冰淇淋是一种深受广大消费者喜爱的休闲食品。2021年我国冰淇淋市场规模达1 600亿元，人均冰淇淋消费量增长至2.9 kg，但这与全球约4.5 kg的平均水平相比还存在很大差异，我国市场潜力巨大[1-2]。虽然冰淇淋消费量持续增长，但不可忽视的是消费者对于传统冰淇淋高脂、高糖和高热量特性的抗拒，这也是制约冰淇淋行业发展的关键问题。创新性开发健康型冰淇淋，可以同时满足消费者的消费及健康需求，助力冰淇淋产业的产品升级。
在冰淇淋产品中添加适当的功能性成分，可以改善冰淇淋风味，加强冰淇淋产品的营养价值，降低潜在健康问题。膳食纤维是一种既不能被胃肠道消化吸收，也不能产生能量的多糖[3]。适当增加摄入量可以减少胃肠道慢性疾病的发病率，调节血糖和血脂，有效预防肥胖、糖尿病和冠心病等[4-5]，该营养成分已被广泛应用于面包、功能性饮料、果冻等食品加工中[6-8]。但是膳食纤维的添加会导致产品质量下降，林丽静等[9]研究发现随着膳食纤维的添加量不断增加，产品质量会出现先上升后下降的趋势。膳食纤维的功能特性与其粒径密切相关，罗欣等[10]研究发现经过超微粉碎，超微粉的流动性降低、吸湿速度加快、色差减小。
传统冰淇淋产品以蔗糖为主要甜味剂，添加量可达17%[11]，高含糖量是冰淇淋容易引发糖尿病、肥胖和高血脂问题的重要因素。赤藓糖醇是一种新型的糖醇功能性食品甜味剂，由于人体内没有代谢赤藓糖醇的酶系，赤藓糖醇进入人体后，不参与糖的代谢，几乎不会引起血糖的变化[12]。同时，它还具有甜味协调性好，对酸、热稳定性高等优良特性[13]，已有研究发现在冰淇淋中添加适量赤藓糖醇，可以显著提高冰淇淋的形状保持能力[14]。
本文利用超微粉碎技术制备了菠萝渣超微膳食纤维，并将其添加到冰淇淋中。利用单因素和响应面试验对超微膳食纤维冰淇淋的配方进行优化并对其品质进行评价，以期为健康型冰淇淋的研发提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
菠萝：市售；全脂调制奶粉、淡奶油（食品级）：雀巢（中国）有限公司；赤藓糖醇（食品级）：保龄宝生物股份有限公司；单甘酯、羧甲基纤维素钠（carboxymethylcellulose sodium，CMC-Na）、明胶（食品级）：河南万邦化工科技有限公司。
1.2 仪器与设备
超微粉碎机（WZJ-6J）：济南倍力粉体技术工程有限公司；冰淇淋机（ICE-1510）：北京中兴柏翠电器有限公司；低温高速离心机（TGL-16M）：长沙湘仪离心机仪器有限公司；恒温水浴锅（HH-2）：常州越新仪器制造有限公司；恒温培养箱（MJX-250B-Z）：上海博迅医疗生物仪器股份有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 菠萝汁和菠萝渣超微膳食纤维的制备
取新鲜的菠萝，去除果皮，将果肉切成小块，并加入0.3%～0.5%的维生素C，压榨分离出菠萝汁，菠萝汁置-20℃冷冻保存。
向菠萝渣中加入与果汁等质量的蒸馏水，于70℃～80℃浸提10 min，进行第二次压榨，收集菠萝渣。将菠萝渣干燥至水含量为3%～5%，冷却至（25±1）℃。将干燥后的菠萝渣放入超微粉碎机，粉碎80 s，过80目筛，得到超微膳食纤维粉[15]。
1.3.2 超微膳食纤维的品质测定
分别检测菠萝超微膳食纤维和普通菠萝膳食纤维的持水力、持油力和膨胀力。
1.3.2.1 持水力的测定
分别称取菠萝超微膳食纤维和普通菠萝膳食纤维各1.00 g，加入30 mL蒸馏水，振荡均匀，室温下放置18 h，4 000 r/min离心20 min，弃上清液，称重。按照公式（1）计算持水力[16]。
1.3.2.2 持油力的测定
分别称取菠萝超微膳食纤维和普通菠萝膳食纤维各1.00 g，加入20 mL植物油，振荡均匀，室温下放置18 h，4 000 r/min离心20 min，丢弃上清液，称重。按照公式（2）计算持油力[16]。
1.3.2.3 膨胀力的测定
分别称取菠萝超微膳食纤维和普通菠萝膳食纤维各1.00 g，置于量筒中，记录此时的体积，加入8 mL蒸馏水混合均匀，室温下放置18 h，记录膨胀后的体积。按照公式（3）计算膨胀力[16]。
1.3.3 冰淇淋加工工艺
配料→混合→巴氏杀菌→冷却→均质→老化→凝冻→灌装→分装[17-18]。
1.3.4 单因素试验
基础配方（非变量成分）：奶粉7.0%、淡奶油6.0%、蔗糖3.0%、明胶0.15%、CMC-Na 0.15%、单甘脂0.3%。
1.3.4.1 超微膳食纤维添加量对冰淇淋品质的影响
在基础配方中添加9.0%赤藓糖醇和30%菠萝汁；分别添加0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%的菠萝超微膳食纤维粉。以产品的感官评分和膨胀率为指标，分析超微膳食纤维添加量对于冰淇淋品质的影响。
1.3.4.2 赤藓糖醇添加量对冰淇淋品质的影响
在基础配方中添加1.5%菠萝渣超微膳食纤维和30%菠萝汁；分别添加8.0%、11.0%、14.0%、17.0%和20.0%的赤藓糖醇。以产品的感官评分和膨胀率为指标，分析赤藓糖醇添加量对于冰淇淋品质的影响。
1.3.4.3 菠萝汁添加量对冰淇淋品质的影响
在基础配方中添加9.0%赤藓糖醇和1.5%菠萝超微膳食纤维；分别添加15%、25%、35%、45%和55%的菠萝汁。以产品的感官评分和膨胀率为指标，分析菠萝汁添加量对于冰淇淋品质的影响。
1.3.5 响应面试验
在单因素试验的基础上，以赤藓糖醇添加量（A）、菠萝汁添加量（B）和超微膳食纤维添加量（C）为因素值，以产品感官评分为响应值，根据Box-Behnken原理进行三因素三水平响应面试验设计，对菠萝渣超微膳食纤维冰淇淋的配方进行优化。因素水平见表1。为验证优化后配方的稳定性和产品品质，对优化后冰淇淋产品进行感官品质、膨胀率与抗融率指标的检测。
表1 响应面试验因素与水平
Table 1 Factors and levels of response surface experiment
水平C超微膳食纤维添加量/%-1 8.0 35.0 0.5 0 11.0 40.0 1.0 1 14.0 45.0 1.5因素A赤藓糖醇添加量/%B菠萝汁添加量/%
1.3.6 冰淇淋品质检测
1.3.6.1 感官评定
由10人组成感官评价小组，对产品的色泽、滋味、组织状态、风味进行感官评分[19-20]，感官评分标准见表2。
表2 感官评分标准
Table 2 Organoleptic evaluation standard
注：感官评价总分≥80，产品感官品质可接受。
项目 感官水平 分值色泽（20分） 均匀的淡黄色 14～20不均匀的淡黄色或过白色 7～13褐色 0～6滋味（20分） 甜味柔和纯正 14～20甜味不明显或略淡 7～13滋味过甜 0～6组织状态（30分） 均匀、细腻、无塌陷、无空洞、无冰晶 21～30较细腻、滑润、略有冰晶、形态较完整 11～20塌陷收缩严重，粗糙，过于黏稠 0～10风味（30分） 菠萝风味浓郁，风味协调 21～30菠萝风味淡薄，风味较协调 11～20有令人不愉快的异味或怪味 0～10
1.3.6.2 膨胀率测定
分别量取等体积凝冻前冰淇淋浆料和凝冻后冰淇淋成品，称重后按照公式（4）计算膨胀率[21]。
式中：M1为一定体积冰激凌浆料的质量，g；M2为一定体积冰激凌成品的质量，g。
1.3.6.3 抗融率测定
称取30 g硬化24 h以上的成品冰淇淋，立即放置于（28±1）℃的恒温培养箱中的筛网上，筛网下放置烧杯，用于呈放融化后的冰淇淋，经过20 min，称量融化的冰淇淋的质量[22]，按照公式（5）计算抗融率。
1.4 数据分析
采用Design Expert 12软件进行响应面试验设计、分析，采用Origin 2021软件作图。所有试验均重复3次，数据取平均值。
2 结果与分析
2.1 菠萝超微膳食纤维品质
菠萝超微膳食纤维和普通菠萝膳食纤维品质见表3。
表3 菠萝超微和普通膳食纤维品质
Table 3 Quality of pineapple superfine and normal dietary fiber
注：同列不同小写字母表示组间差异显著，P＜0.05。
种类持水力/（g/g）持油力/（g/g）膨胀力/（mL/g）超微膳食纤维 5.81±0.30a 3.70±0.12a 4.01±0.06a普通膳食纤维 2.73±0.21b 2.13±0.06b 3.80±0.10b
由表3可知，超微膳食纤维各项指标均高于普通膳食纤维，组间存在显著性差异（P＜0.05）；与文献[23]中不溶性菠萝皮渣膳食纤维的持水力（4.53 g/g）、持油力（1.39 g/g）和膨胀力（3.18 mL/g）相比，也均有提升。以上表明超微粉碎处理可以提升菠萝膳食纤维的整体性能。
2.2 单因素试验结果
2.2.1 超微膳食纤维添加量对冰淇淋品质的影响
超微膳食纤维添加量对冰淇淋品质的影响见图1。
图1 超微膳食纤维添加量对冰淇淋品质的影响
Fig.1 Effect of superfine dietary fiber content on the quality of ice cream
不同大写和小写字母表示组间差异显著，P＜0.05。
由图1可见，超微膳食纤维的添加会导致冰淇淋感官评分的降低。当超微膳食纤维添加量在1.5%以上时，产品感官评分开始低于80分，产品品质不可接受。随着超微膳食纤维添加量的上升，膨胀率呈降低趋势，但组间差异性不显著（P＞0.05）。当超微膳食纤维的添加量低于1.5%时，随着超微膳食纤维添加量的增加胀率略有降低，下降了14.05%；当继续增加超微膳食纤维添加量至2.5%，膨胀率快速下降至28.72%。综合考虑超微膳食纤维对冰淇淋感官品质和膨胀率的影响，确定超微膳食纤维的最适添加范围为0.5%～1.5%。
2.2.2 赤藓糖醇添加量对冰淇淋品质的影响
赤藓糖醇添加量对冰淇淋品质的影响见图2。
图2 赤藓糖醇添加量对冰淇淋品质的影响
Fig.2 Effect of erythritol content on the quality of ice cream
不同大写和小写字母表示组间差异显著，P＜0.05。
由图2可见，随着赤藓糖醇添加量的增加，冰淇淋的感官评分逐渐升高，在添加量为11.0%时达到最大值（88.1±4.3），之后随着赤藓糖醇添加量的增加，产品感官评分下降。冰淇淋感官评分随赤藓糖醇添加量的增加变化不显著（P＞0.05）。当赤藓糖醇添加量低于14.0%时，冰淇淋膨胀率随赤藓糖醇添加量的增加而上升。在添加量为14.0%时膨胀率达到最大值为（52.61±1.7）%，之后呈下降趋势。基于赤藓糖醇对冰淇淋感官品质和膨胀率的影响，确定赤藓糖醇的最适添加范围为8.0%～14.0%。
2.2.3 菠萝汁添加量对冰淇淋品质的影响
菠萝汁添加量对冰淇淋品质的影响见图3。
图3 菠萝汁添加量对冰淇淋品质的影响
Fig.3 Effect of pineapple juice content on the quality of ice cream
不同大写和小写字母表示组间差异显著，P＜0.05。
由图3可见，当果汁添加量低于45.0%时，冰淇淋的感官评分随添加量的增加而提高，添加量为45.0%时冰淇淋的感官评分达到最大值（89.0±6.3）。但是随着菠萝汁量的继续增加，冰淇淋的感官得分反而降低。分析原因是由于果汁添加过多，导致产品口味偏甜，冰晶多且粗，适口性差，这也与何金兰等[24]的研究结果相符合。随着菠萝汁添加量的变化，可导致膨胀率先增加后降低，组间无显著性差异（P＞0.05)。当菠萝汁添加量低于35.0%时，膨胀率随着菠萝汁添加量的增加而上升，在菠萝汁的添加量为35.0%时膨胀率达到最大（52.5±1.5）%。当添加量超过35.0%时，随着菠萝汁添加量的增加膨胀率逐渐降低。结合考虑菠萝汁对冰淇淋感官品质和膨胀率的影响，确定菠萝汁的最适添加范围为35.0%～45.0%。
2.3 响应面试验结果
2.3.1 响应面模型的建立及方差分析
响应面试验设计与结果见表4。
表4 响应面试验设计与结果
Table 4 Response surface experiment design and results
编号 因素 感官评分A/% B/% C/%1 11.0 40.0 1.0 89.9 2 14.0 40.0 0.5 84.7 3 8.0 40.0 1.5 80.8 4 14.0 35.0 1.0 86.1 5 11.0 40.0 1.0 91.5 6 8.0 45.0 1.0 87.1 7 11.0 35.0 0.5 80.1 8 11.0 40.0 1.0 91.3 9 11.0 40.0 1.0 90.7 10 11.0 45.0 1.5 86.5 11 11.0 35.0 1.5 84.6 12 8.0 40.0 0.5 82.7 13 14.0 45.0 1.0 90.9 14 8.0 35.0 1.0 82.8 15 11.0 40.0 1.0 91.8 16 11.0 45.0 0.5 89.2 17 14.0 40.0 1.5 80.9
对表4中的数据进行回归分析，得到回归模型方程：Y=91.04+1.15A+2.51B-0.49C+0.13AB-0.48AC-1.80BC-3.57A2-0.75B2-5.19C2。
响应面回归方程方差分析见表5。
表5 响应面回归方程方差分析
Table 5 Variance analysis of the response surface regression equation
注：*表示影响显著（P＜0.05）；**表示影响极显著（P＜0.01）。
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性模型 259.34 9 28.82 15.66 0.000 8 **A 10.58 1 10.58 5.75 0.047 6 *B 50.5 1 50.5 27.45 0.001 2 *C 1.9 1 1.9 1.03 0.343 2 AB 0.062 5 1 0.062 5 0.034 0.859 AC 0.902 5 1 0.902 5 0.490 5 0.506 3 BC 12.96 1 12.96 7.04 0.032 8 *A2 53.66 1 53.66 29.17 0.001 **B2 2.34 1 2.34 1.27 0.296 9 C2 113.63 1 113.63 61.76 0.000 1 **残差 12.88 7 1.84失拟项 10.61 3 3.54 6.23 0.054 8纯误差 2.27 4 0.568总和 272.22 16
由表5可见，该模型的P＜0.01，表明建立的回归模型具有极显著性；失拟项P＞0.05，即模型失拟项不显著；模型相关系数R2=0.952 7，说明该模型拟合情况良好，该模型可以用来分析和预测产品最优配方。由主要因素A、B、C的F值可知，各因素对菠萝渣超微膳食纤维冰淇淋感官品质影响的顺序：菠萝汁添加量（B）＞赤藓糖醇添加量（A）＞超微膳食纤维添加量（C）。
2.3.2 最优配方确定与验证试验
验证试验结果见表6。
表6 验证试验结果
Table 6 Validation test results
膨胀率/% 抗融率/% 感官评分58.21±3.49 45.04±2.68 92.70±1.15
经响应面回归分析得到的最优配方：超微膳食纤维添加量0.9%、果汁添加量45.0%、赤藓糖醇添加量11.6%、全脂奶粉添加量7.0%、淡奶油添加量6.0%、白砂糖添加量3.0%、明胶添加量0.15%、单甘酯添加量0.30%，CMC-Na添加量0.15%，在此条件下预测冰淇淋感官评分为93.19。以最优配方制备冰淇淋，所得产品颜色均匀一致，口感细腻，平均感官评分为92.70±1.15，与理论值基本相符，同时优化配方后冰淇淋的膨胀率为（58.21±3.49）%，抗融率为（45.04±2.68）%，均在软冰淇淋质量标准SB/T 10418—2017《软冰淇淋》范围内[25]，表明优化后配方能够提升产品品质，且具有稳定性。
2.3.3 因素交互作用分析
各因素两两交互作用对菠萝渣超微膳食纤维冰淇淋感官评分影响的响应面图见图4。
图4 各因素交互作用的响应面和等高线图
Fig.4 Response surface and contour plots of interaction of various factors
如图4 a所示，超微膳食纤维添加量一定时，随着菠萝汁添加量的增加，感官评分略有上升；随着赤藓糖醇添加量的增加，感官评分先上升后下降。响应曲面平缓，两因素交互作用不显著。图4 b可见，菠萝汁添加量一定时，随着赤藓糖醇和超微膳食纤维添加量的增加，感官评分均呈现先上升后下降的趋势。等高线图呈圆形，表明赤藓糖醇和超微膳食纤维的交互作用不显著。由图4 c可见，赤藓糖醇添加量一定时，随着超微膳食纤维添加量的增加，感官评分先升高后降低；随着菠萝汁添加量的增加，感官评分呈下降趋势，BC两因素交互作用显著。
3 结论
本试验通过添加超微膳食纤维成分、利用赤藓糖醇替代部分蔗糖，研发了一款膳食纤维含量高、热量低的菠萝味冰淇淋。利用超微粉碎技术处理菠萝渣，可以制得较高品质的超微膳食纤维。单因素试验发现超微膳食纤维、赤藓糖醇及菠萝汁用量是影响菠萝渣超微膳食纤维冰淇淋品质的主要因素。为提高新产品品质，利用响应面优化实验，对菠萝渣超微膳食纤维冰淇淋的配方进行了优化，确定最佳生产配方：超微膳食纤维粉0.9%、菠萝汁45.0%、赤藓糖醇11.6%、基础配方（全脂奶粉10.0%、淡奶油6.0%、白砂糖3.0%、明胶0.15%、单甘酯0.30%、CMC-Na 0.15%）。此配方制备的菠萝渣超微膳食纤维冰淇淋，颜色均匀一致，有浓郁的果香味，口感细腻。本试验创新性研发的菠萝渣超微膳食纤维冰淇淋，在较低成本下对传统冰淇淋进行了升级，提升其健康属性，丰富了产品种类，对于健康零食的开发具有参考借鉴意义。
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