響應面法優化辣木花綠茶飲料的制作工藝

熊亞，李敏杰

（1.攀枝花學院生物與化學工程學院，四川攀枝花617000；2.攀枝花市干熱河谷特色生物資源工程技術中心，四川攀枝花617000）

辣木（Moringa oleifera） 又稱鼓槌樹（drumstick tree），因生命力強，人們又稱它為“生命之樹”[1]。辣木全身是寶，其根、莖、葉、花、籽，甚至籽殼均含有豐富的蛋白質、維生素、氨基酸及礦質元素，具有很高的營養及藥用價值，常用于糖尿病、“三高”的預防及治療，在緩解疲勞、增強免疫力、抗菌消炎等方面也有廣泛應用[2-3]。

辣木作為一種多功能樹種，還有許多功能尚未開發，目前，辣木尤其是辣木葉更多的被應用在保健食品方面[4]，如辣木蛋糕[5]、辣木果凍[6]、辣木乳飲料[7]、辣木餅干[8]、辣木葉片劑及茶[9-10]等，因為辣木的高蛋白低纖維特點，將其應用于植物性蛋白飼料的市場前景也越來越廣闊[11]。除了應用廣泛的根、葉、籽外，辣木花也有很大的開發價值，當地有每到辣木開花季節，收集辣木花泡水、焯燙后用于炒、拌、包餃子等習慣，本試驗主要是以辣木花為原料，旨在研制出一種集色、香、味、營養于一體的辣木花保健茶，目前還未見有關于辣木花保健茶的相關報道。辣木花保健茶的研制可為辣木功能的全面開發，為辣木花資源利用及其市場化開發提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

辣木花：采集自攀枝花學院C 區干熱河谷特色植物種植園內；白砂糖、蜂蜜、攀枝花國勝綠茶：市購；檸檬酸（食品級）：山東濰坊英軒實業有限公司。

1.1.2 儀器

電子天平（FA2204B）：上海越平科學儀器有限公司；電熱恒溫水浴鍋（DZKW-S-8）：北京市永光明醫療儀器有限公司；電熱恒溫干燥箱（202-A0）：上海捷呈實驗儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 殺青

新鮮摘取的辣木花有一種青澀味，用新鮮辣木花沖泡后，水溶液較苦澀、生青。通過殺青，可減淡辣木花的生澀味。試驗采取燙青的方式，在100 ℃沸水中燙漂40 s 后立即放入冷水中冷卻備用。

1.2.2.2 攤晾

準備一個竹篩，將燙青后的辣木花均勻有隙的在竹篩上攤開，晾至辣木花表面無明顯水分存在。

1.2.2.3 烘干

將攤晾后的辣木花放入（105±2）℃的電熱恒溫干燥箱中進行烘干，烘至含水量為5%～10%即可。

1.2.2.4 熱萃取

分別在經過殺青及烘干后的辣木花10 g 和國勝綠茶10 g 中倒入500 mL 100 ℃的開水，浸泡30 min。

1.2.2.5 過濾

將兩種熱萃取浸泡液用4 層滅菌紗布進行過濾得到辣木花汁和綠茶汁，備用。

1.2.2.6 滅菌

將辣木花綠茶飲料在105 ℃滅菌30 s。

1.2.3 感官評價標準

感官評價主要以氣味、滋味、色澤及組織狀態為標準，其評分標準見表1。

1.2.4 試驗方案

1.2.4.1 單因素試驗

以辣木花汁與綠茶汁配比、白砂糖用量、檸檬酸用量、蜂蜜用量為4 個單因素，辣木花汁與綠茶汁配比選取 1 ∶1、1 ∶2、1 ∶3、2 ∶1、3 ∶1（體積比）；白砂糖用量選取8%、10%、12%、14%、16%；檸檬酸用量選取0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%；蜂蜜用量選取1%、2%、3%、4%、5%分別進行單因素試驗，以茶湯色澤及狀態、氣味、滋味作為評分標準，確定單因素的最佳值。

表1 辣木花綠茶復合飲料感官評分標準Table 1 Evaluation standard of Moringa oleifera flowers and green tea compound beverage

1.2.4.2 響應面試驗

在單因素試驗的基礎上，以白砂糖用量（A）、蜂蜜用量（B）、檸檬酸用量（C）、辣木花汁與綠茶汁配比（D）為主要影響因素設計四因素三水平的響應面試驗，選定15 人作為飲料的感官評定者，根據感官評分標準給出分數，計算分數平均值進行分析，確定辣木花綠茶復合飲料的最佳因素組合。

1.2.5 理化及微生物指標檢測

1）理化指標檢測：pH 值用酸度計進行測定；

2）可溶性固形物含量采用折光法測定；

3）微生物指標測定：微生物菌落數、大腸桿菌、致病菌等的檢測。

1.3 數據處理

應用excel 進行單因素數據處理，應用軟件Design-expert 8.0 進行響應面試驗數據處理。

2 結果及分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 辣木花汁和國勝綠茶汁不同體積配比對復合飲料感官評分的影響

固定白砂糖加入量為12 %，檸檬酸添加量為0.06%，蜂蜜添加量為3%，辣木花汁和綠茶汁體積配比分別為 1 ∶1、1 ∶2、1 ∶3、2 ∶1、3 ∶1 下復合飲料綜合感官評分結果見表2。

當辣木花汁與綠茶汁體積比為2 ∶1 時，綜合評分最高，為87 分。在試驗過程中，辣木花汁如果體積配比較低，則茶湯中辣木花的特有香味得不到體現，因此確定2 ∶1（體積比）為辣木花汁與國勝綠茶汁的最佳配比。

表2 不同辣木花汁和綠茶汁體積比對復合飲料綜合感官評分的影響Table 2 Effect of different ratio on the comprehensive sensory evaluation

2.1.2 白砂糖用量對復合飲料感官評分的影響

固定辣木花汁和國勝綠茶汁的體積比為2 ∶1，檸檬酸添加量為0.06 %，蜂蜜添加量為3 %，分別添加8%、10%、12%、14%、16%的白砂糖，對復合飲料的感官綜合評分結果見表3。

表3 不同白砂糖用量對復合飲料綜合感官評分的影響Table 3 Effect of different amount of sugar on the comprehensive sensory evaluation

當白砂糖用量分別為12%和14%時，此時復合飲料的感官分數均為86 分，即在口感上無太大的區別，從節約原料的角度考慮，確定12%為白砂糖的最佳用量。

2.1.3 檸檬酸添加量對復合飲料感官評分的影響

固定辣木花和國勝綠茶的體積比為2 ∶1，白砂糖添加量為12%，蜂蜜添加量為3%，檸檬酸添加量分別為0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%時，復合飲料感官評分結果見表4。

表4 不同檸檬酸添加量對復合飲料綜合感官評分的影響Table 4 Effect of different amount of citric acid on the comprehensive sensory evaluation

檸檬酸可做為食品的酸味劑、抗氧化劑、pH 值調節劑。常用在清涼飲料、果醬、水果和糕點等食品中，不但可以起到調節風味的作用，還可保持其品質。當檸檬酸用量為0.06%時，此時復合飲料的感官分數為89 分，確定0.06%為檸檬酸的最佳用量。

2.1.4 蜂蜜添加量對復合飲料感官評分的影響

固定辣木花和國勝綠茶的體積比為2 ∶1，白砂糖添加量為12%，檸檬酸添加量為0.06%，蜂蜜添加量分別為1%、2%、3%、4%、5%時，復合飲料感官評分結果見表5。

表5 不同蜂蜜添加量對復合飲料綜合感官評分的影響Table 5 Effect of different amount of honey on the comprehensive sensory evaluation

目前，蜂蜜越來越多的以其獨特的甜味、多功能性、營養性及療效性用于食品、飲料的配料中。本試驗中，當蜂蜜添加量為4%時，此時復合飲料的感官分數為89 分，確定4%為蜂蜜的最佳添加量。

2.2 辣木花綠茶復合飲料工藝條件的響應面試驗

2.2.1 響應面試驗結果

響應面分析因素與水平見表6。

表6 響應面分析因素與水平Table 6 Factors and levels for response surface analysis

在單因素試驗結果的基礎上，根據Design-Expert軟件中的Box-Benhnken 設計原理，進行四因素三水平的響應面分析和數據處理，以白砂糖添加量（A）、蜂蜜添加量（B）、檸檬酸添加量（C）、辣木花汁與綠茶汁體積配比（D）為自變量，感官評分（Y）為響應值，得出各因素對響應值的影響，確定感官評分較高的最佳條件。

響應面試驗方案及結果見表7。

根據響應面試驗的回歸分析結果及回歸方程，為了獲得A、B、C、D 4 個因素的最佳值，以回歸方程中的X1、X2、X3、X4分別表示白砂糖添加量、蜂蜜添加量、檸檬酸添加量和辣木花汁綠茶汁體積配比4 個單因素，針對 X1、X2、X3、X4與 A、B、C、D 之間的關系做如下變換：X1=（A-12）/4；X2=（B-4）/2；X3=（C-0.06）/0.02；X4=（D-2）/1。

表7 響應面試驗方案及結果Table 7 Program and experimental data of response surface analysis

利用Design-Expert 軟件對表7 響應面試驗方案及試驗結果數據進行多元回歸擬合，得到各因子對響應值的二次多項回歸模型為：

Y=80.60-2.83X1-1.92X2-2.58X3+0.33X4-1.50X1X2+2.75X1X3+0.25X1X4-0.50X2X3+0.25X2X4+3.50X3X4-5.42X12-3.30X22-2.30X32-2.43X42

對回歸方程的各個因素求二階方程并計算，結果如下：X1=-0.516；X2=-0.124；X3=-1.000；X4=-0.680。

把 X1、X2、X3、X4帶入到變換的式子中，得到 A、B、C、D 分別等于 9.936%、3.752%、0.04%、1.32 ∶1（體積比）。即：白砂糖添加量9.936%、蜂蜜添加量3.752%、檸檬酸添加量0.04%、綠茶汁辣木葉汁比1.32 ∶1（體積比）。

響應面試驗回歸分析見表8。

對回歸模型作顯著檢驗和方差分析，從表8 中可以看出，該模型的P=0.000 3＜0.01，說明模型回歸效果極顯著，說明試驗方法可行可靠；失擬項P=0.064 2＞0.05，表明模型方程不顯著，說明回歸方程的擬合度較好，能較好的反映試驗中的各種因素和響應值（Y）之間的準確的關系，能夠利用回歸方程式得出最優的工藝條件；模型的相關系數R2=0.883 9，表明模型與試驗擬合較好，自變量與響應值之間關系顯著，該二次方程模型可靠，可用其分析、預測辣木花綠茶復合飲料的最佳配方參數。各因素對辣木花綠茶復合飲料感官評分影響強度的順序為：白砂糖添加量（A）＞檸檬酸添加量（C）＞蜂蜜添加量（B）＞綠茶汁辣木葉汁比（D）。白砂糖添加量（A）達到極顯著影響，呈負效應；蜂蜜添加量（B）達到顯著影響，呈負效應；檸檬酸添加量（C）達到極顯著影響，呈負效應；AC 即白砂糖添加量和檸檬酸添加量交互項達到顯著影響，呈正效應；CD 即檸檬酸添加量與綠茶汁辣木葉汁比交互項達到極顯著影響，呈正效應；二次項A2和B2達到極顯著影響水平，C2和D2均達到顯著影響水平，都呈負效應。

表8 回歸分析結果Table 8 Results of regression analysis

2.2.2 響應面試驗交互作用分析

響應面圖形是響應值感官評分對各試驗因子的函數圖形，通過響應面圖形可以很直觀得看出各參數和最佳參數之間的交互作用。響應面分析及等高線圖見圖 1～圖 6。

圖1 Y=f（A，B）的響應面及等高線圖Fig.1 Responsive surfaces and counter of Y=f（A，B）

圖2 Y=f（A，C）的響應面及等高線圖Fig.2 Responsive surfaces and counter of Y=f（A，C）

圖3 Y=f（A，D）的響應面及等高線圖Fig.3 Responsive surfaces and counter of Y=f（A，D）

圖4 Y=f（B，C）的響應面及等高線圖Fig.4 Responsive surfaces and counter of Y=f（B，C）

如圖1～圖6 所示，響應面的坡度較陡，表明感官評分Y 受交互因素的影響較大，而且感官評分Y 均隨著交互因素值的增加，呈現先增加后減小的趨勢。等高線密度可以表明交互因素對感官評分影響的大小，等高線圖中的橢圓度越大，表明兩因素的交互作用越強，對感官評分Y 的影響越顯著。

2.2.3 驗證試驗

通過響應面試驗得出辣木葉綠茶復合飲料最佳配方參數為白砂糖添加量9.936%、蜂蜜添加量3.752%、檸檬酸添加量0.04%、辣木花汁綠茶汁體積配比1.32 ∶1。結合實際情況，最佳配方參數修正為白砂糖添加量10 %、蜂蜜添加量3.8%、檸檬酸添加量0.04%、辣木花汁綠茶汁體積配比1 ∶1。利用修正后的數據，重復3 次試驗，經感官評分，最終平均得分為82.30 分，與二階模型預測值83.48 分相對誤差只有1.41%，相對誤差很小，可見模型可以非常好地預測出辣木花綠茶復合飲料最佳配方參數，因此，基于應用響應面分析法優化的辣木花綠茶復合飲料最佳配方參數是可靠的。

圖5 Y=f（B，D）的響應面及等高線圖Fig.5 Responsive surfaces and counter of Y=f（B，D）

圖6 Y=f（C，D）的響應面及等高線圖Fig.6 Responsive surfaces and counter of Y=f（C，D）

2.3 產品質量指標

2.3.1 感官指標

根據最優因素組合沖泡的辣木花保健茶，茶湯呈現淡黃綠色，透明度好，茶湯有辣木花特有的清香味，混合有綠茶的茶香，入口未感覺到青、澀、苦，有一種淡淡的類似辣味的口感。

2.3.2 理化及微生物指標

經過測定，蛋白質含量為18.5%，總糖含量為12.23%，菌落總數≤100 CFU/g，大腸桿菌、霉菌及致病菌均未檢出。

3 結論

辣木作為一種全身是寶的經濟樹種，其根、葉、花、籽正被越來越多的利用在食品、飼料、保健藥品等方面。本試驗探討了利用辣木花和當地出產的一種綠茶進行配比制作保健茶，在單因素試驗的基礎上，通過感官評分，利用響應面試驗分析確定了辣木花保健茶研制的最佳工藝條件，即白砂糖添加量10%、蜂蜜添加量3.8%、檸檬酸添加量0.04%、辣木花汁綠茶汁體積配比1 ∶1，在此條件下可制得集色、香、味、營養于一體的辣木花保健茶。