響應(yīng)面法優(yōu)化蓮藕果蔬汁加工工藝

金萍，張真

1.錦州醫(yī)科大學(xué) 食品與健康學(xué)院（錦州 121000）；2.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)（沈陽 110000）

在我國，蓮藕兼具果蔬的特性，在各種果蔬中有著特殊的地位。作為一種多年生宿根水生草本植物，它既是一種蔬菜，又兼有水果特性，在我國各種水生蔬菜中居首要地位。近年來，我國蓮藕的種植面積不斷擴(kuò)大，產(chǎn)量迅速增加[1]。蓮藕集營養(yǎng)與保健于一體，兼有蔬菜和水果二者的特點(diǎn)，營養(yǎng)成分豐富，含碳水化合物30%以上，蛋白質(zhì)1%，其他礦物質(zhì)、纖維素等均有較高的含量，尤其是維生素（VC）的含量高達(dá)25 mg/100 g，是胡蘿卜含量的2倍，蓮藕是生產(chǎn)加工果蔬保健食品的重要材料[2]。蓮藕中有一種含有粘蛋白的糖蛋白，可促進(jìn)蛋白質(zhì)和脂肪的消化，減輕胃腸道負(fù)擔(dān)；蓮藕對血小板減少癥、血熱、出血都有效[3]。果蔬汁復(fù)合飲料就是指以水果和蔬菜為原料[4]，多種水果蔬菜經(jīng)過一系列的加工工藝并配以某些調(diào)味劑而制成的飲料。果蔬飲料的生產(chǎn)正朝著“最小化加工”的方向發(fā)展?！皽p少處理”是指在飲料加工過程中使用最小處理方法和最小化率，以最大限度地保護(hù)其中所含的營養(yǎng)成分[5]。

試驗(yàn)以蓮藕為原料，采用α-淀粉酶水解使淀粉生成糊精、低聚糖等產(chǎn)物的末端葡萄糖殘基經(jīng)淀粉酶處理[6]，通過單因素試驗(yàn)與響應(yīng)面法確定葡萄、櫻桃、黃瓜3種濃縮汁的添加濃度及白砂糖添加量的最佳配比，并進(jìn)行了對最佳組合理化指標(biāo)的測定，為產(chǎn)品后期儲藏提供了理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

蓮藕、白砂糖（錦州大潤發(fā)超市）；葡萄、櫻桃、黃瓜（錦州大潤發(fā)超市）；α-淀粉酶（酶活力3 500 U/g，江蘇采薇生物科技有限公司）。

1.2 工藝流程

蓮藕→去藕節(jié)→去皮→切片→護(hù)色→打漿→淀粉酶水解→過濾→調(diào)配→均質(zhì)→灌裝→殺菌→成品

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 原料選擇

選擇新鮮、潔白、表面無損傷的蓮藕和葡萄、櫻桃、黃瓜，白砂糖，將葡萄，櫻桃，黃瓜榨汁。

1.3.2 去皮、切片、護(hù)色

為了防止蓮藕氧化變黃，因此蓮藕切塊后需要浸泡在清水中。

1.3.3 打漿

按照蓮藕與水以1∶2的比例利用榨汁機(jī)進(jìn)行打漿。

1.3.4 淀粉酶水解

將α-淀粉酶溶解，加入蓮藕粗汁中，一會后煮沸滅酶，過濾得到澄清的蓮藕汁。

1.3.5 調(diào)配

向一定量蓮藕汁中加入相同質(zhì)量的但是濃度不同的葡萄濃縮汁、櫻桃濃縮汁、黃瓜濃縮汁，以3種不同的濃度以及白砂糖的含量進(jìn)行配比，得到果蔬汁，在50 ℃，17 MPa的條件下進(jìn)行均質(zhì)，得到穩(wěn)定的果蔬汁。

1.3.6 灌裝殺菌

將得到的果蔬汁進(jìn)行灌裝，然后在110 ℃下殺菌1 min從而得到成品。

1.3.7 感官評價

由10名同學(xué)組成一小組，分別對成品的味道和外觀方面進(jìn)行評分，根據(jù)小組成員們的評分確定葡萄濃縮汁、黃瓜濃縮汁、櫻桃濃縮汁和白砂糖的最佳濃度。

表1 感官評價表

1.4 單因素試驗(yàn)

1.4.1 葡萄濃縮汁濃度對蓮藕果蔬汁的影響

向蓮藕汁中添加5 mL不同濃度的葡萄濃縮汁，添加的濃度為10%，15%，20%，25%和30%，以感官指標(biāo)進(jìn)行評分，研究不同濃度的葡萄濃縮汁對蓮藕果蔬汁的影響。

1.4.2 櫻桃濃縮汁濃度對蓮藕果蔬汁的影響

向蓮藕汁中添加5 mL不同濃度的櫻桃濃縮汁，添加的濃度為5%，10%，15%，20%和25%，以感官指標(biāo)進(jìn)行評分，研究不同濃度的櫻桃濃縮汁對蓮藕果蔬汁的影響。

1.4.3 黃瓜濃縮汁濃度對蓮藕果蔬汁的影響

向蓮藕汁中添加5 mL不同濃度的黃瓜濃縮汁，添加的濃度為10%，15%，20%，25%和30%，以感官指標(biāo)進(jìn)行評分，研究不同濃度的黃瓜濃縮汁對蓮藕果蔬汁的影響。

1.4.4 白砂糖添加量對蓮藕果蔬汁的影響

向蓮藕汁中添加不同的白砂糖質(zhì)量，添加的質(zhì)量為15，20，25，30和35 g，以感官指標(biāo)進(jìn)行評分，探究不同質(zhì)量的白砂糖對蓮藕果蔬汁的影響。

1.5 響應(yīng)面試驗(yàn)

在葡萄濃縮汁、櫻桃濃縮汁、黃瓜濃縮汁、白砂糖四個單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以A（葡萄濃縮汁濃度）、B（櫻桃濃縮汁濃度）、C（黃瓜濃縮汁濃度）、D（白砂糖添加量）為4個因素，分別優(yōu)選出3個水平進(jìn)行四因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn)。通過小組同學(xué)的感官評定，選出最合適的濃度組合。

表2 因素水平

1.6 不同殺菌方法對蓮藕果蔬汁的影響

試驗(yàn)采用巴氏殺菌、超高壓殺菌、超高溫瞬時殺菌三種不同的殺菌方法，根據(jù)結(jié)果，確定最佳殺菌方式。

1.7 最適宜殺菌方法下理化指標(biāo)和衛(wèi)生指標(biāo)的測定

酸度：按GB/T 12456——2008[7]《食品中總酸的測定》中的酸堿滴定法測定。

可溶性固形物含量：阿貝折光法[8]測定，具體參照GB/T 12143——2008[9]。

菌落總數(shù)和大腸菌群：根據(jù)GB/T 4789.2——2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)的測定》和GB/T 789.3——2016《食品微生物學(xué)大腸菌群計數(shù)》，測定蓮藕復(fù)合果蔬汁中細(xì)菌總數(shù)和大腸菌群含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 葡萄濃縮汁濃度對蓮藕果蔬汁的影響

在其余條件都相同時，向蓮藕汁中添加濃度不同的葡萄濃縮汁，根據(jù)小組成員對復(fù)合果蔬汁的感官評價進(jìn)行打分。由圖1可見，當(dāng)葡萄濃縮汁濃度為15%，20%和25%時感官評分較高，所以在正交試驗(yàn)中葡萄濃縮汁濃度的3個水平選用15%，20%和25%。

圖1 葡萄濃縮汁濃度對蓮藕果蔬汁的影響

2.1.2 櫻桃濃縮汁濃度對蓮藕果蔬汁的影響

在其余條件都相同時，向蓮藕汁中添加濃度不同的櫻桃濃縮汁，根據(jù)小組成員對復(fù)合果蔬汁的感官評價進(jìn)行打分。由圖2可見，當(dāng)櫻桃濃縮汁濃度為10%，15%和20%時感官評分較高，所以在響應(yīng)面的試驗(yàn)中櫻桃濃縮汁濃度的3個水平選用10%，15%和20%。

圖2 櫻桃濃縮汁濃度對蓮藕果蔬汁的影響

2.1.3 黃瓜濃縮汁濃度對蓮藕果蔬汁的影響

在其余條件都相同時，向蓮藕汁中添加濃度不同的黃瓜濃縮汁，根據(jù)小組成員對復(fù)合果蔬汁的感官評價進(jìn)行打分。由圖3可見，當(dāng)黃瓜濃縮汁濃度為10%，15%和20%時感官評分較高，所以在響應(yīng)面試驗(yàn)中黃瓜濃縮汁濃度的3個水平選用10%，15%和20%。

圖3 黃瓜濃縮汁濃度對蓮藕果蔬汁的影響

2.1.4 白砂糖的添加量對蓮藕果蔬汁的影響

在其余條件都相同時，使蓮藕汁中白砂糖的添加量不同，根據(jù)小組成員對復(fù)合果蔬汁的感官評價進(jìn)行打分。由圖4可見，當(dāng)白砂糖添加量為25，30和35 g時感官評分較高，所以在響應(yīng)面試驗(yàn)中白砂糖添加量的3個水平選用25，30和35 g。

圖4 白砂糖的添加量對蓮藕果蔬汁的影響

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計與結(jié)果

以A（葡萄濃縮汁）、B（櫻桃濃縮汁）、C（黃瓜濃縮汁）、D（白砂糖添加量）為自變量，Y（感官評分）為響應(yīng)值，根據(jù)表3響應(yīng)面試驗(yàn)分析方案，對各因素數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合，建立蓮藕果蔬汁飲料制作條件與感官評分的二次多項(xiàng)式方程：感官評分=9.5+0.084X1-0.14X2-0.11X3+0.054X4+0.15X1X2+0.14X1X3-0.11X1X4-0.042X2X4-0.23X3X2-0.60X12-0.53X22-0.53X32-0.41X42。方差分析見表4。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計及結(jié)果

表4 方差分析

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得蓮藕果蔬汁加工工藝的響應(yīng)面與等高線圖，見圖5。通過圖形可評價各因素條件對蓮藕果蔬汁品質(zhì)的影響及因素間的交互作用，如果等高線是圓形，則表示因素間的交互作用不顯著，如果等高線呈現(xiàn)為橢圓形，則表示交互作用顯著；如果響應(yīng)面的曲線走勢越陡峭，表示影響越顯著，如果響應(yīng)面的曲線呈現(xiàn)越光滑，則影響力越小。由圖5可見，葡萄濃縮汁和櫻桃、黃瓜濃縮汁交互作用顯著，黃瓜濃縮汁和櫻桃濃縮汁的交互作用不顯著，白砂糖的添加量和櫻桃濃縮汁的交互作用不顯著，白砂糖添加量和黃瓜濃縮汁的交互作用極顯著。

圖5 響應(yīng)面方差分析

最佳提取條件的確定通過Design Expert 12.0軟件求解所得回歸方程，得出最優(yōu)發(fā)酵工藝參數(shù)：葡萄濃縮汁20.17%、櫻桃濃縮汁14.41%、黃瓜濃縮汁14.43%，白砂糖添加量30.5 g，預(yù)測的蓮藕果蔬汁感官評分為9.516 66分。考慮到在試驗(yàn)過程的可操作性，將最優(yōu)工藝調(diào)整為葡萄濃縮汁20%、櫻桃濃縮汁14%、黃瓜濃縮汁14%、白砂糖添加量31 g。按照最佳工藝條件進(jìn)行試驗(yàn)，用以驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確度，一共設(shè)置5次平行試驗(yàn)，感官評分平均值為9.56分，證明試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度較高，與預(yù)測值基本相符，表明方法可行。

2.3 不同殺菌方法對蓮藕果蔬汁的影響

將最優(yōu)組合的產(chǎn)品分別以巴氏殺菌、超高壓殺菌、超高溫瞬時殺菌3種殺菌方法進(jìn)行殺菌。根據(jù)表5可知，3種殺菌方法均可到達(dá)國標(biāo)要求，但相對來說超高溫瞬時殺菌效果最好，在此條件下進(jìn)行殺菌，對產(chǎn)品的營養(yǎng)損失更小。

2.4 理化指標(biāo)和衛(wèi)生指標(biāo)的測定

將最優(yōu)組合制成的蓮藕果蔬汁進(jìn)行高溫殺菌，測定其理化指標(biāo)。由表6可知，以最優(yōu)組合制成的蓮藕果蔬汁pH 6.2，理化指標(biāo)和衛(wèi)生指標(biāo)均符合國標(biāo)要求。

表6 理化指標(biāo)和衛(wèi)生指標(biāo)

3 結(jié)論

首先闡述了蓮藕果蔬復(fù)合飲料的加工工藝及其操作要點(diǎn)，而后通過單因素試驗(yàn)得到單獨(dú)添加不同濃度的葡萄濃縮汁、櫻桃濃縮汁、黃瓜濃縮汁以及不同白砂糖的的添加量對蓮藕果蔬汁的感官影響有所不同，每個因素優(yōu)選出3個水平，設(shè)計響應(yīng)面試驗(yàn)，將四種因素同時添加到蓮藕果蔬汁中，選出最佳組合。通過響應(yīng)面試驗(yàn)，得到最佳組合：葡萄濃縮汁20%、櫻桃濃縮汁14%、黃瓜濃縮汁14%、白砂糖添加量31 g，此時蓮藕果蔬汁的感官最容易被人們所接受。最后，對最佳組合的蓮藕果蔬汁進(jìn)行理化指標(biāo)和衛(wèi)生指標(biāo)的測定，結(jié)果均符合國標(biāo)要求。蓮藕果蔬汁營養(yǎng)豐富，口感良好，值得進(jìn)一步地探究，未來一定有較好的前景。