沙棗沙棘復(fù)合果醬的響應(yīng)面法工藝優(yōu)化及儲(chǔ)藏期預(yù)測(cè)

原 林，劉 軍，吳天忠，武慧慧，劉麗燕,*

（1.新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046；2.新疆林科院造林治沙研究所，新疆 烏魯木齊 830046）

大果沙棗（Elaeagnus angustifolia Linn.）屬胡頹子科胡頹子屬[1-2]，適應(yīng)性很強(qiáng)，能在鹽堿、干旱、風(fēng)沙等惡劣環(huán)境中生長(zhǎng)，因此沙棗具有較高的造林潛力，且具有固氮作用[3-4]，是西北沙漠地區(qū)優(yōu)良樹種之一[5]。沙棗果實(shí)含有大量類黃酮和萜類化合物，如皂苷、酚酸、類胡蘿卜素和維生素等，其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包括微量元素及脂肪酸、糖等[6-7]。沙棗具有抗氧化、抗癌細(xì)胞、保護(hù)血管、調(diào)節(jié)血脂的作用，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值巨大[8]。沙棘（Hippophae rhamnoides Linn.）屬胡頹子科沙棘屬[9]，耐旱，耐風(fēng)沙，在我國(guó)西北部大量種植。沙棘果實(shí)有大約428種營(yíng)養(yǎng)功能成分，包含蛋白質(zhì)、維生素、黃酮類化合物、不飽和脂肪酸及微量元素等，營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值極高，是人類補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)的首選水果之一[10-11]。同時(shí)沙棘果實(shí)中營(yíng)養(yǎng)成分有超過16種治療及保健作用[12-13]，包括增強(qiáng)免疫、抗腫瘤、抗疲勞及抗氧化作用[14-15]，作為保健食品原材料被廣泛開發(fā)利用。

隨著生活水平的提高，人們對(duì)食品的高品質(zhì)要求日益增加，對(duì)于果醬產(chǎn)品種類及功能性需求也日益增加。普通果醬風(fēng)味單一[16]，亟需探索并開發(fā)新型產(chǎn)品。新疆地區(qū)大量種植沙棗及沙棘，其鮮果產(chǎn)量大，但利用率低，是制約新疆沙棗及沙棘果實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，且目前沙棗及沙棘產(chǎn)品的高效利用和深加工研究還處于起步階段。將沙棘與沙棗相結(jié)合制作新口味果醬，可為沙棗產(chǎn)品的深加工提供一條可取的途徑，拓寬其銷路。本研究旨為利用新疆特色產(chǎn)品沙棗及沙棘開發(fā)出一種風(fēng)味獨(dú)特且不添加任何防腐劑的復(fù)合果醬產(chǎn)品，沙棘既作為原料又代替檸檬酸作為酸味劑，該研究為果醬新產(chǎn)品的開發(fā)提供了理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

沙棗，采自于新疆喀什；沙棘，采自于新疆精河縣。原料采后放入-18℃冰箱中冷凍保存。

果膠，上海源葉生物有限公司；白砂糖：廣州華糖食品有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

WYA-2S數(shù)顯阿貝折射儀，上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司；XS204電子天平，梅特勒-托利多（上海）儀器有限公司；Specord Plus紫外可見分光光度計(jì)，德國(guó)耶拿分析儀器股份有限公司；LD-PB22N高端破壁料理機(jī)，廣州隆特電子有限公司；PHS-3C酸度計(jì)，上海吳森儀器設(shè)備有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

沙棗鮮果→清洗→預(yù)煮→去核→加沙棘打漿→濃縮→灌裝→封口→滅菌→冷卻→包裝

1.2.2 操作要點(diǎn)

1.2.2.1 準(zhǔn)備原料

去除沙棗及沙棘中的爛果及不符合要求的果粒，事先將0.50%的果膠（以沙棗質(zhì)量為基準(zhǔn)）溶于50 mL 60℃水中，充分混勻。

1.2.2.2 預(yù)煮

將100 g沙棗倒入不銹鋼鍋內(nèi)（沙棗質(zhì)量計(jì)為100%），加入2倍果重的超純水，加熱至沸，然后保持微沸狀態(tài)20 min左右，以達(dá)到果肉煮透滅酶，使之軟化兼防變色，之后剔除其中果核，保留果肉與果皮。

1.2.2.3 打漿

將預(yù)煮過的果肉和沙棘漿果按比例放入料理機(jī)打漿3 min，將果肉打成漿狀。

1.2.2.4 濃縮

將果漿放入鍋中煮沸后，立即轉(zhuǎn)為文火濃縮。以沙棗質(zhì)量為基準(zhǔn)，添加0.50%果膠和15%白砂糖，在濃縮過程中不斷攪拌，當(dāng)濃縮至醬體的可溶性固形物含量達(dá)65%時(shí)即可出鍋。在此過程中，不加任何護(hù)色劑及酸味劑，用沙棘本身的酸代替添加劑檸檬酸，起到護(hù)色、調(diào)酸的作用。文火濃縮避免了將沙棘中的大量維生素破壞，盡可能多地保留其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

1.2.2.5 灌裝、封口

出鍋后立即趁熱裝罐，封罐時(shí)醬體溫度不低于85℃，裝瓶不可過滿，所留頂隙度以3 mm左右為宜。

1.2.2.6 殺菌、冷卻

封罐后立即投入沸水中殺菌30 min，排氣后及時(shí)手工擰緊瓶蓋。瓶蓋、膠圈均需預(yù)先清洗、消毒。產(chǎn)品分段冷卻（65℃/10 min→45℃/10 min→涼水冷卻至常溫）后得到沙棗沙棘復(fù)合果醬。

1.2.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.3.1 沙棘添加量的篩選

選擇達(dá)到制醬標(biāo)準(zhǔn)的沙棗與沙棘，以沙棗質(zhì)量為基準(zhǔn)，在白砂糖添加量15%、熬煮時(shí)間25 min條件下，分別添加7.5%、10.0%、12.5%、15.0%、17.5%的沙棘，制備復(fù)合沙棗沙棘復(fù)合果醬，通過可溶性固形物（TSS）含量及感官評(píng)分篩選沙棘的適宜添加量。

1.2.3.2 白砂糖添加量的篩選

選擇達(dá)到制醬標(biāo)準(zhǔn)的沙棗與沙棘，以沙棗質(zhì)量為基準(zhǔn)，在沙棘添加量15%、熬煮時(shí)間25 min條件下，分別添加5%、10%、15%、20%、25%的白砂糖，制備沙棗沙棘復(fù)合果醬，通過TSS含量及感官評(píng)分篩選白砂糖的適宜添加量。

1.2.3.3 熬煮時(shí)間的篩選

選擇達(dá)到制醬標(biāo)準(zhǔn)的沙棗與沙棘，以沙棗質(zhì)量為基準(zhǔn)，在沙棘添加量15%、白砂糖添加量15%條件下，控制熬煮時(shí)間分別為15、20、25、30、35 min，制備沙棗沙棘復(fù)合果醬，通過TSS含量及感官評(píng)分篩選適宜的熬煮時(shí)間。

1.2.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

依據(jù)沙棘添加量（A）、白砂糖添加量（B）、熬煮時(shí)間（C）的單因素試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)響應(yīng)面Box-Benhnke中心試驗(yàn)組合設(shè)計(jì)，以TSS含量、感官評(píng)分和綜合評(píng)分（綜合評(píng)分=TSS×0.5+感官評(píng)分×0.5）為響應(yīng)值，進(jìn)行三因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)分析，優(yōu)化沙棘沙棗果醬的工藝參數(shù)，響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平見表1。

表1 果醬優(yōu)化工藝因素與水平的響應(yīng)面設(shè)計(jì)Table 1 Response surface design for factors and levels of jam optimization technique

1.2.5 感官評(píng)價(jià)

將制備的沙棗沙棘復(fù)合果醬在22~25℃和相對(duì)濕度50%~60%的條件下放置1周，產(chǎn)品符合國(guó)標(biāo)要求（菌落總數(shù)＜1×104CFU/g）下進(jìn)行感官評(píng)定，邀請(qǐng)10名經(jīng)過專門感官培訓(xùn)指導(dǎo)的食品相關(guān)專業(yè)人員，根據(jù)復(fù)合果醬的色澤、滋味與口感、有無(wú)雜質(zhì)、組織狀態(tài)4個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[17-18]，具體感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)和等級(jí)見表2。

表2 沙棗沙棘復(fù)合果醬感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation criteria of Elaeagnus angustifolia and Hippophae rhamnoides compound jam

1.2.6 品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定

TSS含量：使用折光儀測(cè)定；pH值：使用pH計(jì)測(cè)定；蛋白質(zhì)含量：采用凱氏定氮法[19]測(cè)定；多酚含量：采用福林-酚法[20]測(cè)定；黃酮含量：采用硝酸鋁-亞硝酸鈉比色法[21]測(cè)定；還原糖含量：采用3,5-二硝基水楊酸法[22]測(cè)定。

1.2.7 貨架期預(yù)測(cè)

應(yīng)用ASLT法建立Q10模型進(jìn)行貨架期的預(yù)測(cè)[23]。將制作好的果醬分別放入27、37℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)儲(chǔ)藏。每7 d測(cè)定一次菌落總數(shù)、大腸桿菌數(shù)、霉菌數(shù)及pH值。Q10模型計(jì)算公式如下：

貨架期預(yù)測(cè)公式如下：

式中：θT1為T1溫度下的貨架期；θT2為T2溫度下的貨架期；ΔT為T1與T2的溫度差。

1.2.8 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)至少重復(fù)3次，采用軟件SPSS 20.0和Origin 8.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖表繪制。測(cè)定結(jié)果均以表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 沙棘添加量對(duì)復(fù)合果醬品質(zhì)的影響

由圖1可知，沙棘添加量對(duì)復(fù)合果醬的TSS影響較大，隨著沙棘添加量的增加，復(fù)合果醬的TSS含量逐漸升高。沙棘添加量為7.5%~12.5%時(shí)，產(chǎn)品的感官評(píng)分呈上升趨勢(shì)；當(dāng)沙棘添加量為12.5%~17.5%時(shí)，感官評(píng)分呈下降趨勢(shì)。當(dāng)沙棘添加量為12.5%時(shí)，果醬的感官評(píng)分最高，這是因?yàn)樯臣砑恿窟^高會(huì)使果醬酸度增大，產(chǎn)生不適口感，影響果醬的品質(zhì)。因此，根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，確定以沙棘添加量10.0%、12.5%和15.0%進(jìn)行后續(xù)復(fù)合果醬的工藝優(yōu)化研究。

圖1 沙棘添加量對(duì)果醬品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of seabuckthorn addition on jam quality

2.1.2 白砂糖添加量對(duì)復(fù)合果醬品質(zhì)的影響

由圖2可知，糖對(duì)復(fù)合果醬的TSS含量影響很大，隨著白砂糖添加量的增加，復(fù)合果醬的TSS含量顯著升高。白砂糖添加量為5%~15%時(shí)，產(chǎn)品感官評(píng)分呈上升趨勢(shì)；當(dāng)白砂糖添加量為15%~25%時(shí)，感官評(píng)分呈下降趨勢(shì)。當(dāng)白砂糖添加量為15%時(shí)，果醬的感官評(píng)分最高，這是因?yàn)榘咨疤翘砑恿扛邥?huì)使果醬濃度增大，影響果醬的黏稠度，流動(dòng)性下降，口感過于甜膩。因此，根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，確定以白砂糖添加量10%、15%和20%進(jìn)行后續(xù)復(fù)合果醬的工藝優(yōu)化研究。

圖2 白砂糖添加量對(duì)果醬品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of sugar addition on jam quality

2.1.3 熬煮時(shí)間對(duì)復(fù)合果醬品質(zhì)的影響

由圖3可知，熬煮時(shí)間對(duì)復(fù)合果醬的TSS含量影響較大，隨著熬煮時(shí)間的延長(zhǎng)，復(fù)合果醬的TSS含量逐漸升高，升高速度較緩。熬煮時(shí)間為15~25 min時(shí)，產(chǎn)品的感官評(píng)分呈上升趨勢(shì)；當(dāng)熬煮時(shí)間為25~35 min時(shí)，感官評(píng)分呈下降趨勢(shì)。當(dāng)熬煮時(shí)間為25 min時(shí)，果醬的感官評(píng)分最高，這是因?yàn)榘局髸r(shí)間延長(zhǎng)會(huì)使果醬的黏稠度增大，甚至產(chǎn)生焦糊褐變，影響果醬的品質(zhì)。因此，根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，確定以熬煮時(shí)間20、25、30 min進(jìn)行后續(xù)復(fù)合果醬的工藝優(yōu)化研究。

圖3 熬煮時(shí)間對(duì)果醬品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of boiling time on jam quality

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化果醬工藝試驗(yàn)結(jié)果

表3為BBD的17組試驗(yàn)。通過多元回歸分析對(duì)響應(yīng)值TSS含量（Y1）、感官評(píng)分（Y2）和綜合評(píng)分（Y3）進(jìn)行擬合，可以得到下列二元多項(xiàng)方程式：

表3 Ben-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Ben-Behnken experimental design and results

Y1=65.83+1.29A+1.97B+1.49C+0.036AB+0.61AC-0.087 5BC-1.3A2-0.178 8B2-0.033 7C2

Y2=87.97+0.042 5A-0.952 5B-7.025C-3.41AB-3.5AC-3.16BC-4.51A2-4.83B2-5.20C2

Y3=76.9+0.663 8A+0.506 9B+0.391 9C-1.53AB-1.44AC-1.62BC-2.90A2-2.51B2-2.61C2

表4為試驗(yàn)結(jié)果的方差分析，Y1、Y2、Y3模型F值分別為30.05、70.77、86.34，P值均小于0.000 1，表明這3個(gè)模型均極顯著；失擬項(xiàng)P值分別為0.945 7、0.613 0、0.505 6，P值均大于0.05；R2分別為0.974 8、0.989 1、0.991 1，均大于0.95，表明回歸模型描述了每個(gè)因素與響應(yīng)值之間關(guān)系的一致性，與R2值很接近，說(shuō)明樣本的容量足夠大；試驗(yàn)的變異系數(shù)（CV）分別為0.79%、1.07%、0.57%，表明3個(gè)模型均具有良好的可靠性與精密度，且可以實(shí)際應(yīng)用[24]。

表4 回歸模型方差分析Table 4 Analysis of variance of regression model

圖4a顯示了沙棘添加量與熬煮時(shí)間的交互作用對(duì)產(chǎn)品TSS含量的影響，熬煮時(shí)間的影響強(qiáng)于沙棘添加量，果醬樣品的TSS含量隨沙棘添加量和熬煮時(shí)間的增加而升高。圖4b顯示了沙棘添加量與熬煮時(shí)間的交互作用對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分的影響，感官評(píng)分的峰值出現(xiàn)在沙棘添加量11%~13%和熬煮時(shí)間24~26 min之間。圖4c顯示了沙棘添加量與白砂糖添加量的交互作用對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分的影響，感官評(píng)分的峰值出現(xiàn)在沙棘添加量11%~13%和白砂糖添加量14%~16%之間。圖4d顯示了熬煮時(shí)間與白砂糖添加量的交互作用對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分的影響，感官評(píng)分的峰值出現(xiàn)在熬煮時(shí)間24~26 min和白砂糖添加量14%~16%之間。圖4e顯示了沙棘添加量與白砂糖添加量的交互作用對(duì)產(chǎn)品綜合評(píng)分的影響，綜合評(píng)分的峰值出現(xiàn)在沙棘添加量11%~13%和白砂糖添加量14%~16%之間。圖4f顯示了熬煮時(shí)間與白砂糖添加量的交互作用對(duì)產(chǎn)品綜合評(píng)分的影響，綜合評(píng)分的峰值出現(xiàn)在熬煮時(shí)間24~26 min和白砂糖添加量14%~16%之間。圖4g顯示了沙棘添加量與熬煮時(shí)間的交互作用對(duì)產(chǎn)品綜合評(píng)分的影響，綜合評(píng)分的峰值出現(xiàn)在沙棘添加量11%~13%和熬煮時(shí)間24~26 min之間。將綜合評(píng)分最大值設(shè)為最佳優(yōu)化條件，得到最終結(jié)果為：沙棘添加量12.72%，白砂糖添加量15.32%，熬煮時(shí)間25.15 min，該條件下果醬產(chǎn)品的品質(zhì)最佳。根據(jù)實(shí)際操作的可行性，將工藝配方調(diào)整為：沙棘添加量12%，白砂糖添加量15%，熬煮時(shí)間25 min。對(duì)此條件進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，所得沙棗沙棘復(fù)合果醬綜合評(píng)分的均值為75.61，接近預(yù)測(cè)值76.95。因此，基于響應(yīng)面法所得的最佳配方準(zhǔn)確可靠，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

圖4 各因素交互作用對(duì)復(fù)合果醬響應(yīng)值影響的響應(yīng)曲面圖Fig.4 Response surface diagram of the effect of factors interaction on response values of compound jam

2.3 果醬的品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

對(duì)按照優(yōu)化工藝配方制得的沙棗沙棘復(fù)合果醬進(jìn)行部分品質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定，結(jié)果表明：果醬pH值為3.80，蛋白質(zhì)含量0.87%，多酚含量4.32 mg/g，黃酮含量0.67 mg/g，還原糖含量3.67%。

2.4 沙棗沙棘復(fù)合果醬的貨架期預(yù)測(cè)結(jié)果

在27℃及37℃下觀察91 d，沙棗沙棘復(fù)合果醬的菌落總數(shù)≤1×104CFU/g、霉菌數(shù)≤1.0×102CFU/g，均未超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[25]，且未檢出任何致病菌。果醬在儲(chǔ)藏過程中由于溫度的影響其雙糖或多糖會(huì)降解，導(dǎo)致pH值降低，因此以pH值為貨架期預(yù)測(cè)的指標(biāo)。果醬的pH值小于3時(shí)[26]，果醬糖酸比失衡，以此作為貨架期預(yù)測(cè)終點(diǎn)。由表5可知，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，pH值的降低趨勢(shì)加快。37℃儲(chǔ)藏第42天果醬嚴(yán)重衰敗，即果醬在37℃的貨架期為35 d，27℃的貨架期為91 d。由公式（1）可得Q10＝91/35＝2.6。由公式（2）可得在商業(yè)儲(chǔ)藏溫度20℃的貨架期為：θ20℃＝35×2.61.7=177.36 d。

表5 儲(chǔ)藏期間果醬的pH值變化Table 5 pH changes of jam during storage

對(duì)最優(yōu)生產(chǎn)工藝條件下的沙棗沙棘復(fù)合果醬貨架期模型進(jìn)行驗(yàn)證，根據(jù)模型方程計(jì)算儲(chǔ)藏溫度15℃、25℃下的果醬pH值得到貨架期預(yù)測(cè)值，與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，結(jié)果見表6。

表6 不同溫度下沙棗沙棘果醬的貨架期預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值Table 6 Predicted value and measured value of shelf life of Elaeagnus angustifolia and Hippophae rhamnoides jam at different temperatures

由表6可知，在15℃和25℃條件下，沙棗沙棘復(fù)合果醬貨架期預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差分別為1.25%和2.69%，均小于10%，說(shuō)明建立的依靠果醬pH值為判定標(biāo)準(zhǔn)的貨架期預(yù)測(cè)模型可以很好地預(yù)測(cè)沙棗沙棘果醬在15~35℃的貨架期。

3 結(jié)論

本研究以新疆特色產(chǎn)品沙棗和沙棘為原料研制復(fù)合果醬，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過響應(yīng)面法優(yōu)化了果醬的最佳工藝配方。沙棘既作為原料，又作為酸味劑、護(hù)色劑代替檸檬酸。沙棗沙棘復(fù)合果醬的最優(yōu)工藝配方為：沙棘添加量12%，白砂糖添加量15%，熬煮時(shí)間25 min。應(yīng)用ASLT法建立Q10模型，預(yù)測(cè)沙棘沙棗復(fù)合果醬在不添加防腐劑的情況下，20℃條件下的貨架期為177 d。