沙棗沙棘復合果醬的響應面法工藝優化及儲藏期預測

原 林，劉 軍，吳天忠，武慧慧，劉麗燕,*

（1.新疆大學生命科學與技術學院，新疆 烏魯木齊 830046；2.新疆林科院造林治沙研究所，新疆 烏魯木齊 830046）

大果沙棗（Elaeagnus angustifolia Linn.）屬胡頹子科胡頹子屬[1-2]，適應性很強，能在鹽堿、干旱、風沙等惡劣環境中生長，因此沙棗具有較高的造林潛力，且具有固氮作用[3-4]，是西北沙漠地區優良樹種之一[5]。沙棗果實含有大量類黃酮和萜類化合物，如皂苷、酚酸、類胡蘿卜素和維生素等，其他營養物質包括微量元素及脂肪酸、糖等[6-7]。沙棗具有抗氧化、抗癌細胞、保護血管、調節血脂的作用，其營養價值和藥用價值巨大[8]。沙棘（Hippophae rhamnoides Linn.）屬胡頹子科沙棘屬[9]，耐旱，耐風沙，在我國西北部大量種植。沙棘果實有大約428種營養功能成分，包含蛋白質、維生素、黃酮類化合物、不飽和脂肪酸及微量元素等，營養保健價值極高，是人類補充營養的首選水果之一[10-11]。同時沙棘果實中營養成分有超過16種治療及保健作用[12-13]，包括增強免疫、抗腫瘤、抗疲勞及抗氧化作用[14-15]，作為保健食品原材料被廣泛開發利用。

隨著生活水平的提高，人們對食品的高品質要求日益增加，對于果醬產品種類及功能性需求也日益增加。普通果醬風味單一[16]，亟需探索并開發新型產品。新疆地區大量種植沙棗及沙棘，其鮮果產量大，但利用率低，是制約新疆沙棗及沙棘果實產業發展的瓶頸，且目前沙棗及沙棘產品的高效利用和深加工研究還處于起步階段。將沙棘與沙棗相結合制作新口味果醬，可為沙棗產品的深加工提供一條可取的途徑，拓寬其銷路。本研究旨為利用新疆特色產品沙棗及沙棘開發出一種風味獨特且不添加任何防腐劑的復合果醬產品，沙棘既作為原料又代替檸檬酸作為酸味劑，該研究為果醬新產品的開發提供了理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

沙棗，采自于新疆喀什；沙棘，采自于新疆精河縣。原料采后放入-18℃冰箱中冷凍保存。

果膠，上海源葉生物有限公司；白砂糖：廣州華糖食品有限公司。

1.1.2 儀器與設備

WYA-2S數顯阿貝折射儀，上海儀電物理光學儀器有限公司；XS204電子天平，梅特勒-托利多（上海）儀器有限公司；Specord Plus紫外可見分光光度計，德國耶拿分析儀器股份有限公司；LD-PB22N高端破壁料理機，廣州隆特電子有限公司；PHS-3C酸度計，上海吳森儀器設備有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

沙棗鮮果→清洗→預煮→去核→加沙棘打漿→濃縮→灌裝→封口→滅菌→冷卻→包裝

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 準備原料

去除沙棗及沙棘中的爛果及不符合要求的果粒，事先將0.50%的果膠（以沙棗質量為基準）溶于50 mL 60℃水中，充分混勻。

1.2.2.2 預煮

將100 g沙棗倒入不銹鋼鍋內（沙棗質量計為100%），加入2倍果重的超純水，加熱至沸，然后保持微沸狀態20 min左右，以達到果肉煮透滅酶，使之軟化兼防變色，之后剔除其中果核，保留果肉與果皮。

1.2.2.3 打漿

將預煮過的果肉和沙棘漿果按比例放入料理機打漿3 min，將果肉打成漿狀。

1.2.2.4 濃縮

將果漿放入鍋中煮沸后，立即轉為文火濃縮。以沙棗質量為基準，添加0.50%果膠和15%白砂糖，在濃縮過程中不斷攪拌，當濃縮至醬體的可溶性固形物含量達65%時即可出鍋。在此過程中，不加任何護色劑及酸味劑，用沙棘本身的酸代替添加劑檸檬酸，起到護色、調酸的作用。文火濃縮避免了將沙棘中的大量維生素破壞，盡可能多地保留其營養物質。

1.2.2.5 灌裝、封口

出鍋后立即趁熱裝罐，封罐時醬體溫度不低于85℃，裝瓶不可過滿，所留頂隙度以3 mm左右為宜。

1.2.2.6 殺菌、冷卻

封罐后立即投入沸水中殺菌30 min，排氣后及時手工擰緊瓶蓋。瓶蓋、膠圈均需預先清洗、消毒。產品分段冷卻（65℃/10 min→45℃/10 min→涼水冷卻至常溫）后得到沙棗沙棘復合果醬。

1.2.3 單因素試驗設計

1.2.3.1 沙棘添加量的篩選

選擇達到制醬標準的沙棗與沙棘，以沙棗質量為基準，在白砂糖添加量15%、熬煮時間25 min條件下，分別添加7.5%、10.0%、12.5%、15.0%、17.5%的沙棘，制備復合沙棗沙棘復合果醬，通過可溶性固形物（TSS）含量及感官評分篩選沙棘的適宜添加量。

1.2.3.2 白砂糖添加量的篩選

選擇達到制醬標準的沙棗與沙棘，以沙棗質量為基準，在沙棘添加量15%、熬煮時間25 min條件下，分別添加5%、10%、15%、20%、25%的白砂糖，制備沙棗沙棘復合果醬，通過TSS含量及感官評分篩選白砂糖的適宜添加量。

1.2.3.3 熬煮時間的篩選

選擇達到制醬標準的沙棗與沙棘，以沙棗質量為基準，在沙棘添加量15%、白砂糖添加量15%條件下，控制熬煮時間分別為15、20、25、30、35 min，制備沙棗沙棘復合果醬，通過TSS含量及感官評分篩選適宜的熬煮時間。

1.2.4 響應面試驗設計

依據沙棘添加量（A）、白砂糖添加量（B）、熬煮時間（C）的單因素試驗結果，根據響應面Box-Benhnke中心試驗組合設計，以TSS含量、感官評分和綜合評分（綜合評分=TSS×0.5+感官評分×0.5）為響應值，進行三因素三水平響應面試驗分析，優化沙棘沙棗果醬的工藝參數，響應面試驗因素水平見表1。

表1 果醬優化工藝因素與水平的響應面設計Table 1 Response surface design for factors and levels of jam optimization technique

1.2.5 感官評價

將制備的沙棗沙棘復合果醬在22~25℃和相對濕度50%~60%的條件下放置1周，產品符合國標要求（菌落總數＜1×104CFU/g）下進行感官評定，邀請10名經過專門感官培訓指導的食品相關專業人員，根據復合果醬的色澤、滋味與口感、有無雜質、組織狀態4個方面進行綜合評價[17-18]，具體感官評分標準和等級見表2。

表2 沙棗沙棘復合果醬感官評分標準Table 2 Sensory evaluation criteria of Elaeagnus angustifolia and Hippophae rhamnoides compound jam

1.2.6 品質指標測定

TSS含量：使用折光儀測定；pH值：使用pH計測定；蛋白質含量：采用凱氏定氮法[19]測定；多酚含量：采用福林-酚法[20]測定；黃酮含量：采用硝酸鋁-亞硝酸鈉比色法[21]測定；還原糖含量：采用3,5-二硝基水楊酸法[22]測定。

1.2.7 貨架期預測

應用ASLT法建立Q10模型進行貨架期的預測[23]。將制作好的果醬分別放入27、37℃恒溫培養箱內儲藏。每7 d測定一次菌落總數、大腸桿菌數、霉菌數及pH值。Q10模型計算公式如下：

貨架期預測公式如下：

式中：θT1為T1溫度下的貨架期；θT2為T2溫度下的貨架期；ΔT為T1與T2的溫度差。

1.2.8 數據處理

所有試驗至少重復3次，采用軟件SPSS 20.0和Origin 8.0進行數據分析和圖表繪制。測定結果均以表示。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 沙棘添加量對復合果醬品質的影響

由圖1可知，沙棘添加量對復合果醬的TSS影響較大，隨著沙棘添加量的增加，復合果醬的TSS含量逐漸升高。沙棘添加量為7.5%~12.5%時，產品的感官評分呈上升趨勢；當沙棘添加量為12.5%~17.5%時，感官評分呈下降趨勢。當沙棘添加量為12.5%時，果醬的感官評分最高，這是因為沙棘添加量過高會使果醬酸度增大，產生不適口感，影響果醬的品質。因此，根據單因素試驗結果，確定以沙棘添加量10.0%、12.5%和15.0%進行后續復合果醬的工藝優化研究。

圖1 沙棘添加量對果醬品質的影響Fig.1 Effect of seabuckthorn addition on jam quality

2.1.2 白砂糖添加量對復合果醬品質的影響

由圖2可知，糖對復合果醬的TSS含量影響很大，隨著白砂糖添加量的增加，復合果醬的TSS含量顯著升高。白砂糖添加量為5%~15%時，產品感官評分呈上升趨勢；當白砂糖添加量為15%~25%時，感官評分呈下降趨勢。當白砂糖添加量為15%時，果醬的感官評分最高，這是因為白砂糖添加量高會使果醬濃度增大，影響果醬的黏稠度，流動性下降，口感過于甜膩。因此，根據單因素試驗結果，確定以白砂糖添加量10%、15%和20%進行后續復合果醬的工藝優化研究。

圖2 白砂糖添加量對果醬品質的影響Fig.2 Effect of sugar addition on jam quality

2.1.3 熬煮時間對復合果醬品質的影響

由圖3可知，熬煮時間對復合果醬的TSS含量影響較大，隨著熬煮時間的延長，復合果醬的TSS含量逐漸升高，升高速度較緩。熬煮時間為15~25 min時，產品的感官評分呈上升趨勢；當熬煮時間為25~35 min時，感官評分呈下降趨勢。當熬煮時間為25 min時，果醬的感官評分最高，這是因為熬煮時間延長會使果醬的黏稠度增大，甚至產生焦糊褐變，影響果醬的品質。因此，根據單因素試驗結果，確定以熬煮時間20、25、30 min進行后續復合果醬的工藝優化研究。

圖3 熬煮時間對果醬品質的影響Fig.3 Effect of boiling time on jam quality

2.2 響應面優化果醬工藝試驗結果

表3為BBD的17組試驗。通過多元回歸分析對響應值TSS含量（Y1）、感官評分（Y2）和綜合評分（Y3）進行擬合，可以得到下列二元多項方程式：

表3 Ben-Behnken試驗設計及結果Table 3 Ben-Behnken experimental design and results

Y1=65.83+1.29A+1.97B+1.49C+0.036AB+0.61AC-0.087 5BC-1.3A2-0.178 8B2-0.033 7C2

Y2=87.97+0.042 5A-0.952 5B-7.025C-3.41AB-3.5AC-3.16BC-4.51A2-4.83B2-5.20C2

Y3=76.9+0.663 8A+0.506 9B+0.391 9C-1.53AB-1.44AC-1.62BC-2.90A2-2.51B2-2.61C2

表4為試驗結果的方差分析，Y1、Y2、Y3模型F值分別為30.05、70.77、86.34，P值均小于0.000 1，表明這3個模型均極顯著；失擬項P值分別為0.945 7、0.613 0、0.505 6，P值均大于0.05；R2分別為0.974 8、0.989 1、0.991 1，均大于0.95，表明回歸模型描述了每個因素與響應值之間關系的一致性，與R2值很接近，說明樣本的容量足夠大；試驗的變異系數（CV）分別為0.79%、1.07%、0.57%，表明3個模型均具有良好的可靠性與精密度，且可以實際應用[24]。

表4 回歸模型方差分析Table 4 Analysis of variance of regression model

圖4a顯示了沙棘添加量與熬煮時間的交互作用對產品TSS含量的影響，熬煮時間的影響強于沙棘添加量，果醬樣品的TSS含量隨沙棘添加量和熬煮時間的增加而升高。圖4b顯示了沙棘添加量與熬煮時間的交互作用對產品感官評分的影響，感官評分的峰值出現在沙棘添加量11%~13%和熬煮時間24~26 min之間。圖4c顯示了沙棘添加量與白砂糖添加量的交互作用對產品感官評分的影響，感官評分的峰值出現在沙棘添加量11%~13%和白砂糖添加量14%~16%之間。圖4d顯示了熬煮時間與白砂糖添加量的交互作用對產品感官評分的影響，感官評分的峰值出現在熬煮時間24~26 min和白砂糖添加量14%~16%之間。圖4e顯示了沙棘添加量與白砂糖添加量的交互作用對產品綜合評分的影響，綜合評分的峰值出現在沙棘添加量11%~13%和白砂糖添加量14%~16%之間。圖4f顯示了熬煮時間與白砂糖添加量的交互作用對產品綜合評分的影響，綜合評分的峰值出現在熬煮時間24~26 min和白砂糖添加量14%~16%之間。圖4g顯示了沙棘添加量與熬煮時間的交互作用對產品綜合評分的影響，綜合評分的峰值出現在沙棘添加量11%~13%和熬煮時間24~26 min之間。將綜合評分最大值設為最佳優化條件，得到最終結果為：沙棘添加量12.72%，白砂糖添加量15.32%，熬煮時間25.15 min，該條件下果醬產品的品質最佳。根據實際操作的可行性，將工藝配方調整為：沙棘添加量12%，白砂糖添加量15%，熬煮時間25 min。對此條件進行3次驗證試驗，所得沙棗沙棘復合果醬綜合評分的均值為75.61，接近預測值76.95。因此，基于響應面法所得的最佳配方準確可靠，具有實際應用價值。

圖4 各因素交互作用對復合果醬響應值影響的響應曲面圖Fig.4 Response surface diagram of the effect of factors interaction on response values of compound jam

2.3 果醬的品質指標測定結果

對按照優化工藝配方制得的沙棗沙棘復合果醬進行部分品質指標的測定，結果表明：果醬pH值為3.80，蛋白質含量0.87%，多酚含量4.32 mg/g，黃酮含量0.67 mg/g，還原糖含量3.67%。

2.4 沙棗沙棘復合果醬的貨架期預測結果

在27℃及37℃下觀察91 d，沙棗沙棘復合果醬的菌落總數≤1×104CFU/g、霉菌數≤1.0×102CFU/g，均未超出國家標準[25]，且未檢出任何致病菌。果醬在儲藏過程中由于溫度的影響其雙糖或多糖會降解，導致pH值降低，因此以pH值為貨架期預測的指標。果醬的pH值小于3時[26]，果醬糖酸比失衡，以此作為貨架期預測終點。由表5可知，隨著儲藏時間的延長，pH值的降低趨勢加快。37℃儲藏第42天果醬嚴重衰敗，即果醬在37℃的貨架期為35 d，27℃的貨架期為91 d。由公式（1）可得Q10＝91/35＝2.6。由公式（2）可得在商業儲藏溫度20℃的貨架期為：θ20℃＝35×2.61.7=177.36 d。

表5 儲藏期間果醬的pH值變化Table 5 pH changes of jam during storage

對最優生產工藝條件下的沙棗沙棘復合果醬貨架期模型進行驗證，根據模型方程計算儲藏溫度15℃、25℃下的果醬pH值得到貨架期預測值，與實測值進行比較，結果見表6。

表6 不同溫度下沙棗沙棘果醬的貨架期預測值與實測值Table 6 Predicted value and measured value of shelf life of Elaeagnus angustifolia and Hippophae rhamnoides jam at different temperatures

由表6可知，在15℃和25℃條件下，沙棗沙棘復合果醬貨架期預測值與實測值的相對誤差分別為1.25%和2.69%，均小于10%，說明建立的依靠果醬pH值為判定標準的貨架期預測模型可以很好地預測沙棗沙棘果醬在15~35℃的貨架期。

3 結論

本研究以新疆特色產品沙棗和沙棘為原料研制復合果醬，在單因素試驗的基礎上，通過響應面法優化了果醬的最佳工藝配方。沙棘既作為原料，又作為酸味劑、護色劑代替檸檬酸。沙棗沙棘復合果醬的最優工藝配方為：沙棘添加量12%，白砂糖添加量15%，熬煮時間25 min。應用ASLT法建立Q10模型，預測沙棘沙棗復合果醬在不添加防腐劑的情況下，20℃條件下的貨架期為177 d。