響應面法優化荸薺百香果果奶工藝

康超，劉鳳聽，伍淑婕，謝濤，段振華，羅楊合

賀州學院食品與生物工程學院/食品科學與工程技術研究院（賀州 542899）

荸薺（學名：Eleocharis dulcis）又名馬蹄，水栗等，原產于中國南部，為莎草科淺水草本植物。荸薺球莖膨大，是其主要的食用部位，因其口感爽脆、亦果亦蔬、藥食兩用的特點自古有“江南人參”的美譽[1-2]。荸薺可食用部分為地下球莖，不僅爽甜可口，營養豐富，而且還有較好的藥用價值，富含多糖、多酚、黃酮類、甾醇等多種活性成分[3-6]。百香果（學名：Passiflora eduliaSims。英文名：passion fruit）是西番蓮科西番蓮屬的草質藤本植物，廣泛種植于熱帶亞熱帶地區，是中國主要的熱帶水果之一[7-10]。百香果是典型的藥食同源的高品質水果，果汁色澤宜人，氣味芳香，營養豐富，具有很高的食用價值和藥用價值。試驗結合荸薺、百香果營養豐富、香味獨特濃郁的特點，開發一款新型風味獨特、營養豐富的果奶飲料，為荸薺、百香果的綜合開發提供新的途徑，對提高農產品的附加值起到積極意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

1.1.2 主要儀器和設備

榨汁機（JYZ-A530，九陽股份有限公司）；高壓均質機（GYB60-6，上海東華高壓均質機廠）；電子天平（BSA124S，賽多利斯科學儀器（北京）有限公司）；電磁爐（浙江蘇泊爾股份有限公司）；數顯恒溫水浴鍋（SHZ-82A，江蘇江蘇金怡有限責任公司）；糖度計（PAL-1，日本ATAGO（愛拓）科學儀器有限公司）；酸度計（PHS-4C，成都世紀方舟科技有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

荸薺汁、百香果汁、脫脂奶粉→調配（白砂糖、檸檬酸、穩定劑）→均質→脫氣→灌裝→殺菌→冷卻→產品

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 果汁的制備

之所以說糖尿病病人不適宜喝粥，主要是因為粥比米飯煮得爛，糊化程度高，消化吸收得快，因而血糖升高得也快，對血糖控制不利。其實，糖尿病病人沒有絕對不能吃的食物，經過合理的選擇和搭配，在保持血糖平穩的前提下，也可以喝粥。最好不在早餐喝粥，因為大部分糖尿病患者清晨至中午血糖較高，中午至下午血糖較平穩時喝粥較好。適當延長喝粥時間，減緩其升糖速度。喝粥前適當吃點主食，就著蔬菜、葷菜一起吃。食物種類豐富了，綜合血糖指數就下降了。

荸薺汁的制備：選擇成熟度較好、無腐爛變質的新鮮荸薺削皮，切成小塊，將荸薺塊與飲用水1∶1混合后于多功能榨汁機破碎、打漿，漿汁經過濾分離得到50%濃度的荸薺汁。

百香果汁的制備：挑選品質較好、無腐爛變質的新鮮百香果洗凈，去皮，去籽，將果肉與飲用水按1∶1混合后于多功能榨汁機打漿混勻，制得50%濃度的百香果汁。

1.2.2.2 荸薺百香果果奶配制

采用單因素試驗和響應面法分析選擇最佳果奶配方，對荸薺百香果果奶的色澤、香味、口感和組織狀態進行感官質量綜合評分，以此作為該果奶飲料的評價指標，選出口感適宜、風味上佳的配方。

1.2.2.3 均質

為使果奶具有良好的組織狀態和穩定性，將調配好的果奶飲料，在溫度55～60 ℃、壓力20～25 MPa下進行均質，從而使果奶產品更加細膩圓潤，避免粗糙[11-14]。

1.2.2.4 脫氣

通過脫氣除去果奶中氧氣，避免果奶中維生素C受到破壞，保持果奶產品中適宜的香氣和色澤。采用超聲波進行脫氣，超聲條件為：350 W、40 Hz、脫氣時間30 min。

1.2.2.5 殺菌 罐裝密封后的果汁80 ℃下保持15 min，進行滅菌，冷卻貯藏。

1.2.3 感官評定

根據 GB/T 21732—2008[15]含乳飲料中的感官指標，對產品色澤、滋味、氣味和組織狀態進行評定。感官評分標準見表1。

表1 荸薺百香果果奶感官評價參考標準

1.2.4 荸薺、百香果果奶的調配

1.2.4.1 單因素試驗

探討荸薺汁（20%，25%，30%，35%，40%和45%）、百香果汁（1%，2%，3%，4%，5%和6%）、脫脂乳粉（1%，2%，3%，4%，5%和6%）和白砂糖（5%，6%，7%，8%，9%和10%）添加量對荸薺百香果果奶風味的影響。

1.2.4.2 響應面法試驗

根據Box-Behnken試驗設計原理，在單因素試驗的基礎上，選擇荸薺汁、百香果汁、脫脂乳粉、白砂糖4個因素的添加量，采用四因素三水平的響應面分析方法，試驗因素與水平設計見表2。

表2 響應面試驗水平設計 單位：%

2 結果與分析

2.1 荸薺百香果果奶調配的單因素試驗

2.1.1 荸薺汁添加量對果奶感官評定的影響

荸薺汁添加量是影響果奶品質的重要原因。如圖1可知，荸薺汁添加量過低，無法綜合體現該產品的風味，隨著荸薺汁添加量增加，荸薺百香果果奶的感官綜合得分逐漸升高，添加量35%時，果奶感官綜合得分最高，此時果奶中荸薺口感、香味適中，且其中夾雜著濃郁的百香果香味和奶香味，色澤呈現怡人的淡黃色。添加量大于35%則評分下降，這是由于當荸薺汁添加量較高，口感過于粗糙，掩蓋百香果的香味。因此選取荸薺汁添加量35%。

圖1 荸薺汁添加量對感官評定的影響

2.1.2 百香果汁添加量對果奶感官評定的影響

百香果汁添加量是影響果奶口感和香味的重要原因。如圖2可知，隨著百香果汁添加量增加，荸薺百香果果奶的感官綜合得分逐漸升高，添加量為3%時，果奶感官評定得分最高，添加量大于3%則評分下降。這是由于百香果汁添加量過少，百香果汁味道不突出且營養不高；添加量過多，百香果汁酸味較明顯，給人產生不愉悅感，影響感官，因此選取百香果汁添加量3%。

圖2 百香果汁添加量對感官評定的影響

2.1.3 脫脂奶粉添加量對果奶感官評定的影響

由圖3可知，脫脂乳粉添加量2%以下時，乳粉味道不突出，無法突出果奶的特色；脫脂乳粉添加量4%時，感官綜合評分達到最高，此時果奶中乳粉的口感適宜，香氣濃郁。

圖3 脫脂奶粉添加量對感官評定的影響

2.1.4 白砂糖添加量對果奶感官評定的影響

由圖4可知，白砂糖主要影響果奶的口感，對果奶的色澤和香氣并無太大影響，原因在于糖酸比是反映果奶口感的重要指標。白砂糖添加量8%時，果奶綜合得分最高，添加量過低或過高，果奶的糖酸比均不協調，因此選擇白砂糖添加量8%。

圖4 白砂糖添加量對感官評定的影響

2.2 荸薺百香果果奶工藝條件響應面試驗優化

2.2.1 響應面優化模型建立分析

應用Box-Behnken對荸薺百香果果奶工藝條件進行響應面分析試驗，用Design-Expert V 8.0.6軟件對響應面試驗結果（表3）進行回歸分析，以感官評定得分（分）為Y值（響應值），獲得感官評定得分對荸薺汁、百香果汁、脫脂奶粉和白砂糖4個因素的二次多項回歸模型：感官評定得分（分）=90+1.00A+1.25B+0.92C+0.67D+3.50AB+0.25AC+0.75AD+0.25BC-0.50BD-0.25CD-3.50A2-3.37B2-2.63C2-2.00D2。對模型進行方差分析，結果見表4。

表3 響應面試驗設計及結果

表4 響應面二次回歸方程模型方差分析結果

由表4可知，該模型具有顯著性（p＜0.05），模型的調整確定系數（Radj2）為0.722 5，可解釋0.722 5響應值的變化，相關系數（R2）為0.730 1，與Radj2較接近，表明模型擬合程度好，誤差不大，故可用此模型對荸薺百香果果奶工藝條件結果進行分析與預測。在總的作用因素中，AB，A2，B2，C2差異顯著。

2.2.2 響應面結果分析與優化

根據回歸方程做響應面圖及其等高線圖，考察所擬合的響應面的形狀，分析荸薺汁、百香果汁、脫脂奶粉和白砂糖添加量對感官評定得分的影響，相應的響應面見圖5～圖10。

由圖可知，試驗結果與之前單因素試驗結果一致，并且單因素值增加，響應值隨之增加，但是響應值達到某一程度后，會出現下降趨勢。綜合表3～表4與圖5～圖10，并進行二次多項回歸模型線性擬合后可知，荸薺百香果果奶工藝的最佳條件是：荸薺汁添加量33.25%、百香果汁添加量3.42%、脫脂奶粉添加量4.13%、白砂糖添加量8.14%。此工藝條件下，荸薺百香果果奶感官評定得分的理論值為90.94分。為驗證響應面試驗法獲得結果的可信度，根據工藝（荸薺汁添加量33.3%、百香果汁添加量3.4%、脫脂奶粉添加量4.1%、白砂糖添加量8.1%）進行試驗，重復3次，平均感官評定得分為91分，所得試驗值與理論值相對誤差小，說明經響應面分析方法優化獲得的工藝參數可信，具有較好的實用價值。

圖5 荸薺汁與百香果汁添加量交互影響感官評定得分的響應面圖（a）及等高圖（b）

圖6 荸薺汁與脫脂奶粉添加量交互影響感官評定得分的響應面圖（a）及等高圖（b）

圖7 荸薺汁與白砂糖添加量交互影響感官評定得分的響應面圖（a）及等高圖（b）

圖8 百香果汁與脫脂奶粉添加量交互影響感官評定得分的響應面圖（a）及等高圖（b）

圖9 百香果汁與白砂糖添加量交互影響感官評定得分的響應面圖（a）及等高圖（b）

圖10 脫脂奶粉與白砂糖添加量交互影響感官評定得分的響應面圖（a）及等高圖（b）

3 結論

采用荸薺百香果作為水果原料，和脫脂奶粉共同進行果奶工藝研究，以單因素試驗結果為基礎，感官評定得分為指標，利用響應面法對配方工藝進行優化，獲取最佳工藝參數：荸薺汁添加量33.3%、百香果汁添加量3.4%、脫脂奶粉添加量4.1%、白砂糖添加量8.1%，在此條件下感官評定得分為91分，與回歸模型預測值90.94分相當（＜1%），說明工藝可行。試驗豐富特色品種香味水果及果奶飲料的研究內容，為推進荸薺百香果的綜合利用及產品開發提供支持。