響應面優化金露梅綠茶飲料配方

張艷榮，吳家虞，李錦萍, ，左文明，曾陽, ，劉力寬,

1.青海師范大學生命科學學院，青海省青藏高原藥用動植物資源重點實驗室（西寧 810008）；2.高原科學與可持續發展研究院（西寧 810008）

金露梅（Potentilla fruticosaL.）常見于我國青藏高原地區，為薔薇科委陵菜屬落葉灌木[1]，除觀賞價值外，金露梅味甘、性平，歸心、腎經，據《中國植物志》記載金露梅花、葉藥用，具有健脾、消暑、調經之效[2]，《寧夏中藥志》記載金露梅葉用量5~10 g，可預防心腦血管疾病[3]。現代研究表明，金露梅中含有類黃酮、酚類、β-谷甾醇、槲皮素、沒食子酸等[4-7]。金露梅不僅對小鼠2型糖尿病和血脂有影響[8]，還具有一定抗氧化、抗菌、抑制眼細胞凋亡的功效[9-11]。

綠茶是經殺青、塑形、烘干制成的非發酵茶，保留鮮葉的天然成分，可以預防冠心病、心血管疾病、中風和癌癥[12-13]，其分離成分具有抗炎、降血脂、抗菌、抗氧化、降血糖、抗病毒的功效[14-18]，產量和消費量居于我國六大茶葉之首。金露梅綠茶是在傳統綠茶的制作基礎上進行改良，將色澤嫩綠的金露梅鮮葉采摘、篩選、清洗，在溫度80~90 ℃下殺青、反復揉捻，放入溫度95~105 ℃的茶葉烘干機中烘干10~20 min制成，保留金露梅鮮葉中的天然活性成分。

以金露梅綠茶為主要原料，通過單因素試驗和正交試驗優化金露梅綠茶的最佳提取工藝，并使用單因素試驗結合響應面優化技術優化蔗糖、檸檬酸、β-環狀糊精的添加量來調節口感，以感官評分為評價標準，開發一款風味口感俱佳的金露梅綠茶飲料，為金露梅綠茶產品的開發和工業化生產提供一定理論數據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

金露梅綠茶（青海省藥用植物資源綜合利用與開發研究創新團隊提供）；蔗糖、檸檬酸、β-環狀糊精（食品級，購于河南萬邦化工科技有限公司）。

1.2 儀器與設備

ZWAJ阿貝折光儀（上海精密科學儀器有限公司）；PHS-25數顯酸度計（上海虹益儀器儀表公司）；JC-223A電子天平（上海友聲衡器有限公司）；SHHW21.420AⅡ電熱恒溫水浴鍋（天津市泰斯特儀器有限公司）；DK-S26高壓蒸汽滅菌鍋（泉州得力技術有限公司）；SHZ-3循環水真空泵（上海亞榮生化儀器廠）。

1.3 方法

1.3.1 金露梅綠茶飲料制作工藝流程

金露梅綠茶飲料制作工藝流程圖，如圖1所示。

圖1 金露梅綠茶飲料制作工藝流程

1.3.2 單因素試驗

1.3.2.1 提取時間的選擇

通過預試驗選取茶水比1%、提取溫度93 ℃，設置提取時間5，10，15，20，25和30 min這6個水平，對金露梅成品綠茶進行浸提，并進行感官評定。

1.3.2.2 提取溫度的選擇

通過預試驗選取茶水比1%、提取時間15 min，設置提取溫度70，75，80，85，90和93 ℃這6個水平，對金露梅成品綠茶進行浸提，并進行感官評定。

1.3.2.3 茶水比的選擇

通過預試驗選取提取時間15 min、提取溫度93℃，設置茶水比0.25%，0.50%，0.75%，1.00%，1.25%和1.50%這6個水平，對金露梅成品綠茶進行浸提，并進行感官評定。

1.3.3 正交試驗

在單因素水平基礎上，以提取時間（A）、提取溫度（B）、茶水比（C）為試驗因素，以感官評價為指標，進行L9(33)正交試驗來確定金露梅綠茶的最佳提取工藝。因素水平見表1。

表1 提取金露梅綠茶湯正交設計因素水平

1.3.4 金露梅綠茶飲料風味響應面優化試驗設計

1.3.4.1 金露梅綠茶飲料風味單因素試驗

在金露梅綠茶飲料研制過程中，分別添加不同添加量的蔗糖、檸檬酸和β-環狀糊精以調節口感，以感官評分為指標，考察添加物對金露梅綠茶飲料風味的影響，選取最佳的三因素三水平進行響應面試驗，因素水平見表2。

表2 金露梅綠茶飲料單因素試驗選取水平 單位：g/100 mL

1.3.4.2 金露梅綠茶飲料風味響應面試驗

在單因素試驗的基礎上，采用響應面設計試驗，運用Box-Behnken的中心組合試驗設計法，以蔗糖、檸檬酸、β-環狀糊精的添加量為自變量，以感官評分為響應值進行三因素三水平的響應面分析試驗，優化金露梅綠茶飲料的風味。響應面設計因素水平見表3。

表3 金露梅綠茶飲料響應面設計因素水平 單位：g/100 mL

1.3.5 理化指標測定

1.3.5.1 pH

使用數顯酸度計測定。

1.3.5.2 可溶性固形物含量

按照GB/T 12143—2008《飲料通用分析方法》中的折光計法進行測定[19]。

1.3.6 數據處理

對單因素試驗和正交的試驗結果利用Origin 2018軟件進行分析，響應面優化的試驗結果利用Design Expert 11軟件進行統計分析和顯著性分析。

1.3.7 感官指標評定

感官評定方法：選定10名有食品專業相關知識的人員，對金露梅綠茶茶湯的湯色（20分）、香氣（20分）、滋味（30分）、葉底（30分）及金露梅綠茶飲料的色澤（20分）、氣味（20分）、滋味（30分）、組織狀態（30分）進行打分，滿分100分。感官評定標準見表4和表5。

表4 金露梅綠茶感官評分標準

表5 金露梅綠茶飲料感官評分標準

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 提取時間對金露梅綠茶的影響

提取時間對金露梅綠茶的影響，如圖2所示。提取時間15 min時，感官評分最高，因此選擇提取時間10，15和20 min進行正交試驗。

圖2 提取時間對金露梅綠茶湯的影響

2.1.2 提取溫度對金露梅綠茶的影響

提取溫度對金露梅綠茶的影響，如圖3所示。提取溫度85 ℃時，感官評分最高，因此選擇提取溫度80，85和90 ℃進行正交試驗。

圖3 提取溫度對金露梅綠茶湯的影響

2.1.3 提取茶水比對金露梅綠茶的影響

茶水比對金露梅綠茶的影響，如圖4所示。茶水比0.75%時，感官評分最高，因此選擇茶水比0.50%，0.75%和1.00%進行正交試驗。

圖4 茶水比對金露梅綠茶湯的影響

2.2 正交試驗結果與分析

以感官評價作為考察指標，就試驗所得結果進行直觀分析處理，見表6。

表6 金露梅綠茶湯正交試驗方案及結果分析

對于水浴浸提金露梅綠茶結果，極差值顯示因素作用主次為提取時間（B）＞茶水比（C）＞提取溫度（A），即提取時間影響最大，茶水比次之，提取溫度影響最小。由于提取條件的交互作用，最佳浸提條件為A3B3C2，即提取溫度90 ℃、提取時間20 min、茶水比0.75%。

2.3 響應面試驗結果與分析

2.3.1 金露梅綠茶飲料風味單因素試驗結果

2.3.1.1 蔗糖添加量對金露梅綠茶飲料風味影響

蔗糖添加量對金露梅綠茶飲料風味影響，如圖5所示。蔗糖添加量12 g/100 mL時，感官評分最高。因此，在響應面法試驗設計方案中，選擇蔗糖添加量9，12和15 g/100 mL為宜。

圖5 蔗糖添加量對綠茶飲料品質的影響

2.3.1.2 檸檬酸添加量對金露梅綠茶飲料風味影響

檸檬酸添加量對金露梅綠茶飲料風味影響如圖6所示。檸檬酸添加量0.03 g/100 mL時，感官評分最高。因此，在響應面法試驗設計方案中，檸檬酸添加量選擇0.02，0.03和0.04 g/100 mL為宜。

圖6 檸檬酸添加量對綠茶飲料品質的影響

2.3.1.3β-環狀糊精添加量對金露梅綠茶飲料風味影響

β-環狀糊精添加量對金露梅綠茶飲料風味影響見圖7。β-環狀糊精添加量0.15 g/100 mL時，感官評分最高。因此，在響應面法試驗設計方案中，β-環狀糊精添加量選擇0.10，0.15和0.20 g/100 mL為宜。

圖7 β-環狀糊精添加量對綠茶飲料品質的影響

2.3.2 金露梅綠茶飲料風味響應面試驗結果

運用Design Expert 11軟件對表7中的試驗結果進行多元回歸擬合，建立二次多項式回歸模型。獲得不同因素對金露梅綠茶飲料感官評分的回歸方程，金露梅飲料配方二次方程模型為Y=89.86-0.450 0A-0.212 5B-0.087 5C-0.450 0AB-0.200 0AC+0.625 0BC-6.29A2-2.57B2-1.92C2（R2=0.974 9）。

表7 金露梅綠茶飲料響應面試驗設計與結果

對回歸模型進行方差分析，結果見表8。由表8可知，回歸模型F=30.22，P＜0.000 1，達到極顯著，說明建立的模型有意義，失誤項P=0.124 3＞0.05，不顯著，說明該回歸方程對試驗的擬合度良好，可靠性較高，能真實地反映出配方調配對感官評價的響應。同時模型相關系數R2=0.974 9，試驗誤差小，具有較好的預測性。表明該模型可以對金露梅綠茶飲料的口感進行分析和預測。結合各因素交互作用F值可知，A2、B2、C2達到極顯著（P＜0.01），根據F值的大小可以判斷，各因素對感官評分的影響大小為蔗糖添加量＞檸檬酸添加量＞β-環狀糊精添加量。

表8 金露梅綠茶感官評價方差分析

基于回歸方程，繪制響應曲面圖和等高線圖，如圖8所示。

圖8 響應曲面的交互作用及等高線

利用Design Expert 11軟件包的極值分析工具對回歸方程進行分析，可以獲得回歸方程極值點所對應的試驗因素組合，確定金露梅綠茶飲料配方最優配比條件：蔗糖添加量11.899 g/100 mL、檸檬酸添加量0.030 g/100 mL、β-環狀糊精添加量0.149 g/100 mL。

將工藝參數修正為最優配比條件對其進行試驗驗證，分別進行3次試驗，所得感官評分為89.6，90.2和91.3分，與正交試驗和響應面最佳值接近。此配方下的金露梅綠茶飲料，風味口感俱佳。

2.4 理化指標

經測定，最佳工藝條件下得到的金露梅綠茶飲料pH 5.3、可溶性固形物含量8.6%，均在茶飲料生產要求的范圍內。

3 結論

以金露梅綠茶感官評分為考察指標，采用單因素試驗及L9(33)正交法設計試驗，對金露梅綠茶的提取條件進行研究。根據正交試驗結果，金露梅綠茶最佳浸提條件為提取時間20 min、提取溫度90 ℃、茶水比0.75%。根據單因素試驗結合響應面優化分析，金露梅綠茶飲料配方最佳配方條件為蔗糖添加量11.899 g/100 mL、檸檬酸添加量0.030 g/100 mL、β-環狀糊精添加量0.149 g/100 mL。按此配方所得的金露梅綠茶飲料酸甜適口、風味協調，具有特殊的金露梅香味和綠茶的清香。