平，对影响效果
不进行分析[7]。
1.3.6 正交试验设计
根据 Plackett-Burman试验设计结果，本试验选择
紫 A-苏蛋白粉添加量（%）、B-乳酸菌添加量（%）、C-
木糖醇添加量（%）、D-羟甲基纤维素钠（CMC）添加量
（%）、E-发酵时间（h）五因素二水平进行正交设计。选
用 L8（27）正交试验表进行实验。正交试验设计因素水
平表见表 4，试验安排及结果见表 5，方差分析见表 6。
由极差分析可知，各因素对酸奶加工工艺的影响
次序为 A＞C＞B＞E＞D。方差分析结果表明紫苏蛋白添
加量对蘸料加工工艺具有显著影响，其它因素则影响
不显著。结合单因素试验及生产实际考虑，确定紫苏
蛋白酸奶最佳加工工艺为 A1B1C1D1E1，即紫苏蛋白粉
添加量为 5 %，乳酸菌添加量 0.4 %，木糖醇添加量
0.55 %，CMC添加量 0.2 %，发酵时间为 4 h。
3 结论
通过不同原料添加量对产品感官得分影响的单
因素试验、Plackett-Burma试验、正交试验，根据直观
分析和方差分析，获得最优化工艺。从试验结果看，准
确度和精密度均较高。紫苏饼在我国主要被用作肥料
和饲料，造成了极大的浪费，紫苏蛋白来源于压榨取
油后的紫苏饼，具有较高的营养价值，可应用于功能
食品的开发。在酸奶中添加适量的紫苏蛋白可以制作
出感官、营养、保健性能均佳的新型发酵乳制品，具有
较高的推广价值。
参考文献：
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计[J].食品研究与开发,2014,35(2):57-63
收稿日期：2015-04-16
水平 A B C D E
1
2
5.0
6.0
4.0
5.0
0.55
0.65
0.20
0.30
4.0
6.0
表 4 正交试验因素水平表
Table 4 Factor and levels of orthogonal experiment
试验
号
A B C D
空白
列Ⅰ
E
空白
列Ⅱ
感官
得分
1 1 1 1 1 1 1 1 98.4
2 1 1 1 2 2 2 2 97.4
3 1 2 2 1 1 2 2 94.3
4 1 2 2 2 2 1 1 96.5
5 2 1 2 1 2 1 2 94.1
6 2 1 2 2 1 2 1 93.1
7 2 2 1 1 2 2 1 94.2
8 2 2 1 2 1 1 2 93.8
K1 96.650 95.750 95.950 95.250 94.900 95.700 95.550
K2 93.800 94.700 94.500 95.200 95.550 94.750 94.900
R 2.850 1.050 1.450 0.050 0.650 0.950 0.650
表 5 正交试验结果与极差分析
Table 5 Orthogonal experiment result
冷进松，等：Plackett-Burman联用正交设计优选紫苏蛋白酸奶加工工艺 工艺技术
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