響應面法優化綠茶雪梨果味茶飲料工藝

彭玲，趙云，布尼洪澤，郭孟萍

（宜春學院化學與生物工程學院，江西宜春336000）

響應面法優化綠茶雪梨果味茶飲料工藝

彭玲，趙云，布尼洪澤，郭孟萍

（宜春學院化學與生物工程學院，江西宜春336000）

以綠茶、雪梨為原料制成綠茶-雪梨果味茶飲料，通過響應曲面法獲得最佳制作配方。通過對綠茶的浸提所得茶湯與鮮榨梨汁按一定比例混合得到綠茶-雪梨混合茶飲料。因鮮榨雪梨汁均易在常溫與氧氣反應發生褐變，故采用檸檬酸做護色劑并采取預煮方法進行物理護色。制作工藝以茶-水質量比、茶湯-梨汁體積比、白砂糖添加量、檸檬酸添加量、pH值5個試驗變量因素，以色澤、透明度、氣味、味道4個因素作為感官評價標準進行五組單因素實驗，對所得數據進行響應曲面法，通過對等高線圖分析得到二者條件交互影響情況，得到最佳配方：綠茶-雪梨汁體積比為1.25∶1，檸檬酸添加量為0.13%，白砂糖添加量為6.86%，所得混合飲料色澤明亮，透明度高，氣味香甜，口感宜人。

綠茶；雪梨；飲料；響應曲面

綠茶（Green Tea），是中國的主要茶類之一，是指采取茶樹的新葉或芽，保留了鮮葉的天然物質，含有的茶多酚、兒茶素、葉綠素、咖啡堿、氨基酸、維生素等營養成分也較多[1]。綠茶中的這些天然營養成份對防衰老、防癌、抗癌、殺菌、消炎等具有特殊效果，是其他茶類所不及的，本試驗所選用碧螺春更是中國傳統茗茶。梨屬藥食同源果品，雪梨又是梨中珍品、梨中之王，富含蘋果酸、檸檬酸、維生素B1、B2、C、胡蘿卜素等，具生津潤燥、清熱化痰之功效，能治風熱、潤肺、涼心、消痰、降火、解毒。因此對急性氣管炎和上呼吸道感染的患者出現的咽干、癢、痛、音啞、痰稠、便秘、尿赤均有良效。雪梨汁又有降低血壓和養陰清熱的效果，所以高血壓、肝炎、肝硬化病人常喝雪梨汁大有益處[2]。

本試驗將綠茶浸提得茶湯與鮮榨雪梨汁混合，添加檸檬酸護色，白砂糖調味，調配成混合茶飲料。通過單因素試驗，控制茶-水質量比、茶湯-梨汁體積比、白砂糖添加量、檸檬酸添加量、pH值的變化，確定各變量下的最佳感官評價值，排除非主要因素影響，最后響應曲面法進行試驗，得到最佳飲料制作配方。

1 材料與設備

1.1 材料

綠茶：江蘇產一等碧螺春；雪梨：普通市場；檸檬酸、白砂糖：市售；磷酸二氫鈉緩沖液：天津市光復精細化研究所。

1.2 設備

BS-223S電子天平：北京賽多利斯儀器系統有限公司；HH-6數顯恒溫水浴鍋：國華電器有限公司；電磁爐、食品料理機、酸性精準pH試紙、玻璃儀器等。

2 方法

2.1 綠茶-雪梨混合飲料制作工藝流程[3]

2.2 飲料感官評價標準

綠茶-雪梨汁混合果味茶飲料感官評價標準如表1，總分差距10分以上的因素可選作響應曲面試驗參考數據[4]。

表1 綠茶-雪梨汁混合果味茶飲料感官評價標準Table 1 Sensory evaluation standard of green tea-snow pear mixed fruit tea beverage

2.3 單因素試驗[5]

2.3.1 茶-水質量比對飲料感官評價的影響

茶-水質量比分別為1∶50、1∶75、1∶100、1∶125、1∶150，茶湯-梨汁體積比為1∶2，白砂糖添加量為4.00%，檸檬酸添加量為0.15%，pH值為4.5。

2.3.2 茶湯-梨汁體積比對飲料感官評價的影響

茶湯-梨汁體積比分別為1∶3、1∶2、1∶1、2∶1、3∶1，茶-水質量比為1∶100，白砂糖添加量為4.00%，檸檬酸添加量為0.15%，pH值為4.5。

2.3.3 白砂糖添加量對飲料感官評價的影響

白砂糖添加量分別為2.00%、4.00%、6.00%、8.00%、10.00%，茶-水質量比為1∶100，茶湯-梨汁體積比為1∶2，檸檬酸添加量為0.15%，pH值為4.5。

2.3.4 檸檬酸添加量對飲料感官評價的影響

檸檬酸添加量分別為0.00%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%，茶-水質量比為1∶100，茶湯-梨汁體積比為1∶2，白砂糖添加量為4.00%，pH值為4.5。

2.3.5 pH值對飲料感官評價的影響

pH值分別為3.5、4.0、4.5、5.0、5.5，茶-水質量比為1∶100，茶湯-梨汁體積比為1∶2，白砂糖添加量為4.00%，檸檬酸添加量為0.15%。

2.4 響應曲面試驗設計

通過單因素試驗結果，確定茶湯-梨汁體積比、白砂糖添加量、檸檬酸添加量為主要因素，并確定這3個因素的適宜范圍[6]。根據Box-Behnken中心組合試驗設計原理進行試驗設計（表2），感官評價分數為響應值，通過響應面法對綠茶-雪梨混合果味茶飲料感官評價優化，獲得最佳制作配方，并對響應面法得到的最佳制作配方進行驗證[7]。

表2 響應曲面編碼表Table 2 Factors and levels of response surface experiment

3 結果與分析

3.1 單因素試驗

3.1.1 茶-水質量比對飲料感官評價的影響

茶-水質量比對飲料感官評價的影響見圖1。

圖1 茶-水質量比對飲料感官評價的影響Fig.1 Effects of tea-to-water ratio on beverage sensory evaluation

據圖1分析，當茶-水質量比在大于1∶50后對果味茶感官評價影響不大，尤其在色澤和透明度方面幾乎無影響，且在質量比1∶100時達最優感官評分，味道及氣味最佳，后趨于穩定。綜合考慮綠茶-雪梨混合果味茶飲料取茶成本，確定適宜的茶-水質量比為1∶100。

3.1.2 茶湯-梨汁體積比對飲料感官評價的影響

茶湯-梨汁體積比對飲料感官評價的影響見圖2。

據圖2分析，茶湯-梨汁體積比對果味茶感官評價影響明顯，且在各個方面均影響較大，仍需通過下一步響應曲面法得到最優比，暫選體積比區間為1∶2至2∶1。

3.1.3 白砂糖添加量對飲料感官評價的影響

白砂糖添加量對飲料感官評價的影響見圖3。

圖2 茶湯-梨汁體積比對飲料感官評價的影響Fig.2 Effects of tea-to-pear ratio on beverage sensory evaluation

圖3 白砂糖添加量對飲料感官評價的影響Fig.3 Effects of sugar on beverage sensory evaluation

據圖3分析，白砂糖的添加量主要影響果味茶的氣味及味道，且隨著白砂糖的添加量逐漸增加，通過五組數據顯示呈現一定的線性關系，故仍需通過下一步繼續分析，暫選白砂糖添加量區間為4%至6%。

3.1.4 檸檬酸添加量對飲料感官評價的影響

檸檬酸添加量對飲料感官評價的影響見圖4。

圖4 檸檬酸添加量對飲料感官評價錢的影響Fig.4 Effects of citric acid on beverage sensory evaluation

據圖4分析，檸檬酸的添加量主要影響果味茶的味道，隨著檸檬酸的添加量逐漸增加感官評分呈遞增趨勢，當檸檬酸添加量到達0.20%時評分開始下降，且趨勢明顯差異較大，故確定最優添加量仍需通過下一步繼續分析，暫選檸檬酸添加量區間為0.10%至0.20%。

3.1.5 pH值對飲料感官評價的影響

pH值對飲料感官評價的影響見圖5。

圖5 pH值對飲料感官評價的影響Fig.5 Effects of pH on beverage sensory evaluation

據圖5分析，pH值對果味茶的感官評價影響不大，評分差距過小，再制作飲料過程中，調控pH值于4.0至5.0之間即可。

3.2 響應曲面設計及結果

通過Design-Expert8.0中Response Surface進行Box-Behnken試驗設計，得到三因素三水平響應曲面設計表，結果如表3所示。

表3 響應面分析方案及結果Table 3 Results of response surface experiments

通過響應曲面法以感官評價分數（R1）為響應值[8]，以茶湯-梨汁體積比（A），檸檬酸添加量（B），白砂糖添加量（C）為自變量，對試驗結果進行線性擬合分析，得到各變量方差分析如表4所示。

得到擬合方程為R1=82.00+0.00A-1.87B+1.88C-2.50AB-2.50AC-6.25BC-1.63A2-5.38B2-5.37C2

3.3 交互項擬合響應值分析

對各變量的交互項進行二次模型分析，得到響應面圖面以及等高線。如圖6至圖11，該圖組可直觀看出各因素及其交互值對響應值的影響[9]。

表4 回歸方程方差分析表Table 4 Analysis results of regression and variance

圖6 茶湯-梨汁體積比和檸檬酸的交互項響應面圖Fig.6 Response surface of tea-to-pear ratio and citric acid

圖7 茶湯-梨汁體積比和檸檬酸的等高線Fig.7 Contour lines of tea-to-pear ratio and citric acid

圖8 茶湯-梨汁體積比和白砂糖的交互項響應面圖Fig.8 Response surface of tea-to-pear ratio and sugar

圖11 檸檬酸和白砂糖的等高線圖Fig.11 Contour lines of citric acid and sugar

從圖組中可直觀看出各因素影響響應值的變化趨勢，還可以明顯看出，各因素在所選范圍內存在極值，即響應曲面圖面的最高點，或等高線中間最小橢圓的中心。等高線的形狀一定程度上反映了交互項的顯著性，等高線形狀越接近橢圓，說明交互項的顯著性越強[10]。茶湯-梨汁體積比和檸檬酸交互及茶湯-梨汁體積比和白砂糖添加量對感官評分的影響大。當白砂糖添加量在中間水平6.00%時，茶湯-梨汁體積比軸向等高線的變化稀疏，而檸檬酸添加量軸向等高線變化較密集（圖7），說明檸檬酸添加量對感官評價的影響比茶湯-梨汁體積比對感官評價的影響大。當檸檬酸添加量在中間水平0.15%時，茶湯-梨汁體積比軸向等高線的變化較密集，而白砂糖添加量軸向等高線變化稀疏，說明茶湯-梨汁體積比對感官評價的影響比白砂糖添加量對感官評價的影響大（圖9）。而檸檬酸添加量和白砂糖添加量交互作用對感官評價影響不顯著，說明檸檬酸添加量和白砂糖添加量交互作用對感官評價影響不大（圖11）。這些關系通過響應曲面法圖面的斜度以及最高點的分析也不難得出。

對擬合方程進行求解，即對方程求一階偏導，可以得出模型3個因素的極值點，分別為：茶湯-梨汁體積比為1.25，檸檬酸添加量為0.13%，白砂糖添加量6.86%。此時，得到的感官評價分坐高為82.761 2。為了檢驗響應曲面的可行性，對分析得到的最佳添加進行試驗驗證，試驗條件分別為：茶湯-梨汁體積比為1.25∶1，檸檬酸添加量為0.125%，白砂糖添加量為7.00%進行3組平行試驗，得到感官評價平均值為81.852 3，相對偏差為1.09%，可見響應曲面分析法可以優化綠茶-雪梨混合果味茶飲料制作工藝，提高感官評價[11]。

4 結論

隨著人們生活水平的提高，富營養程度逐漸加深，健康保健的各項舉措也日漸被提上日程，以食養生，是我國傳統中醫一直提倡的有效途徑。綠茶的抗衰老功效，與雪梨清熱化痰功效將結合便有了本次試驗所制作的綠茶-雪梨混合果味茶飲料。本文主要通過單因素試驗排除茶-水質量比及pH值這兩項次要影響感官評價的因素，確定茶湯-梨汁體積比，檸檬酸添加量，白砂糖添加量為主要影響感官評價的因素，確定其最佳影響范圍，通過響應曲面法，建立感官評分這一響應值對茶湯-梨汁體積比、檸檬酸添加量、白砂糖添加量這3個因素的回歸模型，分析其二者間的交互影響，確定了綠茶-雪梨混合果味茶飲料的最佳感官評價制作配方為：茶湯-梨汁體積比為1.25∶1，檸檬酸添加量為0.13%，白砂糖添加量6.86%，此時感官評分為82.761 2。

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Development of Green Tea-Snow Pear Mixed Fruit Tea Beverage

PENG Ling，ZHAO Yun，BUNI Hong-ze，GUO Meng-ping
（College of Chemistry and Bioengineering，Yichun University，Yichun 336000，Jiangxi，China）

To make green tea and snow pear fruit tea beverage using green tea and snow pear as raw materials and obtain the optimum formula by response surface method.To mix the extraction of green tea and fresh pear juice together according to a certain proportion to make green tea and snow pear fruit tea beverage.Since fresh pear juice became easily oxygen-reaction-brown at room temperature，citric acid was used as a color-protecting agent and a physical color-protecting method was taken.The study took mass ratio of tea to water，green teaand snow pear volume ratio，sugar dosage，citric acid dosage and pH value as experiment factors to make fivesingle-factor-experiments according to sensory evaluation standard:color，transparency，flavor and taste，then response surface methodology were applied to investigate the experimental data.Though analysis of contour lines and response surface，the optimum formula of green tea and snow pear tea fruit beverage were achieved simultaneously when green tea and snow pear volume ratio was 1.25:1，citric acid addition was 0.13%，sugar adding amount was 6.86%，and green tea and snow pear fruit tea beverage had wonderful color and taste delicious.

green tea；snow pear；beverage；response surface

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.08.015

2016-07-14

國家留學基金委（留金法[2016]5113號）資助；江西省高等學校教學改革研究課題“基于地方經濟特色，改革實踐教學模式”（JXJG-14-15-11）

彭玲（1981—），女（漢），副教授，碩士，研究方向：天然產物檢測分析和食品生物技術研究。