響應面法優化玫瑰大吉嶺紅茶飲料配方

楊巍巍，李豐洲，楊智博，吳 晗，趙有東

（沈陽醫學院公共衛生學院，遼寧 沈陽 110034）

在中國五千年的文明史中，飲料文化可追溯到三千年前，當時以茶為飲料風靡整個社會[1]，隨著社會的發展進步，飲料文化的發展也隨之日新月異。直到現在，飲料也是我們生產生活中不可或缺的一個重要組成部分[2]。大吉嶺紅茶產自印度大吉嶺地區，富含咖啡堿、鈣、磷、鎂、鉀、維生素、胡蘿卜素、異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸、谷氨酸、丙氨酸、天門冬氨酸等多種營養元素[3]。大吉嶺紅茶色澤明艷、味道甘甜、性甘溫[4]，有消食開胃、驅寒暖腹的功效[5]，深受人們喜愛。檸檬產于我國江南一帶，富含檸檬酸、維生素等人體必需營養物質[6]，人們常利用檸檬酸的物理性質將其作為上等調味料。此外，檸檬還有緩解百日咳、支氣管炎的效果[7]。玫瑰花干由玫瑰鮮花窨制而成[8]，具有甜美、濃郁的花香，是制作窨制花茶的常用原料，其性質溫和，適用于各類人群[9]。木糖醇原產于芬蘭，在自然界中分布范圍很廣，日常使用的木糖醇主要是從白樺樹、橡樹、玉米芯、甘蔗渣等植物原料中提取出來的一種天然甜味劑[10]，是人體正常糖類代謝的中間體[11]。蜂蜜是蜜蜂從植物花中采得并在蜂巢中充分釀造而成的天然甜品[12]，富含礦物質、維生素、氨基酸等人體所需營養成分[13]，同時蜂蜜還含有可被人體直接吸收的單糖（葡萄糖和果糖），常被人們作為重要保健品[14]。如今，市面上茶飲料種類眾多，人們對茶葉的需求量與日俱增[15]。茶葉不僅有抗衰老作用[16]，還可以降低血糖水平、緩解糖尿病病情等[17]，具有廣闊的發展前景。但與大吉嶺紅茶有關的工藝研究還尚未成熟。將大吉嶺紅茶應用于茶飲料的生產可以提高營養價值，延長產業鏈，使得大吉嶺紅茶被更廣泛地開發和利用，使之具有一定的市場價值和社會效益[18]。

本研究對玫瑰大吉嶺紅茶的制作及加工工藝進行初步研究，在單因素試驗的基礎上，通過響應面法優化玫瑰大吉嶺紅茶的工藝配方，制作出口感細致柔和、滋味香氣較好的紅茶飲料，以期拓寬大吉嶺紅茶的應用領域，同時為大吉嶺紅茶飲料的研發提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

大吉嶺紅茶：購自上海英聯食品飲料有限公司；檸檬：購自飛龍柚業有限公司；玫瑰花干：購自山東華玫生物科技有限公司；木糖醇：購自海寧大維食品有限公司；蜂蜜：購自南京嘉瑞保健食品有限公司；山梨酸鉀：購自山東昆達生物科技有限公司。

1.1.2 儀器與設備

JY5002 型電子天平，WBL2521H 型果蔬榨汁機，F-008S 型超聲波清洗器，FJ200-SH 型均質機，TM-PSZJB-40G 型高溫瞬時殺菌機。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 清洗

將挑選出的檸檬置于流動水中清洗，清洗2～3 次至表面無明顯雜質，剝皮。

1.2.2.2 稱量

將紅茶茶葉和玫瑰花干置于電子天平上并分別準確稱取10 g 紅茶茶葉和9 g 玫瑰花干，稱取后放在量筒中備用。

1.2.2.3 煮沸

將紅茶、玫瑰花混合并加入水150 mL，煮沸。

1.2.2.4 過濾

將煮沸后的茶湯用三層濾布進行過濾，留下除去雜質的茶湯。

1.2.2.5 調配

向鍋中加入2 g 檸檬、9.08 g 蜂蜜、8.65 g 木糖醇、0.04 g 山梨酸鉀進行調配。

1.2.2.6 均質、殺菌

調配后的飲料于25～40 MPa 下均質5 min，使其充分混合，然后在95 ℃下殺菌10 min。

1.2.2.7 裝罐預封

90 ℃條件下用玻璃瓶對產品進行包裝。

1.2.3 單因素試驗設計

1.2.3.1 檸檬添加量的確定

在玫瑰花添加量9 g、紅茶添加量10 g 條件下，研究檸檬添加量（1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g）對飲料感官品質的影響，確定檸檬添加量。

1.2.3.2 玫瑰花添加量的確定

在檸檬添加量2 g、紅茶添加量10 g 條件下，研究玫瑰花添加量（3、6、9、12、15 g）對飲料感官品質的影響，確定玫瑰花添加量。

1.2.3.3 紅茶添加量的確定

在檸檬添加量2 g、玫瑰花添加量9 g 條件下，研究紅茶添加量（4、7、10、13、16 g）對飲料感官品質的影響，確定紅茶添加量。

1.2.4 響應面法優化試驗設計

在單因素試驗的基礎上，根據中心組合試驗設計原理，以檸檬添加量、玫瑰花添加量、紅茶添加量為自變量，以感官評價為響應值，采用Box-Behnken 模型進行三因素三水平試驗設計，試驗因素與水平如表1所示。

表1 響應面試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface tests 單位：g

1.2.5 感官評價

采用100 分制評分檢驗法，待飲料制作完成后，選擇15 名專業感官鑒定人員根據表2 的5 個指標對產品的感官品質進行評定，通過計算平均值，對飲料進行綜合性評價。

表2 玫瑰大吉嶺紅茶飲料感官評分標準Table 2 Sensory evaluation criteria of rose Darjeeling black tea beverage

1.2.6 理化指標

多酚含量：采用福林酚法[19]測定；還原糖含量：采用蒽酮-硫酸法[20]測定；硒含量：采用原子熒光光譜法[21]測定；菌落總數：按照GB 4789.2—2016[22]中的方法測定；大腸菌群：按照GB 4789.3—2016[23]中的方法測定；總酸度：采用酸堿滴定法測定，具體參照GB/T 12456—2008[24]。

1.2.7 數據處理

試驗采用Design-Expert 10.0.7 軟件和Excel 軟件對數據進行統計分析，每個試驗重復3 次，結果取平均值。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 檸檬添加量對飲料感官品質的影響

由圖1 可知，不同檸檬添加量對玫瑰大吉嶺紅茶飲料的感官評分具有明顯的影響。當檸檬添加量為2.0 g 時，產品的感官評分最高，此時飲料口感最佳，具體表現為甜度、酸度適中，玫瑰花和紅茶混合的香味濃郁、協調，酸甜可口，無苦澀味，色澤純正均一。當檸檬添加量在2.0 g 以下時，隨著檸檬添加量的減少，飲料的酸度較低，整體偏甜，影響飲料口感；當檸檬添加量在2.0 g 以上時，隨著檸檬添加量的增加，飲料的酸度較高，使飲料糖酸比不平衡，口感較差。因此，檸檬酸的適宜添加量為2.0 g。

圖1 檸檬添加量對飲料感官品質的影響Fig.1 Effect of lemon addition on sensory quality of beverage

圖2 玫瑰花添加量對飲料感官品質的影響Fig.2 Effect of rose addition on sensory quality of beverage

2.1.2 玫瑰花添加量對飲料感官品質的影響

由圖2 可知，不同玫瑰花添加量對玫瑰大吉嶺紅茶飲料的感官評分影響顯著。當玫瑰花添加量為9 g時，產品的感官評分最高，此時飲料口感最佳，具體表現為甜度、酸度適中，玫瑰花和紅茶混合的香味濃郁、協調，酸甜可口，無苦澀味，色澤純正均一。當玫瑰花添加量在9 g 以下時，隨著玫瑰花添加量的減少，飲料的營養價值降低，由于紅茶味道過重，導致玫瑰花和紅茶混合的香味不協調，色澤不夠純正均一，所以感官評分降低；當玫瑰花添加量在9 g 以上時，隨著玫瑰花添加量的增加，使得玫瑰花香味過重，導致玫瑰花和紅茶混合的香味不協調，色澤不夠純正均一，降低飲料口感，所以感官評分降低。綜上可知，玫瑰花的適宜添加量為9 g。

2.1.3 紅茶添加量對飲料感官品質的影響

由圖3 可知，不同紅茶添加量對玫瑰大吉嶺紅茶飲料的感官評分值具有顯著影響。當紅茶添加量為10 g 時，產品的感官評分最高，此時飲料的口感最佳，具體表現為甜度、酸度適中，玫瑰花和紅茶混合的香味濃郁、協調，酸甜可口，無苦澀味，色澤純正均一。當紅茶添加量在10 g 以下時，隨著紅茶添加量的減少，飲料的茶味偏淡，甜味增加，口感降低；當紅茶添加量在10 g 以上時，隨著紅茶添加量的增加，飲料茶味偏重，苦味增加，飲料口感較差。因此，紅茶的適宜添加量為10 g。

圖3 紅茶添加量對飲料感官品質的影響Fig.3 Effect of black tea addition on sensory quality of beverage

2.2 響應面試驗設計與結果

根據單因素試驗的結果，綜合考慮，以檸檬添加量、玫瑰花添加量、紅茶添加量為自變量，以飲料的感官評分為響應值，進行三因素三水平響應面試驗，試驗設計及結果見表3，方差分析見表4。

用Design-Expert 10.0.7 軟件對表中試驗數據進行多元回歸分析，得到試驗因素對感官評分的擬合方程為：Y=92.80+1.50A+0.50B+2.25C+1.75AB-0.75AC+0.25BC-3.02A2-2.02B2-3.03C2。

由表4 可知，該模型F=77.86，P＜0.000 1，回歸模型極顯著。失擬項F=1.67，P=0.309 9＞0.05，不顯著，說明模型與純誤差關聯不顯著。決定系數R2=0.990 1，校正系數R2adj=0.977 4，說明感官評分的實測值與預測值之間具有較好的擬合度，由此說明所得到的回歸方程可以很好地對飲料的感官評分進行分析和預測[25]。

表3 飲料配方優化響應面試驗結果與分析Table 3 Results and analysis of beverage formula optimization by response surface method

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

回歸模型中A（檸檬添加量）和C（紅茶添加量）對產品感官評分的影響極其顯著（P＜0.01），B（玫瑰花添加量）對產品感官評分的影響顯著（P＜0.05）。由3 個因素的F值可以判斷影響飲料感官評分各因素主次順序為C＞A＞B，即紅茶添加量對飲料感官評分的影響最大，其次是檸檬添加量，玫瑰花添加量的影響最小。由交互項的F值可以推斷檸檬添加量與玫瑰花添加量（AB）的交互作用最大，檸檬添加量與紅茶添加量（AC）的交互作用次之，玫瑰花添加量與紅茶添加量（BC）的交互作用最小。

2.3 響應面交互作用分析

根據回歸方程得出各因素交互作用對玫瑰大吉嶺紅茶飲料感官評分的影響的響應面圖，如圖4 所示。

圖4 各因素交互作用對產品感官評分影響的響應面圖Fig.4 Response surface plots of the influence of various factors interaction on sensory score of beverage

由圖4a 可見，隨著檸檬添加量與玫瑰花添加量的增加，玫瑰大吉嶺紅茶飲料的感官評分先逐漸增加，達到最高值后降低，檸檬添加量與玫瑰花添加量交互作用極顯著（P＜0.01）。當紅茶添加量一定時，檸檬添加量為2.0 g 左右，玫瑰花添加量為9.0 g 左右時，產品的感官評分達到最大值。

由圖4b 可見，隨著檸檬添加量與紅茶添加量的增加，玫瑰大吉嶺紅茶飲料的感官評分先逐漸增加，達到最高值后降低，檸檬添加量與紅茶添加量交互作用顯著（P＜0.05）。當玫瑰花添加量一定時，檸檬添加量為2.0 g 左右，紅茶添加量為10.0 g 左右時，產品的感官評分達到最大值。

由圖4c 可見，隨著玫瑰花添加量與紅茶添加量的增加，玫瑰大吉嶺紅茶飲料的感官評分先逐漸增加，達到最高值后降低，紅茶添加量與玫瑰花添加量交互作用不顯著。當檸檬添加量一定時，玫瑰花添加量為9.0 g 左右，紅茶添加量為10.0 g 左右時，產品的感官評分達到最大值。

2.4 最佳配方的確定及驗證試驗

經Design-Expert 10.0.7 軟件處理后，分析得到玫瑰大吉嶺紅茶飲料最佳配方：檸檬添加量2.141 g，玫瑰花添加量9.802 g，紅茶添加量11.043 g，此條件下預測的產品感官評分為93.470 分。為驗證所建立多元回歸模型的準確性同時保證試驗的可操作性，對最優配方進行修正，即檸檬添加量2.14 g，玫瑰花添加量9.80 g，紅茶添加量11.04 g。在該配方下進行3組平行試驗，結果取平均值，得到產品的感官評分為93.59 分，與預測值相近，說明該模型具有較高的預測準確度。

2.5 玫瑰大吉嶺紅茶復合飲料的品質指標分析結果2.5.1 感官評定

甜度：適中；色澤：深紅色，均勻有光澤；口味：口感柔和醇正，微酸不刺激；香氣：茶的香氣明顯，留香久，香氣純，無異味；組織狀態：液態，均勻無沉淀物。

2.5.2 理化指標

經測定，得到產品的茶多酚含量為4.17%；總酸度為0.42 g/100 mL；還原糖含量為0.84%；茶湯中硒含量為0.21 μg/L。上述結果表明該茶湯具有豐富的茶多酚和微量硒元素，具有良好的保健功能。

2.5.3 微生物指標

大腸桿菌菌群＜3 MPN/100 mL，細菌總數≤10 CFU/mL，致病菌未檢出。

3 結論

試驗以大吉嶺紅茶、玫瑰花、檸檬為原料，通過單因素試驗確定玫瑰大吉嶺紅茶復合飲料的品質隨大吉嶺紅茶添加量、玫瑰花添加量、檸檬添加量的變化關系，并通過響應面法對飲料的配方進行優化，以產品感官評分為響應值建立多元回歸模型。結果表明，3個因素對飲料感官評分的影響程度大小次序為：大吉嶺紅茶添加量＞檸檬添加量＞玫瑰花添加量。玫瑰大吉嶺紅茶飲料的最優配方為：檸檬添加量2.14 g，玫瑰花添加量9.80 g，大吉嶺紅茶添加量11.04 g，水添加量150 mL，木糖醇添加量8.65 g，蜂蜜9.08 g，山梨酸鉀0.04 g。此配方下制得的玫瑰花大吉嶺紅茶飲料酸甜適中、口感清爽、香氣清新。