響應(yīng)面法優(yōu)化番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬配方研究

劉旸旸，劉 博，唐 玲，單木藝

（1.沈陽醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院，遼寧 沈陽 110034；2.中華人民共和國沈陽海關(guān)，遼寧 沈陽 110179）

果醬是將水果果漿、糖以及酸度調(diào)節(jié)劑組成的混合物通過超過100 ℃高溫熬制得到的醬狀水果制品。通過深加工將新鮮果品制成各種果醬是一種提升果品附加值、保存果品風(fēng)味和營養(yǎng)的有效途徑[1-3]。隨著人們生活方式的轉(zhuǎn)變和消費水平的提升，傳統(tǒng)果醬已經(jīng)無法滿足市場需求，開發(fā)低糖、高營養(yǎng)、多風(fēng)味復(fù)合果醬成為果品深加工和食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢[4-9]。

番石榴又名芭樂，富含蛋白質(zhì)、維生素等營養(yǎng)成分。因其果實風(fēng)味獨特、口感爽脆可口、香氣濃郁而深受消費者的喜愛。但番石榴屬于呼吸躍變型水果，收獲后因自身的生命代謝活動導(dǎo)致衰老或腐敗，加之果實果皮較薄，極易受到機械損傷，導(dǎo)致其貨架期短，不耐貯藏與運輸[10]。番石榴除了鮮食外，也大量用于食品加工行業(yè)，其可作為VC 添加劑的替代品，用于果汁、果凍等產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)[11-12]。菠蘿皮占菠蘿總質(zhì)量的29%～40%，在食用和加工過程中，菠蘿皮的利用率低于50%，大量廢棄的菠蘿皮渣不僅給環(huán)境造成污染，同時也造成原料資源的浪費[13-14]。研究表明，菠蘿皮中含有多種微量元素，其中鋅、鐵、錳等元素含量高于果實中含量[15]。菠蘿皮中還含有豐富的膳食纖維、多酚類化合物等營養(yǎng)物質(zhì)[16-18]，具有較好的抗氧化性能[19-21]，菠蘿皮中的低酯果膠還可作為天然果膠原料被用于食品生產(chǎn)加工[13]。

銀耳是銀耳屬傳統(tǒng)藥食兩用真菌。銀耳子實體富含多種功能活性物質(zhì)[22]，在抗衰老、抗腫瘤、降血糖、降血壓方面均有一定的功效[23]。在食品生產(chǎn)中銀耳可作為食品添加劑的有效替代品。紅茶因其獨特的發(fā)酵工藝和風(fēng)味，成為世界上消費量最大的茶葉品種，同時紅茶的保健功效也被消費者廣泛認可[24-25]。

本試驗選用番石榴、菠蘿皮、銀耳、紅茶為原料進行果醬配方研發(fā)，番石榴漿和菠蘿皮汁決定果醬的風(fēng)味，銀耳作為增稠劑，茶水代替單一的水使果醬的口感層次更豐富。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以感官評分為響應(yīng)值，通過響應(yīng)面優(yōu)化試驗確定果醬最優(yōu)配方，旨在研發(fā)一款風(fēng)味獨特、可直接食用也可沖泡的果醬產(chǎn)品，為新型果醬的研發(fā)提供理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

新鮮番石榴、菠蘿：當天購買于農(nóng)貿(mào)市場；銀耳：方家鋪子（莆田）綠色食品有限公司；紅茶：謝裕大紅茶有限公司；白砂糖：廣州福正東海食品有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

C21S-C3150型電磁爐、JYL-C022E型榨汁機：杭州九陽生活電器有限公司；WK17-CB15K勻漿機：鹽城市豈特實驗儀器有限公司；MP-ZG26Z02不銹鋼水煮鍋：美的集團股份有限公司；BXM-30R型立式壓力蒸汽滅菌鍋：上海博迅實業(yè)有限公司；30目濾網(wǎng)：沈陽百客商貿(mào)有限公司；WAY-2W型阿貝折光儀：上海神光儀器有限公司；JY5002型電子天平，LH-B55型糖度計：上海雙旭電子有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 菠蘿皮汁的制備

在壓力300 MPa、溫度30 ℃、保壓10 min 的條件下，對菠蘿皮進行高壓處理，之后榨汁過濾，備用。

1.2.2.2 番石榴漿的制備

選擇新鮮完整的番石榴，用自來水沖洗干凈，瀝干水分后放入勻漿機中打成勻漿，向每100 g 番石榴勻漿中添加0.7 g食鹽，攪拌均勻后靜置3～4 h。

1.2.2.3 茶湯的制備

稱取適量的茶葉，用熱水進行漂燙，然后過濾，再加入適量沸水浸泡10 min，棄去茶葉，取上清液。

1.2.2.4 銀耳漿的制備

銀耳泡發(fā)，清洗干凈，去除根部并剪成小朵，冷水入鍋，煮沸15 min，表面呈黏稠狀態(tài)撈出，冷卻后將其打漿處理，打漿時間10 s。

1.2.2.5 加熱濃縮

將番石榴漿、菠蘿皮汁、茶湯、銀耳漿混勻倒入不銹鋼水煮鍋中，熬煮過程中不斷攪拌防止糊底，其間分3 次加入白砂糖，濃縮至可溶性固形物含量達65%且有掛壁現(xiàn)象時即濃縮完成[26]。

1.2.2.6 灌裝、封口

將玻璃瓶洗凈進行殺菌處理，趁熱將濃縮好的果醬裝入玻璃瓶中，立即密封，使玻璃瓶中形成一定的真空度。

1.2.2.7 滅菌、冷卻

將灌裝封口的果醬置于滅菌鍋內(nèi)，于112 ℃條件下殺菌5 min[27]，滅菌完畢后用分段冷卻法得到成品。

1.2.3 單因素試驗設(shè)計

基礎(chǔ)配方：番石榴菠蘿皮漿（番石榴漿與菠蘿皮汁質(zhì)量比25∶1）添加量40 g，茶湯（水與茶質(zhì)量比為40∶1）添加量30 g，銀耳漿添加量21 g，白砂糖添加量9 g。

在基礎(chǔ)配方下進行單因素試驗，分別考察水與茶質(zhì)量比（20∶1、30∶1、40∶1、50∶1、60∶1）、番石榴漿與菠蘿皮汁質(zhì)量比（15∶1、20∶1、25∶1、30∶1、35∶1）、銀耳漿添加量（15、18、21、24、27 g）、白砂糖添加量（7、8、9、10、11 g）對番石榴菠蘿銀耳茶果醬感官品質(zhì)的影響。

1.2.4 響應(yīng)面試驗設(shè)計

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，采用Box-Behnken 模型，對水與茶質(zhì)量比（A）、番石榴漿與菠蘿皮汁質(zhì)量比（B）、銀耳漿添加量（C）、白砂糖添加量（D）4 個因素進行響應(yīng)面試驗，以感官評價分數(shù)為響應(yīng)值，通過Design-Expert 11 軟件進行分析，優(yōu)化番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬配方。響應(yīng)面試驗因素水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of the response surface test

1.2.5 測定項目與方法

1.2.5.1 感官評價

選取通過專業(yè)培訓(xùn)的不同性別、年齡的20 名感官評價工作人員，在相互獨立且互不干擾的情況下，依據(jù)GB/T 22474—2008[28]中感官檢驗方法，以色澤、口感、風(fēng)味和組織狀態(tài)作為綜合感官評價指標進行打分，總分設(shè)為100 分，結(jié)果取平均值。番石榴菠蘿銀耳茶果醬的感官評分標準見表2。

表2 番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬感官評分標準Table 2 Sensory evaluation criteria of guava pineapple peel tremella and tea compound jam

1.2.5.2 可溶性固形物含量

參照GB/T 10786—2006[29]中的方法進行測定。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2011 和Design-Expert 11 軟件對數(shù)據(jù)進行處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 水茶質(zhì)量比對番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬感官品質(zhì)的影響

由圖1 可知，隨著水與茶質(zhì)量比逐漸升高，茶湯味道和顏色逐漸變淡，番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬的感官評分逐漸升高。當水與茶質(zhì)量比為40∶1 時，果醬的感官評分最高；隨著水與茶質(zhì)量比的繼續(xù)增大，果醬顏色變淡，茶香不明顯。因此，水與茶質(zhì)量比為40∶1 時，果醬的口感和色澤最佳，茶香和果香混合，果醬呈現(xiàn)亮粉色偏紅，酸甜適口，為最適配比。

圖1 水與茶質(zhì)量比對番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of the mass ratio of water to tea on sensory quality of guava pineapple peel tremella and tea compound jam

2.1.2 番石榴漿與菠蘿皮汁質(zhì)量比對番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬感官品質(zhì)的影響

由圖2可知，隨著番石榴漿與菠蘿皮汁質(zhì)量比的升高，番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬的感官評分不斷升高。當番石榴漿與菠蘿皮汁質(zhì)量比為25∶1 時，果醬富有茶香與果香，酸甜適口，感官評分最高。當番石榴漿與菠蘿皮汁質(zhì)量比達到30∶1 時，果醬的口感反而下降，變得粗糙，回味不明顯。當番石榴漿與菠蘿皮汁質(zhì)量比為35∶1時，由于番石榴漿占比升高，使果醬中的番石榴果香更濃郁，感官評分又有所升高。但由于番石榴添加量過多，果醬顆粒感過重，影響果醬感官品質(zhì)。因此，番石榴漿與菠蘿皮汁質(zhì)量比為25∶1 時，果醬風(fēng)味最佳，果香濃郁，酸甜適中，為最適配比。

圖2 番石榴漿和菠蘿皮汁質(zhì)量比對番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of the mass ratio of guava pulp to peel of pineapple on sensory quality of guava pineapple peel tremella and tea compound jam

2.1.3 銀耳漿添加量對番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬感官品質(zhì)的影響

由圖3可知，隨著果醬中銀耳漿添加量的不斷增加，果醬黏度逐漸升高，感官評分不斷升高。當銀耳漿添加量為21 g 時，果醬的口感和組織狀態(tài)達到最好，口感細膩爽滑，醬體凝膠均勻。隨著銀耳漿添加量的繼續(xù)增加，感官評分不斷下降。因此，確定銀耳漿添加量21 g為最佳添加量。

圖3 銀耳漿添加量對番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬感官品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of tremella pulp adding amount on sensory quality of guava pineapple peel tremella and tea compound jam

2.1.4 白砂糖添加量對番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬感官品質(zhì)的影響

由圖4 可知，當果醬中白砂糖添加量為7、8、9 g時，產(chǎn)品感官評分相對較高，并且分數(shù)較接近，此時果醬甜度適宜，入口回甜。繼續(xù)增加白砂糖添加量，則產(chǎn)品甜度過大，入口感覺甜膩，影響果醬的整體評分。因此，當白砂糖添加量為8 g時，果醬的風(fēng)味佳、酸甜適宜，為最適添加量。

圖4 白砂糖添加量對番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬感官品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of white granulated sugar adding amount on sensory quality of guava pineapple peel tremella and tea compound jam

2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果

2.2.1 試驗結(jié)果與方差分析

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，運用Design-Expert 11軟件，以水與茶質(zhì)量比（A）、番石榴漿與菠蘿皮汁質(zhì)量比（B）、銀耳添加量（C）、白砂糖添加量（D）為自變量，以感官評分（Y）為響應(yīng)值，進行Box-Behnken四因素三水平響應(yīng)面試驗，結(jié)果見表3。

表3 響應(yīng)面試驗結(jié)果與分析Table 3 The results and analysis of response surface test

應(yīng)用Design-Expert 11 軟件對模型進行分析，得到番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬的感官評分以及所選4個因素編碼值的回歸方程為:

Y=91.32+1.61A+1.77B+2.66C+1.00D-0.100 0AB-0.825 0AC-1.90AD-1.60BC-2.15BD+0.950 0CD-7.62A2-4.78B2-5.62C2-5.68D2

對該回歸模型進行方差分析，結(jié)果見表4。

表4 響應(yīng)面回歸模型及方差分析Table 4 Response surface regression model and variance analysis

由表4可知，回歸模型P＜0.000 1，說明達到極顯著水平，且失擬項P=0.947 2＞0.05，不顯著，說明殘差均由隨機誤差引起，模型擬合性好。模型的決定系數(shù)R2=0.991 2，校正決定系數(shù)R2adj=0.988 0，說明響應(yīng)值穩(wěn)定可靠，該模型可用于對番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬配方的優(yōu)化。A、B、C、D、AC、AD、BC、BD、CD、A2、B2、C2、D2對產(chǎn)品感官評分的影響均為極顯著（P＜0.01）。從F值大小得出4 個因素對產(chǎn)品感官評分的影響大小為：C（銀耳添加量）＞B（番石榴漿與菠蘿皮汁質(zhì)量比）＞A（水與茶質(zhì)量比）＞D（白砂糖添加量）。

2.2.2 響應(yīng)面分析與最佳工藝配方的確定

利用Design-Expert 11軟件繪制了番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬各因素之間兩兩交互作用的響應(yīng)面圖和等高線圖，具體見圖5～圖10。在響應(yīng)面圖中，若圖形趨于陡峭，則說明兩者交互作用的影響越顯著，反之說明影響不顯著。在等高線圖中，若圖形趨于橢圓，則說明兩者交互作用明顯，反之說明不明顯。由圖5可見，等高線圖接近圓形且響應(yīng)曲面圖較為平緩，說明AB交互作用不顯著；由圖6～圖10可知，等高線圖均趨于橢圓形且響應(yīng)曲面圖較為陡峭，說明因素AC、AD、BC、BD、CD的交互作用均顯著，與方差分析結(jié)果一致。

圖5 水與茶質(zhì)量比和番石榴漿與菠蘿皮汁質(zhì)量比的交互作用對番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬感官評分影響的響應(yīng)面和等高線圖Fig.5 Response surface diagram and contour plot of the effects between the mass ratio of water to tea and the mass ratio of guava pulp to pineapple peel interaction on the sensory score of guava pineapple peel tremella and tea compound jam

圖6 水與茶質(zhì)量比和銀耳漿添加量的交互作用對番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬感官評分影響的響應(yīng)面和等高線圖Fig.6 Response surface diagram and contour plot of the effects between the mass ratio of water to tea and tremella pulp addition interaction on the sensory score of guava pineapple peel tremella and tea compound jam

圖7 水與茶質(zhì)量比和白砂糖添加量的交互作用對番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬感官評分影響的響應(yīng)面和等高線圖Fig.7 Response surface diagram and contour plot of the effects between the mass ratio of water to tea and white granulated sugar addition interaction on the sensory score of guava pineapple peel tremella and tea compound jam

圖8 番石榴漿與菠蘿皮汁質(zhì)量比和銀耳漿添加量的交互作用對番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬感官評分影響的響應(yīng)面和等高線圖Fig.8 Response surface diagram and contour plot of the effects between the mass ratio of guava pulp to pineapple peel and tremella pulp addition interaction on the sensory score of guava pineapple peel tremella and tea compound jam

圖9 番石榴漿與菠蘿皮汁質(zhì)量比和白砂糖添加量的交互作用對番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬感官評分影響的響應(yīng)面和等高線圖Fig.9 Response surface diagram and contour plot of the effects between the mass ratio of guava pulp to pineapple peel and whitegranulated sugar addition interaction on the sensory score of guava pineapple peel tremella and tea compound jam

圖10 銀耳漿添加量和白砂糖添加量的交互作用對番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬感官評分影響的響應(yīng)面和等高線圖Fig.10 Response surface diagram and contour of the effects of tremella pulp addition and white granulated sugar addition interaction on the sensory score of guava pineapple peel tremella and tea compound jam

對擬合的方程進行最優(yōu)求解，得到番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬的最佳配方為：水與茶質(zhì)量比40.8∶1，番石榴漿與菠蘿皮汁質(zhì)量比25.7∶1，銀耳添加量21.7 g，白砂糖添加量8.1 g。在該配方下，果醬的感官評分為（91.83±2.35）分。結(jié)合生產(chǎn)實際，為了便于稱量計算，將最優(yōu)配方調(diào)整為：水與茶質(zhì)量比40∶1（添加量30 g），番石榴漿與菠蘿皮汁質(zhì)量比25∶1（添加量為40 g），銀耳添加量22 g，白砂糖添加量8 g。根據(jù)以上配方進行3次平行試驗，得到產(chǎn)品的感官評分平均值為（92.1±1.81）分，與預(yù)測的結(jié)果相近，可見該模型擬合度高，具有較好的應(yīng)用價值。

2.3 產(chǎn)品相關(guān)指標分析

在最佳配方下制作的果醬呈亮粉色偏紅，色澤均勻，有光澤，無雜色，入口細膩爽滑，回味濃厚，酸甜適宜，無苦澀味和異味，兼具茶香和果香風(fēng)味，無液體析出，黏度適中，具有較好的流動性，可溶性固形物含量為68.23%±0.97%。

3 結(jié)論

本研究首次以番石榴、菠蘿皮為主要原料，研制了無防腐劑復(fù)合風(fēng)味果醬。通過單因素試驗，應(yīng)用響應(yīng)面法得到了番石榴菠蘿皮銀耳茶果醬的最佳配方：茶湯（水與茶質(zhì)量比40∶1）30 g，番石榴菠蘿皮漿（番石榴漿和菠蘿皮汁質(zhì)量比25∶1）40 g，銀耳漿22%，白砂糖8 g。由該配方制成的果醬，番石榴和菠蘿的復(fù)合果香濃郁，質(zhì)地均勻，兼有紅茶的清香，感官評分為（92.1±1.81）分。此果醬配方不僅滿足了廣大消費者對健康營養(yǎng)的追求，還賦予了果醬獨特的風(fēng)味，同時也可減小番石榴產(chǎn)業(yè)貨架期短的壓力，利用廢棄的菠蘿皮，降低成本，加入紅茶后，茶香與果香結(jié)合，果味的香甜減少了茶本身的苦澀感，茶的清香使果醬甜而不膩，且紅茶的加入使果醬既可直接食用也可沖泡飲用，為下一步新型風(fēng)味果醬的生產(chǎn)開發(fā)提供了新思路和參考。