響應面優化零熱量紅茶保健果凍的制作工藝

潘鵬宇，左福敏，何 雨

（貴州醫科大學公共衛生與健康學院，環境污染與疾病監控教育部重點實驗室，貴州貴陽 550025）

果凍外觀晶瑩、口感軟滑、色澤鮮艷，深受廣大消費者青睞，具有廣闊的生產應用前景和良好的市場前景[1-2]。目前，市場上的果凍多數屬高糖酸制品，長時間高糖飲食會導致味覺異常，兒童食用過多富含砂糖的果凍容易引發不良病癥[3]。因此，開發營養價值高且有一定保健功能的果凍，是未來果凍產品的發展方向[4]。

都勻紅茶也稱都勻毛尖紅茶，產于貴州團山一帶，土壤中富含大量的鐵質和磷酸鹽，成品茶色澤鮮艷、外形勻整、香氣清嫩、汁味鮮濃，屬于貴州三大名茶之一，具有降血壓、降血脂、抗癌等功效。因此，研制一種具有保健功效的果凍食品[5-6]，對貴州茶資源的開發和應用具有重要價值。

魔芋膠是一種低蛋白質、高膳食纖維的食品，主要含有魔芋葡甘聚糖，不含熱量，是天然高分子可溶性膳食纖維，具有增稠功效，卡拉膠則常被作為果凍生產的凝膠原料[7]，魔芋膠與卡拉膠得到的復配凝膠網絡結構更為致密[8]。國內黃嬌麗等人[9]利用該復配膠，以大豆異黃酮、木糖醇為原料制作無糖果凍；師聰等人[10]還加入了黃原膠進行復配，以槐花等作為主要原料研制風味果凍。而關于低糖或無糖替代品果凍的工藝研發，Zhao K 等人[11]主要利用甜葉菊提取物等制備無糖的草香黃綠果凍；Akesowan A[12]利用響應面法優化赤蘚糖醇- 三氯蔗糖復合物添加量開發了魔芋果凍飲料。試驗以貴州特色都勻紅茶、魔芋膠和卡拉膠、赤蘚糖醇、羅漢果甜苷為主要原料，通過單因素試驗和響應面試驗分析研究零熱量紅茶保健果凍制作中紅茶汁、復配甜味劑、復配膠、氯化鉀的添加量等工藝參數，確定制作果凍的最佳工藝條件，為研制具有預防保健的新型果凍產品的開發提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料

赤蘚糖醇、魔芋膠、卡拉膠、檸檬酸、KCl、羅漢果甜苷、貴州都勻紅茶，所購皆為食品級。100 目過濾網、稱量紙、勺子若干、玻璃棒、玻璃器皿、不銹鋼盆、果凍模具、飲用礦泉水。

1.2 儀器與設備

DJ-A500 型電子天平，華志福建電子科技有限公司產品；C21-WH2103 型多功能電磁，廣東美的生活電器制造有限公司產品；BCD-649WDGK 型電冰箱，青島海爾股份有限公司產品；MHY-16262 型電熱恒溫水浴鍋，北京美華儀科技有限公司產品。

1.3 工藝流程

1.3.1 紅茶茶湯制備

紅茶→稱量→預泡→浸泡→過濾→紅茶水。

紅茶汁感官評價標準見表1。

表1 紅茶汁感官評價標準

設置不同茶水比進行試驗。各沖泡5～8 min 過濾。找10 名感官評價員作為1 組，按照下面感官評價標準（表1） 評分取平均分，得到適合大多數人的紅茶沖泡比。

1.3.2 果凍制作工藝流程

1.3.3 操作要點

（1） 溶膠、煮膠。洗凈的玻璃器皿中加入熱水，加入稱量好的復配膠、復配甜味劑待完全溶解后放入盛有水的鋼盆中隔水煮膠，并用玻璃棒攪拌5～10 min完成溶膠[13]。

（2） 加檸檬酸、KCl 調配。將稱量好的檸檬酸、KCl 用少量溫水溶化后，緩緩加入到煮好的膠溶液中。此過程需注意凝膠溶液溫度不可過高，需將凝膠溫度降低至50～60 ℃再進行調配。

（3） 注模。調配完成后，將果凍液趁熱快速倒入果凍模具中，待冷卻。

（4） 滅菌、貯藏。恒溫水浴鍋溫度調至80 ℃后把果凍放入恒溫水浴鍋殺菌10～15 min 即可。將果凍取出后冷卻至室溫，放置冷藏柜中3～4 h 后進行果凍感官檢測分析。

1.4 試驗方法

1.4.1 單因素試驗設計

通過預試驗研究，初步確定魔芋膠、卡拉膠復配比為2∶8（按1 g 計）。根據傳統果凍蔗糖添加量12%～14%，而羅漢果甜苷的甜度是蔗糖的300 倍，赤蘚糖醇的甜度是蔗糖的0.65 倍，甜度換算后再考慮節約資源，盡量少用赤蘚糖醇，初步確定赤蘚糖醇和羅漢果甜苷復配甜度比例100∶2。得到基礎配方為復配膠添加量2.0%，復配甜味劑添加量2.04%，檸檬酸添加量0.1%，KCl 添加量0.03%，紅茶汁添加量30.0%。固定5 個因素中的4 個因素，只改變一個因素，經過感官評價得出該因素在果凍中的最適添加量，以此類推初步得出5 個因素的最適添加量。試驗中均是預制50 g 成品果凍，添加比例照計。

1.4.2 響應面試設計驗

在單因素試驗的基礎上（KCl 添加量為0.06%），選取對果凍感官品質影響較大的4 個因素：復配膠添加量（A）、復配甜味劑添加量（B）、茶汁添加量（C）、檸檬酸添加量（D） 作為自變量，使用Boxbehnken 模型[14]，設置最佳3 組水平值進行四因素三水平中心組合試驗。

響應面試驗因素與水平設計見表2。

表2 響應面試驗因素與水平設計/%

1.4.3 果凍感官檢驗

依照國標GB/T 19883—2018 從果凍顏色、風味、組織形態、口感進行感官評價（見表3）。由15 人組成感官評價小組，對紅茶保健果凍進行感官評分，去掉一個最低評分和一個最高評分后取平均值。

1.5 數據處理與分析

用Microsoft Excel 2010 進行數據整理記錄，采用Origin 2021 對單因素試驗結果進行處理分析，利用Design Expert 8.0.6.1 軟件對響應面試驗設計進行數據分析、二次模型的建立并通過對回歸方程解析和響應面的分析獲得最佳變量水平，通過p值（p＜0.05）考查模型及因素的顯著性。對于每組試驗，重復3次，取平均值。

無糖紅茶保健果凍感官品價標準見表3。

表3 無糖紅茶保健果凍感官品價標準

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 不同茶水比對茶汁沖泡品質的影響

不同茶水比對紅茶汁感官品質的影響見圖1。

圖1 不同茶水比對紅茶汁感官品質的影響

由圖1 可知，水中紅茶過多的時候，泡制的茶汁苦澀偏重，潤喉感較差，而水量過多所用紅茶量相對少的時候泡制的茶水又太過清淡，茶香味也淡。最終確定紅茶泡制茶水比例最好控制在1∶50，此時得到的茶汁更加香味撲鼻，具有色澤亮麗、無雜質、醇爽通透、潤喉明顯等特點。

2.1.2 羅漢果甜苷和赤蘚糖醇代糖對果凍感官品質的影響

羅漢果甜苷與赤蘚糖醇配比對果凍感官品質的影響見圖2。

由圖2 可知，通過預試驗設置的不同比例，結果發現試驗組中羅漢果甜苷與赤蘚糖醇配比為2∶100 時得到的成品果凍口感較佳，按照50 g 成品果凍計復配甜味劑添加量為2.04%，且果凍口感爽滑細膩、甜味適口。

圖2 羅漢果甜苷與赤蘚糖醇配比對果凍感官品質的影響

2.1.3 魔芋膠和卡拉膠配配對果凍感官品質的影響

魔芋膠和卡拉膠配比對果凍感官評分的影響見圖3。

圖3 魔芋膠和卡拉膠配比對果凍感官評分的影響

由圖3 可知，魔芋膠比例高時，果凍感官品質一般，此時的凝膠形態很差，果凍彈性差，質地較為黏稠，隨著魔芋膠添加比例減少，卡拉膠比例增加后，果凍感官品質有所改善，當魔芋膠與卡拉膠配比為3∶7 時，果凍凝膠效果較好，再度增加卡拉膠比例得到的果凍凝結效果很差，整體呈松散狀。所以，由此得出復配膠（魔芋膠∶卡拉膠） 最佳凝膠配比為3∶7，按50 g 成品果凍計此刻復配膠添加量為2.0%。

2.1.4 紅茶茶汁添加量對成品果凍感官品質的影響

紅茶茶汁添加量對成品果凍感官品質的影響見圖4。

由圖4 可知，茶汁添加過多，或者不足都會影響果凍感官品質，當紅茶水添加量為40%時生產出來的果凍光滑并且呈均勻一致的淺褐色，茶香味適宜。

圖4 紅茶茶汁添加量對成品果凍感官品質的影響

2.1.5 檸檬酸添加量對果凍感官評價的影響

檸檬酸添加量對果凍感官評價的影響見圖5。

圖5 檸檬酸添加量對果凍感官評價的影響

由圖5 可知，檸檬酸添加量對果凍口感影響呈現上升后降的趨勢，因為后面添加過多導致酸度嚴重偏高，感官品質不理想，最終確定檸檬酸添加量為0.1%時成品果凍酸甜適口。

2.1.6 氯化鉀（KCl） 添加量對果凍感官評價的影響KCl 添加量對果凍感官評價的影響見圖6。

圖6 KCl 添加量對果凍感官評價的影響

KCl 添加量對果凍品質影響趨勢與檸檬酸基本一致，由圖6 可知，當KCl 添加量為0.06%時果凍品質最佳，Q 彈性更好，更有嚼勁。

2.2 響應面試驗設計結果分析

得出單因素試驗結果后，利用Design Expert 8.0.6.1 軟件對表3 中各添加量進行響應面優化。

Box-behnken 模型設計方案及響應值見表4。

表4 Box-behnken 模型設計方案及響應值

2.2.1 響應面試驗設計的回歸模型建立與方差分析

將表4 中所有數據進行二次多元擬合后得到響應面回歸模型的二次多項回歸方程：

下面對果凍感官評分的數學模型進行方差分析[15]，以檢驗該方程的有效性。

模型二次回歸方程的方差分析見表5，R2分析見表6。

表6 R2 分析

由表5 可知，模型的p＜0.000 1，即此時的回歸模型達到極顯著水平，失擬項p=0.058 6＞0.05，表明此時失擬項不顯著，這也說明該模型的回歸方程能與實際比較好地進行吻合，誤差較小，能夠有效利用該模型分析預測零熱量的紅茶保健果凍的最佳工藝條件。此外，在所選取的四因素水平范圍內，F值的大小代表了各因素對果凍感官評分的影響程度，所以4 個因素對果凍感官評分的影響程度為A＞D＞B＞C。

由表6 可知，回歸模型R2=0.964 9，矯正R2=0.929 9，說明模型同實際擬合度較好，回歸系數在可接受的范圍內，且預測R2=0.808 1，R2預測值與矯正值之差小于0.2，說明該試驗模型預測性好。變異系數CV=3.04%＜5.00%，說明方程有較好的重現性。而信噪比為16.247，比4 大得多，回歸模型可信度較高。綜上所述，該模型能夠很好地用來分析、預測零熱量的紅茶保健果凍的最佳工藝條件。

2.2.2 響應面影響因素交互作用圖形分析

兩兩影響因素交互作用對感官評分影響的響應圖見圖8。

圖8 兩兩影響因素交互作用對感官評分影響的響應圖

關于兩兩影響因素對共同響應值的影響，采用降維分析[16]。由圖8 可知，選取得到的響應圖中影響效果比較明顯，能夠明顯看出復配甜味劑添加量對響應值影響極為顯著，響應值隨著復配膠的添加量的增加會變大，待到響應值增大到極值后，隨著復配膠添加量的增加，響應值逐漸減小。

2.2.3 果凍配方的參數優化及其模型驗證

經過響應面回歸方程分析優化后得出零熱量紅茶保健果凍最佳工藝條件為復配膠添加量2.59%，復配甜味劑2.04%，紅茶汁添加量40.04%，檸檬酸添加量0.10%，這與單因素試驗所得到的結果較為相近，更體現了試驗模型的可靠性和預測值的準確性。為方便試劑操作可行性，對以上結果作取整處理，修改工藝配方中各組分添加量為復配膠2.6%，復配甜味劑2.0%，紅茶汁40.0%，檸檬酸0.1%，進行驗證試驗。在此工藝條件下進行3 次平行試驗取平均值，得到的感官評分為92.55 分，與預測值90.20 分之間差異不顯著。經此驗證，該模型可以用于試驗結果的預測，且優化結果有效。

2.3 零熱量紅茶保健果凍的質量指標

2.3.1 成品果凍感官品質

成品果凍感官品質見表7。

表7 成品果凍感官品質

2.3.2 果凍的理化、衛生指標

果凍的理化、衛生指標見表8。

4 結論

試驗通過單因素試驗和Box-behnken 試驗設計原理和響應面分析法，對零糖的紅茶保健果凍的工藝配方進行了優化，得到零熱量紅茶保健果凍的加工工藝條件為魔芋膠∶卡拉膠為3∶7，復配膠添加量2.6%，紅茶汁添加量為40.0%，羅漢果甜苷∶赤蘚糖醇為2∶100，復配甜味劑添加量為2.0%，檸檬酸添加量為0.1%，KCl 添加量為0.06%，此時的成品果凍感官評分為92.55 分，比預測值90.20 分略高，并且由此工藝制作的果凍質地更加均勻，光滑透明，呈紅褐色，Q 彈性好，凝膠狀態較佳，韌性理想，酸甜度、咀嚼感也適口。