基于單因素實驗采用響應面優化竹汁果凍的工藝配方

段艾伶，李翔宇，嚴 寬

（宜賓學院 農林與食品工程學部，四川宜賓 644000）

竹汁是從竹中提取的天然汁液，有較為豐富的營養價值[1]。果凍是一種由可食用凝膠劑制成的口感細膩、凝膠狀態的制品。目前，國內外在果凍研發實驗中對探究最佳配方的實驗設計思路主要分為正交實驗設計和響應面優化實驗設計。本研究首次運用竹汁作為主要原材料，結合現代果凍制作工藝，采用響應面優化法預測竹汁果凍的最佳工藝配方，并通過驗證試驗后得到竹汁果凍的最佳工藝配方，為研發一種新型竹食品——竹汁果凍提供科學依據，從而制得一款天然營養、口感尚佳的竹汁果凍。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

竹汁（四川省通園制藥集團有限公司）；卡拉膠（河南騰達食品配料有限公司）；赤蘚糖醇（日本日研化學公司）；魔芋膠、明膠片（東方珍味食品有限公司）。

1.2 試驗方法

以復合凝膠劑的添加量、竹汁的添加量、赤蘚糖醇的添加量為影響因素，進行單因素試驗。基于前期竹汁果凍單因素試驗的基礎，從而進一步縮小了各因素的最佳用量范圍，確定在赤蘚糖醇添加量5%～15%、竹汁添加量為5%～25%、復配膠添加量為0.6%～1.0%進行響應面優化實驗，通過響應面優化分析可預測理論最佳工藝配方和最高感官得分值，并在理論最佳條件進行產品驗證試驗和質量檢驗，從而得到竹汁果凍的最佳工藝配方。

1.2.1 竹汁果凍工藝優化響應面試驗

在單因素實驗基礎上，利用Box-Behnken中心組合設計實驗方案（表1），采用Design-Expert10.0.1優化竹汁果凍的工藝配方。

表1 Box-Behnken實驗設計方案

1.2.2 竹汁果凍質量評定

按預測所得最佳配方，結合果凍制作工藝，得到竹汁果凍成品，隨后進行果凍質量標準評定。

（1）感官評定。樣品采用感官評分法進行評定，由《果凍》（GB/T 19883—2018）[2]可知果凍感官評價從色澤、滋味氣味和組織形態3個方面進行評價。

（2）理化指標測定。果凍產品的理化指標為蛋白質和可溶性固形物，其中針對以竹汁為主要原材料制成的果凍，理化指標則為可溶性固形物。用數顯糖度計法對竹汁果凍進行可溶性固形物含量測定。

（3）微生物指標測定。參照《食品安全國家標準果凍》（GB 19299—2015）[3]的方法測定。

1.3 數據處理

利用Excel 2019對數據進行收集和處理，采用Design-Expert 10.0.1根 據Box-Behnken實 驗方案數據擬合得到二次多項函及相應的模型，即可利用該模型預測出最佳配方和感官評分理論最高值。

2 結果與分析

2.1 回歸模型的建立及顯著性分析檢驗

在前期單因素實驗的基礎上，以感官評價得分（Y，分）為響應值，利用Box-Behnken中心組合設計實驗模型，擬合二次多項方程可得最優工藝配方及最高感官評價得分。3因素3水平的響應面試驗結果如表2所示。

表2 Box-Behnken設計方案及結果

通過采用Design-Expert10.0.1軟件對Box-Behnken設計方案和結果數據進行擬合二次方程，可得二次多項回歸方程：Y=0.076A+0.41B+0.25C-0.47AB-0.047AC+0.068BC-1.23A2-1.07B2-1.73C2+85.88。

為更好檢驗模型的有效性，對響應面模型進行方差和顯著性分析，回歸模型的方差分析結果如表3。

由表3方差分析可知，回歸模型的F值為20.15，P值為0.000 3，表示該回歸模型極顯著；失擬項F值為0.22，P值為0.878 7，表示失擬項不顯著。由此，說明該模型可接受并可用于評估3個自變量對于感官評價得分的影響，即表示該模型可用于評估竹汁果凍的感官評價得分[4]。

表3 回歸模型的方差分析表

2.2 響應面分析

由圖1可知，當竹汁添加量為22.216 4%，赤蘚糖醇添加量為10.336%時，響應曲面為最高點且等高線形狀為馬鞍狀，表明竹汁添加量和赤蘚糖醇添加量間的相互作用對竹汁果凍的感官評價得分影響極顯著。

圖1 竹汁和赤蘚糖醇添加量兩因素間交互作用對感官得分的響應面和等高線圖

由圖2可知，當竹汁添加量為22.216 4%，復配膠添加量為0.812 442%時，響應曲面達到最高點且等高線形狀為馬鞍狀，表明竹汁添加量和復配膠添加量間的相互作用對竹汁果凍的感官評價得分影響極顯著。

圖2 竹汁和復配膠添加量兩因素間交互作用對感官得分的響應面和等高線圖

由圖3可知，當赤蘚糖醇添加量為10.036 6%、復配膠添加量為0.812 442%時，響應曲面達到最高點，等高線呈馬鞍狀，表明赤蘚糖醇添加量和復配膠添加量的相互作用對竹汁果凍的感官評價得分影響極顯著。

圖3 赤蘚糖醇和復配膠添加量兩因素間交互作用對感官得分的響應面和等高線圖

2.3 竹汁果凍最佳加工工藝配方和回歸模型驗證

利用回歸模型通過響應面法可擬合得到最佳竹汁果凍的加工工藝配方。擬合所得最佳工藝條件為竹汁添加量22.216 4%，復配膠添加量0.812 442%，赤蘚糖醇添加量10.336 6%。并且通過響應面法得到該配方的竹汁果凍感官評價得分預測值為85.306 5分。此外，考慮到實際操作情況與工業生產便利性等情況，將上述原料按百分率換算為竹汁添加量22%，復配膠添加量0.8%，赤蘚糖醇添加量10%。

采用上述最優竹汁果凍加工工藝配方，重復進行3次驗證實驗，制得一款色澤金黃、口感柔滑且獨具竹味清香的果凍，再對其進行感官評價。所得感官評價得分為（85±1.09）分，與預測值相似度為98.36%～99.09%，說明竹汁果凍最佳工藝配方為竹汁添加量22%，赤蘚糖醇添加量10%，復配膠添加量0.8%。

2.4 質量分析

2.4.1 竹汁果凍感官評定檢驗結果

采用響應面法優化所得的最佳工藝配方，進行驗證試驗，得到一款組織形態良好、口感順滑、色澤金黃、透明無雜質且具有獨特的竹味清香的竹汁果凍。

2.4.2 竹汁果凍的質量指標檢測結果

（1）理化指標的檢測。采用《果凍》（GB/T 19883-2018）中果凍數顯糖度計法對可溶性固形物進行測定。經過實驗，測定竹汁果凍中可溶性固形物的含量為17.39%，符合國家標準。理化指標檢測結果如表4所示。

表4 竹汁果凍質量指標檢測結果

（2）微生物指標的檢測。竹汁果凍微生物參照指標為菌落總數、大腸桿菌數、霉菌和酵母菌數。參照《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數測定》（GB 4789.2—2016）方法對菌落總數進行測定；根據《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 大腸菌群計數》（GB 47893—2016）方法對大腸菌群進行測定；參照《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 霉菌和酵母菌計數》（GB 4789.15—2016）方法對霉菌、酵母菌進行計數。經過微生物檢測，菌落總數、霉菌和酵母菌的檢出量分別為31 CFU·g-1、9 CFU·g-1、11 CFU·g-1，均符合國家標準。

3 討論

本研究探索竹汁果凍的最佳配方采用的分析方法為響應面優化法，相較于正交分析法，響應面優化法所需實驗組數較多，理解相對困難，但響應面優化法是在一連續范圍內選取最高數值，同時也將單因素間相互作用對響應值的影響包含在實驗設計方案內。利用Design-expert10.0.1根據響應面擬合所得二次多項方程式建立3D模型，可更為直觀了解到各因素間的相互作用對響應值的影響程度和對竹汁果凍的最佳工藝進行優化，故該方法所得結果更為精準且理論值預測能力較正交分析法更為突出[6]。因此，本研究在探究竹汁果凍的最佳工藝配方時選擇響應面優化法，使得結果更為準確和可靠，為預測果凍最佳工藝條件的分析方法選擇上提供了一定的參考價值。

4 結論

采用最佳工藝配方制得的竹汁果凍色澤金黃、組織形態良好、口感彈牙、呈透明狀少雜質且具有獨特的竹味清香。實驗主要是在單因素實驗基礎上進行響應面優化實驗，在驗證實驗中的感官得分為（85±1.09）分，與理論最高感官評價得分近似度為98.36%～99.09%。成品的各質量指標均符合國家標準。綜上，竹汁果凍最優工藝配方為22%竹汁用量、10%赤蘚糖醇用量、0.8%的復配膠（魔芋膠∶卡拉膠=2∶1）用量。