響應面法優化玉米須低糖山楂醬生產工藝的研究

楊巍巍,余黔坤

(沈陽醫學院 公共衛生學院，沈陽 110034)

玉米須是玉米的副產物之一,也是一味歷史悠久的中草藥材,別稱“龍須”。目前諸多試驗結果都表明,玉米須中存在著大量的類黃酮、生物堿、有機酸、植物甾醇及各種微量元素。玉米須中所富含的黃酮類化合物能高效清除機體內的羥基自由基和超氧陰離子自由基[1-3]。此外,現代藥理學研究證實玉米須還具有清血熱、抗腎結石、利膽、平肝、利尿等作用[4-7],近些年來,眾多學者還研究了玉米須有降血糖、降血脂及保護神經等功效[8-10]。

山楂又名山里紅,是薔薇科山楂屬植物,是我國特有的集果蔬和藥材于一體的樹種。《本草綱目》曾記載:“山楂酸甘微溫,消食積,補脾”[11],其富含果膠、維生素、膳食纖維、類黃酮等[12],是極優質的營養物質來源。其中,山楂中的總黃酮類成分可使冠狀動脈血流量增加[13],山楂中果膠的儲能是市售的3倍左右,質量分數約為鮮重的6.4%[14],具有抗氧化、抗癌、抗菌等保健作用[15-17],以及行氣散瘀、化濁降脂等核心功能,還可用來醫治血瘀痛經、脘腹脹痛、惡露不盡等病癥。

為了延長保藏期和獲得最佳的感官質量,當今市面上的果醬制品大都為高糖產品。其含糖量通常高達60%以上[18],含糖量太高導致果醬制品過于甜膩,且不利于人體的健康。而低糖果醬含糖量為25%～45%[19],可以更好地滿足新時代消費者健康綠色、低脂營養的消費觀念。本研究將富含不同營養物質的玉米須和山楂的保健功能相結合做成復合低糖果醬,不但可以增強胃口,還有利于心腦血管的保健,也符合消費者的保健要求,同時提高了產品的附加值,為工業化生產提供了理論參考[20]。

1 材料與方法

1.1 材料

干燥玉米須:同福參茸制品有限公司;新鮮山楂果:當天購于農貿市場;白砂糖:云南康豐糖業(集團)有限公司;果膠、檸檬酸:均為食品級，鄭州凱之裕食品添加劑有限公司。

1.2 主要試驗儀器與設備

DT310LAB刺入式溫度計 上海安賽瑞實業有限公司;TDL-5A離心機、WK17-CB15K勻漿機 鹽城市凱特實驗儀器有限公司;WZJ-100B藥用細胞破壁機 濟南倍力粉體工程技術有限公司;KJ23B電磁爐 遼力泰電磁鍋爐生產廠家;MP-ZG26Z02不銹鋼水煮鍋 美的集團股份有限公司;GMSX-280滅菌鍋 河北大宏實驗儀器有限公司;N5472不銹鋼刀 張小泉股份有限公司;WAY-2W阿貝折光儀 上海神光儀器有限公司;JY5002電子天平、LH-B55糖度計 上海雙旭電子有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

①干燥玉米須→挑選→清洗→晾干→粉碎→加水(按1∶1加純凈水)→超聲(在65 ℃條件下超聲處理20 min)→離心(在3 500 r/min條件下離心0.5 h)→過濾→玉米須汁；

②山楂→挑選→沖洗→去果核→切塊→打漿；

③白砂糖、果膠、檸檬酸；

調配①②→熬煮→加③→攪拌→濃縮→裝罐→殺菌→分段冷卻→成品。

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 玉米須前處理

選擇完整干燥的玉米須，清洗以去除雜質,再控水晾干保證得到的玉米汁液不被稀釋,然后將玉米須放入破壁機中粉碎,得到試驗所需的玉米須粉。采用超聲和離心提取法[21]提取玉米須中的主要營養物質,用濾布過濾獲得玉米須汁,倒入潔凈的容器中備用。

1.3.2.2 山楂前處理

選擇新鮮完整、顏色鮮紅的山楂果,用潔凈水沖洗干凈后,擦干表面的水,再用不銹鋼刀去掉山楂的果核,將處理好的果實切塊,然后將果肉放入勻漿機中打成勻漿,最后將漿液倒入潔凈的容器中備用。

1.3.2.3 復合果醬調配

將制得的玉米須汁和山楂勻漿按照一定的比例進行調配,并快速攪拌使醬體均勻,兩者充分融合。

1.3.2.4 加熱濃縮

將混合好的復合漿液放入不銹鋼水煮鍋中,在電磁爐上熬煮,在濃縮過程中不斷攪拌防止糊底,其中分3次加入糖液,當濃縮至醬體可溶性固形物接近60%時,將檸檬酸、果膠用5 mL 熱水溶解加入并不斷攪拌[22],繼續濃縮至固形物達65%且有掛壁現象時即濃縮完成[23]。

1.3.2.5 裝罐密封

濃縮結束后立即將復合果醬裝入殺菌處理后的玻璃罐中,并擰緊瓶蓋,裝罐時不宜過滿,預留1.5 cm 空隙便可,避免果醬過滿粘到瓶蓋上，導致封蓋不嚴,對產品保質期產生影響[24]。

1.3.2.6 殺菌冷卻

將密封的復合果醬置于滅菌鍋內,在112 ℃條件下滅菌 5 min進行殺菌[25],殺菌完成后取出,用分段冷卻法(80 ℃/5 min→50 ℃/5 min→自然冷卻到常溫),防止玻璃罐炸裂。

1.4 復合果醬的感官評價

選取通過專業培訓的不同性別、年齡的15名感官評價工作人員作為一個感官評價團隊,在相互獨立且互不干擾的情況下,以色澤、香味、口感、組織狀態4個感官指標作為評分基礎,品嘗后進行綜合感官指標打分,總分為100分,最后計算出平均值,作為最終的綜合評價結果。復合果醬感官評分規范標準見表1。

表1 復合果醬感官評分規范標準Table 1 Sensory evaluation criteria for compound jam

1.5 試驗設計

1.5.1 玉米須低糖山楂醬的復配評價

以山楂勻漿150 g計,選擇5個玉米須汁和山楂醬配比分別1∶1、1∶3、1∶5、1∶7、1∶9為試驗水平,熬煮過程中添加白砂糖21%、檸檬酸 0.5%、果膠0.4%,制作5個平行試驗組,攪拌充分使其與果醬混合均勻,以復合果醬的色澤、香味、口感、組織狀態4個感官指標進行綜合性感官評定,經專業的感官評價技術人員品嘗后,做出綜合評價,確定玉米須汁和山楂醬的最佳配比。

1.5.2 單因素試驗設計

對白砂糖、檸檬酸、果膠添加量3個因素展開單因素試驗,以研究這3個單因素的改變對復合果醬品質的影響,以山楂勻漿150 g計,在玉米須汁和山楂醬配比為1∶5的條件下,分別添加白砂糖7%、14%、21%、28%、35%,檸檬酸0.5%,果膠0.4%;添加果膠0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%,白砂糖21%,檸檬酸0.5%;添加檸檬酸0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%,白砂糖21%,果膠0.4%，均制作5個平行試驗組,充分攪拌與果醬混合均勻,經專業的感官評價人員品嘗后,以感官評分標準為參考指標,評估并確定其最佳添加量。

1.5.3 響應面試驗設計

在分別進行白砂糖添加量(A)、檸檬酸添加量(B)、果膠添加量(C)的單因素試驗后,以這3個影響因素為自變量,設計三因素三水平的響應面試驗,確定三者相互作用對玉米須低糖山楂醬綜合感官評分的影響,研究各因素對玉米須低糖山楂醬品質的影響大小。響應面試驗因素水平見表2。

表2 玉米須低糖山楂醬響應面試驗因素水平表Table 2 Factors and levels of low-sugar corn silk hawthorn jam

1.6 復合果醬的檢測方法

可溶性固形物濃度采用阿貝折光儀測定;總糖采用糖度計測定;總酸濃度采用中和滴定法測定;果醬的各項理化指標參照國家標準GB/T 22474—2008《果醬》測定;大腸桿菌、曲霉菌、菌落數、致病菌參照國家標準GB 4789.2—2016《食品微生物學檢驗 菌落總數測定》檢測。

2 結果與分析

2.1 玉米須低糖山楂醬的復配評價

玉米須低糖山楂醬的復配結果見表3。

表3 玉米須低糖山楂醬復配試驗結果Table 3 Compound test results of low-sugar corn silk hawthorn jam

續 表

由表3可知,當選用玉米須汁和山楂醬的比例為1∶5時,復合果醬的感官效果最佳,此時醬體細膩均勻且一致,凝膠性好,流動性好,口感順滑清爽,咀嚼性很好,顏色均勻且一致,果香味和玉米須特有的清香味均勻且濃郁,沒有其他異味,為最佳配比。

2.2 單因素對玉米須山楂醬品質的影響

2.2.1 白砂糖添加量對玉米須低糖山楂醬品質的影響

白砂糖具有天然的甜味,隨著白砂糖添加量的增加,糖類物質的黏性隨之增強[26]。選擇添加白砂糖7%、14%、21%、28%、35%,果膠0.4%,檸檬酸0.5%,玉米須汁和山楂醬復配比例為1∶5,經過15名專業的感官評價技術人員品嘗后,再進行綜合感官指標評分,最后計算出平均值,具體的試驗結果見圖1。

圖1 白砂糖添加量對感官評分的影響Fig.1 Effect of the addition amount of white granulated sugar on the sensory score

由圖1可知,當白砂糖添加量較少時,復合果醬的甜味過淡,且會受山楂自身風味的影響;當白砂糖添加量過多時,復合果醬特有的風味被掩蓋,入口感覺太過甜膩。當白砂糖添加量達到21%時,果醬的風味佳,酸甜適宜,為最佳添加量。

2.2.2 檸檬酸添加量對玉米須低糖山楂醬品質的影響

檸檬酸在果醬中能夠調節pH 和影響白砂糖的水解效果,其添加量對果醬的感官評分有較大影響。選擇添加檸檬酸0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%,果膠0.4%,白砂糖21%,玉米須汁和山楂醬復配比例為1∶5,經過15名專業的感官評價技術人員品嘗后,再進行綜合感官指標評分,最后計算出平均值,具體的試驗結果見圖2。

圖2 檸檬酸添加量對感官評分的影響Fig.2 Effect of the addition amount of citric acid on the sensory score

2.2.3 果膠添加量對玉米須低糖山楂醬品質的影響

果膠在果醬中主要起到增稠穩定、提高口感的效果,其添加量對果醬的感官評分有較大影響。選擇添加果膠0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%,檸檬酸0.5%,白砂糖21%,玉米須汁和山楂醬復配比例為1∶5,經過15名專業的感官評價技術人員品嘗后,再進行綜合感官指標評分,最后計算出平均值,具體的試驗結果見圖3。

圖3 果膠添加量對感官評分的影響Fig.3 Effect of the addition amount of pectin on the sensory score

由圖3可知,當果膠添加量較少時,果醬的醬體不均勻統一,產生了析水現象,口感較為稀松,咀嚼性變差;當果膠添加量較多時,果醬的醬體太過黏稠,組織凝集成小塊狀。當果膠的添加量為0.4%時,果醬的凝膠性好,醬體細膩均勻,咀嚼性好,為最佳添加量。

2.3 響應面試驗結果分析

2.3.1 試驗結果與方差分析

根據表2設計的響應面因素水平表,應用Design Expert 12軟件設計試驗方案,感官評價人員根據表1制定的評分標準進行打分,以綜合評分為響應面試驗結果，見表4。

表4 響應面試驗結果與分析Table 4 Response surface test results and analysis

通過Design Expert 12軟件對表4中的數據進行處理得到的回歸方程為Y=90.70-0.94A+0.33B+0.91C+0.18AC-5.44A2-3.76B2-4.94C2,對回歸模型進行方差分析,結果見表5。

表5 響應面回歸模型及方差分析Table 5 Response surface regression model and variance analysis

由表5可知,本試驗的決定系數R2=0.989 3趨近于1,模型的P<0.010 0,失擬項的P=0.303 8>0.050 0,說明該模型顯著可靠,可用于分析和預測玉米須低糖山楂醬的生產工藝。P<0.010 0表明該回歸模型不同試驗組之間差異具有統計學意義且達到極顯著水平,P<0.050 0表明模型對果醬質量有顯著影響,其中,一次項A、C和二次項A2、B2、C2均對復合果醬質量有極顯著影響;B對復合果醬質量有顯著影響,AB、AC、BC均對復合果醬質量影響不顯著。通過比較響應面中的F值大小可得,3個因素對復合果醬的感官評分影響大小為A>C>B。

2.3.2 響應面分析與最佳配方的確定

《甄嬛傳》中的女人們主動放棄了作為獨立個體的尊嚴，在至高無上的皇權面前降格為奴為婢。她們和皇帝之間沒有所謂的純真愛情，她們不惜犧牲親情、愛情、友情，絞盡腦汁“以色侍君”來換取榮華富貴。可以說，一進宮門她們就注定了兩種殊途同歸的命運結局：一種是成功的不幸者，如華妃、宜修皇后、甄嬛等，雖然身處高位但是內心凄苦、代價慘重；另一種就是失敗的不幸者，如余氏、祺貴人、安陵容等，最后是“機關算盡太聰明，反誤了卿卿性命”。

利用Design Expert 12軟件,制作了玉米須低糖山楂醬各添加量因素之間的相互作用影響的等高線圖和響應面圖,見圖4～圖6。其響應面的曲面幅度變化[27]可比較直接地顯示出各因素之間的相互作用對響應值的影響,即曲面的變化幅度越大,其對玉米須低糖山楂醬感官品質的影響越顯著;相反,影響越不顯著[28]。當AB交互時,添加白砂糖的曲面變化幅度略高于檸檬酸添加量的曲面幅度;當AC交互時,添加白砂糖的曲面變化幅度略高于果膠添加量的曲面幅度;當BC交互時,添加果膠的曲面變化幅度略高于檸檬酸添加量的曲面幅度。因此,各因素對玉米須低糖山楂醬的感官品質影響大小為A>C>B,與方差分析結果一致。

圖4 白砂糖與檸檬酸添加量對感官評分影響的等高線及響應面Fig.4 The contour line and response surface diagram of the effect of white granulated sugar and citric acid addition amount on the sensory score

圖5 檸檬酸與果膠添加量對感官評分影響的等高線及響應面Fig.5 The contour line and response surface diagram of the effect of citric acid and pectin addition amount on the sensory score

圖6 白砂糖與果膠添加量對感官評分影響的等高線及響應面Fig.6 The contour line and response surface diagram of the effect of white granulated sugar and pectin addition amount on the sensory score

2.4 復合果醬理化指標和微生物指標檢測結果

2.4.1 理化指標

總酸濃度為14 g/L,可溶性固形物含量≥65%,總糖含量為29%,符合低糖果醬的標準。

2.4.2 微生物指標

大腸菌群≤2 CFU/100 g,致病菌未檢出,總菌落數≤1 CFU/g,符合國家標準。

3 結論

試驗先通過對玉米須山楂醬進行復配試驗,確定玉米須汁和山楂醬的最佳比例,然后應用單因素試驗確定了各個因素(白砂糖、檸檬酸、果膠)的最佳添加量,然后通過響應面優化試驗確定了3個因素對復合果醬品質的影響大小為白砂糖添加量>果膠添加量>檸檬酸添加量。得出玉米須低糖山楂醬的最佳工藝配方為玉米須汁和山楂醬配比1∶5,添加白砂糖21%、果膠0.4%、檸檬酸0.5%,在其熬煮過程中分3次加入糖液,熬煮至果醬微變色、醬質黏稠即可,然后在滅菌鍋內112 ℃條件下滅菌5 min,獲得的復合果醬果香味和玉米須特有的清香味濃郁,口感爽滑,咀嚼性好,醬體均勻,流動性好,穩定性好,微生物指標和理化指標均達到國家標準,是一種值得推薦的新型復合果醬。符合新時代大眾消費者健康綠色、低脂營養的消費觀念。同時,該低糖果醬制品的開發對玉米須的利用展開了一個新的研究方向。

試驗還有些不足的地方,如玉米須低糖山楂醬對人體健康機能的調節作用及具體的保健功效還需要在相關動物上進行試驗。