響應(yīng)面法優(yōu)化低糖復(fù)合果醬配方

曹雪玲，李樹(shù)彬，劉發(fā)現(xiàn)，楊萌

1. 瓊臺(tái)師范學(xué)院理學(xué)院（海口 570100）；2. 中國(guó)石油吉林石化公司揭陽(yáng)分公司（揭陽(yáng) 522000）

在日常生活中，果醬是人們喜愛(ài)的一種食品。果醬是細(xì)軟、酸甜的一種食物，而且果醬中還具有水果所具有的營(yíng)養(yǎng)成分，幾種水果混合就可使其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更加豐富[1]。同時(shí)果醬中還含有豐富的礦物質(zhì)和纖維等物質(zhì)，另外還有一些抗氧化成分如類(lèi)黃酮、花青素，這些微量元素都對(duì)人體有益[2-3]。而且果醬中的果膠還是果醬中非常典型的營(yíng)養(yǎng)素，這種柔軟的膳食纖維比普通的粗纖維吸水性要更強(qiáng)，因而食用果醬不會(huì)像粗纖維一樣有傷害食道或胃腸道的危險(xiǎn)[4]。

然而傳統(tǒng)果醬長(zhǎng)時(shí)間保存產(chǎn)品導(dǎo)致果醬的含糖量在60%以上，但如今健康食物成為主流，“三低”（低鹽、低糖、低脂）成為食物的普遍標(biāo)準(zhǔn)，從而導(dǎo)致傳統(tǒng)果醬市場(chǎng)越來(lái)越小[5]。所以，低糖果醬應(yīng)運(yùn)而生，低糖果醬因?yàn)楹橇康蛷亩邆淝逅孢m口感的特點(diǎn)，同時(shí)還符合“三低”的健康標(biāo)準(zhǔn)，具有巨大的市場(chǎng)前景。同時(shí)我國(guó)單一果醬種類(lèi)繁多，復(fù)合果醬的種類(lèi)少之又少[6]，所以，為了擴(kuò)大果醬的市場(chǎng)，開(kāi)發(fā)更多種類(lèi)的果醬，同時(shí)彌補(bǔ)單一果醬營(yíng)養(yǎng)單一的缺點(diǎn)，而研制出符合市場(chǎng)需求的低糖復(fù)合營(yíng)養(yǎng)果醬[7]。

通過(guò)單因素試驗(yàn)、正交試驗(yàn)與響應(yīng)面試驗(yàn)相結(jié)合方式篩選出低糖復(fù)合營(yíng)養(yǎng)果醬的最佳配方，按照優(yōu)化的工藝和配方生產(chǎn)出一種新型低糖復(fù)合果醬。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

山楂、胡蘿卜、番茄（吉林市鐵東果蔬批發(fā)市場(chǎng)）；木糖醇（南京甘汁園糖業(yè)有限公司）；羧甲基纖維素鈉（東營(yíng)臨廣化工有限公司）；殼聚糖（河南百康化工科技有限公司）；魔芋粉（武漢市清江魔芋制品有限公司）；氯化鈉（山東岱岳制鹽有限公司）；維生素C（廈門(mén)潤(rùn)科化工科技有限公司）；檸檬酸（蘇州尚馬化工科技有限公司）；所有試劑均為食品級(jí)。

1.2 試驗(yàn)儀器與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司，F(xiàn)E28型]；榨汁機(jī)（九陽(yáng)股份有限公司，Z5-LZ198）；流變儀（美國(guó)TA儀器公司，DHR-3）；色彩色差計(jì)（日本柯尼卡美能達(dá)，CR-10Plus）；折光儀（日本愛(ài)拓儀器公司，RX-5000i）；超高壓設(shè)備（天津市華泰森淼生物工程技術(shù)有限公司，L2-700）；真空封口機(jī)（山東小康機(jī)械有限公司，DZ-700/2S）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 低糖果醬的生產(chǎn)工藝流程

原料選擇→清洗→預(yù)煮、打漿→配料→濃縮→冷卻→密封→殺菌→成品

1.3.1.1 原料選擇和清洗

番茄挑選飽滿(mǎn)、表面無(wú)破損、顏色紅潤(rùn)的果實(shí)為優(yōu)。山楂挑選顏色鮮紅、果肉厚實(shí)緊密、表面無(wú)腐爛或病蟲(chóng)害的果實(shí)為優(yōu)。胡蘿卜挑選成熟度好即深橘色、綠皮少、無(wú)糠心、無(wú)腐爛為優(yōu)。

將試驗(yàn)原材料去葉、梗以及其他雜物，用清水反復(fù)清洗原料表面的泥垢，為更好地去除殘留農(nóng)藥還可在清水中浸泡15 min左右。

1.3.1.2 預(yù)煮、打漿

將番茄放入沸水中煮1 min，取出后用冷水沖淋，手工去除番茄表皮，切塊后打漿備用[8]；胡蘿卜去根及綠色部分，切成小塊后，在沸水中煮5 min左右，去除胡蘿卜氣味和防止酶褐變化，將經(jīng)過(guò)軟化的胡蘿卜，趁熱打漿處理，備用；山楂切成兩瓣，去核后切成1～2 cm的薄片，在沸水中煮5 min，軟化打漿，備用[9]。

番茄、胡蘿卜和山楂按照6∶2∶2（W/W）的比例進(jìn)行打漿處理后，原料中加入一定量的檸檬酸、氯化鈉和維生素C復(fù)合護(hù)色液護(hù)色，防止褐變發(fā)生[9]。

1.3.1.3 配料與濃縮

按照番茄漿、胡蘿卜漿和山楂漿混合果醬的量加入一定比例復(fù)合增稠劑，魔芋粉和羧甲基纖維素鈉按照1∶5（W/W）混合均勻后加熱[10]，加入木糖醇、檸檬酸等調(diào)配，熬制可溶性固形物含量為15%～40%，整個(gè)過(guò)程均需不斷攪拌。

1.3.1.4 密封與殺菌

以聚乙烯復(fù)合袋真空密封，常溫下高壓中殺菌，即得成品。

1.3.2 感官指標(biāo)測(cè)定

請(qǐng)15位經(jīng)過(guò)食品感官評(píng)定培訓(xùn)的人員進(jìn)行感官評(píng)定，對(duì)復(fù)合營(yíng)養(yǎng)果醬的色澤、氣味、口感、組織狀態(tài)進(jìn)行打分，滿(mǎn)分為100分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1[11-12]。

表1 果醬的感官評(píng)定表

1.3.3 護(hù)色劑添加比例

打漿處理后的果漿，番茄、山楂、胡蘿卜按照6∶2∶2（W/W）比例混合，根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果，選擇檸檬酸（0.1%，0.2%和0.3%）、氯化鈉（0.05%，0.15%和0.25%）和維生素C（0.1%，0.2%和0.3%）進(jìn)行護(hù)色處理。護(hù)色劑采用三因素三水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 果醬護(hù)色劑的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表 單位：%

1.3.4 響應(yīng)面試驗(yàn)

基于前期單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)，對(duì)果醬品質(zhì)產(chǎn)生主要影響的木糖醇添加量、增稠劑添加量、濃縮時(shí)間三者設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)。其中，以木糖醇添加量、增稠劑添加量、濃縮時(shí)間3個(gè)因素作為自變量，以感官評(píng)分、固形物含量、色差得到的綜合評(píng)分為響應(yīng)值，運(yùn)用Design-Expert軟件，進(jìn)行響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn)，見(jiàn)表3[13-14]。

表3 低糖復(fù)合果醬配方優(yōu)化響應(yīng)面因素與水平

2 結(jié)果與分析

2.1 果醬護(hù)色劑配比的確定

色澤是果醬感官評(píng)價(jià)重要的指標(biāo)之一，而加入護(hù)色劑可以更好地抑制果醬褐變現(xiàn)象的發(fā)生。一般來(lái)說(shuō)，果醬褐變是由一些酚類(lèi)物質(zhì)在多酚氧化酶的作用下氧化成醌類(lèi)物質(zhì)，破壞組織和細(xì)胞后，從而加深果醬的色澤。維生素C具有很強(qiáng)的還原性，可以把醌類(lèi)還原為酚類(lèi)，有效抑制褐變的發(fā)生[15]。而氯化鈉在一定濃度下對(duì)酶蛋白有抑制作用。此外，檸檬酸的羰基能與多酚氧化酶中的銅離子螯合[16]，在一定程度上抑制多酚氧化酶的活性，進(jìn)一步降低果醬褐變的發(fā)生，從而起到護(hù)色作用。

從表4可以看出，影響果醬護(hù)色效果的主要順序，影響最大的為維生素C含量，次之為檸檬酸含量，影響最小的是氯化鈉含量，這與三者抑制褐變的作用機(jī)理一致。最佳護(hù)色方案為A2B2C2，即在檸檬酸添加量0.2%、維生素C添加量0.2%、氯化鈉添加量0.15%條件下，理論上護(hù)色劑效果最好。但由于試驗(yàn)中并未出現(xiàn)該組合，因此需要與試驗(yàn)號(hào)2（色差變化值最小）進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果對(duì)比顯示A2B2C2，即實(shí)際上護(hù)色劑比例為檸檬酸添加量0.2%、維生素C添加量0.2%、氯化鈉添加量0.15%時(shí)，護(hù)色效果最好。

表4 護(hù)色劑護(hù)色效果的正交試驗(yàn)結(jié)果

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化果醬配方

2.2.1 響應(yīng)面數(shù)據(jù)預(yù)處理

對(duì)果醬最終品質(zhì)的評(píng)價(jià)并非單一的感官評(píng)價(jià)構(gòu)成，其營(yíng)養(yǎng)成分、色澤同樣重要，將這些主觀和客觀指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，才能成為優(yōu)選果醬最佳工藝的過(guò)程，因此試驗(yàn)利用隸屬函數(shù)原理[17-18]，計(jì)算出響應(yīng)值。感官評(píng)分的權(quán)重系數(shù)為0.5、可溶性固形物含量權(quán)重系數(shù)為0.25、色差值權(quán)重系數(shù)為0.25。

其中，感官評(píng)分和可溶性固形物含量的隸屬函數(shù)值按式（1）計(jì)。

色差值的隸屬函數(shù)值按式（2）計(jì)算。

式中：Yi為同一指標(biāo)中的量值；Ymin、Ymax分別為同一指標(biāo)中的最小值和最大值。綜合評(píng)分=隸屬函數(shù)值×權(quán)重系數(shù)計(jì)算出響應(yīng)值。

不同配方下，感官評(píng)價(jià)、可溶性固形物含量及色差值見(jiàn)表5。將其帶入隸屬函數(shù)關(guān)系中得到表6，進(jìn)行方差分析。

表5 果醬的響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

表6 果醬的響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果

2.2.2 回歸模型的建立和方差分析

由表7的方差分析結(jié)果可見(jiàn)，該模型顯著[19]。復(fù)相關(guān)系數(shù)R2=99.25%，R2adj=97.89%，均大于95%，說(shuō)明該方程擬合情況非常好，可以解釋大多數(shù)因變量變化，隨機(jī)誤差可能引起小部分的數(shù)據(jù)失擬。失擬項(xiàng)用于表示所用模型與試驗(yàn)擬合的程度，即二者差異的程度[19]。試驗(yàn)中失擬項(xiàng)的P為0.610 1，不顯著，這對(duì)模型有利，推出無(wú)失擬因素的存在，因此可用上述回歸方程代替試驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。總體來(lái)說(shuō)，模型的擬合程度很好，試驗(yàn)誤差比較小，模型可以成立，可用該模型對(duì)果醬的最佳配比進(jìn)行分析。由自變量F可知，3個(gè)因素對(duì)低糖復(fù)合營(yíng)養(yǎng)果醬品質(zhì)的影響排序?yàn)槟咎谴继砑恿浚驹龀韯┨砑恿浚緷饪s時(shí)間。

表7 回歸模型方差分析

通過(guò)Design-Expert軟件對(duì)該響應(yīng)面進(jìn)行回歸分析，得到綜合評(píng)分的二次多元方程[20]：Y=0.64+0.100A+ 0.59B+0.13C-0.43AB-0.011AC-7.530E-003BC- 0.12A2-2.169E-003B2-0.14C2。

2.2.3 響應(yīng)面和等高線圖分析

圖1 各因素交叉作用響應(yīng)面圖

2.2.4 最佳條件的選取及驗(yàn)證試驗(yàn)

木糖醇添加量7.36%，增稠劑添加量0.94%，濃縮時(shí)間13.05 min。在此工藝條件下，綜合評(píng)分預(yù)測(cè)值為0.771 815（單位為1）。考慮實(shí)際操作因素，將加工工藝修正為木糖醇添加量8%，增稠劑添加量1.0%，濃縮時(shí)間15 min。因?yàn)轫憫?yīng)面試驗(yàn)分析得出低糖復(fù)合果醬最佳加工工藝和實(shí)際操作存在誤差因素，為驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，進(jìn)行3次重復(fù)提取試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表8。

由表8可知，優(yōu)化工藝的綜合評(píng)分為0.681 7分，與預(yù)測(cè)評(píng)分相差較小（誤差小于1%），該試驗(yàn)方法可用于對(duì)果醬品質(zhì)分析預(yù)測(cè)。所以，由響應(yīng)面試驗(yàn)可推出最佳參數(shù)：木糖醇添加量8%、增稠劑添加量1.0%、加熱濃縮時(shí)間15 min。3個(gè)因素對(duì)果醬綜合品質(zhì)影響力的大小依次是加熱濃縮時(shí)間＞木糖醇添加量＞增稠劑添加量。

表8 最佳工藝條件的驗(yàn)證 單位：分

3 結(jié)論

以番茄、胡蘿卜及山楂為原料，制作混合低糖果醬。通過(guò)正交試驗(yàn)確定護(hù)色劑中維生素C為果漿質(zhì)量的0.20%、檸檬酸為果漿質(zhì)量的0.20%、氯化鈉為果漿質(zhì)量的0.15%。由響應(yīng)面試驗(yàn)可推出最佳工藝參數(shù)：木糖醇添加量8%、增稠劑添加量1.0%、加熱濃縮時(shí)間15 min。優(yōu)化工藝的綜合評(píng)分為0.681 7分，與預(yù)計(jì)分?jǐn)?shù)基本一致。該工藝配方做出成品的感官指標(biāo)在色澤上富有光澤，成品顏色為橙色，顏色均勻一致，并且沒(méi)有產(chǎn)生焦糊，在風(fēng)味上，成品果味濃郁，無(wú)其他異味，在口感上，味道酸甜可口，果香濃郁，肉眼看去果醬剔透，沒(méi)有明顯的沉淀，膠凝效果良好，無(wú)流散狀與脫水現(xiàn)象的發(fā)生，醬體質(zhì)地柔軟，涂抹時(shí)沒(méi)有生硬感。