響應面法優化低糖滇黃精果脯制備工藝

王超，孫浩然，蘇為耿，闞歡，劉云

(1.西南林業大學生命科學學院，云南 昆明 650224；2.云南省林業與草原技術推廣總站，云南 昆明 650201)

滇黃精(Polygonatum kingianum)為藥食同源的百合科(Liliaceae)黃精屬(Polygonatum)草本植物[1]，與多花黃精和黃精共同收錄于2015年版中國藥典[2]。滇黃精含有多種功效成分，如多糖、皂苷、多酚、黃酮、木質素及一些蒽醌類化合物，具有抗衰老、抗腫瘤、抑菌、抗病毒、降血糖、降血脂、抗骨質疏松等功效[3－5]。黃精生品具麻味，刺人咽喉，易引發過敏反應，且補性較差，而炮制后的黃精入口甘甜，無刺激性和致敏性，故常炮制后入藥或食用，以達到減毒、提質的效果，在藥食同源方面有著非常重要的作用及應用前景[6，7]。

目前，以滇黃精為原料開發出的食品主要有黃精飲料[8]、黃精酒[9]、黃精速溶粉[10]、黃精酸奶[11]等。滇黃精產量大，經濟價值高，將其制成低糖果脯，可增加滇黃精深加工產品種類，開闊市場前景。傳統果脯加工需經過糖液高溫煮制、干燥等一系列熱加工工序，大部分水溶性及熱敏性功能成分(如多酚類物質)大量損失，導致果脯的功能性品質下降[12]；同時傳統果脯含糖量高，不符合現代人們對于健康飲食的需求。低糖果脯(含糖量≤50%)可很好地解決傳統果脯含糖量高的問題，但是低糖果脯由于糖度低，存在滲糖速度慢、外形不飽滿等缺點，傳統滲糖方法不利于糖液的滲入。微波滲糖相較于傳統滲糖而言，具有穿透力強、加熱速度快的特點，有利于糖分的滲入，提高滲糖效率[13]。

本研究在傳統工藝基礎上，采用微波滲糖方法加工低糖滇黃精果脯，結合感官評定指標，通過單因素試驗和響應面優化試驗確定低糖滇黃精果脯的最佳生產工藝，并對其微生物和理化指標進行測定，以期為滇黃精果脯產品的生產提供數據支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

滇黃精，云南省林業和草原技術推廣總站提供；白砂糖(食品級)，上海谷欣食品有限公司；蜂蜜(食品級)，桂林周氏順發食品有限公司；檸檬酸(食品級)，昆明中源食品配料有限公司；卡拉膠(食品級)，肇慶海星生物科技有限公司；黃原膠(食品級)，山東阜豐發酵有限公司；氯化鈣(食品級)，江蘇科倫多食品配料有限公司制造。

MC－SF183多功能電磁爐，廣東美的生活電器制造有限公司；BT22S電子天平，北京賽多利斯儀器系統有限公司；DHG－9240A電熱恒溫鼓風干燥箱，上海齊欣科學儀器有限公司；M1－L213C微波爐，廣東美的廚房電器制造有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 滇黃精果脯的加工工藝及操作要點 原料選擇:挑選體態飽滿、色澤好、無蟲洞、無霉爛的新鮮滇黃精為原料。

清洗去皮切片:用流動水洗凈，除去細小根須，去皮后切成0.6 cm左右的薄片。

浸泡:滇黃精片放入清水中浸泡12 h，除去黏液質[14]。

硬化:硬化劑可以增強黃精的耐煮性，在煮制過程中可以保持切片形態不分散[15]。把滇黃精片放入一定濃度的氯化鈣溶液中浸泡一定時間，穩固形態。

預煮:為使滇黃精果脯保持嚼勁且無生脆性，將硬化后的滇黃精片放入沸水中并不斷攪拌，煮制一定時間。

糖漬:參照賀森等[16]的方法，稍作改動。微波功率為300 W，時間為18 min，采用間歇式操作，滲糖3 min停3 min，防止爆沸使糖液流失；滲糖后的滇黃精片于糖液中常溫浸泡8 h，浸糖后用沸水快速漂去滇黃精表面糖液。

上膠衣:把瀝糖后的滇黃精片放入沸騰的1%卡拉膠溶液中攪拌30 s后撈出。

烘干:將滇黃精片放入50℃恒溫干燥箱中干燥8 h。

1.2.2 硬化、預煮條件的篩選 稱取一定量滇黃精片，分別用0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%氯化鈣硬化1 h，以感官評價和硬化效果為指標確定最佳硬化劑濃度；配制最佳濃度硬化溶液，硬化時間分別設定為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h，以感官評價和硬化效果為指標確定最佳硬化時間；將滇黃精片在氯化鈣溶液中浸泡后進行預煮，預煮時間設定為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h，以感官評價和預煮效果為指標確定最佳預煮時間。

1.2.3 單因素試驗 固定氯化鈣濃度1.0%、硬化時間1.0 h、預煮時間2.0 h、凝膠劑(黃原膠和卡拉膠比例為1∶1)添加量為0.1%，分別探究蜂蜜替代蔗糖量(16.7%、33.4%、50.7%、66.8%、83.5%)、糖添加量(20%、30%、40%)、檸檬酸添加量(0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%)對滇黃精果脯感官品質的影響。

1.2.4 響應面試驗 在單因素試驗基礎上，應用中心組合(Box－Behnken)試驗設計原理，以感官評分為響應值，進行3因素3水平響應面試驗，因素及水平見表1。

表1 響應面試驗因素及水平 (%)

1.2.5 產品質量評價 滇黃精果脯感官評價:由10位食品專業的學生組成評定小組，根據GB 14884—2016《食品安全國家標準 蜜餞》，選用百分制對滇黃精果脯進行感官評價。評定標準見表2。

表2 滇黃精果脯感官評價標準

滇黃精果脯產品的理化和微生物指標測定:水分含量測定參照GB 5009.3—2016；總糖含量測定采用苯酚硫酸法[2]，以葡萄糖為標準品；菌落總數測定參照GB 4789.2—2016；霉菌檢測參照GB 4789.15—2016；大腸桿菌檢測參照GB 4789.3—2016。

1.3 數據處理與分析

單因素試驗分析使用Microsoft Excel 2016軟件，響應面數據分析利用Design－Expert 12軟件，每個試驗重復3次求平均值。

2 結果與分析

2.1 硬化劑濃度、硬化時間和預煮時間的確定

2.1.1 硬化劑濃度與硬化時間的確定 由表3和表4可知，硬化劑濃度1.0%、硬化時間1.0 h得到的果脯形態良好、色澤淺黃、軟硬適中，品質較好。傳統工藝一般多采用明礬、氫氧化鈣、氯化鈣等作為硬化劑，使得果脯在預煮與糖制工藝中更加耐煮，可以獲得良好的成品形態，不易煮爛[15]。

表3 硬化劑濃度對滇黃精果脯感官品質的影響

表4 硬化時間對滇黃精果脯感官品質的影響

2.1.2 預煮時間的確定 預煮可以排除滇黃精內部的空氣與異味，增加細胞通透性，有利于滲糖，提高果脯的透明度[17]。由表5可知，預煮時間為2.0 h最佳，果脯透明度良好，色澤均勻，軟硬適中。

表5 預煮時間對滇黃精果脯感官品質的影響

2.2 單因素試驗結果與分析

2.2.1 蜂蜜替代蔗糖量對滇黃精果脯感官品質的影響 蔗糖與蜂蜜屬于甜味與風味不同的甜味劑，用蜂蜜代替部分蔗糖，一方面提高果脯風味，另一方面降低果脯甜度。合適的添加比例會使產品具有別致的風味。由圖1可知，隨著蜂蜜替代量的增加，果脯的感官評分呈先升高后降低的趨勢。當蜂蜜添加量不足總糖三分之一時，果脯口感單一，只有滇黃精淡淡的清香，味道寡淡，透明度差，感官評分較低；當蜂蜜替代蔗糖量為66.8%時，果脯的口感最好，蜂蜜的香甜與滇黃精的清香混在一起，使得果脯別具一番風味且透明度好；蜂蜜替代量繼續增加，蜂蜜的香甜過重，壓過了滇黃精的香氣，使得果脯甜味過膩，感官評分降低。蜂蜜中的糖類主要是葡萄糖與果糖，還原糖含量達到一定程度時，產品在高溫和潮濕季節易吸潮，出現流糖現象[18]。所以選定蜂蜜替代量66.8%為最佳。

圖1 蜂蜜替代蔗糖量對滇黃精果脯感官品質的影響

2.2.2 糖添加量對滇黃精果脯感官品質的影響由圖2可知，滇黃精果脯的感官評分隨著糖添加量的增加呈先升高后降低的趨勢。當糖添加量為20%時，糖分不易滲透，果脯甜度低、色澤淺黃、質地較硬、口感不佳；當糖添加量為40%時，果脯甜膩、質地較硬、飽滿度較低；當糖添加量為30%時，果脯風味別致、質地適中。糖液質量濃度偏低，會導致水分含量增加，彈性降低；而糖液質量濃度偏高，會導致果脯水分含量降低，黏性增大，彈性降低[19，20]。所以選定糖添加量30%為最佳。

圖2 糖添加量對滇黃精果脯感官品質的影響

2.2.3 檸檬酸添加量對滇黃精果脯感官品質的影響 檸檬酸是有機酸中酸味最為可口和最緩和的，添加檸檬酸可以提高細胞通透性進而影響果脯品質[21，22]。檸檬酸的添加量會影響果脯的酸甜度和風味，使得果脯感官評分相差較大，而且還可影響產品的儲藏性[23]。由圖3可知，當檸檬酸添加量為0.20%，滇黃精果脯的感官評分最高。這是因為檸檬酸添加量少于0.20%對果脯酸甜度影響較小，無法改善果脯的甜度以及風味；檸檬酸添加量超過0.20%，果脯酸度超標、風味較差、感官評分下降。所以選定檸檬酸添加量0.20%為最佳。

圖3 檸檬酸添加量對滇黃精果脯感官品質的影響

2.3 響應面試驗結果與分析

2.3.1 響應面試驗結果 在單因素試驗基礎上，參照Box－Behnken試驗設計原理，將感官評分(Y)設置為響應值，選取蜂蜜替代蔗糖量(A)、糖添加量(B)、檸檬酸添加量(C)三個因素為自變量，設計響應面試驗，對滇黃精果脯加工工藝進行優化。試驗設計及結果見表6。

表6 Box－Behnken試驗設計與結果

2.3.2 回歸模型及顯著性分析 由表7可知，模型P＜0.0001，表明回歸方程達到極顯著水平；模型的復相關系數R2＝0.9887，表明該模型實測值與預測值之間具有高度的擬合度和可信度；校正決定系數＝0.9742，說明97.42%響應值的變化可以被該模型解釋，失擬項的P＝0.7298＞0.05，不顯著，表明檢驗結果與模型的計算差異不顯著。利用統計分析，得到回歸方程:Y＝90.01－0.0675A＋1.11B＋0.5525C－0.59AB＋1.02AC－0.05BC－2.7A2－2.94B2－1.71C2。由各參數估計值可以判斷出因素影響順序為糖添加量(B)＞檸檬酸的添加量(C)＞蜂蜜替代蔗糖量(A)。

表7 回歸模型方差分析

如圖4所示，蜂蜜替代蔗糖量和檸檬酸添加量交互作用的等高線呈橢圓形，響應面圖更為陡峭，表明二者交互作用較大，與方差分析結果相符。

圖4 響應面及等高線圖

利用Design－Expert 12軟件對滇黃精果脯工藝參數回歸方程擬合優化，得到最優工藝為蜂蜜替代蔗糖量為66.86%，糖添加量為31.88%，檸檬酸添加量為0.23%。考慮到實際操作，優化后的參數進行調整并進行3次驗證試驗，得出最佳工藝為蜂蜜替代蔗糖量為66.86%，糖添加量為32%，檸檬酸添加量為0.23%，實際感官評分(91.07分)接近理論預測值90.16分。這說明響應面法優化得到的滇黃精果脯加工工藝參數確實可靠，具有一定實用價值。

2.4 滇黃精果脯成品質量檢測指標

如表8所示，滇黃精果脯產品的含水率為23.55%，總糖含量為49.76%，總菌落數＜10 CFU/g，理化指標與微生物指標均符合國家標準。

表8 各項指標檢測結果

3 討論與結論

新鮮黃精含有正己醛、崁烯等刺激性成分，使得服用時口舌麻木，刺激咽喉、眼睛，接觸后可引起皮膚瘙癢等[24]，需要加工后作為藥材或者食品在市場上流通。黃精的傳統炮制方法與現代炮制方法雖然步驟略有不同，但均以酒制法與九蒸九制法為主，在炮制過程中多采用黃精飲片而不是新鮮黃精[25]。本研究采用新鮮黃精作為原料制備低糖滇黃精果脯，豐富了滇黃精產品類別，有助于滇黃精產業發展，符合當前低糖健康的需求。

微波滲糖雖然適合低糖果脯的制備，但是隨著微波功率增加和加熱時間延長，可能導致果脯組織軟爛變色、糖液褐變，進而影響果脯品質，因此在使用微波滲糖工藝時，不能過度加熱[26]。低糖果脯因含糖量的降低而致色澤和飽滿度受到影響，本試驗通過在滲糖溶液中加入凝膠劑進行填充并在干燥前給果脯上一層膠衣，使果脯具有較好的飽滿度和色澤[27]。

本研究采用響應面法優化滇黃精果脯加工工藝，以感官評分為響應值，得到的最佳制備工藝為硬化劑濃度1.0%、硬化時間1.0 h、預煮時間2.0 h、蜂蜜替代蔗糖量66.86%、糖添加量32%、檸檬酸添加量0.23%。在此條件下得到的滇黃精果脯表面光滑、飽滿度好、色澤淺黃、酸甜適中，有滇黃精與蜂蜜混合的獨特風味，感官評分達91.07分。