均勻設計法優化渾濁型白果飲料中的復配穩定劑

石 瑞，史垠垠，曹福亮

(南京林業大學森林資源與環境學院，江蘇南京 210037)

均勻設計法優化渾濁型白果飲料中的復配穩定劑

石 瑞，史垠垠，曹福亮

(南京林業大學森林資源與環境學院，江蘇南京 210037)

以白果為原料，采用均勻組合設計方法，選定卡拉膠、羧甲基纖維素鈉(CMC)、瓜爾膠和刺瑰豆膠為實驗因素，以白果飲料的粘度為目標建立數學模型，通過實驗結果進行方差分析及對數學模型進行優化得到渾濁型白果飲料的優化條件。實驗結果表明，CMC為 0.05g/100mL、卡拉膠為 0.09g/100mL、瓜爾膠為 0.09g/100mL、刺槐豆膠為0.04g/100mL時，粘度值達到最佳值137mPa·s，所得的渾濁白果飲料更加穩定。結果證明均勻設計方法適用于渾濁型白果飲料復配穩定劑的多因素實驗設計，而且簡便易行。

均勻設計，白果飲料，粘度值，穩定劑

白果(Semen Ginkgo)為銀杏科銀杏屬植物銀杏的果實，是藥食同源物質。白果品味甘美，口感香糯，口味清新，作為食療、滋補、保健食品已有1000多年的歷史［1］。已有學者對白果飲料進行了初步的研究，但是，至今尚無利用白果開發成飲料進軍市場的產品［2］。目前，飲料的加工工藝的優化主要采取正交實驗設計，當欲考察的因素數較多，特別是因素水平數較多時，實驗工作量仍然很大，而用均勻設計表安排實驗，則實驗工作量大大地減少［3－4］。均勻設計通過計算機對實驗結果進行多元統計處理，求得一個定量的回歸方程，經方程分析各因素對實驗的影響，定量地預測優化條件［5］。本研究中，采用均勻實驗設計的方法，不考慮實驗數據的整齊可比性，而讓實驗點在實驗范圍內充分地均衡分散，這樣每個實驗點就可以有更好的代表性，實驗點的數目也可大幅度地減少［6］。與正交實驗設計相比，均勻實驗設計突出的優點是實驗工作量少，但其實驗結果仍能反映分析體系的基本特征［7－8］。用均勻設計法進行多因素多水平實驗的設計，在減少實驗次數的同時，還可預測優化實驗條件和結果，具有方便、適用、預測性好的特點［9］。本實驗旨在利用均勻設計的優點，對渾濁型白果飲料進行研制，以提高飲料的粘度值為指標，優化渾濁型白果飲料的加工工藝，為今后渾濁型白果飲料的研制提供參考價值和一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

白果 購于江蘇泰州，品種為大佛指，顆粒飽滿，大小均勻，無蟲蛀;羧甲基纖維素鈉 上海申光食用化學品廠;卡拉膠 滕州市海藻工程技術有限責任公司;刺槐豆膠 天津安文水溶膠科技有限公司;瓜爾豆膠 南京同建食品科技有限公司;以上試劑均為食品級。

高壓均質機GYB30－6D 上海東華高壓均質機廠;膠體磨50AB 沈陽航天新光超微粉碎機械有限公司;旋轉式粘度計NDJ－7 上海精密科學儀器有限公司;電熱真空干燥箱ZK－82B 上海實驗儀器廠有限公司;立式壓力蒸汽滅菌鍋YSQ－LS－50SII 上海博迅實業有限公司醫療設備廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 渾濁型白果汁的工藝流程［10－11］原料白果→挑選→清洗→脫殼、去內種皮→預煮→打漿→膠體磨→均質→穩定劑、乳化劑→調配→均質→脫氣→灌裝→殺菌→冷卻→成品

1.2.2 粘度值的測定 采用NDJ－7型旋轉式粘度計，轉筒因子0.4，30 r/m in，在常溫下(25℃)測定液體粘度(mPa·s)。

1.2.3 均勻設計實驗 在單因素實驗基礎上［12］，根據均勻設計實驗方法，選取對白果漿液的粘度值影響較大的CMC(X1)、卡拉膠(X2)、瓜爾膠(X3)、刺槐豆膠(X4)4個因素，每個因素確定9個水平，因素水平見表1。

表1 因素水平(g/mL)Table 1 Factors and levels(g/mL)

2 結果與討論

2.1 均勻設計的結果與回歸分析

選取U9(94)進行實驗設計(表2)。在實驗設計的9個處理中，每次實驗均取6%去殼鮮白果按規定的工藝，添加不同比例的穩定劑，分別測定其粘度值。采用數據處理系統(DPS)對實驗數據進行分析處理，p＜0.05則表示差異顯著，p＜0.01則表示極顯著，所有實驗均平行3次，取其平均值。

表2 U9(94)表的設計實驗及結果Table 2 Test data of table U9(94)by uniform design

采用數據處理系統(DPS)對實驗數據進行設計實驗和多元線性回歸分析，得到粘度值與CMC、卡拉膠、瓜爾膠、和刺槐豆膠的回歸方程為:Y= 77.9652795－ 3.354065504X3+ 0.5413243494X22－ 1.9676967235X24－3.0764876391X1X2+2.7713538139X1X4+0.4582163867X2X3+1.5520800187X2X4。第一自由度F1=7，第二自由度 F2=1，查表得 F0.01(7，1)= 593，計算得 F=1613.89，F＞F0.01(7，1)，其中，p= 0.0192，復相關系數R=0.998，調整決定系數Ra= 0.9996，剩余標準差S=0.5092。則方差分析結果表明，建立的回歸方程具有統計學意義。

根據以上回歸方程式可以看出，粘度值 Y與X1CMC、X2卡拉膠、X3瓜爾膠和X4刺槐豆膠都有關系，而且X1X2、X1X4、X2X3、X2X4之間有明顯的交互作用，其中，X1X4、X2X3和X2X4有正交互作用、X1X2之間有負交互作用。根據回歸方程分析，在兼顧效率、降低原料消耗的考慮下，選擇其最優組合為X1=1、X2=9、X3=9、X4=4，即CMC為0.05g/100m L、卡拉膠為0.09g/100m L、瓜爾膠為 0.09g/100mL、刺槐豆膠為0.04g/100m L。

表3 二次多項式逐步回歸法處理的數據結果Table 3 Result of data processing by quadratic polynomial

從表3中不同因素的顯著性檢驗p值的大小，可以知道對渾濁型白果飲料粘度值的影響大小為X2X4＞X1X2＞X1X4＞X2X3，即卡拉膠和刺槐豆膠 ＞CMC和卡拉膠＞CMC和刺槐豆膠＞卡拉膠和瓜爾膠。從回歸的結果可知，因素之間存在交互作用，其原因是不同穩定劑對渾濁型白果飲料的穩定效果不同，并且受各個穩定劑的添加量和滅菌溫度等因素的綜合影響。

2.2 驗證實驗

按上述優化的條件進行實驗，結果粘度值為137mPa·s，與預測值136.53mPa·s很接近，說明優化條件重現性好。在此條件下制備的白果渾濁型飲料，顏色淡黃，且在瓶中常溫放置3個月后，目測外觀色澤保持不變，濁度均勻、穩定性良好。

3 結論

3.1 采用均勻設計實驗方法，以白果為原料研制渾濁型飲料，建立了影響渾濁型白果飲料粘度值的條件優化模型。對該回歸模型的分析可知，瓜爾膠為影響渾濁型白果飲料渾濁效果的主要因素，CMC和卡拉膠、CMC和刺槐豆膠、卡拉膠和瓜爾膠、卡拉膠和刺槐豆膠之間有明顯的交互作用。

3.2 本研究證明均勻設計方法適用于渾濁型白果飲料復配穩定劑的多因素實驗設計。通過DPS計算所得回歸方程對渾濁型白果飲料粘度值的預測值與按優化條件進行的實驗測定值極為接近。與正交實驗相比，極大地減少了工作量和實驗成本，而且簡便易行。

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［12］史垠垠.白果飲料加工工藝及穩定性研究［D］.南京:南京林業大學，2010.

Optim ization of the com pound stabilizers in cloudy ginkgo juice by uniform design method

SHIRui，SHIYin－yin，CAO Fu－liang
(College of Forest Resources and Environment，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China)

Based on the p rincip le of uniform design method，the p rocessing technic to dealw ith ginkgo juice was stud ied in this paper.The material of the experim ent was ginkgo seed.The four stabilizers，which were carrageenan，sodium carboxymethylcellulose(CMC)，guar gum and soybean g lue，were considered in the experiment.The mathem aticalmodel was estab lished taking aim at the viscosity of ginkgo juice.Variance of the experimental result was analysed.And the mathematical model was op tim ized in order to find the op timum conditions to get the better cloudy ginkgo juice.The resultof the experiment showed thatw ith the condition of CMC (0.05g/100m L)，carrageenan(0.09g/100m L)，guar gum(0.09g/100m L)and soybean g lue(0.04g/100m L)，the viscosity num berwould be the bestw ith 137m Pa·s，and the ginkgo juice would bemore stab le.This illustrated that uniform design m ethod is fit to the multip lex test design of com pound stabilizers in c loudy g inkgo juice，and it is also simp le and availab le.

uniform design;ginkgo juice;viscosity number;stabilizer

TS255.6

B

1002－0306(2012)19－0222－03

2012－04－01

石瑞(1966－)，男，博士，副教授，研究方向:食品生物技術。

國家科技支撐課題(2012BAD21B04)。