響應面優化香櫞飲料工藝的研究

牛林，王正云，殷玲，唐鵬，李凱艷，顏庭婷，李瑩，李舒萍，黃亦峰

（1.江蘇農牧科技職業學院食品科技學院，江蘇 泰州 225300；2.金陵科技學院，江蘇 南京 210046；3.佳木斯大學，黑龍江 佳木斯 154007；4.泰州市溢豐飲品有限公司，江蘇 泰州 225526）

香櫞與柚子、橙子同屬蕓香科柑橘類，具有良好的生物活性和藥理作用，有很大的潛在利用價值[1]。研究表明，成熟香櫞含橙皮甙、枸櫞酸、蘋果酸、果膠、揮發油及維生素C等，可以有效促進胃腸蠕動、提高毛細血管抵抗力、預防凍傷[2-3]。目前香櫞被深加工之前，最主要還是用于景觀樹。目前在靖江，有許多種植栽培基地，規模數量不小，也產生了一定的經濟效益[4]，如果做進一步的深加工研究，完成香櫞飲料的開發，一方面減少了不必要的資源浪費，另一方面還能增加經濟收入。但其相關飲料產品一直以來鮮有問津，原因在于果實含有相當多的苦味物質，如柚皮苷、檸檬苦素等[5-6]，加工后會有后苦味現象，且皮多肉少導致出汁率低，極大地影響了香櫞飲料的開發進程[7-8]。

本文以江蘇靖江香櫞為原料，采用果膠酶和纖維素酶對果漿進行處理。通過單因素和響應面試驗優化檸檬酸鈉、甜菊糖、白砂糖、黃原膠對飲料感官評分的影響，研制出具有良好風味的飲料，為香櫞果實綜合利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 主要原材料

香櫞：采摘于江蘇靖江。甜菊糖：食品級，西安大漢苠坊食品有限公司；檸檬酸鈉：食品級，河南千志商貿有限公司；白砂糖：食品級，泰州市大潤發超市；黃原膠：食品級，山東豐泰生物科技有限公司；果膠酶（5萬U/g）、纖維素酶（1萬U/g）：食品級，南寧龐博生物有限公司；柚皮苷酶（5萬U/g）：食品級，廣東鼎盛食品配料有限公司。

1.1.2 儀器設備

EL3003電子天平：梅特勒·托利多儀器有限公司；RZ-8001破壁料理機：中山市十三郎電器有限公司；HH-S4水浴鍋：江蘇金壇市金城國盛實驗儀器廠；TD5Z離心機、R2011-003滅菌鍋：上海易研實驗設備有限公司；FJ 200高速分散均質機：上海標本模型廠。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 原料預處理

清水清洗干凈后剝盡果皮，盡量去瓤衣和柚籽，減少苦味物質在取汁時進入果汁中加重果汁苦澀感。將瓤瓣切成小塊。先用0.5% VC溶液、檸檬酸鈉護色10 min，再用搗碎機搗碎成漿（4 s～5 s）[9]。

1.2.2.2 破碎榨汁

破碎前加入果膠酶和纖維素酶進行酶解處理、提高出汁率，酶解后加入2倍香櫞質量的水混合，經250目尼龍布過濾去果渣，得香櫞果汁[10]。

1.2.2.3 柚皮苷脫除

取一定量的香櫞果汁，添加柚皮苷酶，加熱至40℃進行柚皮苷脫除，酶解處理過程中用保鮮膜密封，防止水分蒸發，改變酶濃度[11]。

1.2.2.4 過濾

酶解脫苦后迅速用冷水降到25℃，250目尼龍布過濾后，用離心機4 800 r/min離心15 min，收集上清液，得香櫞果汁[12-13]。

1.2.2.5 調配

取過濾后的香櫞果汁65 g分別加入0.08%檸檬酸鈉、0.06%甜菊糖、5%白砂糖攪拌均勻，將混合香櫞果汁加熱至75℃攪拌均勻，以適量75℃熱水溶解0.04%的黃原膠用高速分散均質機均質后，加入混合香櫞果汁中，再加清水至香櫞果汁飲料質量至100 g，邊加熱邊攪拌3 min[14]。

1.2.2.6 均質

一次均質30 s，均質溫度為60℃，共均質兩次[15]。

1.2.2.7 殺菌包裝

將均質后的果汁放入水浴鍋殺菌，在95℃下保持5 min，然后冷卻至80℃時罐裝，繼續冷卻[16]。

1.2.3 單因素試驗

1.2.3.1 檸檬酸鈉添加量對香櫞果汁飲料風味的影響

通過預試驗選取甜菊糖的添加量為0.08%、白砂糖的添加量為4%、黃原膠的添加量為0.08%，設置檸檬酸鈉的添加量分別為0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%、0.12%、0.14%，考察檸檬酸鈉的不同添加量對香櫞果汁飲料風味的影響。

1.2.3.2 甜菊糖添加量對香櫞果汁飲料風味的影響

選取檸檬酸鈉的添加量為0.08%、白砂糖的添加量為4%、黃原膠的添加量為0.08%，設置甜菊糖的添加量分別為0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%、0.12%、0.14%，考察甜菊糖的不同添加量對香櫞果汁飲料風味的影響。

1.2.3.3 白砂糖添加量對香櫞果汁飲料風味的影響

選取檸檬酸鈉的添加量為0.08%、甜菊糖的添加量為0.08%、黃原膠的添加量為0.08%，設置白砂糖的添加量分別為1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%，考察白砂糖的不同添加量對香櫞果汁飲料風味的影響。

1.2.3.4 黃原膠添加量對香櫞果汁飲料風味的影響

選取檸檬酸鈉的添加量為0.08%、甜菊糖的添加量為0.08%、白砂糖的添加量為4%，設置黃原膠的添加量分別為 0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%、0.12%、0.14%，考察黃原膠對香櫞果汁飲料風味的影響。

1.2.4 香櫞果汁飲料風味響應面優化試驗設計

采用響應面設計試驗，運用Box-Behnken的中心組合試驗設計法，以檸檬酸鈉（A）、甜菊糖（B）、白砂糖（C）、黃原膠（D）為自變量，以感官評價得分（Y）為響應值進行四因素三水平的響應面分析試驗，優化香櫞果汁飲料的風味。因素水平見表1。

表1 香櫞果汁飲料響應面因素水平設計Table 1 Response surface factor level design of citron juice beverage

1.2.5 感官評價方法

感官評價按GB/T 21731—2008《橙汁及橙汁飲料》[17-18]，經過修改制定了感官評價標準。選擇10名有感官評價經驗的專業人員，根據分級測試評價的要求，從色澤、口感、風味、組織狀態等4個方面來評價香櫞果汁飲料的品質。感官評分標準見表2。

表2 香櫞果汁飲料感官評分標準Table 2 Sensory score standard of citron juice beverage

2 結果與分析

2.1 影響香櫞果汁飲料風味的單因素試驗結果分析

2.1.1 檸檬酸鈉添加量對香櫞果汁飲料風味的影響

檸檬酸鈉添加量對香櫞果汁飲料風味的影響見圖1。

從圖1可見，檸檬酸鈉添加量由0.02%增加到0.08%時，香櫞果汁飲料的感官評分逐漸達到最高分92分；當檸檬酸鈉添加量繼續增加到0.14%時，感官評分逐漸趨向于緩慢下降，說明過多的檸檬酸鈉使得飲料的適口性有所下降，所以0.08%為檸檬酸鈉的最適添加量。

2.1.2 甜菊糖添加量對香櫞果汁飲料風味的影響

甜菊糖添加量對香櫞果汁飲料風味的影響見圖2。

從圖2可見，甜菊糖添加量由0.02%增加到0.08%時，香櫞果汁飲料的感官評分逐漸升高達到最高分96分；當甜菊糖添加量繼續增加時，其飲料的感官評分呈現迅速下降趨勢，當甜菊糖添加量達到0.14%時，其感官評分下降至65分，說明過多的甜菊糖添加量超過最佳添加量0.08%時，對飲料的風味影響較大，所以0.08%為甜菊糖的最適添加量。

圖1 檸檬酸鈉對香櫞果汁飲料風味的影響Fig.1 The effect of sodium citrate on the flavor of citron juice beverage

圖2 甜菊糖對香櫞果汁飲料風味的影響Fig.2 The effect of stevia on the flavor of citron juice beverage

2.1.3 白砂糖添加量對香櫞果汁飲料風味的影響

白砂糖添加量對香櫞果汁飲料風味的影響見圖3。

圖3 白砂糖對香櫞果汁飲料風味的影響Fig.3 The effect of white granulated sugar on the flavor of citron juice beverage

從圖3可見，白砂糖添加量由1%增加到4%時，香櫞果汁飲料的感官評分逐漸升高達到最高分92分；當白砂糖添加量繼續增加時，其飲料的感官評分呈現迅速下降趨勢，當白砂糖添加量達到7%時，其感官評分迅速下降到73分，說明過多的白砂糖對飲料的風味感官影響較大，所以4%為白砂糖的最適添加量。

2.1.4 黃原膠添加量對香櫞果汁飲料風味的影響

黃原膠添加量對香櫞果汁飲料風味的影響見圖4。

圖4 黃原膠對香櫞果汁飲料風味的影響Fig.4 The effect of xanthan gum on the flavor of citron juice beverage

從圖4可見，黃原膠添加量由0.02%增加到0.06%時，香櫞果汁飲料的感官評分達到最高分89分；隨著黃原膠添加量繼續增加，其飲料的感官評分呈現迅速下降趨勢，主要表現在果汁飲料黏度變化帶來的適口性降低，對香櫞的原有風味有一定的掩蔽現象。所以0.06%為黃原膠的最適添加量。

2.2 果汁風味響應面試驗結果

根據表1確定的香櫞果汁飲料響應面因素水平表，通過Box-Behnken設計得到每個試驗組香櫞果汁飲料風味感官評分的響應面結果。香櫞果汁飲料風味感官評分的響應面試驗結果見表3。

2.2.1 果汁風味擬合模型的建立與分析

利用Design Expert軟件對表3進行回歸分析，得到感官評分（Y）對自變量（A）檸檬酸鈉、（B）甜菊糖、（C）白砂糖、（D）黃原膠的編碼值二次多項回歸方程為：Y=91.00-0.38A-0.17B-1.83C-1.79D+0.63AC-0.25AD-1.00BC+0.50BD-0.62CD-4.60A2-4.04B2-6.17C2-5.10D2。

方差分析見表4。

表3 香櫞果汁飲料感官評分的響應面試驗結果Table 3 Response surface test results of sensory score of citron juice beverage

表4 香櫞果汁飲料感官評分的方差分析Table 4 Variance analysis of sensory score of citron juice beverage

2.2.2 果汁風味響應面交互作用

圖5～圖10是根據回歸方程作出的響應曲面圖，根據擬合響應面的形狀分析各自變量對果汁風味的影響。

圖5 甜菊糖與檸檬酸鈉交互作用對香櫞果汁飲料風味影響的響應面Fig.5 Response surface of the effect of the interaction of stevia and sodium citrate on the flavor of citron juice beverage

圖6 白砂糖與檸檬酸鈉交互作用對香櫞果汁飲料風味影響的響應面Fig.6 Responsesurfaceoftheinteractionbetweenwhitegranulated sugar and sodium citrate on the flavor of citron juice beverage

圖7 黃原膠與檸檬酸鈉交互作用對香櫞果汁飲料風味影響的響應面Fig.7 Response surface of the interaction between xanthan gum and sodium citrate on the flavor of citron juice beverage

圖8 白砂糖與甜菊糖交互作用對香櫞果汁飲料風味影響的響應面Fig.8 Response surface of the interaction between white granulated sugar and stevia on the flavor of citron juice beverage

圖9 黃原膠與甜菊糖交互作用對香櫞果汁飲料風味影響的響應面Fig.9 Response surface of the interaction between xanthan gum and stevia on the flavor of citron juice beverage

圖10 黃原膠與白砂糖交互作用對香櫞果汁飲料風味影響的響應面Fig.10 Response surface of the interaction between xanthan gum and white sugar on the flavor of citron juice beverage

由圖5可知，隨著甜菊糖添加量與檸檬酸鈉添加量不斷升高，感官評分先增大后減小，方差分析結果表明，甜菊糖添加量與檸檬酸鈉添加量的交互作用對果汁風味影響不顯著。由圖6可知，隨著白砂糖與檸檬酸鈉不斷升高，感官評價先增大后減小，方差分析結果表明，白砂糖與檸檬酸鈉的交互作用對果汁風味影響顯著。由圖7可知，隨著黃原膠與檸檬酸鈉不斷升高，感官評分先增大后減小，方差分析結果表明，黃原膠與檸檬酸鈉的交互作用對果汁風味影響不顯著。由圖8所示，隨著甜菊糖與白砂糖不斷升高，感官評分先增大后減小，方差分析結果表明，甜菊糖與白砂糖的交互作用對果汁風味影響顯著。由圖9可知，隨著甜菊糖與黃原膠不斷升高，感官評分先增大后減小，方差分析結果表明，甜菊糖與黃原膠的交互作用對果汁風味影響不顯著。由圖10可知，隨著黃原膠與白砂糖不斷升高，感官評分先增大后減小，方差分析結果表明，黃原膠與白砂糖的交互作用對果汁風味影響顯著。由響應面、等高線圖及回歸方程分析可知，香櫞果汁飲料最佳風味時各種調味物質的添加量分別為檸檬酸鈉0.08%、甜菊糖0.06%、白砂糖5%、黃原膠0.04%，此時感官評分為92.8。

3 結論

以江蘇靖江香櫞為研究對象，通過單因素和響應面試驗優化檸檬酸鈉、甜菊糖、白砂糖、黃原膠對飲料感官評分的影響。結果表明：在檸檬酸鈉為0.08%、甜菊糖為0.06%、白砂糖為5%、黃原膠為0.04%時，飲料感官評分最高，感官評分為92.8，品質最佳。通過均質、殺菌（在95℃下保持5 min）等工藝可獲得口感純正的香櫞果汁飲料。