響應面法優(yōu)化烏梅復合飲料的制備工藝

左亞鋒，王 成，李艷冉，李逸喆，王 娜，湯 建

（1.亳州學院；2.亳州市華佗中醫(yī)院，安徽 亳州 236800）

烏梅來源于薔薇科植物梅的干燥近成熟果實，藥用歷史悠久，具有斂肺澀腸、生津止渴、驅蟲止痢的功效[1,2]。研究發(fā)現(xiàn)烏梅含有萜類、黃酮類等多種活性成分，具有抗肝纖維化、抑菌、降血脂等功能[3-5]。

木瓜具有舒筋絡、和脾胃的功效，現(xiàn)代研究表明木瓜中含有黃酮類、有機酸類、甾體類、三萜類等化合物，具有抗腫瘤、保肝、免疫調節(jié)、抗菌等多種生物活性[6-8]。紫蘇葉具有藥食兩用的特點，主要有抗氧化，解熱，鎮(zhèn)痛等藥理作用[9-11]。炙甘草補脾和胃、益氣復脈力勝，具有抗氧化損傷、鎮(zhèn)痛、解毒等藥理作用[12]。本試驗以烏梅、木瓜、紫蘇葉和炙甘草為主要原材料，并通過調節(jié)加入量來優(yōu)化口感，進而使原材料在風味和功效方面共同提高。烏梅、木瓜、紫蘇葉和炙甘草同為藥食同源的品種[13]，因此，本研究采用相關試驗來進行飲料研制和其配方工藝優(yōu)化，研制以烏梅、木瓜、紫蘇葉和炙甘草為原料的具有一定解酒作用的烏梅復合飲料[14]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

烏梅飲片、木瓜飲片、紫蘇葉飲片、炙甘草飲片均購自安徽協(xié)和成藥業(yè)飲片有限公司。

1.1.2 試劑

DPPH（分析純）：上海源葉生物科技有限公司；總抗氧化能力（T-AOC）檢測試劑盒：北京索萊寶科技有限公司；抗壞血酸（分析純）、氫氧化鈉（分析純）、乙醇（分析純）、H2O2（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；水楊酸鈉（分析純）、七水合硫酸亞鐵（分析純）：天津市科密歐化學試劑有限公司；硫酸（分析純）：南京化學試劑股份有限公司。

1.1.3 儀器與設備

HZY-C5200電子天平 華志（福建）電子科技有限公司；MJ-PB40E253C加熱破壁營養(yǎng)料理機 廣東美的生活電器制造有限公司；80-2臺式低速離心機 上海手術器械廠；WYA(2WAJ)阿貝折射儀 上海儀電物理光學儀器有限公司；98-Ⅱ-B電子控溫磁力攪拌電熱套 天津市泰斯特儀器有限公司；DZKW-3-6電熱恒溫水浴鍋 上海科恒實業(yè)發(fā)展有限公司；PHS-3C pH計 上海儀電物理光學儀器有限公司

1.2 試驗方法

1.2.1 烏梅復合飲料制備工藝流程

圖1 工藝流程圖

1.2.2 制備過程

1.2.2.1 烏梅浸提液（A）制備流程

烏梅飲片和水按1:4比例混合，在95℃水浴鍋中浸提30min，冷卻后，打漿機打漿，取打漿液用濾布進行過濾[15,16]。

1.2.2.2 木瓜浸提液（B）制備流程

木瓜飲片和水按1：20比例混合，在95℃水浴鍋中浸提2h，冷卻后，打漿制得粗漿液，然后過濾，最后離心[17-21]。

1.2.2.3 紫蘇葉浸提液（C）制備流程

取紫蘇葉飲片20克，研碎，用濾布包裹，加蒸餾水300mL，放入索氏提取裝置進行提取2h，冷卻，得紫蘇葉汁[22,23]。

1.2.2.4 炙甘草浸提液（D）制備流程

炙甘草飲片和水按1∶12比列，在95℃水浴鍋中浸提2h，冷卻后，打漿制得粗漿液，然后過濾，最后離心[24,25]。

1.2.2.5 烏梅復合飲料制備流程

將得到的浸提液按照一定比例進行混合。本試驗以100mL的烏梅復合飲料為實驗配制量，選擇15%的A、15%B、15%C、10%D作初始值，接著分別設置A、B、C和D的不同濃度，產品品質評價依據設置為感官評分和可溶性固形物含量，最后測試出最佳的添加量[26]。

1.2.3 單因素試驗

1.2.3.1 烏梅浸提液（A）添加量的選擇

以100mL烏梅復合飲料為實驗配制量，選擇B添加量15%，C添加量15%，D添加量10%為初始添加量，分別添加7%、11%、15%、19%、23%的A，評價依據為感官評分和可溶性固形物含量，依照評價依據得出最優(yōu)烏梅飲片浸提液添加量。

1.2.3.2 木瓜浸提液（B）添加量的選擇

以100mL烏梅復合飲料為實驗配制量，選擇A添加量15%，C添加量15%，D添加量10%為初始添加量，分別添加7%、11%、15%、19%、23%的B，評價依據為感官評分和可溶性固形物含量，依照評價依據得出最優(yōu)木瓜飲片浸提液添加量。

1.2.3.3 紫蘇葉浸提液（C）添加量的選擇

以100mL烏梅復合飲料為實驗配制量，選擇15%添加量的A，15%添加量的B，10%添加量的D為初始量，然后設置C添加量分別為7%、11%、15%、19%、23%，以感官評分和可溶性固形物含量為評價依據，確定紫蘇葉飲片浸提液添加量最優(yōu)值。

1.2.3.4 炙甘草浸提液（D）添加量的選擇

以100mL烏梅復合飲料為實驗配制量，選擇15%添加量的A，15%添加量的B，15%添加量的C為初始量，然后分別設置D添加量分別4%、7%、10%、13%、16%的，以感官評分和可溶性固形物含量為評價依據，確定紫蘇葉飲片浸提液添加量最優(yōu)值。

1.2.4 響應面試驗設計

根據Box-Behnken試驗設計原理，在單因素實驗的基礎上，以不同的A、B、C、D添加量為實驗因素，且設置評價指標為單因素實驗所得的感官評價和可溶性固形物含量的相關數據，然后采用4因素3水平的響應面分析方法優(yōu)化烏梅復合飲料的配方工藝，進而確定飲料的最佳配方，因素水平表見表1。

表1 響應面因素因素水平表

1.2.5 指標測定

1.2.5.1 可溶性固形物含量的測定

測定方法依據GB/T 12143—2008《飲料通用分析方法》[27]。

1.2.5.2 總酸含量的測定

測定方法依據GB/T 12456—2008《食品中總酸的測定》[28]。

1.2.6 自由基清除率的測定[29,30]

1.2.6.1 DPPH自由基清除率的測定

取10mL的試管，放入2mL烏梅復合飲料，加入配制好的濃度為2×10-4mol/L的DPPH-80%乙醇水溶液2mL，搖晃數分鐘，直至完全混勻，水平放置30min后，使用已經用80%乙醇溶液調零過的，設置在517nm的儀器測定該混合液的吸光度值，且把數值記為A1；另取10mL的試管，放入2mL80%乙醇溶液和2mL DPPH溶液，搖晃數分鐘，直至完全混勻，水平放置30min后，相同條件下測該混合液吸光度，把其數值記為A0；再取10mL的試管，放入2mL80%乙醇溶液和2mL烏梅復合飲料，搖晃數分鐘，直至完全混勻，水平放置30min后，相同條件下測該混合液吸光度，把其數值記為A2。相同條件下，重復試驗三次。使用下列的公式來計算出DPPH自由基清除率。

DPPH自由基清除率/%=[1-（A1-A2）/A0]×100

上式：A0為2mL80%乙醇溶液和2mL DPPH溶液的混合液的吸光度數值；A1為2mL烏梅復合飲料和2mL DPPH-80%乙醇水溶液的混合液的吸光度數值；A2為2mL80%乙醇溶液和2mL烏梅復合飲料的混合液的吸光度數值。

1.2.6.2 總抗氧化（T-AOC）能力的測定

總抗氧化（T-AOC）能力采用試劑盒要求方法進行測定，并根據其給出的標準曲線計算該數值。

1.2.6.3 羥自由基清除率的測定

在0.45mL烏梅復合飲料中加水定容至2mL，然后添加6mmol/L的過氧化氫溶液1.4mL、20mmol/L的水楊酸鈉溶液0.6mL和2mL濃度為1.5mmol/L的FeSO4·7H2O溶液，水浴鍋設置37℃，把混合液放入其中水浴加熱1h。最后使用已經用蒸餾水調零過的，設置在760nm的儀器測定該混合液的吸光度，把其數值記為A，相同條件下，重復試驗三次[31,32]。采用下列公式來計算羥自由基清除率。

羥自由基清除率/%=[（A1-A2）/A1]×100

上式：A1為空白吸光度數值的平均值；A2為樣品液吸光度數值的平均值。

1.2.7 感官評價

采用百分制，以烏梅復合飲料的色澤（20分）、形態(tài)（20分）、口感（40分）和風味（20分）為評分項，挑選十位志愿者，根據下列評分標準對烏梅復合飲料進行全面評價，最終平均十位志愿者的分數為試驗結果。感官評分標準見表2。

表2 烏梅復合飲料感官評分標準

1.2.8 數據分析

使用Design-Expert 11軟件和Origin8.5軟件處理分析單因素試驗和響應面試驗數據。

2 結果與討論

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 A添加量對烏梅復合飲料品質的影響

圖2可以看出，A的添加量在7%～11%時，烏梅復合飲料的感官評分和可溶性固形物含量處于一個向上的發(fā)展，感官評分在11%處達到最高值90分，說明此時烏梅復合飲料的色澤、形態(tài)、口感和風味較好；但是可溶性固形物含量仍處于向上的發(fā)展趨勢，由于A添加量不斷增加，飲料過酸，十分影響飲料口感，故綜合考慮，選擇A添加量為11%。

圖2 A添加量對烏梅復合飲料品質的影響

2.1.2 B添加量對烏梅復合飲料品質的影響

由圖3可以看出，B添加量在7%～15%時，烏梅復合飲料的感官評分和可溶性固形物含量處于一個向上的發(fā)展，且都在15%處達到最高值，感官評分89分，可溶性固形物含量2.31%，說明此時的B添加量為最優(yōu)量且此時飲料濃度最大；而在15%～23%之間，該飲料的感官評分和可溶性固形物含量處于一個向下的發(fā)展。所以結合各因素考慮選擇B的添加量為15%。

圖3 B添加量對烏梅復合飲料品質的影響

2.1.3 C添加量對烏梅復合飲料品質的影響

從圖4可以看出，C添加量在7%～19%時，烏梅復合飲料的感官評分和可溶性固形物含量處于一個向上的發(fā)展，且都在19%處達到最高值，感官評分88分，可溶性固形物含量2.50%，說明此時的C添加量為最優(yōu)量且此時飲料濃度最大；而在19%～23%之間，該飲料的感官評分和可溶性固形物含量處于一個向下的發(fā)展。結合各因素考慮選擇C的添加量為23%。

圖4 C添加量對烏梅復合飲料品質的影響

2.1.4 D添加量對烏梅復合飲料品質的影響

從圖5可以看出，D添加量在4%～10%時，烏梅復合飲料的感官評分和可溶性固形物含量處于一個向上的發(fā)展，且都在10%處達到最高值，感官評分89分，可溶性固形物含量2.50%，說明此時的D添加量為最優(yōu)量且此時飲料濃度最大；而在10%～16%之間，該飲料的感官評分和可溶性固形物含量處于一個向下的發(fā)展。結合各因素考慮考慮選擇D的添加量為10%。

圖5 D添加量對烏梅復合飲料品質的影響

2.2 響應面分析法優(yōu)化工藝

2.2.1 響應面試驗設計及結果

根據響應面法中的Box-Behnken試驗設計方法，以感官評價和可溶性固形物含量為響應值，進行4因素3水平的飲料配方工藝優(yōu)化試驗，試驗設計結果見表3。

表3 Box-Behnken試驗設計及結果

2.2.2 回歸方程擬合和方差分析

采用DesignExpert 11軟件對試驗所得的數據處理分析，進而分別得到感官評價和可溶性固形物含量與各因素變量的方程模型：

2.2.2.1 感觀評分的回歸模型方差分析

從表4統(tǒng)計分析結果可以看出，模型的P值＜0.0001，此數據證明該模型差異極顯著，具有統(tǒng)計學意義，方差來源A、C、D、A2、B2、D2的P值均＜0.0001，差異極顯著；BD的P值＜0.01差異顯著；B、AB、CD、C2的P值＜0.05，依然可以體現(xiàn)統(tǒng)計學意義。由此結果可以證明各個主要因素之間存在一定的交互影響；并且結合得到的回歸方程的R2=0.9849說明感官評分由所選因素決定的可能性達到98.49%，且失擬項的P=0.9877＞0.05，這個數據充分體現(xiàn)了此回歸方程可以較好地模擬各個試驗點，所以此回歸方程能夠較準確地估計出各個影響因素和感官評分之間的關系，進而確定該復合飲料的最佳配方。

表4 感官評分的回歸模型方差分析

2.2.2.2 可溶性固形物含量的模型方差分析

從表5可以看出，模型的P值＜0.0001，證明此模型顯著性高，具有統(tǒng)計學意義，方差來源A、C、D、AC、A2、B2、C2的P值均＜0.0001，差異極顯著；B、BC的P值＜0.01差 異顯 著；AD、BD、D2的P值＜0.05,依然可以體現(xiàn)統(tǒng)計學意義。由此結果可以證明各個主要因素之間存在一定的交互影響；且結合回歸方程的R2=0.9878說明感官評分由所選因素決定的可能性達到98.78%，失擬項的P=0.5010＞0.05，這個數據充分體現(xiàn)了此回歸方程可以較好地模擬各個試驗點，所以此回歸方程能夠較準確地估計出各個影響因素和可溶性固形物的關系，進而確定該復合飲料的最佳配方。

表5 可溶性固形物方差分析

2.2.3 響應面分析

響應面圖形可以立體形象地描述回歸方程，其二維平面的等高線圖更可以很好地體現(xiàn)各試驗因素以及兩兩因素交互作用對響應值的影響[25]。由圖可知，A、D的曲面彎曲程度非常大，B、C的曲面彎曲程度較大，說明這4個因素對感官評分影響顯著。由等高線圖可知，A和B，B和D，C和D之間的交互作用對感官評分的影響是顯著的，其它因素交互作用則不明顯，這與方差分析結論相同。同時由響應面圖形可知，A、B、C、D的曲面彎曲程度較大，說明這4個因素對可溶性固形物影響顯著。由等高線圖可知，A和C，A和D，B和C之間的交互作用對感官評分有顯著的影響，其它因素則交互不明顯，這與方差分析所得的結果相符合。

2.3 驗證性試驗

根據上述確立的響應面模型，通過Design-Expert11軟件得出烏梅復合飲料在感官評分和可溶性固形物都達到最高值的最佳配比是A：B：C：D為11.267：18.000：20.104：12.000，此配比下感官評分數值為94.148分，可溶性固形物含量為2.434%。根據上述結論進行驗證性試驗，同時考慮操作的可行性，將最佳的工藝條件定位為A：B：C：D為11：18：20：12，此時測得感官評分數值為94.5分，可溶性固形物含量為2.40%，說明該研究優(yōu)化的配方可靠。

2.4 復合飲料的理化分析

烏梅復合飲料的pH=3.40，酸度為5.76g/kg，可溶性固形物含量為2.40%。

2.5 烏梅復合飲料體外抗氧化能力分析

烏梅復合飲料的DPPH自由基清除率、總抗氧化（T-AOC）能力、羥自由基清除率和如表6所示。

表6 烏梅復合飲料體外抗氧化能力分析

烏梅復合飲料的DPPH自由基清除率為34.77%，總抗氧化（T-AOC）能力為1.21μmol/mL，羥自由基清除率為31.19%，與抗壞血酸對比可知該飲料具有一定的抗氧化效果。

3 結論

本實驗以烏梅、木瓜、紫蘇葉、炙甘草等為原料，通過單因素和響應面試驗，研究烏梅復合飲料的最佳配方。通過響應面優(yōu)化試驗得到的最佳配比為烏梅浸提液11%、木瓜浸提液18%、紫蘇葉浸提液20%、炙甘草浸提液為12%。此配方制作的烏梅飲久舒復合飲料呈厚重的褐色中帶有紅色，汁液透亮澄澈，口感醇厚，具有烏梅、木瓜和紫蘇葉各自所獨有的風味，具有一定解酒作用保健飲料。