響應(yīng)面法優(yōu)化靈芝多糖飲料配方

楊水蓮，鄒前程，羅海峰，聶 健

（廣東嶺南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州 510663）

靈芝是一種珍貴的藥用真菌。古稱“瑞草”，俗稱“仙草”，是我國最著名的高等藥用真菌之一[1]。在近20 年來國內(nèi)外大量的研究結(jié)果證明靈芝具有廣泛的藥理作用，如抗菌、抗氧化、抗癌、抗炎癥、降血糖、降血脂、降血壓、免疫調(diào)節(jié)和保肝作用等功效[2-7]。國家衛(wèi)生健康委員會和國家市場監(jiān)管總局于2019 年將靈芝作為按照傳統(tǒng)既是食品又是中藥材物質(zhì)試點(diǎn)管理，為未來靈芝在食品和藥品方面的應(yīng)用開辟了廣闊的利用空間。

目前，市場上關(guān)于靈芝的精深加工產(chǎn)品較少，主要是一些靈芝孢子粉、靈芝片、靈芝多糖粉和靈芝多糖膠囊等，關(guān)于靈芝多糖飲料的報道較少。本試驗以靈芝多糖為原材料，輔以甜味劑和檸檬酸，經(jīng)過合理的加工工藝，在單因素試驗的基礎(chǔ)上，運(yùn)用響應(yīng)面法結(jié)合感官評定法優(yōu)化配方，制作出一種色澤均勻一致，有獨(dú)特濃郁風(fēng)味，酸甜適口，質(zhì)地均一，口感良好的飲料。

1 材料與方法

1.1 材料

靈芝多糖：購自西安圣青生物科技有限公司；菊粉、赤蘚糖醇、檸檬酸：市售。

1.2 儀器與設(shè)備

JA2003 電子天平；均質(zhì)機(jī)；灌裝機(jī)。

1.3 工藝流程

靈芝多糖飲料制作工藝流程為稱量→調(diào)配→均質(zhì)→高溫滅菌→罐裝→成品。

1.4 操作要點(diǎn)

①稱量：按配方要求精密稱取所需要重量的靈芝多糖粉、菊粉、赤蘚糖醇和檸檬酸。②調(diào)配：將靈芝多糖粉、菊粉、赤蘚糖醇和檸檬酸劑按一定比例混合均勻。③均質(zhì)：調(diào)配后的飲料于25 ～40 MPa下均質(zhì)5 min，使其充分混合。④高溫滅菌：滅菌溫度95 ℃，時間10 min。⑤灌裝：采用灌裝機(jī)在 90 ℃條件下對滅菌后的產(chǎn)品進(jìn)行包裝。

1.5 試驗設(shè)計

1.5.1 單因素試驗

（1）靈芝多糖添加量。甜味劑15%、檸檬酸添加量0.15%，設(shè)置靈芝多糖添加量分別為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%，加水至總量為100 mL，考察靈芝多糖添加量對靈芝多糖飲料感官評分的影響[8-9]。

（2）甜味劑添加量。靈芝多糖添加量1.5%、檸檬酸添加量0.15%，設(shè)置甜味劑的添加量分別為5%、10%、15%、20%和25%，加水至總量為100 mL，考察甜味劑添加量對靈芝多糖飲料感官評分的影響。

（3）檸檬酸添加量。靈芝多糖添加量1.5%、甜味劑15%，設(shè)置檸檬酸的添加量分別為0.05%、0.10%、0.15%、0.20%和0.25%，加水至總量為100 mL，考察檸檬酸添加量對靈芝多糖飲料感官評分的影響。

1.5.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗

在單因素基礎(chǔ)上，選取靈芝多糖添加量、甜味劑添加量、檸檬酸添加量3 個因素為自變量，利用Design Expert 12.0 軟件，采用Box-Behnken 程序設(shè)計方案，以模糊數(shù)學(xué)感官評分為響應(yīng)值，進(jìn)行響應(yīng)面分析，優(yōu)化產(chǎn)品配方。響應(yīng)面試驗因素與水平見表1。

表1 Box-Behnken 試驗設(shè)計因素與水平

1.6 感官評價

將制備好的飲料統(tǒng)一倒入透明的玻璃杯中，選擇食品質(zhì)量與安全專業(yè)感官特性正常的男女學(xué)生各5名對飲料的色澤、風(fēng)味、口感和狀態(tài)4 個因素進(jìn)行評價。具體評價標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 靈芝多糖飲料評價標(biāo)準(zhǔn)

1.7 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并進(jìn)行繪圖，采用Design-Expert 12.0 軟件進(jìn)行響應(yīng)面數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 靈芝多糖添加量對靈芝多糖飲料感官評分的影響

由圖1 可知，隨著靈芝多糖添加量的增加，飲料綜合得分不斷上升，在添加量達(dá)到2.0%時，繼續(xù)添加靈芝多糖，飲料的感官評定分?jǐn)?shù)變化不大。說明靈芝多糖的添加量對飲料的口感和風(fēng)味影響較大。靈芝多糖添加量較少，飲料中的靈芝多糖的味道不突出，而添加量過大時，靈芝多糖溶解度稍微變差，飲料中有少量小顆粒而使口感變粗糙，從而影響飲料的綜合口感。此外，靈芝多糖添加量過大，會使飲料略顯苦味，風(fēng)味變得不協(xié)調(diào)，口感不好。因此，靈芝多糖最適宜的添加量為2.0%。

圖1 靈芝多糖添加量對靈芝多糖飲料感官評分的影響

2.1.2 甜味劑添加量對靈芝多糖固體飲料感官評分的影響

由圖2 可知，隨著甜味劑添加量的增加，靈芝多糖固體飲料的感官評定分?jǐn)?shù)先增加后趨于平緩，當(dāng)甜味劑添加量為20%時感官得分最高。適當(dāng)增加甜味劑可增加靈芝多糖固體飲料風(fēng)味，使口感更佳，其酸甜比合適。但添加量過多時，甜味會掩蓋靈芝多糖本身的味道，同時會使靈芝多糖固體飲料味道不夠協(xié)調(diào)，口感越來越甜膩。因此，最終選用20%的甜味劑。

圖2 甜味劑添加量對靈芝多糖固體飲料感官評分的影響

2.1.3 檸檬酸添加量對靈芝多糖固體飲料感官評分的影響

由圖3 可知，檸檬酸添加量增加，靈芝多糖固體飲料感官評分先上升后下降。當(dāng)檸檬酸添加量為0.10%時感官評分最高。在添加量超過0.10%時，感官評分明顯下降，說明過度的酸味令人不易接受。因此，選用0.10%的檸檬酸添加量為適宜添加量。

圖3 檸檬酸添加量對靈芝多糖固體飲料感官評分的影響

2.2 響應(yīng)面試驗

2.2.1 響應(yīng)面試驗設(shè)計、結(jié)果及方差分析

利用Design-Expert 12.0 中的Box-Benhnken 進(jìn)行響應(yīng)面試驗設(shè)計，試驗結(jié)果見表3。對表3 的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次擬合分析，得出感官評分對甜味劑添加量、靈芝多糖添加量和檸檬酸添加量3 個因素的多元二次回歸方程。

對表3 的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次擬合分析，得出感官評分對靈芝多糖添加量、甜味劑添加量和檸檬酸添加量3 個因素的多元二次回歸方程為

表3 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果

通過軟件Design-Expert V12 進(jìn)行方差分析，以驗證回歸模型與因素的顯著性，方差分析結(jié)果見表4。由表4 可知，模型的P＜0.05，說明二次回歸模型顯著。失擬項P＞0.05，不顯著，表明該模型具有高度可靠性。R2=0.923 8 說明該模型擬合度較好。

表4 回歸方程方差分析表

2.2.2 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果及驗證試驗

通過Design-Expert 12.0 軟件進(jìn)行響應(yīng)面分析，得到靈芝多糖固體飲料的最優(yōu)配方為靈芝多糖添加量1.847%、甜味劑添加量15.179%、檸檬酸添加量0.053%。在此優(yōu)化條件下，靈芝多糖固體飲料感官評價總分的理論值為79.83 分。考慮到實(shí)際操作要求，將靈芝多糖固體飲料最佳配方參數(shù)調(diào)整為靈芝多糖添加量1.8%、甜味劑添加量15.0%、檸檬酸添加量0.05%。為驗證其結(jié)果可靠性，在此優(yōu)化條件下，進(jìn)行3 次驗證試驗，得到感官評分為（79.50±0.46）分，與模型預(yù)測值接近，說明該模型的預(yù)測性較好，可用于優(yōu)化靈芝多糖固體飲料工藝，具有實(shí)用價值[9-10]。

3 結(jié)論

以靈芝多糖為試驗原料，通過模糊數(shù)學(xué)評價法進(jìn)行評定，以感官得分為響應(yīng)值，采用響應(yīng)面試驗設(shè)計，最終獲得靈芝多糖固體飲料的最優(yōu)配方。確定最優(yōu)配方為靈芝多糖添加量1.8%、甜味劑添加量15.0%、檸檬酸添加量0.05%。在此配方下制備的靈芝多糖固體飲料液色澤均勻一致，有獨(dú)特濃郁風(fēng)味，酸甜適口，質(zhì)地均一，口感良好。