響應面法優化低糖南果梨果醬的配方

梁 婷，王 蕊，張冬梅，施曉敏，楊昕妍，貢晨光，孫豐梅*，丁培峰

（河北北方學院 食品科學系，河北 張家口 075000）

南果梨（Pyrus ussuriensis）為薔薇目薔薇科植物，屬秋子梨，是秋子梨中的優良品種，迄今已有一百多年的栽培歷史。南果梨不僅是遼寧鞍山的地理標志產品，而且被農業部列為國家特色梨品種之一，現已被推廣到吉林、黑龍江、內蒙古等地栽培[1]。

南果梨具有酒香濃郁、口感酸甜、汁液鮮美、肉質松軟細膩等特點。除此之外，還含有多種營養成分。據有關部門測定結果顯示，南果梨果實中氨基酸種類齊全，多達17種；含有的微量元素高達37種，以鋅、鐵、鉀、鈣最為顯著，均高于其他水果；而且粗纖維、可溶性糖的含量也較高；另外還含有多種脂肪酸以及對人體有保健功能的黃酮類與芳香類物質。南果梨中的超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）與獼猴桃、橘子和白梨相比，其含量更高，是一種良好的天然保健水果[2]。南果梨具有調節身體酸堿度、調理腸胃、抗氧化、防治心血管疾病的功能。因此，南果梨在延年益壽、美容療養等方面也有一定的作用[3]。隨著南果梨的種植推廣，鮮食產品越來越越受到人們的青睞，但是其加工產品卻較少。據調查，目前南果梨的加工產品主要有果醋[4]、果酒[5]、復合飲料[6]、果脯[7]等，但市場上鮮有南果梨果醬產品的出現。

傳統的果醬制品，口感細膩，含糖量卻高達65%～75%，據調查顯示，人體攝入過多糖會對健康產生不利影響。隨著公眾對營養、保健食品的重視，人們開始追求低糖、低熱、低脂食品，這就為研究生產低糖果醬提供了思路[10]。低糖果醬的含糖量一般在20%～30%之間，其特點是口感清爽，更能突出原果風味，可作為佐餐調味佳品和旅游方便食品，具有更好的推廣價值。根據市場的發展趨勢，國內外果醬消費市場將會逐漸被低糖果醬占領[11-12]。

在當前低糖果醬的研究基礎層面，WANG Y T等[8]對果膠進行了研究，利用果膠甲酯酶對果膠的進行酶解，提高果膠溶液中的濁度和粒徑，提高了果膠的分子質量。這些發現支持果膠甲基酯酶在催化果膠分子間的轉酰化反應的發生，大大減少果醬中糖的需求；ALBA K等[9]探討酸堿度對果膠的影響的試驗，得出果膠在果醬制備過程中的最適酸堿度。

本試驗擬以新鮮南果梨為原料，適量使用檸檬酸、果膠等食品添加劑，制備低糖南果梨果醬，并用Box-Behnken響應面優化產品配方，為低糖南果梨果醬的產品開發和產業化發展提供研究基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

南果梨：市售；蔗糖（食品級）：西安天茂化工旗艦店；檸檬酸（分析純）：常州市商聯化工有限公司；果膠：常州市商聯化工有限公司。

1.2 儀器與設備

DJ13E-Q3九陽打漿機：國美在線電子商務有限公司；FAJA分析天平：天津市精拓儀器科技有限公司；HB-113ATC手持折光儀：北京惠博瑞科折射儀廠；C21-WK2102美的（Midea）電磁爐：邯鄲市高開區美的集團邯鄲美的制冷設備有限公司；YXQ-LS-50A實驗室滅菌鍋：濟南歐迪醫療器械有限公司。

1.3 試驗方法[13-15]

1.3.1 低糖南果梨果醬工藝流程

1.3.2 操作要點[16]

原料選擇：選擇果實較大、有光澤、成熟、無腐爛、無蟲害的南果梨。

護色：將去皮后的果肉放入1%食鹽水中護色。

軟化：將切分好的南果梨稱重，按比例加入水煮4 min，將其軟化。

打漿：將軟化好的南果梨連同汁液倒入打漿機中打漿。

加熱濃縮：將打漿后的果漿倒入蒸煮鍋，加入按比例稱量好的蔗糖、檸檬酸后煮至沸騰，改用文火，加入果膠，并一直攪拌至粘稠狀。

裝瓶密封：果醬濃縮結束后，裝入已滅菌的罐內（頂間隙約2～3 mm），裝瓶時要迅速將罐蓋擰緊，且每鍋果醬的分裝要在30 min之內完成，醬體溫度保持在80～90℃[17-18]。

滅菌：將密封好的果醬進行滅菌，溫度100℃，保持10 min，然后取出。

冷卻：滅菌結束后水浴分段冷卻，70℃—40℃—常溫，即得低糖南果梨果醬。

1.3.3 低糖南果梨果醬配方優化單因素試驗

將南果梨與水配比分別設置為1∶1.0、1∶1.5、1∶2.0、1∶2.5、1∶3.0、1∶3.5（g∶mL），蔗糖添加量分別設置為12%、16%、20%、24%、28%、32%，檸檬酸的添加量分別設置為0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%，果膠的添加量分別設置為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%，考察各因素對南果梨果醬感官品質的影響。

1.3.4 低糖南果梨果醬配方優化響應面試驗[17-18]

在單因素試驗基礎上，以南果梨與水配比（A）、蔗糖添加量（B）、檸檬酸添加量（C）、果膠添加量（D）為因素，果醬感官評分（Y）為響應值，利用Design Expert 8.06軟件，進行響應面的試驗設計。響應面試驗設計因素與水平見表1。

表1 果醬配方優化響應面試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology for jam formula optimization

1.3.5 果醬產品感官品質評定方法

從果醬的色澤、氣味、滋味以及組織狀態方面進行感官評價，評判標準參照國標GB/T 22474—2008《果醬》，結合南果梨自身特點和有關參考文獻制定[19-20]。具體評分標準見表2。

表2 低糖南果梨果醬感官評價標準Table 2 Sensory evaluation standards of low sugar Nanguo pear jam

2 結果與分析

2.1 單因素試驗優化低糖南果梨果醬配方

2.1.1 南果梨與水配比的確定

在南果梨用量為100 g，蔗糖添加量20%，果膠添加量0.5%，檸檬酸添加量20%，考察不同南果梨與水配比對低糖南果梨果醬感官品質的影響，結果見圖1。

由圖1可知，當南果梨與水配比為1∶1.0～1∶1.5（g∶mL）時，果醬的感官評分逐漸增加；當南果梨與水配比為1∶1.5（g∶mL）時，果醬的感官評分最高，其獨特香氣可以明顯表現出來，色澤、風味、流動性、黏稠性相對較好；當南果梨與水配比為1∶1.5～1∶3.5（g∶mL）時，其流動性、口感等感官的呈現不甚理想，果醬的感官評分逐漸下降。因此，選擇南果梨與水配比為1∶1.5（g∶mL）為宜。

圖1 南果梨與水配比對果醬感官品質的影響Fig.1 Effect of Nanguo pear to water ratio on sensory quality of jam

2.1.2 蔗糖添加量的確定

在南果梨與水配比為1∶1.5（g∶mL），加入0.5%的果膠，20%的檸檬酸，考察不同的蔗糖添加量對果醬感官品質的影響，結果見圖2。

圖2 蔗糖添加量對果醬感官品質的影響Fig.2 Effect of sucrose addition on sensory quality of jam

由圖2可知，當蔗糖添加量為12%～24%時，果醬的感官評分逐漸增加；當蔗糖的添加量為24%時，果醬的感官評分最高，且口味酸甜可口，口感細膩，且無析水現象；當蔗糖添加量＞24%之后，甜度增加，不僅使成品色澤暗沉無光，而且掩蓋了南果梨特有的風味，并且出現了析水現象，根據感官指標評價所得，風味果醬的感官評分逐漸下降。因此，選擇蔗糖添加量24%為宜。

2.1.3 檸檬酸添加量的確定

在南果梨與水配比為1∶1.5（g∶mL），加入24%蔗糖、0.5%果膠，考察不同的檸檬酸添加量對果醬感官品質的影響，結果見圖3。

由圖3可知，當檸檬酸添加量為0.10%～0.25%時，果醬的感官評分逐漸增加；當檸檬酸添加量為0.25%，果醬感官評分最高，其酸甜程度最為適宜，而且檸檬酸的酸味不是很突兀；當檸檬酸添加量＞0.25%之后，酸度增加，造成口感不佳，果醬的感官評分逐漸下降。因此，選擇檸檬酸添加量0.25%為宜。

圖3 檸檬酸添加量對果醬感官品質的影響Fig.3 Effect of citric acid addition on sensory quality of jam

2.1.4 果膠添加量的確定

在南果梨與水配比為1∶1.5（g∶mL），添加24%蔗糖，0.25%檸檬酸，考察不同果膠添加量對果醬感官品質的影響，結果見圖4。

圖4 果膠添加量的確定對果醬品質的影響Fig.4 Effect of pectin addition on sensory quality of jam

由圖4可知，當果膠的添加量為0.1%～0.5%時，果醬的感官評分逐漸增加；當果膠的添加量為0.5%時，果醬的感官評分最高，果膠的黏稠性發揮了最大效果，對南果梨果醬的口感影響較低，且此時醬體口感細膩，外觀較為均勻；當果膠的添加量＞0.5%之后，黏度升高，果醬的流散性，均勻性效果呈現較差，口感較0.5%的果膠添加量相比，有明顯差距，果醬的感官評分逐漸下降。因此，果膠添加量0.5%為宜。

2.2 低糖南果梨果醬配方優化的響應面設計試驗結果

在單因素試驗基礎上，以南果梨與水配比（A）、蔗糖添加量（B）、檸檬酸添加量（C）、果膠添加量（D）為因素，果醬感官評分（Y）為響應值，利用Design Expert 8.06軟件，進行響應面的試驗設計。響應面試驗設計及結果見表3，方差分析結果見表4。

將表3所得的試驗數據采用Design Expert 8.0軟件進行統計分析，得到二次回歸方程：

表3 果醬配方優化響應面設計及結果Table 3 Design and results of response surface methodology for jam formula optimization

由表4可知，F值的大小可以判斷出影響感官評分中B（蔗糖添加量）的影響最大，D（果膠添加量）和C（檸檬酸添加量）對其影響次之，A（南果梨與水配比）對結果影響最小。模型達到了極顯著水平（P＜0.01），表明模型構建較成功。失擬項不顯著（P＞0.05），表明回歸方程擬合效果較好。決定系數R2=0.908 7，調整決定系數R2Adj=0.817 4，說明該模型的預測值與實驗值具有較好的擬合性，因此可以用此模型對低糖南果梨果醬的感官品質進行預測。通過響應面優化分析得到低糖南果梨果醬的最佳工藝參數為：南果梨與水配比1∶2.24（g∶mL），蔗糖添加量24%，檸檬酸添加量0.22%，果膠添加量0.55%，此時制作的果醬感官評分預測值為97.83分。

表4 回歸模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression model

2.3 響應面曲面圖分析

根據回歸方程利用Design Expert 8.06軟件，作出各因素兩兩交互作用響應面及等高線見圖5。

圖5 各因素交互作用對感官評分影響的響應面及等高線Fig.5 Response surface plots and contour line of effects of interaction between each factors on sensory score

由圖5可知，響應面圖中隨著各因素的增大，響應值逐漸增大，當響應值增大到極限后，隨著各因素的增大，響應值逐漸減小。由圖5看出，交互項AB、AC、AD、BC、BD、CD的響應面坡度較為平緩，說明對果醬感官評分影響不顯著，A、B、C和D對感官評分均呈現拋物線趨勢的影響，即說明4個單因素所在選取的試驗范圍內，響應值均存在極大值。為保留南果梨特有的風味，食品添加劑的添加量必須嚴格控制，過多或過少都會影響其獨有的風味。因此有必要針對必須的一些食品添加劑進行充分的考量。

2.4 驗證試驗

由Design-Expert 8.0軟件得出的低糖南果梨果醬的最佳配方為南果梨與水配比1∶2.24（g∶mL），蔗糖添加量24%，檸檬酸添加量0.22%，果膠添加量0.55%。為了方便實際操作，將低糖南果梨果醬的配方修正為：南果梨與水配比為1∶2.0（g∶mL），蔗糖添加量為24%，檸檬酸添加量為0.20%，果膠添加量為0.60%。在此優化配方條件下進行驗證試驗，制成的低糖南果梨果醬感官評分為96.59分，與預測值的相對誤差為0.76%，證明利用該模型優化低糖南果梨果醬配方是可行的。

2.5 產品質量指標

按中國人民共和國國家標準GB/T22474—2008《果醬》對低糖南果梨果醬進行感官及理化指標的評定。

2.5.1 感官指標

色澤呈亮黃色，有光澤，酸甜適口，口感細膩，均勻黏稠且具有一定的流動性，果醬外觀良好，無汁液析出現象，有南果梨獨特風味。

2.5.2 理化指標

南果梨果醬pH值為4.1，總糖含量為34.2%，可溶性固形物含量為38.3%，總砷、總鉛含量均＜0.1 mg/kg，滿足果醬國標要求。

2.5.3 微生物指標

細菌總數和大腸菌群近似數均符合果醬微生物指標要求，未檢出致病菌。

3 結論

以新鮮南果梨為原料，制作低糖南果梨果醬，通過單因素試驗及響應面優化試驗，以感官品質評分為標準篩選得到果醬的最佳制作配方為南果梨與水配比1∶2.0（g∶mL），蔗糖的添加量為24%，檸檬酸的添加量為0.20%，果膠的添加量為0.60%，此時果醬的感官評分為96.59分。此時制成的低糖南果梨果醬亮黃有光澤，酸甜可口，口感細膩，并有南果梨獨有的香味，果醬組織均勻，沒有汁液析出，醬體膠凝性良好，流動性好。