響應面法優化人參果枸杞葡萄復合飲料工藝

魏玉梅，張帥中，馮玉蘭，孫家美，烏 蘭

（1.西北民族大學實驗教學部，甘肅 蘭州 730030；2.山東省海洋科學研究院，山東 青島 266104；3.西北民族大學生命科學與工程學院，甘肅 蘭州 730030）

人參果（Solanum muricatumAit.）又稱安第斯茄、香艷梨等[1]，為茄科（Solamaceae）茄屬（Solanum）[2]，原產于南美洲，為多年生雙子葉草本植物，其肉質清香多汁，果肉呈淡黃色，無籽核，橢圓形或卵圓形，成熟后出現紫紅色條斑[3]。人參果中蛋白質含量高，必需氨基酸含量豐富，并且富含多種維生素及微量元素[4]。枸杞（Lyciumbarbarum）屬于茄科落葉灌木，為明亮的橙紅色橢球漿果，可用于泡酒、泡茶、煮粥等，其果實可入藥，是中藥配方的重要成分[5]。枸杞中富含枸杞多糖、枸杞黃酮、類胡蘿卜素等，具有補腎養肝、增強免疫力、抗腫瘤、抗氧化、抗疲勞及協同防癌等多種功效[6]。葡萄中含有糖類、脂肪、蛋白質、維生素，以及鈣、鐵等微量元素[7]，而且葡萄皮中含有的葡萄多酚，不但具有很強的抗氧化作用，還有抗炎、抗菌、抗腫瘤和皮膚保健與美容的功效[8]，此外，葡萄皮中還含有葡萄花色苷，具有降低肝臟及血清中脂肪含量、抗氧化、抗腫瘤等多種功效[9]。

目前市場上人參果加工產品甚少，主要以鮮果為主，理論研究主要有人參果的果脯[10]、果醬、果酒[11]等的加工，關于新鮮人參果原汁用于制作飲料的報道還非常少，利用人參果與枸杞及葡萄汁制備復合飲料或其他復合果汁的研究尚未見相關報道。本文以人參果、枸杞和去籽葡萄為原料，通過單因素試驗、正交試驗以及Box-Behnken試驗逐步優化人參果復合飲料的最佳配方，擬研制一種集各種營養保健功能于一體的天然、安全、具有特殊風味、飲用方便的復合飲料，以期開發出一款新型營養健康且具有人參果特殊風味的復合飲料。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

武威人參果、寧夏枸杞、巨峰葡萄、白砂糖：均為市售。

檸檬酸、抗壞血酸、果膠酶、海藻酸鈉、羧甲基纖維素鈉（CMC-Na）、卡拉膠、黃原膠，均為食品級。

1.1.2 儀器與設備

HH-4型數顯恒溫水浴鍋：常州國華電器有限公司；PL-203型電子分析天平：瑞士梅特勒-托利多公司；MJ-BL25B3型多功能榨汁機：廣東美的生活電器制造有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

參照陳洪興等[12]的方法。

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 人參果汁的制備

選擇個大、肉厚、無病蟲害的八成熟人參果，用自來水清洗干凈，去皮去籽后分成若干瓣，將人參果浸泡在0.1%抗壞血酸溶液進行護色，后于85℃熱水中滅酶2 min[13]，壓榨出汁后進行粗濾，在濾液中加入0.1%果膠酶[14]，邊攪拌邊酶解，2 h后用雙層濾布過濾，得汁液為人參果汁。

1.2.2.2 枸杞汁的制備

選擇色澤鮮紅、無霉爛變質的枸杞，用自來水清洗干凈。先加5倍水，在90℃條件下預煮30 min，并加入0.02%抗壞血酸進行護色，取出降溫至60℃。將預煮后的枸杞及預煮液一起用榨汁機榨汁，并取得汁液。在汁液中按40μL/100 mL添加果膠酶[15]，并將汁液置于60℃恒溫水浴鍋中保溫浸提4 h，用8層濾布濾出汁液后，再加5倍水，繼續浸提4 h，8層濾布過濾，將兩次汁液混合，即得枸杞汁。

1.2.2.3 葡萄汁的制備

挑選飽滿成熟、無腐爛的葡萄果實，于清水中浸泡8～10 min，然后用0.03%高錳酸鉀溶液浸泡3 min，用清水清洗干凈后脫粒，只將籽去除。按照葡萄與水等質量的比例榨汁，然后用4層紗布過濾，95℃殺菌后迅速冷卻至45℃左右。為提高葡萄汁的澄清度，需用濃度為0.01%～0.05%的果膠酶處理2～3 h，酶處理后用8層濾布過濾，即得葡萄原汁。

1.2.2.4 復合汁的調配、均質

將人參果汁、枸杞汁、葡萄汁、白砂糖、檸檬酸和穩定劑進行混合調配，通過單因素試驗、正交試驗以及Box-Behnken試驗篩選出最佳組合。將初步混合的復合果汁經過均質機，達到較理想的細度和均勻度，溫度40～50℃，壓力15～20 MPa進行2次均質處理。

1.2.2.5 脫氣、灌裝、殺菌

在果汁中加入少量抗壞血酸以達到脫氣的目的，然后進行灌裝，最后采用高溫瞬時殺菌，殺菌溫度95℃，殺菌時間為10～15 s。

1.2.3 復合汁中各原汁配比的確定

1.2.3.1 復合汁中各原汁配比的單因素試驗設計

以感官評分為評價指標，固定枸杞汁添加量15mL，人參果汁添加量15 mL，葡萄汁添加量20 mL，通過單因素試驗確定不同濃度的人參果汁、枸杞汁、葡萄汁添加量對復合汁感官品質的影響，復合汁感官評價標準詳見表1。

表1 人參果枸杞葡萄復合汁感官評價標準Table 1 Sensory evaluation standards of compound juice of ginseng fruit,Chinese wolfberry and grape

1.2.3.2 正交試驗優化復合汁中各原汁配比

在單因素試驗確定人參果汁、枸杞汁與葡萄汁最適添加量的基礎上，以人參果復合汁的感官評分為評價指標，采用正交試驗對3種原汁配比進行優化[16]，正交試驗因素與水平見表2。

表2 正交試驗因素水平表Table2 Factors and levelsof orthogonal test 單位：mL

1.2.4 人參果復合飲料配方的確定

1.2.4.1 人參果復合飲料配方的單因素試驗設計

固定復合汁、白砂糖及檸檬酸添加量分別為復合飲料成品的40%、4%、0.10%，以感官評分為評價指標，考察不同復合汁（10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%）、白砂糖（2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%）以及檸檬酸（0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%）添加量對復合飲料感官品質的影響。

1.2.4.2 響應面法優化人參果復合飲料配方

在單因素試驗結果的基礎上，以復合飲料的感官評分為評價指標，采用響應面法設計試驗，運用Box-Behnken的中心組合試驗對復合汁、檸檬酸和白砂糖添加量進行優化，響應面試驗因素水平見表3。

表3 Box-Behnken試驗因素水平表Table 3 Factorsand levelsof Box-Behnken design單位：%

1.2.5 復配穩定劑的確定

選用CMC-Na、海藻酸鈉和卡拉膠作為人參果復合飲料的穩定劑，在復合飲料配方的基礎上分別加入0.2%CMC-Na、0.2%卡拉膠、0.2%海藻酸鈉、0.1%CMC-Na+0.1%卡拉膠、0.1%海藻酸鈉+0.1%卡拉膠、0.1%CMC-Na+0.15%卡拉膠、0.1%CMC-Na+0.2%卡拉膠，以離心沉淀率為指標對穩定劑的穩定效果進行評價，離心沉淀率越小表明穩定劑的穩定效果越好。

離心沉淀率的測定方法為：取5 mL待測飲料于離心管中，稱量樣品質量m1后，放入離心機中，以3 000 r/min離心10 min后，取出離心管靜置10 min，吸去上清液，稱量殘留物的質量m。離心沉淀率的計算公式為：

1.2.6 復合飲料的感官評價

選擇具有感官評定知識的食品專業學生，采用10人小組評分法，參照表4的標準從飲料的色澤、香氣、滋味、組織狀態4個方面分別進行評分，最后取平均值作為感官評分結果。

表4 人參果枸杞葡萄復合飲料感官評價標準Table4 Sensory evaluation standardsof compound beverage

1.2.7 數據處理

采用Origin Pro 2021軟件作圖，采用Design Expert V8.0.6軟件分析數據。

2 結果與分析

2.1 復合汁中各原汁配比篩選結果

2.1.1 人參果汁添加量對復合汁感官品質的影響

由圖1可以看出，隨著人參果汁添加量的增加，復合汁感官評分也增加；當人參果汁添加量超過15 mL時，人參果口味過濃，覆蓋住了枸杞和葡萄的味道，使復合汁口感逐漸失調，不符合大眾的口味，感官評分下降。因此選擇人參果汁適宜添加量為15 mL。

圖1 人參果汁添加量對復合汁感官評分的影響Fig.1 Effectsof ginseng fruit juice additions on sensory scores of compound juice

2.1.2 枸杞汁添加量對復合汁感官品質的影響

由圖2可以看出，枸杞汁添加量在5～15 mL時，感官評分隨枸杞汁添加量的增加而升高；當枸杞汁添加量超過15 mL時，枸杞的氣味過于濃郁，掩蓋了復合汁的風味，感官評分逐步下降。因此選擇適宜的枸杞汁添加量為15 mL。

圖2 枸杞汁添加量對復合汁感官評分的影響Fig.2 Effectsof Chinese wolfberry juice additions on sensory scoresof compound juice

2.1.3 葡萄汁添加量對復合汁感官品質的影響

如圖3所示，當葡萄汁添加量在5～25 mL時，感官評分隨葡萄汁添加量的增加而升高；當葡萄汁添加量超過25 mL時，葡萄的味道偏甜，掩蓋了復合汁酸甜適宜的口感，感官評分有所下降。因此選擇適宜的葡萄汁添加量為25 mL。

圖3 葡萄汁添加量對復合汁感官評分的影響Fig.3 Effects of grape juiceadditionson sensory scores of compound juice

2.1.4 復合汁中各原汁最佳配比優化結果

由表5可知，極差分析結果RC＞RA＞RB，表明3種原汁添加量對復合汁感官品質的影響順序為：葡萄汁添加量＞人參果汁添加量＞枸杞汁添加量；復合汁配比的最佳配方為A3B2C2，即人參果汁添加量25 mL，枸杞汁添加量15 mL，葡萄汁添加量25 mL，原汁的體積比為人參果汁∶枸杞汁∶葡萄汁為4∶3∶5，該最佳配比組合下制備的人參果枸杞葡萄復合飲料感官評分平均值為85.8分，說明以此配比制作的復合汁感官品質最好。

表5 原汁配比正交試驗結果Table 5 Orthogonal test results of juice ratio

2.2 人參果復合飲料配方篩選結果

2.2.1 復合汁添加量對飲料感官品質的影響

由圖4可以看出，復合汁添加量對飲料的感官評分影響較大，當復合汁添加量在10%～40%時，感官評分幾乎呈直線上升；添加量超過40%時，復合汁的濃度過高，味道太濃郁，口感不佳，感官評分稍有下降，因此將復合汁的添加量選為40%。

圖4 復合汁添加量對人參果復合飲料感官評分的影響Fig.4 Effectsof compound juice additions on sensory scoresof ginseng fruit compound beverage

2.2.2 白砂糖添加量對飲料感官品質的影響

由圖5可知，當白砂糖添加量在2%～6%時，復合飲料的感官評分逐漸上升，繼續增加白砂糖用量，口感過甜，感官評分反而有所降低，因此白砂糖添加量選為6%。

圖5 白砂糖添加量對人參果復合飲料感官評分的影響Fig.5 Effectsof sugar additions on sensory scoresof ginseng fruit compound beverage

2.2.3 檸檬酸添加量對飲料感官品質的影響

由圖6可見，當檸檬酸添加量為0.1%時，復合飲料的感官評分最高，此時制備的飲料口感更好，之后繼續增加檸檬酸添加量，酸味增加，口感明顯偏酸，感官評分下降，因此確定檸檬酸適宜添加量為0.1%。

圖6 檸檬酸添加量對人參果復合飲料感官評分的影響Fig.6 Effectsof citric acid additionson sensory scoresof ginseng fruit compound beverage

2.2.4 響應面法優化人參果復合飲料配方結果

2.2.4.1 響應面優化試驗分析

響應面法優化人參果復合飲料的試驗設計及結果見表6，方差分析結果見表7。

表6 Box-Behnken試驗設計及結果Table 6 Box-Behnken design and experimental results

由表7可見，二次回歸方程模型達到極顯著（P＜0.01），失擬項不顯著（P=0.067 3＞0.05），表明該回歸方程擬合情況較好，模型成立。由P值可知，在各項中，X1、X2X3、X12、X32對復合飲料感官品質的影響極顯著（P＜0.01），X2、X3、X22的影響顯著（P＜0.05），而交互項X1X2、X1X3的影響不顯著。由F值的結果可知，各因素對復合飲料感官品質影響大小的順序依次為：X1復合汁添加量＞X3檸檬酸添加量＞X2白砂糖添加量。為進一步確定復合汁、白砂糖和檸檬酸的添加量，利用Design-Expert軟件對表6中的數據進行回歸分析，并且對回歸方程進行優化，去除不顯著項，將回歸方程簡化為：Y=86.26+3.85X1+1.83X2-2.10X3+6.55X2X3-5.98X12-3.23X22-9.53X32。

表7 人參果復合飲料方差分析結果Table7 Analysisof variancefor compound beverage

2.2.4.2 響應面結果分析

為了考察交互項對復合果汁感官評分的影響，在兩個因素固定不變的情況下，對模型進行降維分析，經Design Expert V8.0.6軟件處理，根據所得模型經響應面回歸分析，各兩因素交互作用對復合飲料感官評分影響的響應面如圖7所示。

圖7 各因素交互作用對復合飲料感官評分影響的響應面圖Fig.7 Responsesurface showing effectsof various factors interaction on sensory scores of compound beverage

由圖7可見，白砂糖添加量和檸檬酸添加量的交互作用對感官評分的影響較大，該結果和方差分析一致。通過響應面分析得到人參果復合飲料的最佳配比為：復合汁添加量43.68%，白砂糖添加量6.72%，檸檬酸添加量0.10%；考慮到實際操作，調整配方為：復合汁添加量44%，白砂糖添加量6.7%，檸檬酸添加量0.1%，利用優化后配方進行人參果復合飲料的調配，制備的飲料感官評分平均值為87.6分，與預測值（87.1分）基本吻合。

2.3 穩定劑的選擇

由表8可知，0.1%CMC-Na與0.15%卡拉膠復合混合使用時，穩定效果最好，此時離心沉淀率最低（3.0%）。

表8 穩定劑篩選試驗結果Table 8 Experimental resultsof stabilizer selection

3 結論

上述試驗結果表明，復合汁中人參果、枸杞汁和葡萄汁的最佳體積配比為4∶3∶5；人參果枸杞葡萄復合飲料的最佳配方為：復合汁添加量44%，檸檬酸添加量0.1%，白砂糖添加量6.7%；復合穩定劑為0.1%CMC-Na+0.15%卡拉膠，按此配方制得的人參果枸杞葡萄復合飲料感官品質較好，呈透亮的橙紅色，酸甜可口、協調適當，具有人參果特有的香氣。