響應面法優化線葉金雀花固體飲料配方

高曉雪，宮建輝，吳建松，劉 靖，馬雪艷，孫 丹

（北京姿美堂生物技術有限公司，北京 100041）

線葉金雀花是一種擁有300多年的食用歷史的南非西開普頓特有植物，全球已超過37個國家銷售，由于此茶不含咖啡因，且具有顯著的抗氧化活性，一直受到消費者歡迎[1-2]。除此之外，隨著臨床研究發現，線葉金雀花具有保護心血管[3]、降血糖[4]、抗炎作用[5]等保健作用，越來越吸引消費者購買其相關產品。目前將線葉金雀花作為飲料、食品、保健品和化妝品市場的提取物也成了近年來市場關注的熱點，線葉金雀花因含有少量單寧等物質，所以口感伴有微弱的苦澀感[2]。本研究為了開發一種由線葉金雀花有效成分提取濃縮制成的固體飲料，該劑型不僅具有營養豐富、風味良好、易于攜帶保存、方便飲用等優點，可為市場提供一種天然功效沖調飲料[6]。同時推動線葉金雀花精深加工、產品多樣化的發展起到積極意義。

消費者對于食品的接受程度與風味和功效密切相關，而對功效食品來說，其風味起著決定性作用[7]。因此本研究以線葉金雀花為原料，經過過濾、巴氏殺菌、提取等工藝得到固體飲料，通過感官評價結合響應面法對產品配方進行分析優化，制成一款外觀及風味良好的線葉金雀花固體飲料，為線葉金雀花的深加工提供思路，同時為線葉金雀花固體飲料的生產提供一種參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

線葉金雀花原料由青島匯百萃生物科技有限公司提供；木糖醇、甜菊糖苷、麥芽糊精食品級，均購自浙江旗諾食品配料有限公司。

DTS50-500系列小型多能提取濃縮回收機組購自常熟市春來機械有限公司；SZ型蒸汽巴氏殺菌生產設備購自諸城神州機械科技有限公司；小型噴霧干燥機QFN-8000T；SYH搖擺式混合機速混合設備；XZL系列旋轉制粒機；JK-420AZ自動顆粒包裝機均購自佛山市吉客蜜蜂自動化設備有限公司；熱風循環烘箱購自常州市蘇龍干燥設備有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 線葉金雀花固體飲料工藝流程

線葉金雀花固體飲料工藝流程為線葉金雀花→蒸汽加熱浸泡→分離過濾→冷卻→分離→濃縮→冷卻→蒸汽巴氏殺菌→濃縮→噴霧干燥→復配（添加粘合劑與矯味劑）→干混→造粒→標準化→干燥→半成品→檢驗→包裝→成品。

1.2.2 操作要點

上述工藝過程中線葉金雀花在巴氏殺菌期間溫度為85 ℃，處理時間為20 min左右。原輔料干粉通過混合機混合時長大概15 min，通過酒精制軟材，目篩規格選用15目，烘箱溫度為50 ℃干燥3 h左右，取出后置于干燥處，將自動封口包裝機溫度調至100 ℃，包裝規格按照每袋凈含量6 g進行包裝，得到成品。

1.2.3 單因素試驗分析

在單因素試驗的基礎上，本試驗通過麥芽糊精用量，木糖醇用量，甜菊糖苷用量，蘋果酸用量為響應值，進行單因素試驗，確定單因素具有代表性水平用量范圍，利用Design Expert 設計4因素3水平的響應面試驗，探究輔料添加量對線葉金雀花固體飲料的感官影響。本配方的主要目的為改善線葉金雀花茶當中微弱的苦澀口感，同時豐富固體飲料茶的口味，通過優化矯味劑的添加量改善固體飲料的風味。

（1）麥芽糊精添加量。根據前期預試驗，在線葉金雀花浸膏干粉添加量為38%，木糖醇添加量為10%，甜菊糖苷添加量為5%，蘋果酸添加量為22%，分別加入麥芽糊精用量為15%、20%、25%、30%及35%，于100 mL溫度為40 ℃溫水中均勻攪拌，調配成5種麥芽糊精用量不同的固體飲料，為探討不同麥芽糊精用量對固體飲料感官品質的影響。

（2）木糖醇添加量。根據前期預試驗，在線葉金雀花浸膏干粉添加量為38%，麥芽糊精添加量為25%，甜菊糖苷添加量為5%，蘋果酸添加量為22%，分別加入木糖醇用量為0%、5%、10%、15%及20%；于100 mL溫度為40 ℃溫水中均勻攪拌，調配成5種木糖醇用量不同的固體飲料，為探討不同木糖醇用量對固體飲料感官品質的影響。

（3）甜菊糖苷添加量。根據前期預試驗，在線葉金雀花浸膏干粉添加量為38%，麥芽糊精添加量為25%，木糖醇添加量為10%，蘋果酸添加量為22%，分別加入甜菊糖苷不同用量0%、2.5%、5.0%、7.5%及10.0%；于100 mL溫度為40 ℃溫水中均勻攪拌，調配成5種甜菊糖苷用量不同的固體飲料，為探討不同甜菊糖苷用量對固體飲料感官品質的影響。

（4）蘋果酸添加量。根據前期預試驗，在線葉金雀花浸膏干粉添加量為38%，麥芽糊精添加量為25%，木糖醇添加量為10%，甜菊糖苷添加量為5%，分別加入蘋果酸不同用量15%、20%、25%、30%和35%；于100 mL溫度為40 ℃溫水中均勻攪拌，調配成5種蘋果酸用量不同的固體飲料，為探討不同蘋果酸添加量對固體飲料感官品質的影響。

1.2.4 響應面優化試驗

響應面設計中A為麥芽糊精添加量，B為木糖醇添加量，C為甜菊糖苷添加量，D為蘋果酸添加量，其因素與水平見表1。

表1 響應面優化試驗的因素水平

1.2.5 感官評價

選擇12位經過專業訓練的樣品感官評定人員，年齡位于20～40歲，對線葉金雀花固體飲料觀察后在6 g固體飲料中添加100 mL溫水進行沖調，以固體飲料的粒度、色澤、滋味及溶化程度4個指標進行感官評價，以百分制評分，感官評價標準見表2。

表2 線葉金雀花固體飲料感官評價標準

1.3 數據處理

本 文 通 過 IBM SPSS Statistics 26、Microsoft Excel、Design Expert進行數據分析處理、繪圖制作。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗分析

2.1.1 麥芽糊精對線葉金雀花固體飲料綜合感官評分影響

由圖1可知，隨著麥芽糊精用量增加，感官評分呈現先升高后降低的趨勢。當添加量為30%時，此時感官評分最高為86.7分。當添加量低于30%時，隨著添加量的增加，麥芽糊精作為固體飲料的賦形劑和矯味劑有改善顆粒形狀及口感[8]，但當用量大于30%時，麥芽糊精黏性變大，破壞顆粒的成型度，口感也會偏甜，使整體感官品質下降。因此，麥芽糊精添加量為30%時最合適。

圖1 麥芽糊精添加量對感官評價的影響

2.1.2 木糖醇對線葉金雀花固體飲料綜合感官評分影響

由圖2可知，隨著木糖醇用量增加，感官評分呈現出先升高后降低的趨勢。當其添加量為10%時，感官評分最高達到80.4分。當添加量低于10%時，隨著添加量的增加，木糖醇是替代蔗糖作為矯味劑可使飲料變得甜味純正、清爽冰涼；但是當用量大于10%時，隨著木糖醇的添加，線葉金雀花固體飲料的顆粒硬度會增大，口感過甜，造成感官評價下降[9]。因此，木糖醇添加量為10%最合適。

圖2 木糖醇添加量對感官評價的影響

2.1.3 甜菊糖苷對線葉金雀花固體飲料綜合感官評分影響

由圖3可知，感官評分隨著甜菊糖苷添加量的增加呈現先升高后降低的趨勢，當甜菊糖苷的用量在2.5%時，感官最好，感官評分為83.2分。甜菊糖苷是高甜度的甜味劑，甜感悠長，可以有效掩蓋茶的苦澀感[10]。當添加量為0%～2.5%時，因線葉金雀花茶具有微小的苦澀味，使甜菊糖苷增甜不夠明顯，當2.5%＜甜菊糖苷添加量＜5.0%時，甜味逐漸增加；但當添加量超過2.5%時，口感過甜且后味重。因此，甜菊糖苷最適添加量為2.5%。

圖3 甜菊糖苷添加量對感官評價的影響

2.1.4 蘋果酸對線葉金雀花固體飲料綜合感官評分影響

由圖4可知，感官評分隨著蘋果酸添加量的增加表現出先升高后降低的趨勢，添加量為25%時，感官評分最高分達到88.5分。蘋果酸作為酸味劑，味覺自然獨特，與天然果實的酸味特征相比擬，具有天然果香味，與檸檬酸相比，產生的熱量更低，口味更好[11]。

圖4 蘋果酸添加量對感官評價的影響

2.2 響應面優化試驗設計及結果

2.2.1 響應試驗結果

根據表1的響應面優化試驗的因素水平，通過Box-Behnken模型設計4因素3水平輔料添加量的試驗，結果見表3。以感官評分為響應值，建立多元回歸模型，感官評分回歸方程為Y=89.08+0.63A+2.02B-0.97C-0.77D-1.17AB-1.02AC-2.75AD-0.98BC+2.05BD+4.25CD-4.55A2-6.2B2-6.4C2-5.68D2。

表3 響應面試驗結果

（續表3）

2.2.2 響應面試驗數據處理及數值分析

由表4可知，對回歸方程結果進行方差分析發現，響應面回歸模型中F=75.46且p＜0.000 1，說明試驗中所采用的二次模型極為顯著；失擬項F=2.55，p=0.190 5＞0.05，則表明模型與純誤差之間的關聯不顯著，該模型具有較高可靠性。該回歸模型的決定系數R2為0.986 9，校正系數R2adj為0.973 8，能夠解釋試驗有97.38%符合模型，且預測相關系數R2pred=0.932 1，說明此試驗模型與真數據擬合程度良好，具有實踐指導意義，由此可以用該模型分析和預測線葉金雀花固體飲料茶制備的最優工藝條件。交互項BD、CD、AD對感官評價的影響極顯著（p＜0.01），二次項A2、B2、C2、D2對感官評價產生極顯著影響（p＜0.01）。根據表中各個因素的F值，說明各因素對感官評價影響大小順序為B（木糖醇）＞C（甜菊糖苷）＞D（蘋果酸）＞A（麥芽糊精）。

表4 擬合回歸方程的方差分析結果

響應面與等高線圖可以表征各因素之間的交互作用，橢圓形等高線表示兩因素之間的交互作用明顯,圓形則表示兩因素之間的交互作用不明顯[12-13]。由圖5～10可知，AD、BD和CD的等高線圖接近于橢圓，說明兩因素之間交互作用極顯著（p＜0.01），即麥芽糖和蘋果酸之間、木糖醇和蘋果酸之間、蘋果酸和甜菊糖苷之間的影響顯著；而其他因素的等高線圖接近于圓形，則說明麥芽糖和木糖醇之間、麥芽糖和甜菊糖苷之間、木糖醇和甜菊糖苷之間的影響顯著性不明顯。回歸方程模型的方差分析結果與響應面圖反映的各因素之間的交互作用結果一致。

圖5 麥芽糊精與木糖醇交互作用對感官評價的影響

圖6 麥芽糊精與蘋果酸交互作用對感官評價的影響

圖7 麥芽糊與甜菊糖苷交互作用對感官評價的影響

圖8 木糖醇與甜菊糖苷交互作用對感官評價的影響

圖9 蘋果酸與木糖醇交互作用對感官評價的影響

圖10 蘋果酸與甜菊糖苷交互作用對感官評價的影響

2.2.3 最優工藝條件試驗驗證

通過響應面分析可以得到產品感官評價達到最高點時的最佳配比為麥芽糊精添加量30.50%、木糖醇10.75%、甜菊糖苷添加量為2.20%、蘋果酸添加量為24.50%，模型預測感官評分為89.366分。通過以上條件進行3次重復，以驗證響應面優化的預測結果，發現線葉金雀花固體飲料的顆粒均勻，無結塊，沖調后酸甜柔和協調，無苦澀味，色澤均勻，溶解良好，最后得到綜合感官評價為90.1分，該值接近模型預測值。

3 結論

本研究通過對線葉金雀花茶添加輔料，制成固體飲料，研究了輔料對顆粒質構、產品外觀、風味的影響。通過單因素確定了麥芽糊精添加量、木糖醇添加量、甜菊糖苷添加量及蘋果酸添加量，利用Box-Behnken響應面法對配方工藝進行了優化，優化后的最佳配方工藝條件為麥芽糊精添加量30.50%、木糖醇添加量10.75%、甜菊糖苷添加量為2.20%、蘋果酸添加量為24.50%，在此工藝條件下，得出線葉金雀花固體飲料感官評價分值為90.1分。該配方得到的固體飲料茶，口感酸甜，回味甘甜，顆粒飽滿均勻，溶解性好，溶解后色澤紅亮澄清，感官品質好。本研究結果為線葉金雀花固體飲料的資源利用率及線葉金雀花固體飲料的開發提供了理論依據及技術支持。