響應面法優化原味圣女果罐頭工藝

白建，沈輝，蘇喜君

1. 呂梁學院生命科學系（呂梁 033001）；2. 石樓縣冠通食品有限公司（石樓 032500）

圣女果又被稱為櫻桃番茄[1]。圣女果富含番茄紅素、維生素、礦物質等多種營養成分，具有生津止渴、健胃消食、清熱解毒、涼血平肝、補血養血和增進食欲等功效[2]。圣女果中含有的番茄紅素是一種抗氧化劑，對美容養顏、增強抵抗力有很大的功效[3-4]。

罐頭食品是將符合要求的原料經處理、分選、修整、裝罐（包括馬口鐵罐、玻璃罐、復合薄膜袋或其他包裝材料容器）、密封、殺菌、冷卻而制成的具有一定真空度的罐藏食品[5]。罐頭食品采用商業無菌技術，故能常溫下較長期存放。

試驗以圣女果為主要原料，結合文獻[6-7]，不添加任何防腐劑，研制出即食原味圣女果罐頭，為圣女果的開發利用提供理論依據和實踐指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

圣女果，來自山西省呂梁市離石區石樓縣龍尚莊自種旱地；氯化鈣、羧甲基纖維素鈉，購于河南萬邦化工科技有限公司。

1.2 主要試驗儀器與設備

EB-4A電磁爐（格妮思電器有限公司）；GT7C 720高壓殺菌鍋（滑縣紅太陽醫療器械有限公司）；FA114A電子秤（廣東豪晟科學儀器有限公司）；TMS-PILOT質構儀（北京盈盛恒泰科技有限公司）。

1.3 工藝流程[8]

旱地圣女果→挑選、清洗→漂燙去皮→固化液處理→漂洗→裝罐→脫氣→封罐→殺菌→冷卻→成品

1.3.1 挑選、清洗挑選果實飽滿、沒有裂痕的圣女果，用流動水沖洗其表面雜質并去除蒂梗。

1.3.2 燙漂去皮將清洗好的圣女果放入105 ℃水中持續1 min。將燙漂好的圣女果迅速放入冷水中冷卻，剝去外皮，并對果實外表進行修整，剔除在加工過程中被破壞且不美觀的果實。

1.3.3 固化液處理

將去皮后的圣女果放入0.5%氯化鈣硬化5 min。

1.3.4 漂洗圣女果硬化處理后，用流動冷水進行漂洗，除去殘留的氯化鈣。

1.3.5 裝罐

圣女果裝罐量為凈重的62%。加入3%羧甲基纖維素鈉，用紗布過濾，湯汁溫度保持在95 ℃以上。圣女果裝罐后灌入湯汁，并按規定留出1 cm左右頂隙。

1.3.6 脫氣、封罐、殺菌

排氣過程與殺菌同時進行。采用熱力法對裝罐后的產品進行排氣，當罐中心溫度達到85 ℃時，用殺菌過的瓶蓋迅速密封。

1.3.7 冷卻

將封蓋后的玻璃罐頭倒置，采用分段冷卻方法使玻璃罐頭迅速冷卻至室溫。

溫度降到100 ℃以下，可以用60 ℃左右的溫水來降溫；溫度降到80 ℃以下，可以用40 ℃左右的溫水來降溫；溫度降到60 ℃以下，相對比較安全，可以用20 ℃左右的涼水來降溫；一般產品冷卻到40 ℃以下就可以算冷卻完成。

1.3.8 成品

冷卻后進行感官評分，檢驗合格即為成品。

1.4 原味圣女果罐頭的感官評價

由10名受過培訓的食品品評師組成評估小組進行打分，評分標準見表1。

表1 原味圣女果罐頭感官評分標準[9]

1.5 單因素試驗

以感官評價為指標，參考文獻[10-11]，對圣女果罐頭加工工藝進行改進。分別選取圣女果添加量（58%，60%，62%，64%和66%）、氯化鈣添加量（0.3%，0.4%，0.5%，0.6%和0.7%）、羧甲基纖維素鈉添加量（1%，2%，3%，4%和5%）進行單因素試驗，每組因素添加量的中間值為固定添加量。

1.6 響應面試驗

按單因素試驗，選擇圣女果添加量、氯化鈣添加量和羧甲基纖維素鈉添加量作為自變量，將所得感官評分作為響應值Y，再根據Box-Benhnken對原味圣女果罐頭進行優化試驗，試驗設計見表2。

表2 試驗設計 單位：%

1.7 數據處理

采用Graph Pad Prism 8繪制單因素測試圖，采用Design-Expert 8.0.6軟件對響應面進行優化分析。

2 結果分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 圣女果添加量對罐頭的影響

由圖1可知，圣女果罐頭的感官評分隨著圣女果添加量的增加而增大，添加量在62%時分值最大，說明固形物含量適當時，在保藏期內形狀不會發生改變，圣女果罐頭整體美觀。固形物過少時，圣女果間隔太大不美觀。添加量在62%～70%之間，感官評分逐漸降低，由于固形物過多，圣女果受到擠壓，形狀發生改變，且灌注液少不利于保存，所以感官評分降低。故選擇58%，62%和66%的圣女果添加量，以62%作為響應面設計中心點。

圖1 圣女果添加量對感官評分的影響

2.1.2 氯化鈣添加量對罐頭的影響

由圖2可知，圣女果罐頭的感官評分隨著氯化鈣添加量的增加先增大后減小，添加量在0.5%時評分分值最大，說明0.5%氯化鈣硬化劑硬化效果最佳。當添加量小于0.5%時，圣女果表面柔軟，質量下降。相反，當添加量大于0.5%時，會生成過多的果膠酸鈣或部分纖維素鈣化，使產品質地粗糙，影響罐頭的視覺。故選擇0.4%，0.5%和0.6%的氯化鈣添加量，以0.5%作為響應面設計中心點。

圖2 氯化鈣添加量對感官評分的影響

2.1.3 羧甲基纖維素鈉添加量對罐頭的影響

由圖3可知，圣女果罐頭的感官評分隨著羧甲基纖維素鈉添加量的增加先增大后減小，添加量在3%時評分分值最大，說明3%羧甲基纖維素鈉增稠劑使原汁色澤均勻。當添加量小于3%時，果實沉淀嚴重。當添加量大于3%時，灌注液渾濁不美觀。故選擇2%，3%和4%的羧甲基纖維素鈉添加量，以3%作為響應面設計中心點。

圖3 羧甲基纖維素鈉添加量對感官評分的影響

2.2 響應面優化結果

通過Design-Expert.V 8.0.6軟件，對表3中的試驗數據進行分析，擬合得出原味圣女果罐頭的感官評分（Y）關于圣女果添加量（A）、氯化鈣添加量（B）、CMC-Na添加量（C）的多元二次回歸方程：

表3 Box-Behnken試驗設計及結果

Y=-2 585.201 12+15.026 80A+101.233 75B+12.808 10C+0.040 750AB-0.048 200AC-0.072 750BC-0.229 44A2-1.120 87B2-0.201 04C2

由表4可知，回歸模型p＜0.000 1，表明此模型具有顯著性，具有一定的意義。失擬項0.301 9＞0.05，具有不顯著性，表明此模型擬合度好，誤差較小。模型相關性R2=0.994 9，說明相關度很好，具有可信度，能用于配方優化的預測。

表4表明，對圣女果罐頭的感官評分結果有極顯著影響（p＜0.01）的因素是一次項A、C，交互項AC，以及平方項A2、B2、C2。而對該圣女果罐頭感官評分有顯著影響（p＜0.05）的因素是一次項B與交互項BC。按影響感官評分結果排序：CMC-Na添加量（C）＞圣女果添加量（A）＞氯化鈣添加量（B）。

表4 Box-Behnken試驗方差分析

2.3 多因素交互作用結果

利用Design-Expert. V 8.0.6響應面軟件分別對各因素兩兩分析，見圖4～圖6。由圖4可知，等高線的形狀呈圓形，表明因素A（圣女果添加量）與因素B（氯化鈣添加量）相互作用不顯著。3D圖顏色變化緩慢，表示曲線坡度平緩，能看出A和B對響應值Y（感官評分）無顯著影響。

圖4 因素A和因素B交互作用的3D曲面圖和等高線圖

由圖5可知，等高線的形狀呈橢圓形，表明因素A（圣女果添加量）與因素C（CMC-Na添加量）相互作用極顯著。3D圖顏色變化特別快，表示曲線坡度很大，能看出A和C對響應值Y（感官評分）具有極顯著影響。

圖5 因素A和因素C交互作用的3D曲面圖和等高線圖

由圖6可知，等高線的形狀呈橢圓形，表明因素B（氯化鈣添加量）與因素C（CMC-Na添加量）相互作用顯著。3D圖顏色變化較快，表示曲線坡度大，能看出B和C對響應值Y（感官評分）影響顯著。

圖6 因素B和因素C交互作用的3D曲面圖和等高線圖

2.4 驗證試驗

由響應面軟件處理數據后得到最優試驗配方：圣女果添加量61.88%、氯化鈣添加量0.51%、CMC-Na添加量2.91%，在此條件下感官評分為86.23分。根據實際情況，將最佳原味圣女果罐頭配方調整為圣女果添加量62%、氯化鈣添加量0.5%、CMC-Na添加量3%。為了驗證模型的可靠性與準確性，在此情況中進行3次平行試驗，得到的感官評分結果為86.20分，與預測值86.23分相比，相對誤差為0.03%。表明原味圣女果罐頭的最優工藝是相當可靠的。

3 結論

在單因素試驗的基礎上，經過多次的感官檢驗，并利用響應面法對原味圣女果罐頭進行分析后，得出影響原味圣女果罐頭的感官評分的順序：CMC-Na添加量＞圣女果添加量＞氯化鈣添加量。原味圣女果罐頭的最優工藝配方為圣女果添加量62%、氯化鈣添加量0.5%、CMC-Na添加量3%。在此條件下制作的原味圣女果罐頭清澈透明，顏色鮮艷。該試驗為圣女果的綜合利用增添了一種途徑，具有一定的生產經濟價值。