響應面法優化桑葚-石榴復合型果茶的工藝研究

布海麗且姆·阿卜杜熱合曼，南貝貝，何志平，秦曉艷

（新疆理工學院 食品科學與工程學院，新疆阿克蘇 843000）

桑葚味甘性寒，富含維生素、類黃酮以及多種免疫活性物質，其營養價值是葡萄的4倍，具有防癌抗癌、軟化血管以及提高人體免疫力等功效，是一種藥食同源的草本植物，被譽為“保健果品”[1-4]。 新疆地區的果桑產量大開發小，相關產業受重視程度也不夠高，故出現桑果落地無人摘的現象[5]。

石榴味甘性溫，富含氨基酸以及多酚類物質[6]，總抗氧化能力是綠茶或葡萄酒的3倍[7]，具有抗癌[8]、降血糖[9]以及抑制致病菌生長[10]等功效，被譽為“九州名果”[11]。因新疆地區石榴產品深加工開發力度不夠，使得石榴相關產品發展受限[12]。

本文以桑葚和石榴為果茶原材料，添加金銀花和紅茶浸提液進行調味，通過單因素實驗及響應面實驗探索桑葚-石榴復合型果茶的最優配方，研制一款綠色健康的果茶飲品，為新型復合型果茶飲料的研制提供科學的參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器設備

桑葚、石榴、白砂糖，市售；紅茶，光山縣雞公山茶廠；金銀花，光山縣韓氏茶葉有限責任公司。

ATG16-WS高速離心機，常州市金壇友聯儀器研究所；HWS-24恒溫水浴鍋，上海精密儀器儀表有限公司；FA1204B分析天平，上海佑科儀器儀表有限公司；MJ-LZ25Easy121美的攪拌機，廣東美的生活電器制造有限公司；FJ200-SH高剪切乳化劑，常州樂足機械科技有限公司。

1.2 果茶加工工藝流程設計

①桑葚汁加工工藝為新鮮桑葚→挑選→清洗→浸泡→破碎→榨汁→過濾→離心→桑葚汁備用。②石榴汁加工工藝為新鮮石榴→挑選→清洗→浸泡→破碎→榨汁→過濾→離心→石榴汁備用。③成品加工工藝為混合攪拌（桑葚汁+石榴汁）→調配（金銀花、紅茶浸提液+白砂糖）→均質→灌裝→封口→殺菌→冷卻→成品。

1.3 實驗方法

1.3.1 桑葚汁的制備

采用新疆本地所產黑桑葚，剔除存在腐爛、機械破損的桑果，將合格的黑桑葚果實進行稱量清洗，放入濃度為5%的食鹽溶液中浸泡5 min，隨后將其與水按一定比例進行破碎榨汁，在4000 r/min的離心機轉速下，離心5 min取上清液，用160 mm篩網對桑葚汁進行過濾，得到新鮮的桑葚汁備用。

1.3.2 石榴汁的制備

采用新疆本地所產石榴，挑選皮薄粒大水分多的石榴作為實驗原材料，將挑選合格的石榴進行清洗去皮保留完整的石榴籽，隨后將石榴籽與水按一定比例進行破碎榨汁，在4000 r/min的離心機轉速下，離心5 min取上清液，用160 mm篩網進行過濾，得到新鮮的石榴汁備用。

1.3.3 金銀花、紅茶浸提液的制備

稱取一定量金銀花和紅茶，金銀花按1∶50（g∶mL）比例加入85 ℃熱水，紅茶按1∶100（g∶mL）比例加入85 ℃熱水，放入水浴鍋內浸提45 min，浸提液過80 mm篩網進行過濾，得到現制的金銀花浸提液備用。

1.3.4 桑葚-石榴復合型果茶制備和調配流程

加入適量金銀花、紅茶浸提液以及白砂糖對混合液進行調味，將樣品放入高壓均質機均質2次，溫度為50 ℃，壓力為20～25 MPa，使混合液質地均勻，組織細膩順滑[13]。將均質后的果茶飲料加熱至85 ℃，立即進入灌裝封口環節[14]；利用沸水浴在100 ℃下殺菌15～20 min后，在溫水中自然冷卻至室溫即可[15]。

1.3.5 單因素實驗

設計金銀花浸提液添加量分別為20%、25%、30%、35%和40%，紅茶浸提液添加量分別為15%、20%、25%、30%和35%，白砂糖添加量分別為0.6%、0.8%、1.0%、1.2%和1.4%，桑葚汁與石榴汁體積比分別為1∶2、1∶1、2∶1、3∶1和4∶1條件下制作桑葚-石榴復合型果茶，考察以上4個因素對桑葚-石榴復合型果茶制作工藝的影響。

1.3.6 響應面實驗設計

通過Design-Expert軟件，結合單因素實驗結果，以感官評分（Y）為評價指標，設計響應面實驗，見表1，得到果茶制作的最優工藝條件。

表1 響應面實驗設計因素與水平

1.3.7 果茶感官評定

桑葚-石榴復合型果茶的感官評價標準設定參照《食品安全國家標準 飲料》（GB 7101—2015），并結合本產品的特征，由20名食品專業相關人員組成感官評價小組，對各個樣品從色澤、氣味、滋味以及組織狀態4方面進行評分，實行百分制，取均值作為最終分數。評分標準如表2所示。

表2 桑葚-石榴復合型果茶的感官評分標準

1.3.8 數據處理

采用Excel統計分析軟件對單因素結果進行分析作圖，得到各個單因素的最佳添加量，再利用Design Expert 13.0軟件設計桑葚-石榴復合型果茶響應面實驗，并且建立回歸方程，觀察各因素間的相互作用情況。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果分析

2.1.1 金銀花浸提液添加量對果茶感官評分的影響

由圖1可知，當金銀花浸提液添加量在20%～40%，果茶的感官評分呈現先上升后下降的趨勢。當添加量為30%時，果茶的感官評分出現最大值，此時果茶酸甜協調，最大限度地保留了桑葚和石榴本身特有的果香味。隨著金銀花浸提液的增加，果茶的感官評分有所降低。其中，色澤和滋味的變化尤為明顯。

圖1 金銀花浸提液添加量對果茶感官評分的影響

2.1.2 白砂糖添加量對果茶感官評分的影響

由圖2可知，白砂糖的添加量對果茶的口感有協調增效的作用。當白砂糖添加量在0.6%～1.4%時，感官分數呈現先上升后下降的趨勢。當白砂糖的添加量小于1.0%時，果茶的整體口感偏酸，果茶甜味不明顯；當白砂糖添加量為1.0%時，果茶酸甜協調，口感最佳。繼續增加白砂糖用量，甜味過重，會掩蓋其他原料的酸度，且過膩。此外，還會導致美拉德反應程度增大，使果茶顏色加深，無光澤。

圖2 白砂糖添加量對果茶感官評分的影響

2.1.3 紅茶浸提液添加量對果茶感官評分的影響

由圖3可知，當紅茶浸提液添加量為20%時，果茶感官評分出現最大值，此時果茶口感均衡，無其他怪味，果茶色澤明亮。當紅茶浸提液添加量在20%以下時，果茶的茶味偏淡，甜味增加，口感降低；紅茶浸提液添加量在20%以上，果茶出現茶味偏重，苦味增加，口感較差。

圖3 紅茶浸提液添加量對果茶感官評分的影響

2.1.4 桑葚汁與石榴汁體積比對果茶感官評分的影響

由圖4可知，桑葚汁與石榴汁體積比對果茶的感官評分影響較大，當桑葚汁與石榴汁體積比為3∶1時，果茶因桑葚汁的添加出現酸甜協調，口感順滑的現象，同時存在濃郁的桑果味和淡淡的石榴清香味，此時感官評分最高。

圖4 桑葚汁與石榴汁體積比對果茶感官評分的影響

2.2 響應面實驗結果分析

在單因素實驗結果基礎上進行響應面設計，結果如表3所示，回歸模型方差分析結果見表4。

表3 響應面實驗結果

（續表3）

由響應面設計軟件進行二次響應面回歸分析，得到方程式為Y=96.60-0.2500A+0.1667B-1.00C-0.0833D-0.5000AB+1.75AC+0.5000AD-1.75BC-1.25BD-2.00CD-6.05A2-4.67B2-6.43C2-5.80D2。

由表4可知，模型值P＜0.0001，失擬項值P=0.0667＞0.05，回歸方程相關系數R2=0.9744；綜合以上數據，說明本實驗模型的擬合度較好。通過對 桑葚-石榴復合型果茶的工藝優化實驗分析，得到一次項紅茶浸提液添加量(C)對結果影響為極顯著 （P＜0.01）；交互項BD對結果影響為顯著（P＜0.05）；交互項AC、BC、CD對結果影響為極顯著（P＜0.01）。通過判斷以上4個因素的P值，可得到對桑葚-石榴復合型果茶感官評分的影響程度依次為紅茶浸提液添加量（C）＞金銀花浸提液添加量（A）＞白砂糖添加量（B）＞桑葚汁與石榴汁的體積比（D）。

表4 回歸模型方差分析

2.3 響應面曲線圖分析

由圖5（a）可知，金銀花浸提液的添加量與紅茶浸提液的添加量對感官評分具有極其顯著的影響，且等高線圖趨近于橢圓形。由圖5（b）可知，紅茶浸提液添加量與白砂糖添加量對感官評分也具有極其顯著的影響，且等高線圖趨近于橢圓形。同理可得，圖5（c）中紅茶浸提液添加量和桑葚汁與石榴汁體積比對感官評分也具有極其顯著的影響。

圖5 各因素對產品綜合評分影響的響應面及等高線圖

2.4 最優配方的驗證實驗

根據Design Expert 13.0軟件分析得出桑葚-石榴復合果茶的最佳工藝條件為金銀花浸提液添加量為25.843%，白砂糖添加量為1.064%，紅茶浸提液添加量為20.863%，桑葚汁∶石榴汁（體積比）為2.934∶1，按照上述工藝要求最終制作的桑葚-石榴復合果茶的感官評分為91.677分。考慮到實際操作要求，將最佳工藝參數調整為金銀花浸提液添加量為26%，白砂糖添加量為1.1%，紅茶浸提液添加量為21%，桑葚汁與石榴汁的體積比為3∶1。為保證模型的準確性，將上述最優工藝條件進行驗證實驗，確定最終桑葚-石榴復合果茶的感官評分為92.5分，結果與回歸模型的預測值大致相同，反映了回歸模型的準確性。

3 結論

本實驗研究表明桑葚-石榴復合型果茶的最佳工藝條件為金銀花浸提液添加量為26%，白砂糖添加量為1.1%，紅茶浸提液添加量為21%，桑椹汁與石榴汁的體積比為3∶1。同時，經響應面實驗結果反映各個因素對桑葚-石榴復合型果茶的感官評分影響順序依次為紅茶浸提液添加量＞金銀花浸提液添加量＞白砂糖添加量＞桑葚汁與石榴汁的體積比。此次實驗研究不僅拓寬了復合型水果茶的現有種類，也將帶動新疆地區所產的桑葚和石榴產業 發展。