響應面法分析柑橘百香果復合果汁的工藝品質

熊榮園，蔡韻凝，魏 玲，鄧文娟，尚 英，羅通彪

（1. 南充職業技術學院，四川 南充 637000；2. 南充蜀盛餐飲管理有限公司，四川 南充 637000）

隨著我國當前人口健康理念的轉變，飲用果蔬汁除了補充水分，更重要的是補充人體所需的維生素、礦物質等營養物質，保護心血管、維持骨骼健康、提升大腦認知等來促進身體健康。2016年以來我國果蔬汁產量連續四年下滑，截至2020年我國果蔬汁產量為1 520萬t[1]，開發營養健康、綠色天然的復合果蔬汁將成為飲料行業發展的新趨勢。

柑橘、百香果均是營養價值較高的水果，柑橘富含水分、糖類、蛋白質、有機酸、礦物質、維生素、膳食纖維以及生物類黃酮等多種生物活性成分，具有美容養顏、潤腸通便、預防心腦血管以及防癌抗癌等作用[2-7]。百香果的果實內不僅有黃色果汁還有黑色種子，營養豐富，含有蛋白質、脂肪、糖類果膠和多種維生素及氨基酸等，其中可溶性固形物 15%～16%，總酸量可達3.8%～4.0%，享有“飲料味精”和“果汁之王”的美譽[8-11]。柑橘和百香果的果汁不僅營養都非常豐富，同時也都頗受到消費者的歡迎，將柑橘和百香果制成復合果汁，相比單一果汁的營養及風味等都更甚一籌，開發柑橘復合果汁以及提高柑橘果汁的品質可以滿足消費者對于食品多樣化的需求[12]。

南充柑橘種植面積廣，產量豐富，以鮮售為主，商品化處理程度低，其附加值沒有得到進一步提高。本項目是采用柑橘和百香果的果肉，經壓榨取汁、粗濾、脫苦、澄清，在單因素實驗的基礎上，利用響應面分析法探究澄清的最佳工藝條件，通過感官評定選出最優的工藝組合，對最佳工藝生產的柑橘百香果復合果汁進行品質測定。本項目開發的柑橘百香果復合果汁不僅為開發柑橘復合果汁系列奠定技術基礎，提高柑橘的商品價值，增加果農的收入，促進南充的經濟發展，而且得到廣大消費者的喜愛，提升社會效益。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

柑橘、百香果：市購；

果膠酶：山東隆科特酶制劑有限公司；D-異抗壞血酸鈉：諸城華源生物科技有限公司；β-環狀糊精：孟州市華興生物化工有限責任公司；以上均為食品級。

1.2 儀器與設備

HZK-FA210型電子天平：福州華志科學儀器有限公司；DS-1型高速組織搗碎機：上海標本模型廠；PHS-3E 型pH計：上海儀電科學儀器股份有限公司；SW-CJ-2FD型超凈工作臺：蘇州安泰空氣技術有限公司；SHP-180型生化培養箱：金壇市杰瑞爾電器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 工藝流程

1.3.1.1 榨汁 選擇無腐爛、無霉變且成熟度高的柑橘、百香果，在清水中洗凈后去皮、去囊衣、去籽，按一定添加量進行破碎打漿，用紗布進行過濾得到柑橘及百香果原汁。

1.3.1.2 脫苦 每100 mL柑橘原汁中加入0.5 g β-環糊精，在45 ℃下脫苦90 min[13-14]。

1.3.1.3 護色 在柑橘原汁和百香果原汁中分別添加質量分數為0.03%的異抗壞血酸鈉。

1.3.1.4 混合 將柑橘汁和百香果的原汁按設定的比例混合。

1.3.1.5 澄清的單因素實驗 以柑橘原汁與百香果原汁的最適比例混合為原果汁，以果膠酶為澄清劑。設定澄清劑濃度分別為 0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%，澄清溫度設定為40、45、50、55、60 ℃，澄清時間為 0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h，以感官評定為依據，判斷澄清效果，確定澄清的最佳工藝條件。

1.3.1.6 響應面優化澄清復合果汁的工藝條件在單因素的實驗基礎上，選擇澄清劑濃度、澄清溫度和澄清時間，設計3因素3水平的中心組合實驗，以感官評分為響應值，利用Design Expert 11軟件中的Box-Behnken法設計響應面實驗并分析，確定最佳柑橘百香果復合果汁的澄清工藝條件[15-16]，因素水平見表1。

表1 響應面實驗設計表Table 1 The response surface test design table

1.3.1.7 滅酶 將澄清后的復合果汁在沸水浴中加熱1 min進行滅酶，再快速冷卻至室溫。

1.3.1.8 殺菌 在93～95 ℃溫度下進行高溫巴氏殺菌，再灌裝密封。

1.3.2 感官評定

選取 10位有品評經驗的人員組成感官評定小組，從色澤、香味、風味、組織狀態4個方面對柑橘百香果復合果汁的質量進行感官評定，感官評分的評定標準見表2。

表2 感官檢驗評定標準Table 2 The sensory evaluation standards

1.3.3 品質分析

1.3.3.1 理化指標的測定 根據感官評定選擇的最佳工藝條件制作的柑橘百香果復合果汁成品，對其理化指標包括可溶性固形物、pH值等進行測定，綜合分析復合果汁的品質。可溶性固形物的測定參考 GB/T 12143—2008《飲料通用分析方法》，pH值的測定參考 GB/T 10468—1989《水果和蔬菜產品pH值的測定方法》。

1.3.3.2 微生物指標的測定 菌落總數的測定參照GB 4789.2—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數測定》，大腸菌群的測定參照GB 4789.3—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 大腸菌群計數》，沙門氏菌的測定參照 GB4789.4—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 沙門氏菌檢驗》，致病菌金黃色葡萄球菌的測定參照GB4789.10—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 金黃色葡萄球菌檢驗》。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2016進行數據處理及分析，采用Design Expert 11軟件中的Box-Behnken法進行響應面設計分析。

2 結果與分析

2.1 原果汁的混合比例

經過預實驗，柑橘原果汁與百香果果汁按0.5∶1、1∶1、1.5∶1、2∶1、2.5∶1、3∶1 的比例分別混合，通過感官評分得出最佳組合為2∶1，得分為 84.61分，在此混合比例下，柑橘百香果復合果汁的口感、香氣風味等協調性最佳。

圖1 柑橘和百香果原汁的混合比例Fig.1 The mixing ratio of citrus and passion fruit juice

2.2 澄清的單因素實驗

2.2.1 澄清劑濃度的單因素實驗

柑橘和百香果原果汁的混合比例為2∶1，添加0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%澄清劑，澄清溫度為55 ℃，澄清時間為1.5 h，其感官評定結果如下圖2。

圖2 不同澄清劑濃度的感官評分Fig.2 The sensory scores of different clarifying agent concentrations

由圖2所示，不同的澄清劑濃度，對于復合果汁的品質有比較明顯的差異。柑橘百香果復合果汁的感官評分是隨澄清劑果膠酶濃度的增加而先升高后降低，澄清劑濃度為 0.20%，感官評分最高，為 83.21分。果膠酶濃度增加，將復合果汁中的果膠等物質進行水解，濃度越高復合果汁的澄清效果越好，果汁中的果肉顆粒減少，復合果汁的口感變得細膩，但到達一定濃度之后影響復合果汁的色澤，果膠酶過度水解，復合果汁的色澤較淡，呈現淡黃色的澄清果汁，品質反而降低。

2.2.2 澄清溫度的單因素實驗

柑橘和百香果原果汁的混合比例為2∶1，添加0.2%的澄清劑，澄清溫度為40、45、50、55、60 ℃，澄清時間為 1.5 h，不同澄清溫度對柑橘百香果復合果汁的感官評定結果如下圖3。

圖3 不同澄清溫度的感官評分Fig.3 The sensory score of different clarification temperatures

由圖3可知，通過感官評分可以看出，不同的澄清溫度對復合果汁的品質影響是先升高后降低，最佳的澄清溫度為 55 ℃，其復合果汁的色澤、風味及組織狀態等最好，感官評分最高為83.77分，品質最佳。澄清溫度逐漸升高，澄清速度加快，果膠的消耗多，復合果汁中的顆粒少，質地均勻，穩定性好，復合果汁品質最佳。當澄清溫度超過 55 ℃，果膠酶活性減弱，澄清效果下降，同時溫度高香氣物質損失較多，因此，復合果汁品質反而下降。

2.2.3 澄清時間的單因素實驗

柑橘和百香果原果汁的混合比例為2∶1，添加0.2%的澄清劑，澄清溫度為55 ℃，澄清時間為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h，不同澄清時間感官評定結果如下圖4。

圖4 不同澄清時間的感官評分Fig.4 The sensory score of different clarification time

由圖4可知，不同澄清時間對復合果汁的品質影響較大，隨著澄清時間的延長，復合果汁的感官評分先升高后降低，澄清1.5 h，復合果汁感官評分最高為 83.50分，復合果汁的綜合品質最好。澄清時間短，果膠酶水解果膠物質不完全，復合果汁不穩定，含有絮狀物及微小果粒，果汁偏渾濁，隨著澄清時間的延長至1.5 h，復合果汁的色澤風味穩定性最好。澄清時間從1.5 h再延長至2.5 h，果膠酶水解程度增強，復合果汁色澤變淺，透明度增強，香氣物質損失較多，風味變差，品質呈現降低的趨勢。

2.3 響應面優化澄清復合果汁的工藝條件

根據單因素實驗結果，選取澄清劑濃度A、澄清溫度B和澄清時間C，設計3因素3水平的中心組合優化實驗，以感官評分為響應值，17個處理的工藝組合的感官評定分值如下表3所示。

表3 響應面設計及結果分析Table 3 The response surface design and result analysis

由表3可知，采用Design Expert 11軟件中的Box-Behnken法分析多元線性關系，得到的二次回歸方程模型為84.15-0.463 7A-0.587 5B+0.123 7C-0.055AB-0.077 5AC-1.02BC-1.49A2-1.03B2-3.66C2。同時，為了說明二次回歸方程模型的有效性及各因素對響應值感官評分的影響程度，對回歸方程模型進行了方差分析，結果見表4。

表4 二次模型方差分析表Table 4 The analysis of variance of the quadratic model

由表4可知，二次回歸方程模型極顯著（P＜0.01），失擬項不顯著（P=0.167 0＞0.05）以及R2=0.978 0和校正絕對系數R2=0.949 6，說明實驗設計可靠，所擬合的二次回歸方程合適，應用此模型可以預測感官評分及優化澄清工藝。

由回歸二次模型方差分析可知，三個因素對于柑橘百香果復合果汁的品質影響順序為澄清溫度＞澄清劑濃度＞澄清時間，澄清劑濃度和澄清溫度對感官評分影響顯著，澄清時間對感官評分影響不顯著，交互項BC和二次項A2、B2、C2對感官評分影響極顯著，澄清溫度和澄清時間對復合果汁的品質是有交互作用的，見圖5。

圖5 澄清劑濃度、澄清溫度和澄清時間的交互作用對感官評分的影響Fig.5 The effect of the interaction of clarifier concentration, clarification temperature and clarification time on sensory score

由圖5可知，通過等高線的形狀可以判斷交互作用的強弱，橢圓表示兩因素之間交互作用顯著，圓形表示兩因素之間交互作用不顯著。由圖5-c可知，當澄清溫度不變，澄清時間越長，感官評分先增加后減少，當澄清時間不變，澄清溫度越高，感官評分先增加后減少，等高線成橢圓形，BC兩因素交互作用極顯著，與二次模型方差分析一致。

2.4 驗證實驗

在實驗的因素水平范圍內，經過響應面分析得出最佳的工藝條件為：柑橘和百香果原果汁的混合比例為2∶1，添加0.192 4%的澄清劑，澄清溫度為48.45 ℃，澄清時間為1.53 h，得到的感官評分理論值為 84.28分。為了便于操作，將最佳工藝條件調整為柑橘和百香果原果汁的混合比例為2∶1，添加0.19%的澄清劑，澄清溫度為49 ℃，澄清時間為1.5 h。為檢驗響應面法所得結果可靠性，采用調整得到最優工藝條件，經過三組驗證實驗后，實際感官評分值為 84.45分，與理論預測值 84.28分接近。說明經響應面優化得到的柑橘百香果復合果汁的工藝條件具有一定的可行性。

2.5 柑橘百香果復合果汁的品質測定

2.5.1 理化指標的測定結果

以最佳工藝條件制作的柑橘百香果復合果汁3瓶，測定柑橘百香果復合果汁的可溶性固形物為12.6%，符合國家標準，pH值為4.64。

2.5.2 微生物指標的測定結果

測定復合果汁的微生物指標，菌落總數為50 CFU/mL，大腸菌群1 CFU/mL，致病菌沙門氏菌和金黃色葡萄球菌未檢出，因此，微生物指標均符合國家標準。

3 結論

由上述實驗和結果分析可知，通過酶解澄清工藝，能有效抑制褐變、保證復合果汁的色澤和穩定性，從而獲得較好品質的柑橘百香果復合果汁。通過單因素實驗和響應面分析法，制作柑橘百香果復合果汁的最佳工藝如下：柑橘和百香果原果汁的混合比例為2∶1，添加0.19%的澄清劑，澄清溫度為49 ℃，澄清時間為1.5 h。復合果汁是一個復雜體系，其組成成分與整個體系的穩定性、口感、風味等有很大關系，在柑橘汁與百香果汁的混合比例實驗中發現柑橘汁和百香果汁的比例不同，復合果汁口感風味區別較大，主要是由于所選用的柑橘和百香果中的糖酸比及風味物質含量具有差異。澄清劑的濃度、澄清溫度和時間對復合果汁的品質影響均較大，但本文只用了單一澄清劑果膠酶進行澄清，澄清效果相比用果膠酶、纖維素酶等復合澄清劑未進行比較，因此，柑橘百香果復合果汁的工藝還需進一步進行研究。

備注：本文的彩色圖表可從本刊官網（http://lyspkj.ijournal.cn）、中國知網、萬方、維普、超星等數據庫下載獲取。