響應面法優化復合梨膏配方及其抗氧化性活性

馮澤，茹先古麗·買買提依明，潘紅軍，嚴歡，艾合買提江·艾海提*，劉軍*

1. 新疆大學生命科學與技術學院 新疆生物資源基因工程重點實驗室（烏魯木齊 830046）；2. 新疆分析測試研究院（烏魯木齊 830011）

新疆庫爾勒香梨（Pyresbretschnei deriRehd），簡稱香梨（Korla pear）。香梨中含多糖、揮發油、黃酮類等成分[1]，具有抗氧化、抗潰瘍、抗炎等功效[2]。庫爾勒香梨經加工可制成香梨果酒、香梨清汁及香梨發酵飲料等[3]。榅桲為薔薇科榅桲屬植物榅桲（Cydonia oblongaMill.）的成熟果實[4]，也稱為新疆木瓜（Quince）。榅桲果實具果香氣，味甜、微酸，生食有澀硬感。榅桲富含化學成分鞣質類、有機酸和黃酮等[5]。國外使用榅桲做成果醬、香水和香料等，在國內新疆當地常用于止咳止瀉等疾病的治療，具有極大的利用價值，然而在市場上并不多見。枸杞（Lycium dasystemumPojark）屬于茄科枸杞屬落葉灌木[6]，是一種重要的藥食兩用資源，含有多種活性物質[7]。近年來關于枸杞的研究非常廣泛，但用榅桲和枸杞制作成梨膏的產品還未出現過。

目前對梨膏的研究主要集中在止咳功效的梨漿、潤肺功能的梨膏和添加其他中藥成分的膏等保健產品[8-10]，然而關于其抗氧化作用的評價還未見報道。試驗以香梨、榅桲及枸杞為原料，通過工藝優化得到復合梨膏最優配方。通過體外抗氧化活性試驗測定復合梨膏的抗氧化能力。試驗可為榅桲果實的深加工提供參考，為生產感官品質和營養品質均較高的復合梨膏提供一定理論依據，促進梨膏產業的發展和進步。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

庫爾勒香梨、喀什榅桲、精河枸杞、白砂糖（烏魯木齊市水果市場）；蘆丁標準品、沒食子酸、福林酚（北京索萊寶科技有限公司）；三氯化鋁、水楊酸、鐵氰化鉀、三氯化鐵（天津市鑫鉑特化工有限公司）；DPPH（1, 1-二苯基-2-苦基肼自由基）、ABTS[2, 2’聯氮-雙（3-乙基苯井噻唑啉-6-磺酸）二胺鹽，上海源葉生物有限公司]。所有試劑均為國產分析純。

1.2 主要儀器與設備

CJ21Q電磁爐（中山市雅樂思電器實業有限公司）；L5S紫外分光光度計（上海儀電分析儀器有限公司）；NDJ-1旋轉黏度計（上海昌吉地質儀器有限公司）；JTM-L50立式膠體磨（華威機械制造有限公司）；FAL-102手持式糖度計（深圳遠恒通科技有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 復合梨膏的工藝流程

庫爾勒香梨、喀什榅桲驗收→預處理→去皮、去籽、切塊→預煮軟化→護色→磨漿→過濾→榅桲汁、香梨汁

精河紅枸杞驗收→清洗挑揀→預煮軟化→磨漿→過濾→枸杞汁

3種原汁混合→調配→濃縮→灌裝封蓋→殺菌→冷卻→復合梨膏成品

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 預煮軟化

設置溫度90～95 ℃，時間3 min。沸水投料。

1.3.2.2 磨漿過濾

將預煮后的香梨、榅桲和枸杞分別加入一定比例的復合護色劑浸泡，分別送入膠體磨進行磨漿[11]，細度要求為3 μm，時間為3 min。將渾濁的果汁用2層紗布進行過濾，除去濾渣，取濾液，即可分別得到香梨汁、榅桲汁和枸杞汁。

1.3.2.3 調配

按照一定比例混合3種果汁，將果汁打入鍋中，并添加適量蔗糖進行調配。事先稱取0.3%的蔗糖配成濃度75%的溶液，分2～3次加入糖液。

1.3.2.4 濃縮

采用蒸發濃縮的方法，在濃縮過程中需小火不斷攪拌，嚴禁糊鍋。當濃縮至膏體時即可出鍋，梨膏口感風味適中。

1.3.2.5 灌裝滅菌

將濃縮好的復合梨膏出鍋后迅速裝入事前消毒過的玻璃瓶中。置于80 ℃熱水中殺菌20 min，分段冷卻。

1.3.3 感官評價標準

選取10名經過感官評價培訓的人員，參照表1的評分準則，分別從風味、色澤、香氣和形態4個方面進行打分，最終評定結果取10人評分的平均值（滿分100分）。

表1 復合梨膏感官評價表

1.3.4 復合梨膏工藝優化的單因素試驗

按照方法1.3.1的工藝流程制備復合梨膏，以感官評分為評價指標，用單因素輪換法依次考察梨汁添加量（30%，35%，40%，45%和50%）、榅桲汁添加量（10%，15%，20%，25%，30%）、枸杞汁添加量（5%，10%，15%，20%和25%）和蔗糖添加量（0.1%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%）對復合梨膏品質的影響。各因素的固定值為梨汁添加量45%、榅桲汁添加量25%、枸杞汁添加量15%、蔗糖添加量0.3%。

1.3.5 復合梨膏原料配方工藝條件優化響應面試驗

在單因素試驗基礎上，確定自變量為香梨汁添加量（A）、榅桲汁添加量（B）、枸杞汁添加量（C），響應值（Y）為復合梨膏的感官評分，利用Design Expert 10軟件進行復合梨膏混料回歸設計，響應面試驗設計的因素及水平如表2所示。

表2 Box-Behnken設計因素與水平 單位：%

1.3.6 理化指標測定

可溶性固形物含量：利用手持糖度計進行測定。水分含量：參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》。蛋白質含量：參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》。黏度：利用旋轉黏度儀測定。總黃酮含量測定：參照文獻[12]中的方法。總酚含量測定：參照文獻[13]的方法測定。

1.3.7 微生物指標測定

菌落總數：參照GB 4789.3—2016《食品安全國家標準 食品微生物檢驗 菌落總數測定》。大腸菌群：參照GB 4789.3—2016《食品安全國家標準 食品微生物檢驗 大腸桿菌計數》。

1.3.8 抗氧化活性測定

按照1.3.1工藝步驟，在最優的工藝條件下制得復合梨膏，樣品用超純水稀釋100倍，離心取上清液進行抗氧化活性的測定。DPPH·清除能力的測定：參照文獻[14]的方法；OH·清除能力的測定：參照文獻[15]的方法；ABTS+·清除能力的測定：參照文獻[16]的方法；鐵離子還原能力的測定：參照文獻[17]的方法。以維生素C（質量濃度為1 mg/mL）作為陽性對照，每個試驗平行3次。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 梨汁添加量對復合梨膏感官評分的影響

庫爾勒香梨可溶性固形物為13.4%～15.0%[18]，香梨比甜度大于100，為高甜度品種[19]。因此梨汁添加量直接影響梨膏口感。由圖1可得，梨汁添加量45%時，復合梨膏的感官評分最高，并兼具三者的風味，色澤誘人。梨汁添加量較小時，梨膏口感偏酸。梨汁添加量大時，糖含量偏高，口感較差，復合梨膏的狀態過于黏稠，感官評分偏低。因此，最佳香梨汁添加量為45%。

圖1 梨汁添加量對復合梨膏感官評分的影響

2.1.2 榅桲汁添加量對復合梨膏感官評分的影響。

榅桲果實含有機酸為1.22%，總酸含量為2.54 g/100 g，糖酸比（可溶性固形物/總酸）為4.49，具有“低糖高酸”的特性[20]，新疆榅桲香味濃郁，也被當作香料水果[21]，故榅桲汁口感酸澀，香味濃郁。因此適當的榅桲汁添加量可以使梨膏風味更好，并且增加酸甜的口感。由圖2可得，榅桲汁添加量10%～30%時，其感官評分先升高后下降。榅桲汁添加量小于25%時，梨膏酸味不足，口感較甜膩，風味寡淡，感官評分較低。榅桲汁添加量大于25%時，榅桲的酸味特性較為凸顯，梨膏口感偏酸，榅桲風味較為濃郁并掩蓋香梨和枸杞的風味，導致復合梨膏感官評分偏低。因此，最佳榅桲汁添加量為25%。

圖2 榅桲汁添加量對復合梨膏感官評分的影響

2.1.3 枸杞汁添加量對復合梨膏感官評分的影響。

枸杞汁添加量對復合梨膏感官評分的影響如圖3所示。枸杞汁添加量15%時，復合梨膏的感官評分最好，風味色澤最佳。枸杞汁添加量大于15%時，添加量越大，梨膏顏色越深，枸杞風味過濃，梨膏中會有淡淡的苦味。因此，最佳枸杞汁添加量為15%。

圖3 枸杞汁添加量對復合梨膏感官評分的影響

2.1.4 蔗糖添加量對復合梨膏感官評分的影響。

蔗糖添加量是影響復合梨膏狀態和外觀的重要因素。濃縮汁中含有酸和大量的糖會導致美拉德反應和焦糖化反應的發生。所以在制備梨膏過程中蔗糖的添加量不宜過多，否則會直接影響梨膏的外觀。由圖4可得，蔗糖添加量0.3%時，復合梨膏的感官評分最高。蔗糖添加量較少時，梨膏狀態較稀，甚至不能呈現黏稠的流體狀態。蔗糖添加量大于0.3%時，梨膏狀態黏稠甚至呈果凍狀，顏色呈焦糖色，口感過于甜膩，導致復合梨膏感官評分偏低。因此，最佳蔗糖添加量為0.3%。

圖4 蔗糖添加量對復合梨膏感官評分的影響

2.2 響應面優化試驗設計及結果分析

利用軟件對響應面試驗進行設計，結果見表3，方差分析結果見表4。

利用Design-Expert 10軟件對表3的試驗數據進行分析，得到二次多項式回歸方程，獲得感官評價（Y）對梨汁添加量（A）、榅桲汁添加量（B）、枸杞汁添加量（C）的二次多項回歸方程：Y=91.06+0.262 5A+0.1B+0.337 5C-0.65AB-0.125AC-0.2BC-1.242 5A2-1.817 5B2-2.042 5C2。

表3 Box-Behnken試驗設計及結果

由表4可以看出，模型的p＜0.000 1，該模型極具顯著性，而失擬項p=0.591 5＞0.05，不顯著，此外，該回歸模型相關系數R2=0.994 2，模型的調整確定系數Radj2=0.986 9，表明該模型擬合程度良好，能夠準確分析和預測復合梨膏的感官評價。在回歸模型中，一次項A、C，交互項AB及二次項A2、B2、C2對結果影響極顯著。各因素影響復合梨膏感官評分的主次順序為C、A、B，即枸杞汁添加量對感官評分影響最為顯著。梨汁添加量和榅桲汁添加量、梨汁添加量和枸杞汁添加量、榅桲汁添加量和枸杞汁添加量這三組因素間有交互作用，對回歸模型獲得的響應曲面圖和等高線圖見圖5～圖7。

表4 回歸模型方差分析表

由圖5～圖7可知，梨汁添加量和榅桲汁添加量的交互作用最強。進行二次多項回歸模型線性擬合后可知，復合梨膏配方工藝的最佳條件是：梨汁添加量45.50%、榅桲汁添加量25.02%、枸杞汁添加量15.39%。在此工藝下，復合梨膏感官評分可達91.09分。

圖5 梨汁添加量和榅桲汁添加量對綜合評分影響的響應面及等高線

圖6 梨汁添加量和枸杞汁添加量對綜合評分影響的響應面及等高線

圖7 榅桲汁添加量和枸杞汁添加量對綜合評分影響的響應面及等高線

2.3 最優工藝條件試驗驗證

根據軟件預測結果，結合實際工藝設置的可行性，并進行感官評價，將響應因素選定為梨汁添加量46%、榅桲汁添加量25%、枸杞汁添加量15%，其他條件不變，進行3組平行試驗，感官評分為91分，與模型預測結果接近，表明基于該響應面模型分析優化復合梨膏的配方優化工藝方法有效可行。

2.4 復合梨膏抗氧化性試驗結果

通過復合梨膏對DPPH自由基、羥自由基、ABTS自由基的清除率及Fe3+還原能力的測定，同時以維生素C作為陽性對照，評價復合梨膏的抗氧化活性，結果見如表5所示。

表5 復合梨膏對4種自由基的清除率

從表5可以看出，復合梨膏具有一定的抗氧化活性，其對DPPH自由基清除能力為76.00%，對羥自由基清除能力為65.45%，對ABTS自由基的清除能力為71.92%。與維生素C作對比可知，復合梨膏的還原能力較強。

2.5 復合梨膏品質分析

在最佳工藝條件下所得復合梨膏為橘紅色，色澤均勻一致，酸甜適中，無苦澀感，具有香梨、榅桲及枸杞融合的特有風味，香味協調無異味，黏稠度適中，流動性良好且不分層。可溶性固形物含量為59°Brix；水分為50.99%±0.5%；蛋白質含量為1.677 1%；黏度為20 Pa·s；總酚含量為5.24 mg/mL；總黃酮含量7.02 mg/mL；菌落總數＜100 CFU/mL；大腸菌群未檢出。

3 結論

采用香梨、榅桲和枸杞3種原料對復合梨膏的配方進行研究。以感官評分為指標，在單因素試驗基礎上，采用響應面法得到的最佳工藝條件為梨汁添加量46%、榅桲汁添加量25%、枸杞汁添加量15%、蔗糖添加量0.3%，此時可溶性固形物含量為59 °Brix，水分為50.99%±0.5%，蛋白質含量為1.677 1%，黏度為20 Pa·s，總酚含量為5.24 mg/mL，總黃酮含量為7.02 mg/mL，菌落總數和大腸菌群的檢測結果也符合國家標準。復合梨膏對DPPH自由基、羥基自由基及超氧陰離子自由基的清除能力分別為76.00%，65.45%和71.92%。此時復合梨膏的色澤呈現橘色，酸甜適中，香氣怡人。感官評分為91分，抗氧化活性物質黃酮與多酚含量明顯高于秋梨膏、安梨膏及安梨清汁[14]，根據文獻報道，在前人的研究過程中未曾發現過檢測梨膏的抗氧化性，首次通過體外抗氧化試驗檢測出該復合梨膏具有較強的抗氧化性。其在日常生活中可與主食搭配食用或沖水飲用，具有很好的發展前景。