響應面法優化低糖甘薯果脯制作工藝

隋勇，施建斌，蔡沙，熊添，周德順，梅新*

1. 湖北省農業科學院農產品加工與核農技術研究所（武漢 430064）；2. 湖北根聚地農業發展股份有限公司（黃岡 438408）

甘薯（Ipomoea batatasLam.）屬于旋花科甘薯屬，是一種一年或多年生蔓生草本植物。我國是甘薯種植和消費大國，年產量約8 000萬 t，占世界總產量65%以上，以鮮薯消費為主，甘薯加工主要生產甘薯淀粉、甘薯粉絲等產品[1-2]。甘薯不僅清甜適口、風味獨特，且富含膳食纖維、果膠、多酚等活性成分，使其具有改善腸道功能、緩解肥胖、預防心血管疾病、抗癌等多種生理功能[3-6]，是深受消費者喜愛的健康食品。

果脯是我國的一種傳統特色食品，以水果為主要原料，經糖漬、干燥等工藝制得，具有光澤、飽滿、半通明等特點[7]。傳統的果脯都屬于高硫高糖食品，不符合當今消費者對營養健康的追求，開發無硫低糖的果脯是現代果脯產業的發展趨勢。黃梓浩等[8]以百香果皮原料，采用響應面法優化了糖液濃度、檸檬酸濃度、煮制時間等工藝條件，在最佳工藝條件下，產品感官評分高，含糖量為45.89%。馬艷弘等[9]優化了明膠添加量、微波滲糖等工藝，制得的低糖藍莓果脯感官品質好，且含糖量僅為35.14%。采用木糖醇替代蔗糖制備牡丹花脯[10]、空心李果脯[11]，結合工藝條件優化，制得的低糖果脯產品也具有良好的感官和質構特性。

研究以甘薯為原料，采用檸檬酸和抗壞血酸無硫復合護色劑護色，木糖醇替代部分蔗糖降低甘薯果脯的含糖量，并通過單因素和響應面試驗優化低糖甘薯果脯制作工藝條件，為開發符合消費者營養健康需求的低糖果脯提供一定的理論依據和技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

甘薯，由湖北根聚地農業發展股份有限公司提供；蔗糖，山東雅匯糖業有限公司；木糖醇，南京甘汁園糖業有限公司；檸檬酸、抗壞血酸、氯化鈣（食品級），山東優索化工科技有限公司；斐林試劑、濃鹽酸、氫氧化鈉、甲基紅等分析純試劑，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

2SC-50真空浸漬罐，艾莉特食品機械有限公司；DHG-9240A電熱恒溫鼓風干箱，上海精宏實驗設備有限公司；C21-WK2102電磁爐，廣東美的生活電器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 低糖甘薯果脯制作工藝流程

選取表面光滑、無病蟲害、無腐蝕、大小均勻的甘薯，清洗去皮，切成4～6 mm片狀；將切好的甘薯片放入0.4%檸檬酸、0.05%抗壞血酸和0.5%氯化鈣溶液中，進行護色和硬化處理；按料液比1：3（g/mL）加入配制的糖液，大火煮沸15 min后，進行真空滲糖；瀝干表面糖液，在60～65 ℃烘干至水分含量為10%～15%。

1.3.2 低糖甘薯果脯感官評分表

表1 甘薯果脯感官評分標準

1.3.3 單因素試驗設計

在其他條件保持不變的情況下，分別研究護色硬化時間（10，15，20，25和30 min）、糖液濃度（20%，30%，40%，50%和60%）、木糖醇替代量（0，10%，20%，30%和40%）、真空滲糖時間（20，30，40，50和60 min）對甘薯果脯感官評分的影響。

1.3.4 響應面試驗設計

在單因素試驗結果的基礎上，采用Box-Behnken試驗，以護色硬化時間、糖液濃度、木糖醇替代量、真空滲糖時間為自變量，低糖甘薯果脯感官評分為響應值，設計四因素三水平的響應面試驗，因素與水平如表2所示。

表2 響應面試驗因素與水平

1.3.5 水分和總糖含量測定

低糖甘薯果脯的水分含量測定參照GB 5009.3—2016，采用直接干燥法。

黨的基層組織是確保黨的路線方針政策和決策部署貫徹落實的基礎，是黨全部工作和戰斗力的基礎。黨的領導在高校能不能有效實現，取決于高校黨的組織體系健不健全，黨組織和黨員的作用發揮好不好，黨組織的組織力強不強，歸根到底取決于黨的建設抓得好不好。

低糖甘薯果脯的總糖含量測定采用斐林試劑法，以葡萄糖為標準品。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 護色硬化時間對低糖甘薯果脯感官評分的影響

如圖1所示，低糖甘薯果脯感官評分隨著護色硬化時間的延長，呈現先明顯增加后顯著減小的趨勢。護色硬化能夠賦予果脯良好的質地和果實均勻的色澤，是保證果脯品質的關鍵工藝[9]。當護色硬化時間低于20 min時，護色硬化不足，導致低糖甘薯果脯肉質不緊密，口感偏軟，亮黃色不均勻，影響感官品質；當護色硬化時間高于20 min時，硬化過度，導致低糖甘薯果脯質地偏硬，韌性過強，影響口感和組織形態。綜合考量，護色硬化時間為20 min時，低糖甘薯果脯感官品質較好。

圖1 護色硬化時間對低糖甘薯果脯感官評分的影響

2.1.2 糖液濃度對低糖甘薯果脯感官評分的影響

如圖2所示，低糖甘薯果脯感官評分隨著糖液濃度的增加，呈現先增加后減小的趨勢。當糖液濃度低于40%時，糖分不易滲透，導致低糖甘薯果脯甜度低，質地偏硬，影響口感品質；當糖液濃度高于40%時，甘薯果脯內水分快速析出，導致產品甜膩，果肉飽滿度降低，口感偏硬，感官品質下降[12]。綜合考量，糖液濃度為40%時，低糖甘薯果脯感官品質較好。

圖2 糖液濃度對低糖甘薯果脯感官評分的影響

2.1.3 木糖醇替代量對低糖甘薯果脯感官評分的影響

如圖3所示，低糖甘薯果脯感官評分隨著木糖醇替代量的增加，呈現先緩慢增加后明顯減小的趨勢。木糖醇是一種優良的蔗糖替代品，不僅具有預防齲齒和改善腸道功能的作用，而且具有一定的吸濕性，能夠維持產品的質構特性[13]。當木糖醇替代量高于20%時，低糖甘薯果脯吸濕性太強，導致果脯肉質軟化，韌性降低，影響口感品質；當木糖醇替代量低于20%時，對低糖果脯感官評分影響不大，但考慮制備低糖果脯的目的，故確定木糖醇替代量為20%。

圖3 木糖醇替代量對低糖甘薯果脯感官評分的影響

2.1.4 真空滲糖時間對低糖甘薯果脯感官評分的影響

如圖4所示，低糖甘薯果脯感官評分隨著真空滲糖時間的延長，呈現先增加后減小的趨勢。真空滲糖能夠加快果脯滲糖速度，是保證果脯品質的關鍵工藝[14]。當真空滲糖時間低于30 min時，低糖甘薯果脯滲糖不充分，導致甜度不足，質地偏硬，影響口感品質；當真空滲糖時間高于30 min時，糖滲入過量，導致果脯易返砂，入口偏甜，影響色澤和口感品質。綜合考量，滲糖時間為30 min時，低糖甘薯果脯感官品質較好。

圖4 真空滲糖時間對低糖甘薯果脯感官評分的影響

2.2 響應面法優化低糖甘薯果脯制作工藝

2.2.1 響應面試驗設計與結果

應用Design-Expert軟件設計四因素三水平響應面試驗，采用Box-Behnken試驗設計，共29個試驗，其中5個中心試驗，24個析因試驗，結果如表3所示。

表3 響應面試驗設計與結果

2.2.2 回歸模型和方程系數顯著性檢驗分析

如表4所示，模型p＜0.000 1，表明回歸方程達到極顯著水平；模型的校正決定系數R2Adj=0.934 5，表明該模型實測值與預測值之間具有高度的相關性；失擬項p=0.239 5＞0.05，表明失擬因素不顯著。綜上分析，該模型與實際情況擬合較好，能夠用于低糖甘薯果脯感官評分值的分析和預測。經回歸擬合，得到預測方程：

對4個因素對低糖甘薯果脯感官評分值的影響進行分析，一次項B和D對感官評分有極顯著影響，A也有顯著影響，C無顯著影響，影響順序為D＞B＞A＞C；響應面圖中曲面坡度的陡峭程度反應了交互作用對響應值的影響大小[15]，如圖5所示，護色硬化時間和糖液濃度交互作用的響應面更為陡峭，表明二者交互作用較大，但統計分析顯示各交互項對感官評分均無顯著影響；二次項對感官評分均有極顯著影響，影響順序為D2＞B2＞A2＞C2。

表4 回歸模型和方程系數顯著性檢驗分析

圖5 不同因素交互作用對感官評分影響的響應面圖

2.2.3 條件優化和驗證試驗

通過對二次多元回歸模型進行優化處理，得到最優試驗方案：護色硬化時間20.43 min，糖液濃度42.03%，木糖醇替代量18.41%，真空滲糖時間32.24min，此時感官評分的預測值為92.47分。為驗證該條件的可靠性，在該條件下進行試驗，重復3次，制得的低糖甘薯果脯經感官評分為90.56分，與理論值的相對誤差為2.07%，說明該模型與實際情況擬合較好，結果可靠。

2.3 低糖甘薯果脯水分含量和含糖量

如表5所示，根據響應面最優條件，制作低糖甘薯果脯，測得其水分含量為13.56%，總糖含量為44.79%，符合國家標準GB/T 10782—2006《蜜餞通則》中對果脯類產品的要求，且遠小于標準≤85%總糖含量（葡萄糖計），屬于低糖果脯。

表5 低糖甘薯果脯水分和總糖含量

3 結論

以甘薯為原料，在單因素試驗的基礎上，采用Design-Expert軟件設計四因素三水平的Box-Behnken試驗，以感官評分為響應值，優化了低糖甘薯果脯制作工藝條件：護色硬化時間20.43 min，糖液濃度42.03%，木糖醇替代量18.41%，真空滲糖時間32.24min。在此條件下，低糖甘薯果脯的感官評分理論值為92.47分。經3次重復試驗驗證，按照最優工藝條件制作的低糖甘薯果脯感官評分為90.56分，相對誤差僅為2.07%，所得產品水分含量為13.56%，總糖含量為44.79%，產品色澤均勻、肉質緊密、甜度和硬度適中，具有甘薯特有的風味。