響應面法優化云南金花茶飲料工藝的研究

劉云，蒲成偉，司佳穎，楊敏，藍增全，闞歡，*，秦曉紹

（1.西南林業大學林學院，云南昆明650224；2.紅河五里沖生態茶業有限公司，云南紅河661100）

響應面法優化云南金花茶飲料工藝的研究

劉云1，蒲成偉1，司佳穎1，楊敏1，藍增全1，闞歡1，*，秦曉紹2

（1.西南林業大學林學院，云南昆明650224；2.紅河五里沖生態茶業有限公司，云南紅河661100）

以新鮮云南金花茶茶葉為原料，對云南金花茶飲料的生產工藝進行了研究，采用響應面法對云南金花茶飲料的生產配方進行優化。結果表明，在云南金花茶茶葉的浸提液中加入12.50%的白砂糖、0.04%的檸檬酸、0.12%的蘋果酸、1.82%的蜂蜜以及0.05%的羧甲基纖維素鈉，得到一種澄清、口感良好的高品質云南金花茶飲料。

云南金花茶；飲料；配方；響應面法；工藝

云南金花茶（Camellia fascicularis H.T.Chang），又稱云南簇蕊金花茶，屬山茶科山茶屬金花茶組的一個種[1-2]，是云南特有、極小種群植物，具有較高觀賞價值，由于其對土壤和海拔等條件的要求，故在云南的分布范圍也較為狹窄，目前主要分布于云南紅河地區[2]。作為金花茶組的一個種，云南金花茶同樣含有多種對人體有重要保健作用的維生素、微量元素、氨基酸、以及茶多酚、黃酮類、皂苷類等功能性物質[3-10]，從而使其具備抑制癌細胞，提高機體免疫機能、心肌收縮力和血管彈性，降血壓、降膽固醇等功能[11-13]，這也使得云南金花茶越來越受到人們的關注。

茶葉深加工產品中的茶飲料具有解渴生津，有益健康等特點，故發展勢頭迅猛，風靡全球。據預測，茶飲料將會在未來的飲料市場占據越來越大的比重[14]。目前，國內對于金花茶飲料已有一定的研究，但均是以廣西金花茶作為原料，并且飲料中苦澀味多采用包埋法進行掩蓋。本試驗采用現代茶葉加工技術，以云南金花茶作為原料，研制出兼有口感、營養和保健功效的多功能飲料。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

云南金花茶：由紅河五里沖生態茶葉有限公司提供，采自海拔1 600m的五里沖茶園基地；白砂糖、檸檬酸、蘋果酸、羧甲基纖維素鈉（食品級）：市售；蜂蜜（優級）：市售；純凈水：采用西南林業大學林學院食品實驗室的純水機生產制得。

1.2 儀器與設備

HH-2數顯恒溫水浴鍋：國華電器有限公司；BT22S電子天平：北京賽多利斯儀器系統有限公司；ZN-04A小型實驗室粉碎機：：北京興時利和科技發展有限公司；DHG-9140A電熱恒溫鼓風干燥箱：上海一恒科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

新鮮云南金花茶茶葉→真空微波預處理→干燥、破碎→浸提→過濾→產品調配→裝瓶→殺菌→冷卻→檢驗→成品

1.3.2 操作要點

1）原料預處理：將新鮮的云南金花茶茶葉10 kg在微波功率為800W左右進行真空微波殺青100 s，以便于降低產品飲料中的苦澀味。

2）干燥、破碎：將預處理后的金花茶茶葉在60℃的條件下進行干燥，然后于粉碎機中進行適度破碎，制得茶粉備用。

3）浸提：將固定量的純凈水加入到茶粉中，并在特定的溫度和時間進行浸提，得到云南金花茶茶葉浸提液。

4）過濾：將云南金花茶茶葉浸提液通過膜過濾裝置進行過濾。

5）產品調配、裝瓶：將白砂糖、檸檬酸、蘋果酸、蜂蜜、羧甲基纖維素鈉加入到云南金花茶茶葉浸提液中進行調配，攪拌均勻并裝瓶。

6）殺菌：在110℃～120℃進行高溫殺菌13 s左右。

1.3.3 云南金花茶飲料加工工藝的優化

1.3.3.1 單因素試驗

根據茶飲料制作的特點，以云南金花茶茶葉浸提液為基質，考察白砂糖添加量（8%、9%、10%、11%、12%、13%）、檸檬酸添加量（0%、0.03%、0.06%、0.09%、0.12%、0.15%、0.18%）、蘋果酸添加量（0.06%、0.08%、0.10%、0.12%、0.14%、0.16%）、蜂蜜添加量（1.4%、1.6%、1.8%、2.0%、2.2%、2.4%）和羧甲基纖維素鈉添加量（0.05%、0.06%、0.07%、0.08%、0.09%、0.10%）等因素對云南金花茶飲料感官綜合評分的影響，以便于得到該飲料生產的基本配方。

1.3.3.2 響應面法優化云南金花茶的配方工藝

根據中心旋轉組合設計原理及單因素試驗，確定響應面的因素及水平，以綜合感官評分作為考察指標，對云南金花茶飲料的最佳工藝配方進行優化。

1.3.4 云南金花茶飲料的感官評定方法

根據云南金花茶飲料的色澤、香氣、滋味和形態等感官指標進行評分，每個項目分為4個等級，滿分為100分，以總分計，感官評分標準見表1。

1.3.5 數據分析方法

每次試驗平行3次，利用Design Expert8.06對所得數據進行處理分析。

表1 感官評定標準Table1 The standard of sensory evaluation

2 結果與分析

2.1 云南金花茶飲料配方工藝的單因素確定

2.1.1 白砂糖添加量

以云南金花茶茶葉浸提液為基質，在檸檬酸添加量0.09%、蘋果酸添加量0.10%、蜂蜜添加量1.8%、羧甲基纖維素鈉添加量0.08%的條件下進行單因素試驗，結果如圖1所示。

圖1 白砂糖添加量對感官評分的影響Fig.1 Effects of the adding dose of sugar on sensory score

由圖1可知，感官評分隨著白砂糖添加量的增加先增大后減小，當白砂糖添加量為12%時，感官評分達到最高值87.55分。白砂糖添加量過少，飲料的口感寡淡，且酸味較為明顯，而當白砂糖添加量超過12%，飲料的口感又會過于甜膩，因此，選擇白砂糖添加量11%、12%、13%設計響應面分析試驗。

2.1.2 檸檬酸添加量

以云南金花茶茶葉浸提液為基質，在白砂糖添加量12%、蘋果酸添加量0.10%、蜂蜜添加量1.8%、羧甲基纖維素鈉添加量0.08%的條件下進行單因素試驗，結果如圖2所示。

由圖2可知，在0%～0.06%的范圍內，隨著檸檬酸添加量的增加，感官評分呈現迅速上升的趨勢，當檸檬酸添加量超過0.06%時，感官評分呈現緩慢減小的趨勢。因此，選擇檸檬酸添加量0.03%、0.06%、0.09%設計響應面分析試驗。

圖2 檸檬酸添加量對感官評分的影響Fig.2 Effects of the adding dose of citric acid on sensory score

2.1.3 蘋果酸添加量

以云南金花茶茶葉浸提液為基質，在白砂糖添加量12%、檸檬酸添加量0.06%、蜂蜜添加量1.8%、羧甲基纖維素鈉添加量0.08%的條件下進行單因素試驗，結果如圖3所示。

圖3 蘋果酸添加量對感官評分的影響Fig.3 Effects of the adding dose of malic acid on sensory score

由圖3可知，感官評分隨著蘋果酸的增加呈現先增大后減小的趨勢，蘋果酸的最佳添加量為0.10%，當蘋果酸添加量高于0.10%后，會明顯感覺飲料偏酸而影響口感，從而導致感官評分的降低。因此，選擇蘋果酸添加量0.08%、0.10%、0.12%設計響應面分析試驗。

2.1.4 蜂蜜添加量

以云南金花茶茶葉浸提液為基質，在白砂糖添加量12%、檸檬酸添加量0.06%、蘋果酸添加量0.10%、羧甲基纖維素鈉添加量0.08%的條件下進行單因素試驗，結果如圖4所示。

圖4 蜂蜜添加量對感官評分的影響Fig.4 Effects of the adding dose of honey on sensory score

由圖4可知，感官評分隨著蜂蜜添加量的增加，呈現出先增大后減小的趨勢，當蜂蜜添加量為1.8%時，感官評分達到最高值90.18分。蜂蜜添加量過少，飲料寡淡，而蜂蜜添加量超過1.8%后，飲料也會出現甜膩的口感，因此，選擇蜂蜜添加量1.6%、1.8%、2.0%設計響應面分析試驗。

2.1.5 羧甲基纖維素鈉添加量

以云南金花茶茶葉浸提液為基質，在白砂糖添加量12%、檸檬酸添加量0.06%、蘋果酸添加量0.10%、蜂蜜添加量1.8%的條件下進行單因素試驗，結果如圖5所示。

圖5 羧甲基纖維素鈉添加量對感官評分的影響Fig.5 Effects of the adding dose of CMC-Na on sensory score

由圖5可知，感官評分隨著羧甲基纖維素鈉添加量的增加變化不大，因此，從成本等方面考慮，羧甲基纖維素鈉添加量固定為0.05%來進行云南金花茶飲料的配制。

2.2 響應面法優化云南金花茶飲料的配方

2.2.1 響應面法試驗設計及結果

從單因素試驗可以看出，羧甲基纖維素鈉對飲料的感官評分影響最小，它在飲料中主要起到保持飲料穩定性的作用，故不再作為配方優化試驗的考慮因素，其添加量固定為0.05%。在以上單因素試驗結果的基礎上采用響應面法中的中心旋轉組合設計原理對云南金花茶飲料的配方進行優化，選取白砂糖添加量、檸檬酸添加量、蘋果酸添加量和蜂蜜添加量為考察因素，分別以X1、X2、X3和X4代表，感官評分為響應值（Y），試驗因素水平編碼見表2，試驗方案及結果見表3。

表2 條件優化響應面試驗因素水平編碼表Table2 Factors and levels in the central composite design

表3 條件優化響應面試驗方案及結果Table3 Central composit design matrix and experimental results

2.2.2 回歸模型的建立及顯著性檢驗

通過對試驗結果進行回歸分析，建立響應面回歸模型，得到感官評分的回歸方程：感官評分Y=-781.495 00+101.596 25X1-756.319 44X2-1 652.062 50X3+ 389.018 75X4+133.083 33X1X2+107.000 00X1X3-1.993 75X1X4-3 629.166 67X2X3-43.541 67X2X4+ 569.062 50X3X4-4.665 42X12-4 493.518 52X22-2 232.291 67X32-118.104 17X42

感觀分析回歸模型的方差分析見表4。

由表4方差分析結果可知，感官評分回歸方程（模型）的回歸效果極顯著，P＜0.000 1。回歸模型的R2Adj= 0.923 6，說明有92.36%的云南金花茶飲料的感官評分可以用該模型來解釋，可見擬合度良好，試驗誤差較小，因此可以采用該模型對云南金花茶飲料的感官評分進行分析和預測，同時得到對響應值Y作用顯著的是X1、X2、X1X2、X1X3、X2X3、X3X4、X12、X22、X42。

表4 感觀分析回歸模型的方差分析Table4 Variance analysis for sensory scores

2.2.3 響應曲面分析

圖6直觀地反映了各因素對響應值Y的影響。

圖6 提取率與4個因素的響應面圖Fig.6 Response surface plot showing the interactive effects of the four factors on extraction rate

響應曲面圖顯示了白砂糖添加量、檸檬酸添加量、蘋果酸添加量以及蜂蜜添加量4個因素之間的交互作用對飲料感官評分的影響。結合回歸方程及表4可知，各因素對飲料感官評分影響的大小順序為：白砂糖添加量＞檸檬酸添加量＞蜂蜜添加量＞蘋果酸添加量。由表4的交互項P值及圖6可以看出，交互項X1X2、X1X3、X2X3、X3X4極顯著，其余的交互項不顯著。

圖6（a）為白砂糖添加量與檸檬酸添加量之間的交互作用。蘋果酸添加量0.10%和蜂蜜添加量1.8%不變的情況下，當檸檬酸添加量較低時，隨著白砂糖添加量的增加，飲料的感官評分緩慢上升后趨于平緩，當檸檬酸添加量較高時，隨著白砂糖添加量的增加，飲料的感官評分先上升后緩慢下降，均處于較高水平；而當白砂糖添加量較低時，隨著檸檬酸添加量的增加，飲料的感官評分迅速下降，當白砂糖添加量較高時，隨著檸檬酸添加量的增加，飲料的感官評分緩慢上升后下降。白砂糖添加量與檸檬酸添加量之間的交互作用極顯著。

圖6（b）為白砂糖添加量與蘋果酸添加量之間的交互作用。檸檬酸添加量0.06%和蜂蜜添加量1.8%不變的情況下，當蘋果酸添加量較低時，隨著白砂糖添加量的增加，飲料的感官評分迅速上升后又趨于平緩，升高幅度明顯，當蘋果酸添加量較高時，隨著白砂糖添加量的增加，飲料的感官評分也是迅速上升后又趨于平緩，升高幅度明顯；而當白砂糖添加量較低時，隨著蘋果酸添加量的增加，飲料的感官評分變化不大，當白砂糖添加量處于中等和較高水平時，隨著蘋果酸添加量的增加，飲料的感官評分仍舊變化不大，不過均處于較高水平。白砂糖添加量與蘋果酸添加量之間的交互作用極顯著。

圖6（d）為檸檬酸添加量與蘋果酸添加量之間的交互作用。白砂糖添加量12%和蜂蜜添加量1.8%不變的情況下，當蘋果酸添加量較低時，隨著檸檬酸添加量的增加，飲料的感官評分先緩慢上升后迅速下降，當蘋果酸添加量較高時，隨著檸檬酸添加量的增加，飲料的感官評分迅速下降，下降幅度明顯；而當檸檬酸添加量較低時，隨著蘋果酸添加量的增加，飲料的感官評分緩慢上升，當檸檬酸添加量較高時，隨著蘋果酸添加量的增加，飲料的感官評分呈現下降的趨勢，并且處于較低水平。檸檬酸添加量與蘋果酸添加量之間的交互作用極顯著。

圖6（f）為蘋果酸添加量與蜂蜜添加量之間的交互作用。白砂糖添加量12%和檸檬酸添加量0.06%不變的情況下，當蜂蜜添加量較低時，隨著蘋果酸添加量的增加，飲料的感官評分逐漸下降，當蜂蜜添加量較高時，隨著蘋果酸添加量的增加，飲料的感官評分變化不大；當蘋果酸添加量較高時，隨著蜂蜜添加量的增加，飲料的感官評分先上升后下降，當蘋果酸添加量出于較高水平時，隨著蜂蜜添加量的增加，飲料的感官評分先上升后下降，上升和下降的幅度均較大。蘋果酸添加量與蜂蜜添加量之間的交互作用極顯著。

2.2.4 配方的優化及驗證試驗

綜合考慮，在試驗所設定的參數范圍內，獲得優化的飲料配方為白砂糖添加量12.50%、檸檬酸添加量0.04%、蘋果酸添加量0.12%、蜂蜜添加量1.82%。由此獲得的云南金花茶飲料的理論感官評分為96.46分。

為了驗證此配方的可靠性，采用所得到的最佳比例進行云南金花茶飲料感官效果的驗證試驗，重復3次試驗，所得結果見表5。

表5 驗證試驗結果Table5 The results of verified experiment

由表5可知，回歸方程所得的云南金花茶飲料感官評分的預測值96.46分與驗證試驗的平均值96.32分的誤差為0.15%，說明響應面法得到的云南金花茶飲料配方的方程與實際情況擬合很好。

2.3 產品質量評價

云南金花茶飲料色澤呈黃綠色，無雜質，清亮透明；茶香濃郁；口感純正；酸甜適口，無異味；其可溶性固形物含量≥15%；細菌總數≤100 cfu/mL；大腸菌群≤3 cfu/mL；致病菌未檢出。

3 結論

新鮮的云南金花茶茶葉經預處理、破碎，采用純凈水進行浸提后，通過響應面優化了云南金花茶飲料的加工工藝，建立了多元回歸模型，模型擬合度良好。在固定羧甲基纖維素鈉添加量0.05%的情況下，優化試驗得到的最佳飲料配方為：白砂糖添加量12.50%、檸檬酸添加量0.04%、蘋果酸添加量0.12%、蜂蜜添加量1.82%。該云南金花茶飲料不添加任何防腐劑、香精，并且采用真空微波殺青的方式對原料進行預處理，大大降低了飲料的苦澀味，所得的飲料色澤呈黃綠色、茶香濃郁、口感純正、酸甜適口。

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Process Optimization of Camellia fascicularis H. T. Chang Beverage by Response Surface Methodology

LIU Yun1，PU Cheng-wei1，SI Jia-ying1，YANG Min1，LAN Zeng-quan1，KAN Huan1，*，QIN Xiao-shao2
（1.College of Forestry，Southwest Forestry University，Kunming650224，Yunnan，China；2.Honghe Five Li Chong Ecological Tea Co.，Ltd.，Honghe 661100，Yunnan，China）

Fresh leaf of Camellia fascicularis H. T. Chang was used for Camellia fascicularis H. T. Chang beverage development. Processing technology of the Camellia fascicularis H. T. Chang beverage was studied and the beverage formula was optimized by using the reponse surface method. The results showed that a clarified，good taste and high quality Camellia fascicularis H. T. Chang health beverage was produced and the optimum formula of this beverage was as follows：12.50 % of sugar，0.04 % of citric acid，0.12 % of malic acid ，1.82 % of honey，and 0.05 % CMC-Na.

Camellia fascicularis H.T.Chang；beverage；formula；response surface methodology；process

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.04.014

2016-05-25

2014年國家星火計劃項目（2014GA830016）

劉云（1982—），男（漢），實驗師，碩士研究生，研究方向：農林食品加工及研發。

*通信作者：闞歡（1965—），女，教授，研究方向：農林食品加工及研發。