均勻設計法對荷葉飲料配方的優化研究

侯溫甫，王 博，王宏勛，趙國嬌

（武漢工業學院 食品科學與工程學院，湖北 武漢 430023）

隨著人們生活水平的提高，肥胖的人數日益增多。降脂減肥不僅僅是高血脂、脂肪肝、肥胖型高血壓等病人的需求，而是越來越多的普通人群，尤其是久坐不動、缺乏時間鍛煉人群的渴求。利用自然資源來防病治病越來越受到重視和青睞。荷葉自古以來就是一種藥、食兩用植物，目前我國對荷葉已進行了初步的利用，應用上最廣泛的還是荷葉茶及其飲料的開發[1]。荷葉茶不僅風味獨特，而且含有豐富的荷葉黃酮和生物堿，較低的脂肪、人體必需的8種氨基酸，又富含維生素、多糖類、礦物質等營養成分，還有如高分子多糖體、三萜類物質等生理活性成分，以荷葉為主要原料的飲料對人體有多種保健作用[2-3]。對于飲食頻繁、腸胃負擔過重的人，可以用荷葉茶來幫助消化，清理脂肪，代謝身體中超負荷運轉的廢物[4]。荷葉飲料的研制，即充分利用資源，又可以為消費者提供一種附加值較高、食用方便并具有保健功能的新型產品。長期飲用荷葉茶汁，具有降脂減肥、預防動脈硬化等作用[5]。另外，山楂也有清脂和加速排解體內廢物的功能，陳皮則可以改善消化不良，調氣健脾。本研究在荷葉茶的基礎上添加了山楂、陳皮加強其保健功能，并且加入了菠蘿汁改善其口感，采用均勻設計法對荷葉飲料的配方進行優化，以期獲得一款新型的荷葉飲料。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

荷葉：產自湖北洪湖，以顏色碧綠塊型整齊為佳；菠蘿：超市購新鮮菠蘿；山楂和陳皮：藥店售干山楂和陳皮；蜂蜜選擇超市售蜂蜜。

打漿機：上海飛利浦有限公司；WFT7200型分光光度計：龍尼柯（上海）儀器有限公司；HH-2數顯恒溫水浴鍋國華電器有限公司；TGL-16G高速離心機：上海安亭科學儀器廠；FA2104N 電子天平：上海民橋精密科學儀器有限公司；AR2140電子分析天平：奧豪斯國際貿易（上海）有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 新型荷葉飲料的研制

荷葉汁的制備[6]：用自來水沖去荷葉表面的泥沙雜質，瀝干水分；將清洗后的荷葉剪碎成小碎片；提取水量為鮮荷葉重的30倍，加入提取溫度80℃，提取時間1.5h；在保溫狀態下用紗布過濾去渣；浸提液冷卻至室溫后，將其放于4℃左右的環境中冷藏24h，使沉淀自然析出，濾去沉淀得澄清液。

菠蘿汁的制取[7]：將菠蘿去皮、清洗、切碎、置于打漿機中榨汁，過濾得菠蘿原汁；濾渣中加入渣重的0.5倍去離子水，攪拌均勻，過濾，合并2次的濾液，經離心分離得清液，貯藏備用。

山楂和陳皮汁的制取：干山楂10g，陳皮10g，放入清水中浸泡2min，再用清水沖凈。鍋中倒入500mL清水，放入山楂干和陳皮，用大火煮開后，改成小火煮10min關火，放置冷卻備用。

1.2.2 正交試驗法優化飲料配方

不同的荷葉汁、山楂陳皮汁、菠蘿汁、蜂蜜添加量對荷葉飲料的風味均有一定的影響，為了選擇最佳的配比調配方案，本試驗采用4因素3水平正交試驗進行初步優選。

1.2.3 均勻設計試驗法優化飲料配方

本試驗按U12（12*63）設計試驗，對荷葉飲料的配方進一步優化，以期得到口感良好的荷葉飲料產品。其因素水平設置見表1。

表1 均勻設計試驗法因素水平Table 1 Factors and levels of uniform design of lotus leaf drinks

1.2.4 感官評分方法

感官評定人員由本實驗室同學及老師共10人組成，男女各半，對飲料的口感、香氣、滋味和組織狀態3項指標進行評價打分，結果取其平均值，評價標準見表2。

1.2.5 總黃酮含量的測定

采用NaNO2-Al（NO3）3-NaOH 體系絡合化學吸光法，在510nm處測定其吸光值，以蘆丁標準品做工作曲線，計算飲料中總黃酮的含量。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

荷葉飲料的基本配方包括荷葉汁、山楂陳皮汁、菠蘿汁和蜂蜜4種成分，對這4種主要成分別做單因素試驗，結果如圖1所示。由圖1可知，荷葉汁、山楂陳皮汁、蜂蜜的較合適的添加量分別在60%、20%和8%。菠蘿汁的添加量越高，評分越高，但評分總體差別較小，口感與滋味方面區別也較小，綜合經濟成本考慮，菠蘿汁的添加量初步定為2%。

表2 感官評價標準Table 2 Sensory evaluation standard of lotus leaf drinks

圖1 荷葉飲料配方單因素試驗結果Fig.1 Results of single factor experiment

2.2 正交試驗法對配方的優化

在單因素試驗的基礎上設計正交試驗方案，對配方的優化結果見表3。由表3可知，各因素對產品的質量影響為D＞A＞B＞C，即蜂蜜＞荷葉汁＞山楂陳皮汁＞菠蘿汁。各因素的最佳方案為A1B1C3D3。即荷葉汁的添加量為50%，山楂陳皮汁添加量為10%，菠蘿汁添加量為3%，蜂蜜添加量為10%。

2.3 均勻試驗法對配方的優化

參考單因素試驗結果設置均勻試驗的因素水平，荷葉汁、山楂陳皮汁、蜂蜜及菠蘿汁的試驗水平分別設置在46%～68%、10%～35%、1%～6%及5%～10%，見表1。根據均勻設計方案表進行飲料的配制，評價人員根據感官評價表對飲料的口感、香氣、滋味和組織狀態3項指標進行評定和打分，再根據統計結果進行數據分析，其結果見表4～7。

表3 正交試驗方案及結果分析Table 3 Design and analysis of orthogonal test results

表4 均勻設計試驗法方案及結果Table 4 Design and analysis of uniform design results

對表4的試驗結果進行回歸分析，所得的感官評分隨荷葉汁添加量（X1）、山楂陳皮汁添加量（X2）、菠蘿汁添加量（X3）、蜂蜜添加量（X4）4因素變化的四元二次回歸方程（1）如下：

回歸方程（1）的方差分析結果見表5、表6。

表5 回歸方程的方差分析Table 5 Variance analysis of regression equation

表6 回歸統計Table 6 Results of regression statistics

由表5可得：回歸方程模型顯著（p＜0.05），回歸方程的決定系數=0.9203，即方程可以解釋92.03%的感官評分數據變異，方程的擬合性好。因此可以用該回歸方程對試驗的結果進行分析預測。

表7 回歸系數方差分析結果Table 7 Variance analysis of regression coefficient

表7為回歸方程（2）回歸系數的方差分析結果。由表7可見：在試驗所選的范圍內，試驗各因素對功能荷葉飲料的感官評分影響的主次順序為：山楂陳皮汁添加量（X2）＞蜂蜜添加量（X4）＞荷葉汁添加量（X1）＞菠蘿汁添加量（X3）。其中蜂蜜添加量以及山楂陳皮汁的添加量對功能荷葉飲料的配方結果影響顯著（p＜0.05）；荷葉汁添加量、菠蘿汁添加量對結果影響不顯著（p＞0.05）；但荷葉汁的添加量p值＜0.25，因此荷葉汁的添加量對荷葉飲料的結果仍存在較強程度的作用，此項應當保留。一次項和二次項中菠蘿汁的添加量對感官評分影響均不顯著，原因可能是由于菠蘿汁的添加主要是用來在飲料冷卻放置過程中起到澄清的作用[7]，而對風味和口感的貢獻不大，正交試驗的結果也表明了這一點，故此項可以除去，方程（1）可以修正為：

通過對回歸方程（2）求解可以得出采用均勻設計法優化功能荷葉飲料的最佳配方為：荷葉汁56.35%，山楂陳皮汁10%，蜂蜜10%。另外，根據正交試驗的結果及感官評價的實際經濟成本考慮，菠蘿汁的添加量可設置在3%～6%之間。

2.4 荷葉飲料最佳配方驗證及飲料中總黃酮含量的測定

根據均勻設計法優化的最佳配方做驗證性試驗，配置成的飲料酸甜適口，口感好，具有濃郁協調的荷葉、菠蘿等特有清香，氣味協調，色澤淺橙褐色。因此，經均勻設計法優化的最佳配方為：荷葉汁56.35%、山楂陳皮汁10%、蜂蜜10%、菠蘿汁6%。

圖2 蘆丁標準曲線Fig.2 Standard curve of rutin

飲料置于冰箱中靜止放置2d后進行觀察有無渾濁、沉淀情況，結果表明由本試驗優化的配方制作的飲料，澄清度好，呈半透明狀態，不渾濁，無沉淀。根據NaNO2-Al（NO3）3-NaOH 體系絡合化學吸光法測定飲料中的總黃酮含量，結合圖2標準曲線，測得飲料里黃酮含量為5.8mg/100mL。

3 結論與討論

1）通過正交試驗法及U12（12*63）均勻設計法對飲料配方中各因素進行優化，得到的最佳的荷葉飲料配方為：荷葉汁56.35%，山楂陳皮汁10%，蜂蜜10%；根據最佳配方研制的飲料酸甜適口，口感好，具有濃郁協調的荷葉、菠蘿等特有清香，色澤淺橙褐色，口感氣味好，呈半透明狀態，不渾濁，無沉淀；飲料中總黃酮含量為5.8mg/100mL。

2）本款飲料中，菠蘿汁的添加主要在飲料冷卻放置過程中起到了澄清的作用，根據正交試驗及均勻設計實驗的結果以及感官評定的實際結果可知，菠蘿汁的添加確實對本飲料的風味和口感的貢獻不大，因此菠蘿汁的添加量可以設置在3%～6%之間。

3）荷葉的眾多化學成分中具有明顯生物活性和生理功能的是黃酮類化合物和生物堿這兩大類物質[8]。其中黃酮類化合物主要有荷葉苷、槲皮素、異槲皮素等，有較好的降脂、減肥、降血壓和防止動脈粥樣硬化等藥、食療功效[9-13]。本試驗經優化配方后配置的飲料中荷葉總黃酮類物質含量達到了5.8mg/100mL，因此是一種具有良好保健功能的飲料。

4）對多因素、多水平的試驗，正交試驗需要做很多次試驗，周期長，投入大。在均勻設計中只考慮試驗點的“均勻分散”性，即讓試驗點均衡地分布在試驗范圍內，使每個試驗點有充分的代表性，因而大大減少了試驗次數。在配方的優化中，均勻設計法不失為一種有效的手段[14-16]。本研究在正交試驗的基礎上進一步對飲料的配方進行優化，獲得了理想的飲料配方。

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