響應面法優化小球藻果醬的研制

李為康 景卓然 黃思真 劉一鳴 馬若茜 康永鋒

摘 要：小球藻富含蛋白質、多肽等生物活性物質，營養豐富均衡。目前藻類研究集中在新能源方面，以藻類為原料進行食品深加工的研究不多，市場上的藻類食品種類簡單，利用率不高。本文以提油后的藻渣為主要原料研制小球藻醬，以顏色、風味、質構、口感等感官評定為依據，通過單因素實驗和響應面曲面優化，確定最佳小球藻醬配方為：糖漿比例62.23 g/100 g，黃原膠用量1.57%，β-環糊精用量0.26%。制備出的小球藻醬氣味清新，口感良好，營養豐富，可為藻類食品的開發提供參考。

關鍵詞：小球藻;果醬;新資源食品;響應面;配方

Abstract：Chlorella is rich in protein， polypeptide and other bioactive substances， nutrient rich and balanced. At present， algae research focuses on new energy sources. There are not many studies on the deep processing of food using algae as raw materials. The types of algae on the market are simple and the utilization rate is not high.We developed the chlorella sauce from the algae residue after oil extraction， and based on the sensory evaluation of color， flavor， texture， taste， etc.， the optimal formula of chlorella sauce was determined by single factor experiment and response surface optimization： The proportion of syrup is 62.23 g/100 g， the amount of xanthan gum is 1.57%， and the amount of β-cyclodextrin is 0.26%. The prepared chlorella sauce has a fresh smell， good taste and rich nutrition. It can be used as a reference for the development of algae food.

Key words：Chlorella; Jam; New resources food; Response surface; Formula

微藻含有豐富的蛋白質、氨基酸、多糖、油脂、維生素和礦物元素等物質[1-5]。國內外研究表明，微藻及其代謝產物具有增強人體免疫力、抗腫瘤、抗病毒、保護心血管系統等保健功效[6-9]，這些優勢使其成為國內外學者研究的熱點。目前，微藻已被廣泛應用于食品、藥品、化妝品、飼料等領域。小球藻（Chlorella），俗稱綠藻，是國內外正在大力發展和培育的微藻能源與微藻新資源食品等戰略性新興產業的主要藻種之一，由于營養價值高，小球藻已被聯合國糧農組織（FAO）列為21世紀人類綠色營養源健康食品[10]，蛋白核小球藻也于2012年被我國衛生部公布為新資源食品（關于批準蛋白核小球藻等4種新資源食品的公告（2012年第19號））。小球藻因集新陳代謝、免疫調節、平衡機體等作用于一身而被推崇為完美的天然營養食品。

日本、美國、以色列以及中國臺灣等地區將小球藻作為優良飼料添加劑以及健康食品的研究和應用已有30多年的歷史，已將微藻制成各類復合風味食品、乳制品、調味食品等[11]，而中國大陸對小球藻的研究和利用還處于初始階段，在此領域的研究比較薄弱，產品大多以沒有深加工的藻粉為主，或作為精片類功能性食品，目前未見研究小球藻醬的報道。微藻具有令人不快的魚類異味[12]，這也是微藻制作食品面臨的難題之一。因此，本研究以提取藻油之后的小球藻渣作為原料，以β-環糊精作為掩蔽劑改善藻醬風味，以感官評定為依據，采用響應面法優化小球藻醬制備配方，研制出保留小球藻主要營養物質、風味良好的保健藻醬食品。本研究不但能提高小球藻資源利用率，而且可以豐富小球藻食品種類，為小球藻的開發利用提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小球藻：臺灣遠東藍藻工業股份有限公司;食用酒精：河南鑫河陽酒精有限公司;白砂糖、黃原膠（食品級）：食全食美配料;β-環糊精（食品級）：孟州市興華生物化工有限公司。

電子天平：上海舜宇恒平儀器;JY92-2D超聲波細胞粉碎儀：寧波新芝生物科技股份有限公司;RE-52AA

旋轉蒸發器：中國上海亞榮生化儀器廠;索氏提取器：上海壘固儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 小球藻醬制作工藝流程

小球藻粉→索氏提取→超聲破壁→蒸發濃縮→熬制糖漿→混合→加入添加物→封裝→小球藻醬

（1）索氏提取去油。取25 g藻粉用濾紙包裹，用乙醇含量為95%的食用酒精，保持80 ℃進行1 h左右的索氏提取[13]，索氏提取結束后拆包收集藻粉。

（2）超聲破壁。以去油藻粉質量∶水質量=1∶10的標準配制溶液250 mL，對小球藻粉進行超聲破碎處理，功率200 W，全程時間20 min，其中脈沖時間10 s，間隔時間4 s[14]。

（3）蒸發濃縮。將破碎好的250 mL藻液置于旋轉蒸發儀中，保持70 ℃中速旋轉蒸發，除去殘留的乙醇和多余水分，待蒸餾出125 mL蒸餾水時停止旋轉蒸發。

（4）熬制糖漿。將白砂糖和黃原膠原料混合均勻，以砂糖質量∶水質量=8∶3標準加入水，中火熬煮沸騰后轉小火，制成液體待用。

（5）混合、裝罐。根據預先單因素實驗和響應面實驗設計，加入β-環糊精至濃縮藻液，小火加熱攪拌均勻。分3次將藻液加入熱糖漿，混勻后趁熱立即封裝，封裝時溫度保持在80～90 ℃范圍內。

（6）滅菌、冷卻。封裝后，用蒸汽滅菌鍋殺菌（105 ℃，5～10 min），滅菌后，水浴分段冷卻（65 ℃—45 ℃—常溫）[15]。

1.2.2 配方優化實驗

（1）單因素實驗。進行單因素實驗，考察糖漿和濃縮藻液比例、黃原膠添加量、β-環糊精添加量對小球藻醬感官評分的影響，并確定各因素的較優值。感官評定選取10名評定人員，在確保男女比例的情況下組成評價小組，從小球藻醬的色澤、香味、質構、口感等方面進行評分。具體評價指標見表1[16-17]。

（2）響應面實驗。在單因素試驗基礎上，進行三因素三水平的Box-Behnken響應面分析研究，對A（糖漿比例，響應面試驗中記為糖漿藻液混合物中糖漿的比例）、B（黃原膠添加量）、C（β-環糊精添加量）設計因素水平表，設計方案見表2。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 糖漿和濃縮藻液比例的確定

確定添加黃原膠0.5%，β-環糊精0.2%，選用糖漿和濃縮藻液的質量比分別為80∶20、70∶30、60∶40、50∶50、40∶60和30∶70進行單因素實驗，實驗結果見圖1。

由圖1可知，當糖漿和濃縮藻液的比例為60∶40時，感官評定分數最高。糖漿含量過低時色澤較深，對口感氣味均有影響，提高糖漿的比例能改善小球藻醬的質構、口感，但過高的糖漿比例會沖淡小球藻醬的顏色，降低營養價值和特殊風味，在添加黃原膠0.5%，β-環糊精0.2%的情況下，最適合的糖漿與濃縮藻液比值為60∶40。

2.1.2 黃原膠添加量的確定

確定糖漿和濃縮藻液比為60∶40，添加0.2%的β-環糊精，分別加入0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%的黃原膠進行單因素試驗，實驗結果見圖2。

由圖2可以看出，當黃原膠的添加量為1.5%時，感官評定分數最高，此時小球藻醬的膠凝效果較好，既有一定的成型又有一定的涂抹性。小球藻醬由于是糖與藻液的混合物，較難形成膠凝，需要添加黃原膠彌補這一缺陷。黃原膠添加過少不能很好的產生膠凝作用，小球藻醬依然如同液體不具備涂抹性[18]。黃原膠添加過多會使小球藻醬質感僵硬，沒有流動性，影響口感。在確定糖漿和濃縮藻液比為60∶40，添加0.2%的β-環糊精的情況下，最適宜的黃原膠添加量為1.5%。

2.1.3 β-環糊精添加量的確定

確定糖漿和濃縮藻液比為60∶40，添加1.5%的黃原膠，分別添加0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%和0.7%的β-環糊精進行單因素試驗，實驗結果見圖3。

由圖3可以看出，當β-環糊精添加量為0.2%時，感官評定分數最高。小球藻具有獨特的藻腥味，所以設計添加β-環糊精減輕小球藻醬的藻腥氣味[19-21]，較淡的藻味能很好刺激食欲，但過量添加β-環糊精，β-環糊精配合黃原膠會使小球藻醬產生大量氣泡，影響觀感和口感，在生產攪拌時也會使小球藻醬體積膨脹溢出，過低的β-環糊精添加量則難以起到掩蓋藻腥氣味的效果，根據感官實驗可以得出，在確定糖漿和濃縮藻液比為60∶40，添加1.5%的黃原膠情況下，最適宜的β-環糊精添加量為0.2%。

2.2 小球藻醬配方優化的響應面試驗結果

響應面試驗設計表及實驗結果見表3。將表3所得的試驗數據采用Design Expert 8.0軟件進行統計分析，方差分析如表4所示。

本實驗選擇三因子三水平的Box-Bohnken響應面設計優化小球藻醬的感官評分，共有17個試驗點，對各因素進行回歸擬合，得到回歸方程：Y=89.89+0.97A+1.11B+0.36C+0.46AB-0.070AC+0.005BC-2.22A2-4.36B2-0.30C2由表4可知，回歸方程的模型極顯著（P<0.01），失擬項差異不顯著（P>0.05），說明該方程與實際情況較符合。模型相關系數R2=0.991 9，R2（Adj）=0.981 4，因此可用此模型對小球藻感官評分進行分析和預測。由表4中的F值大小可得出影響感官分數的主次順序為B（黃原膠用量）>A（糖漿和濃縮藻液的比例）>C（β-環糊精用量）。在實驗中一次項A、B與二次項A2、B2對感官評分達到極顯著水平（P<0.01），一次項C與交互項AB達顯著水平（P<0.05）。通過響應面優化后的最佳配方為糖漿比例62.23 g/100 g，黃原膠用量1.57%，β-環糊精用量0.26%，在此條件下的小球藻醬感官評分90.18。

2.3 響應面曲面圖分析

AB、AC與BC的交互作用見圖4。通過3個曲面可知，交互項AB（糖漿比例與黃原膠用量）、AC（糖漿比例與β-環糊精用量）、BC（黃原膠用量與β-環糊精用量）對感官評分影響顯著。A、B、C對感官評分呈拋物線趨勢，響應值存在最大值。黃原膠的作用效果十分明顯，主要原因是黃原膠的添加量直接影響到小球藻醬的質構和口感，能通過感官分數很好的反映出試驗之間的差異。糖漿的影響次之，該比例對小球藻醬的顏色具有很大影響。β-環糊精由于主要作用是處理過強烈的藻腥味，在低濃度時，效果不顯著，影響感官評分能力有限，只有高濃度的β-環糊精能影響到小球藻醬的質構，產生氣泡，才會大幅度降低感官評分，同時少部分人對小球藻氣味并不反感，也是影響β-環糊精添加量感官評定的原因。

2.4 驗證試驗