響應面法優化玫瑰醬肉蓯蓉復合飲料工藝研究

2024-12-31 00:00:00馬俊辰李先平龔一帆趙保堂李國鋒李明澤黃玉龍

中國調味品 2024年11期

摘要：采用響應面分析法，以玫瑰醬、肉蓯蓉為主要原料，輔以白砂糖、結冷膠和檸檬酸，對所制得的復合飲料進行工藝優化。以感官評分作為評價指標，采用單因素實驗和Box-Behnken響應面法研究了各因素對復合飲料感官評分的影響，并進行多糖含量的測定。實驗結果顯示，該復合飲料的最佳工藝參數為玫瑰醬添加量5.97%、玫瑰醬與肉蓯蓉浸提液比例3∶20、白砂糖添加量3.15%、結冷膠添加量0.08%、檸檬酸添加量0.034%。在該條件下所制得的復合飲料感官評分為82.2分，復合飲料呈橘黃色，色澤透亮，酸甜適中，并混有玫瑰花、肉蓯蓉的香味，靜置后未出現明顯沉淀和分層現象，是一款純天然復合飲料，為肉蓯蓉在飲料深加工領域的開發提供了一定的理論支持。

關鍵詞：玫瑰醬；肉蓯蓉；響應面法；多糖

中圖分類號：TS255.43""""" 文獻標志碼：A"""" 文章編號：1000-9973（2024）11-0102-08

Optimization of Process of Rose Sauce and Cistanche deserticola

Compound Beverage by Response Surface Method

MA Jun-chen， LI Xian-ping， GONG Yi-fan， ZHAO Bao-tang，

LI Guo-feng， LI Ming-ze， HUANG Yu-long

（College of Food Science and Engineering， Gansu Agricultural University， Lanzhou 730070， China）

Abstract： With rose sauce and Cistanche deserticola as the main raw materials， supplemented with white granulated sugar， gellan gel and citric acid， response surface analysis method is used to optimize the process of the prepared compound beverage. With sensory score as the evaluation index， single factor experiment and Box-Behnken response surface method are used to study the effects of various factors on the sensory score of compound beverage， and the polysaccharide content is determined. The experiment results show that the optimum process parameters of the compound beverage are as follows： the addition amount of rose sauce is 5.97%， the ratio of rose sauce to Cistanche deserticola extract is 3∶20， the addition amount of white granulated sugar is 3.15%， the addition amount of gellan gum is 0.08% and the addition amount of citric acid is 0.034%. The sensory score of the compound beverage prepared under these conditions is 82.2 points. The compound beverage is orange yellow， bright in color， moderate in sourness and sweetness， and mixed with the aroma of rose and Cistanche deserticola. There is no obvious precipitation and stratification after standing. It is a kind of natural compound beverage， which has provided certain theoretical support for the development of Cistanche deserticola in the field of deep processing of beverages.

Key words： rose sauce; Cistanche deserticola; response surface method; polysaccharide

收稿日期：2024-05-13

基金項目：甘肅省自然科學基金項目（22JR5RA872）；2022年現代絲路寒旱農業科技支撐項目（GSLK-2022-13）；甘肅省農業科學院重點研發計劃項目（2021GAAS31）

作者簡介：馬俊辰（1997—），女，碩士，研究方向：食品加工。

*通信作者：趙保堂（1985—），男，副教授，博士，研究方向：農產品加工、天然產物活性。

將玫瑰花瓣與蜂蜜經過一定比例配比并發酵即可制成玫瑰醬。苦水玫瑰作為中國兩大玫瑰種系中的一種，產于甘肅省蘭州市永登縣的苦水鎮，用苦水玫瑰制作的玫瑰醬富含多種維生素、礦物質以及黃酮類、酚類等功能性化合物，這些成分能夠很好地減少自由基的侵害，避免人體受到氧化損傷，而且具有利膽解毒等功效[1-3]。玫瑰醬還可提高食品的抗氧化活性，賦予其良好的感官接受度[4]。因此，玫瑰醬目前已被廣泛用于糕點、甜點、飲料、冰品等食品中[5]。肉蓯蓉（Cistanche deserticola Ma）是寄生在沙漠樹木梭梭樹根部的一種寄生植物。因具有極高的藥用價值和良好的滋補功效而被廣泛接受，素有“沙漠人參”之稱。其含有多糖、苯乙醇苷、環烯醚萜、木質素、苷類等多種活性成分，是一種傳統的中藥材[6]。

目前，肉蓯蓉與玫瑰醬已被用于多種食品領域。孫伯祿等[7]、劉洋[8]將肉蓯蓉應用于飲料中，采用響應面法進行工藝優化，實驗結果顯示，添加肉蓯蓉的飲料能夠明顯降低自由基對DNA的損傷，提高抗氧化性；樊丹敏等[9]將玫瑰花和糖按1∶1的比例制成玫瑰漿，通過萃取得到玫瑰飲料。對于玫瑰醬肉蓯蓉復合飲料的研制尚未見報道。本研究將玫瑰醬與肉蓯蓉復合進行飲料的調配，采用響應面法優化原料參數，研制出一種營養與保健相結合的天然復合飲料，為進一步開發肉蓯蓉與苦水玫瑰產品提供了理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 原料和試劑

實驗所使用的原料及試劑見表1。

1.1.2 主要儀器

實驗主要儀器與設備見表2。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程

肉蓯蓉→挑選→清洗→粉碎→浸提（1∶15，85 ℃，2 h）→過濾→調配→滅菌→冷卻備用；

玫瑰醬和肉蓯蓉浸提液混合→調配（加入白砂糖、檸檬酸）→精濾→加膠→灌裝→滅菌→冷卻→成品。

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 肉蓯蓉浸提液制備

選取無腐爛、無病蟲害的肉蓯蓉，用破壁機打碎，按料水比為1∶15調配，置于80 ℃水浴鍋中浸提2.5 h，用200目紗布過濾2次得到肉蓯蓉浸提液，冷藏備用。

1.2.2.2 調配

在玫瑰醬和肉蓯蓉浸提液混合后加入白砂糖漿和檸檬酸進行調配，加入適量純凈水，加熱到70 ℃左右。

1.2.2.3 精濾

選用200目紗布進行精濾，過濾后加入結冷膠充分攪拌。

1.2.2.4 滅菌

采用玻璃瓶熱灌裝，在80 ℃的水浴鍋中殺菌30 min。

1.2.2.5 冷卻

使用流水快速冷卻，得到成品。

1.2.3 單因素實驗設計[10]

采用感官評價法，在玫瑰醬添加量為9%、玫瑰醬與肉蓯蓉浸提液比例（料液比）20∶3、白砂糖添加量2%、結冷膠添加量0.04%、檸檬酸添加量0.04%、補水至250 mL（100%）的條件下，分別考察不同玫瑰醬添加量（3%、6%、9%、12%、15%）、不同料液比（1∶20、2∶20、3∶20、4∶20、5∶20）、不同白砂糖添加量（1%、2%、3%、4%、5%）、不同結冷膠添加量（0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%）、不同檸檬酸添加量（0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%）對復合飲料感官評分的影響[11]。

1.2.4 響應面優化實驗設計

基于單因素實驗，選擇3個自變量玫瑰醬添加量（A）、白砂糖添加量（B）、檸檬酸添加量（C），以感官評分作為響應值，運用軟件Design-Expert 13進行響應面優化實驗設計。

1.2.5 感官評價

參考馬文斌等[12]的方法并略作修改。將制成的復合飲料在常溫下放置1 d，在本學院內挑選10位味覺較靈敏的相關專業同學組成感官評價小組，對本實驗產品進行專業的感官評價，評分結果取平均值。感官評價標準見表4[13]。

1.2.6 多糖含量的測定

參考李思佳[14]、馬偉等[15]的方法并稍作修改，繪制標準曲線。稱取一定體積的復合飲料，以5 000 r/min離心10 min，上清液用于多糖含量的測定。

1.2.7 揮發性風味物質成分的測定

參考楊文清等[16]的方法并略作修改，對加玫瑰醬與肉蓯蓉的復合飲料（復合飲料樣品）、只加玫瑰醬樣品和只加肉蓯蓉樣品這3種實驗樣品進行揮發性化合物測定分析。

選擇優化工藝制成的玫瑰醬肉蓯蓉復合飲料，采用頂空固相微萃取技術對其香氣成分進行檢測。將5 mL待測樣品加入到15 mL頂空瓶中，再加入1.0 g NaCl并放入轉子，用封口膜封口后放入恒溫加熱磁力攪拌器中，采用水浴鍋40 ℃水浴平衡30 min后頂空萃取30 min。萃取結束后，取出萃取頭，插入氣相色譜-質譜聯用儀提取10 min進行檢測[17]。

色譜條件：DB-WAX色譜柱（60 m×2.5 mm，0.25 μm），進樣口溫度230 ℃，不分流進樣；載氣（He）流速1 mL/min；初溫40 ℃，保持5 min，然后以5 ℃/min升至200 ℃，保持13 min，總運行時間60 min。

質譜條件：電離方式為電子離子（EI）源；電子能量70 eV；質構儀連接桿溫度200 ℃；離子源溫度250 ℃；質量掃描范圍（m/z）：50～350 amu。

1.2.8 理化、微生物指標的測定

根據GB/Z 21922—2008對玫瑰醬肉蓯蓉復合飲料中所含能量、碳水化合物進行檢測；鈉含量根據GB 5009.91—2007進行檢測；菌落總數根據GB 4789.2—2022進行測定；大腸菌群根據GB 4789.2—2016（第二法）進行測定。

2 結果與分析

2.1 各因素對復合飲料感官評分的影響

2.1.1 玫瑰醬添加量對復合飲料感官評分的影響

由圖1可知，玫瑰醬添加量不同，其所制得的玫瑰醬肉蓯蓉復合飲料的感官評分也不同，當玫瑰醬添加量達到9%時，復合飲料的感官品質最佳，感官評分達到最高，玫瑰香氣濃郁，口感適宜。玫瑰醬與肉蓯蓉浸提液比例（料液比）為3∶20時，隨著玫瑰醬添加量的增加，肉蓯蓉浸提液添加量也隨之增多，復合飲料的苦澀味逐漸凸顯，口感變差，顏色過深且易渾濁，感官評分呈下降趨勢。

2.1.2 料液比對復合飲料感官評分的影響

由圖2可知，當料液比小于3∶20時，隨著肉蓯蓉浸提液含量的增多，復合飲料的感官評分也隨之上升，其感官評分為（77.5±0.5）分，基本處于穩定水平，因此，肉蓯蓉浸提液對復合飲料的感官評分起著促進作用；當料液比大于3∶20時，由于肉蓯蓉浸提液添加量增多，使復合飲料的澀味明顯加重，感官評分受到較明顯的負面影響，且隨著料液比的增大呈下降趨勢。因此，固定料液比為3∶20進行后續優化實驗。

2.1.3 白砂糖添加量對復合飲料感官評分的影響

由圖3可知，在玫瑰醬肉蓯蓉復合飲料中，當白砂糖添加量低于3%時，其感官評分逐漸上升，當白砂糖添加量高于3%時，其口感變差，甚至掩蓋了玫瑰和肉蓯蓉獨有的香氣和風味，感官評分隨之降低。因此，復合飲料中白砂糖添加量為3%時，飲料的口感適中、普適性廣。

2.1.4 結冷膠添加量對復合飲料感官評分的影響

由圖4可知，當結冷膠添加量為0.02%～0.08%時，隨著結冷膠添加量的不斷增加，復合飲料的感官評分也隨之升高，當結冷膠添加量大于0.08%時，復合飲料的感官評分趨于平穩，這可能是由于白砂糖添加量在一定范圍內改變了復合飲料的黏度，對結冷膠添加量產生了間接影響，結冷膠含量越多，復合飲料的滋味越差。因此，固定結冷膠添加量為0.08%進行后續優化實驗。

2.1.5 檸檬酸添加量對復合飲料感官評分的影響

由圖5可知，復合飲料的感官評分隨著檸檬酸添加量的增加呈先上升后下降的趨勢。當檸檬酸添加量小于0.04%時，感官評分呈不斷上升趨勢，當檸檬酸添加量大于0.04%時，感官評分逐漸降低。在該復合飲料中添加檸檬酸，既可以調節pH，又能抑制微生物繁殖，優化復合飲料的風味，因此，檸檬酸添加量對復合飲料的口感有一定的提升作用[18]。

2.2 響應面優化實驗結果

玫瑰醬肉蓯蓉復合飲料配方響應面實驗結果和方差分析見表5和表6。

2.2.1 響應面模型的建立與分析

根據單因素實驗結果，利用Design-Expert 13中的Box-Behnken進行實驗設計，以玫瑰醬添加量、白砂糖添加量、檸檬酸添加量為響應變量，針對其對玫瑰醬肉蓯蓉復合飲料感官評分的影響進行三因素三水平的響應面分析實驗。對表5中實驗數據進行多元回歸分析，得到實驗因素對感官評分的擬合方程為Y=81.5+0.037 5A+0.225B-2.54C-0.3AB+0.275AC-0.05BC-6.04A2-3.56B2-3.39C2。

由表6可知，所建立的回歸模型極顯著（Plt;0.01），模型失擬項的P=0.268 4gt;0.05，表明該模型與實際情況的擬合度較高，無失擬因素存在。方程相關系數R2=0.999 7，表明感官評分結果與實驗模型所預測的結果具有良好的擬合度，校正系數RAdj2=0.999 3，表明所得到的回歸方程能夠很好地對復合飲料的感官評分進行分析和預測。回歸模型中，一次項B、C，交互項AB、AC，二次項A2、B2、C2對復合飲料感官評分的影響都達到極顯著水平（P＜0.01）。根據模型分析中F值可知，各因素對飲料感官評分影響的主次順序為檸檬酸添加量（C）gt;白砂糖添加量（B）gt;玫瑰醬添加量（A）。

2.2.2 響應面優化實驗

由圖6可知，通過Box-Behnken實驗設計所得響應面圖可分析各因素之間的交互作用對復合飲料感官評分的影響。隨著各交互作用中兩個因素添加量的增加，感官評分先增大后減小。其曲面弧度越陡峭，說明該因素對復合飲料感官評分的影響越顯著，反之則越不顯著。玫瑰醬添加量與白砂糖添加量、玫瑰醬添加量與檸檬酸添加量之間的交互作用極顯著（Plt;0.01），白砂糖添加量與檸檬酸添加量的交互作用對復合飲料感官評分的影響不顯著，這與表6中的分析結果一致。

2.2.3 最佳工藝條件的確定和驗證實驗

經過響應面優化得到玫瑰醬肉蓯蓉復合飲料的最佳工藝條件為玫瑰醬添加量5.97%、料液比3∶20、白砂糖添加量3.15%、結冷膠添加量0.08%、檸檬酸添加量0.034%，在此條件下得到的感官評分為81.906分。選取此條件進行3次重復驗證實驗，綜合評價最終得分為82.2分，與理論值基本吻合，表明該模型基本可靠。

2.3 成品中多糖含量

由圖7可知，所得葡萄糖標準曲線回歸方程為Y=3.183 1X+0.038 7（X為葡萄糖濃度，Y為吸光度），R2=0.990 3。將測定的樣品吸光度代入標準曲線中，經計算，復合飲料中多糖含量為1 531.4 mg/L。糖類及其衍生物是肉蓯蓉中極為重要的組成部分，肉蓯蓉多糖主要由甘露糖、葡萄糖、半乳糖組成，糖類物質高達46%，多糖高達13%[19-20]。隨著健康生活理念的加深，人們對于肉蓯蓉多糖的保健功能越來越重視。肉蓯蓉所含糖類物質具有補腎陽、益精血、潤腸通便、調節腸道菌群、增強免疫力、改善記憶力、保護神經、延緩衰老等功能[21]。經測定計算，本產品多糖含量為1 531.4 mg/L。因此，該復合飲料具有調節腸道、增強免疫力等多種保健功能。

2.4 GC-MS揮發性香氣物質分析

根據GC-MS對3種樣品進行分析，得到3種樣品的氣相色譜圖，見圖8。各類揮發性香氣物質種類及數量見圖9。對復合飲料前50種揮發性香氣物質的峰面積進行列舉并與其他兩種樣品進行比較，結果見表7。

復合飲料樣品中共檢測出85種香氣物質，玫瑰醬樣品中共檢測出78種香氣物質，肉蓯蓉樣品中共檢測出32種香氣物質。在復合飲料樣品與玫瑰醬樣品中，醇類物質種類遠多于其他物質，而在肉蓯蓉樣品中，醛類物質最多，其次為醇類。綜合分析，醇類是最主要的揮發性香氣物質，其次是醛類、酯類、酸類、醚類，所含物質均較少。復合飲料的揮發性香氣水平整體較高。

由圖9可知，復合飲料香氣成分中，醇類、醛類、酯類3種成分占87%以上。從醇類風味物質及含量分析上來看，玫瑰中含有的大量香茅醇、苯乙醇、香葉醇、α-松油醇等充當了復合飲料的主要呈香物質[16]；從醛類風味物質及含量分析上來看，正庚醛、糠醛、苯甲醛含量較高；從酯類風味物質及含量分析上來看，乙酸苯乙酯、甲酸香茅酯、乙酸香茅酯、異戊酸苯乙酯等成分的含量較高。

由表7可知，復合飲料中前50種揮發性化合物主要來自玫瑰醬，且前16種全部來源于玫瑰醬，是復合飲料的主要香氣成分；而肉蓯蓉中的10種揮發性香氣物質在復合飲料中被檢測到，使復合飲料帶有肉蓯蓉特定的香氣成分，對復合飲料整體香氣起著促進作用。

2.5 理化、微生物指標

能量含量為106 kJ/100 g；碳水化合物含量為6.1 g/100 g；鈉含量為41 mg/100 g。

菌落總數為10 CFU/mL，大腸菌群＜10 CFU/mL，致病菌未檢出。

3 結論

本文以產自甘肅永登縣的苦水玫瑰醬、產自民勤縣的肉蓯蓉為主要原料，以白砂糖、結冷膠和檸檬酸為輔料制得玫瑰醬肉蓯蓉復合飲料。通過單因素實驗和響應面分析法優化復合飲料的最佳工藝參數為玫瑰醬添加量5.97%、料液比3∶20、白砂糖添加量3.15%、結冷膠添加量0.08%、檸檬酸添加量0.034%、補水至250 mL（100%），在此配方下得到的復合飲料的感官評分為82.2分。通過頂空固相微萃取和氣相色譜-質譜聯用技術從復合飲料樣品中共檢測出香氣物質85種，包括52種醇類、14種醛類、8種酯類、4種酸類、2種醚類，主要為玫瑰醬所賦予的揮發性物質，并帶有少量肉蓯蓉所含有的揮發性物質。復合飲料呈橘黃色，色澤均勻，酸甜適中，具有玫瑰花與肉蓯蓉特有的香氣成分，靜置后未出現明顯沉淀和分層現象，是一款純天然的復合飲料，具有良好的推廣前景。

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