響應(yīng)面法優(yōu)化蓮藕果蔬汁加工工藝

金萍，張真

1.錦州醫(yī)科大學(xué) 食品與健康學(xué)院（錦州 121000）；2.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)（沈陽(yáng) 110000）

在我國(guó)，蓮藕兼具果蔬的特性，在各種果蔬中有著特殊的地位。作為一種多年生宿根水生草本植物，它既是一種蔬菜，又兼有水果特性，在我國(guó)各種水生蔬菜中居首要地位。近年來(lái)，我國(guó)蓮藕的種植面積不斷擴(kuò)大，產(chǎn)量迅速增加[1]。蓮藕集營(yíng)養(yǎng)與保健于一體，兼有蔬菜和水果二者的特點(diǎn)，營(yíng)養(yǎng)成分豐富，含碳水化合物30%以上，蛋白質(zhì)1%，其他礦物質(zhì)、纖維素等均有較高的含量，尤其是維生素（VC）的含量高達(dá)25 mg/100 g，是胡蘿卜含量的2倍，蓮藕是生產(chǎn)加工果蔬保健食品的重要材料[2]。蓮藕中有一種含有粘蛋白的糖蛋白，可促進(jìn)蛋白質(zhì)和脂肪的消化，減輕胃腸道負(fù)擔(dān)；蓮藕對(duì)血小板減少癥、血熱、出血都有效[3]。果蔬汁復(fù)合飲料就是指以水果和蔬菜為原料[4]，多種水果蔬菜經(jīng)過(guò)一系列的加工工藝并配以某些調(diào)味劑而制成的飲料。果蔬飲料的生產(chǎn)正朝著“最小化加工”的方向發(fā)展。“減少處理”是指在飲料加工過(guò)程中使用最小處理方法和最小化率，以最大限度地保護(hù)其中所含的營(yíng)養(yǎng)成分[5]。

試驗(yàn)以蓮藕為原料，采用α-淀粉酶水解使淀粉生成糊精、低聚糖等產(chǎn)物的末端葡萄糖殘基經(jīng)淀粉酶處理[6]，通過(guò)單因素試驗(yàn)與響應(yīng)面法確定葡萄、櫻桃、黃瓜3種濃縮汁的添加濃度及白砂糖添加量的最佳配比，并進(jìn)行了對(duì)最佳組合理化指標(biāo)的測(cè)定，為產(chǎn)品后期儲(chǔ)藏提供了理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

蓮藕、白砂糖（錦州大潤(rùn)發(fā)超市）；葡萄、櫻桃、黃瓜（錦州大潤(rùn)發(fā)超市）；α-淀粉酶（酶活力3 500 U/g，江蘇采薇生物科技有限公司）。

1.2 工藝流程

蓮藕→去藕節(jié)→去皮→切片→護(hù)色→打漿→淀粉酶水解→過(guò)濾→調(diào)配→均質(zhì)→灌裝→殺菌→成品

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 原料選擇

選擇新鮮、潔白、表面無(wú)損傷的蓮藕和葡萄、櫻桃、黃瓜，白砂糖，將葡萄，櫻桃，黃瓜榨汁。

1.3.2 去皮、切片、護(hù)色

為了防止蓮藕氧化變黃，因此蓮藕切塊后需要浸泡在清水中。

1.3.3 打漿

按照蓮藕與水以1∶2的比例利用榨汁機(jī)進(jìn)行打漿。

1.3.4 淀粉酶水解

將α-淀粉酶溶解，加入蓮藕粗汁中，一會(huì)后煮沸滅酶，過(guò)濾得到澄清的蓮藕汁。

1.3.5 調(diào)配

向一定量蓮藕汁中加入相同質(zhì)量的但是濃度不同的葡萄濃縮汁、櫻桃濃縮汁、黃瓜濃縮汁，以3種不同的濃度以及白砂糖的含量進(jìn)行配比，得到果蔬汁，在50 ℃，17 MPa的條件下進(jìn)行均質(zhì)，得到穩(wěn)定的果蔬汁。

1.3.6 灌裝殺菌

將得到的果蔬汁進(jìn)行灌裝，然后在110 ℃下殺菌1 min從而得到成品。

1.3.7 感官評(píng)價(jià)

由10名同學(xué)組成一小組，分別對(duì)成品的味道和外觀方面進(jìn)行評(píng)分，根據(jù)小組成員們的評(píng)分確定葡萄濃縮汁、黃瓜濃縮汁、櫻桃濃縮汁和白砂糖的最佳濃度。

表1 感官評(píng)價(jià)表

1.4 單因素試驗(yàn)

1.4.1 葡萄濃縮汁濃度對(duì)蓮藕果蔬汁的影響

向蓮藕汁中添加5 mL不同濃度的葡萄濃縮汁，添加的濃度為10%，15%，20%，25%和30%，以感官指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分，研究不同濃度的葡萄濃縮汁對(duì)蓮藕果蔬汁的影響。

1.4.2 櫻桃濃縮汁濃度對(duì)蓮藕果蔬汁的影響

向蓮藕汁中添加5 mL不同濃度的櫻桃濃縮汁，添加的濃度為5%，10%，15%，20%和25%，以感官指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分，研究不同濃度的櫻桃濃縮汁對(duì)蓮藕果蔬汁的影響。

1.4.3 黃瓜濃縮汁濃度對(duì)蓮藕果蔬汁的影響

向蓮藕汁中添加5 mL不同濃度的黃瓜濃縮汁，添加的濃度為10%，15%，20%，25%和30%，以感官指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分，研究不同濃度的黃瓜濃縮汁對(duì)蓮藕果蔬汁的影響。

1.4.4 白砂糖添加量對(duì)蓮藕果蔬汁的影響

向蓮藕汁中添加不同的白砂糖質(zhì)量，添加的質(zhì)量為15，20，25，30和35 g，以感官指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分，探究不同質(zhì)量的白砂糖對(duì)蓮藕果蔬汁的影響。

1.5 響應(yīng)面試驗(yàn)

在葡萄濃縮汁、櫻桃濃縮汁、黃瓜濃縮汁、白砂糖四個(gè)單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以A（葡萄濃縮汁濃度）、B（櫻桃濃縮汁濃度）、C（黃瓜濃縮汁濃度）、D（白砂糖添加量）為4個(gè)因素，分別優(yōu)選出3個(gè)水平進(jìn)行四因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn)。通過(guò)小組同學(xué)的感官評(píng)定，選出最合適的濃度組合。

表2 因素水平

1.6 不同殺菌方法對(duì)蓮藕果蔬汁的影響

試驗(yàn)采用巴氏殺菌、超高壓殺菌、超高溫瞬時(shí)殺菌三種不同的殺菌方法，根據(jù)結(jié)果，確定最佳殺菌方式。

1.7 最適宜殺菌方法下理化指標(biāo)和衛(wèi)生指標(biāo)的測(cè)定

酸度：按GB/T 12456——2008[7]《食品中總酸的測(cè)定》中的酸堿滴定法測(cè)定。

可溶性固形物含量：阿貝折光法[8]測(cè)定，具體參照GB/T 12143——2008[9]。

菌落總數(shù)和大腸菌群：根據(jù)GB/T 4789.2——2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)的測(cè)定》和GB/T 789.3——2016《食品微生物學(xué)大腸菌群計(jì)數(shù)》，測(cè)定蓮藕復(fù)合果蔬汁中細(xì)菌總數(shù)和大腸菌群含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 葡萄濃縮汁濃度對(duì)蓮藕果蔬汁的影響

在其余條件都相同時(shí)，向蓮藕汁中添加濃度不同的葡萄濃縮汁，根據(jù)小組成員對(duì)復(fù)合果蔬汁的感官評(píng)價(jià)進(jìn)行打分。由圖1可見(jiàn)，當(dāng)葡萄濃縮汁濃度為15%，20%和25%時(shí)感官評(píng)分較高，所以在正交試驗(yàn)中葡萄濃縮汁濃度的3個(gè)水平選用15%，20%和25%。

圖1 葡萄濃縮汁濃度對(duì)蓮藕果蔬汁的影響

2.1.2 櫻桃濃縮汁濃度對(duì)蓮藕果蔬汁的影響

在其余條件都相同時(shí)，向蓮藕汁中添加濃度不同的櫻桃濃縮汁，根據(jù)小組成員對(duì)復(fù)合果蔬汁的感官評(píng)價(jià)進(jìn)行打分。由圖2可見(jiàn)，當(dāng)櫻桃濃縮汁濃度為10%，15%和20%時(shí)感官評(píng)分較高，所以在響應(yīng)面的試驗(yàn)中櫻桃濃縮汁濃度的3個(gè)水平選用10%，15%和20%。

圖2 櫻桃濃縮汁濃度對(duì)蓮藕果蔬汁的影響

2.1.3 黃瓜濃縮汁濃度對(duì)蓮藕果蔬汁的影響

在其余條件都相同時(shí)，向蓮藕汁中添加濃度不同的黃瓜濃縮汁，根據(jù)小組成員對(duì)復(fù)合果蔬汁的感官評(píng)價(jià)進(jìn)行打分。由圖3可見(jiàn)，當(dāng)黃瓜濃縮汁濃度為10%，15%和20%時(shí)感官評(píng)分較高，所以在響應(yīng)面試驗(yàn)中黃瓜濃縮汁濃度的3個(gè)水平選用10%，15%和20%。

圖3 黃瓜濃縮汁濃度對(duì)蓮藕果蔬汁的影響

2.1.4 白砂糖的添加量對(duì)蓮藕果蔬汁的影響

在其余條件都相同時(shí)，使蓮藕汁中白砂糖的添加量不同，根據(jù)小組成員對(duì)復(fù)合果蔬汁的感官評(píng)價(jià)進(jìn)行打分。由圖4可見(jiàn)，當(dāng)白砂糖添加量為25，30和35 g時(shí)感官評(píng)分較高，所以在響應(yīng)面試驗(yàn)中白砂糖添加量的3個(gè)水平選用25，30和35 g。

圖4 白砂糖的添加量對(duì)蓮藕果蔬汁的影響

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

以A（葡萄濃縮汁）、B（櫻桃濃縮汁）、C（黃瓜濃縮汁）、D（白砂糖添加量）為自變量，Y（感官評(píng)分）為響應(yīng)值，根據(jù)表3響應(yīng)面試驗(yàn)分析方案，對(duì)各因素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合，建立蓮藕果蔬汁飲料制作條件與感官評(píng)分的二次多項(xiàng)式方程：感官評(píng)分=9.5+0.084X1-0.14X2-0.11X3+0.054X4+0.15X1X2+0.14X1X3-0.11X1X4-0.042X2X4-0.23X3X2-0.60X12-0.53X22-0.53X32-0.41X42。方差分析見(jiàn)表4。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表4 方差分析

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得蓮藕果蔬汁加工工藝的響應(yīng)面與等高線圖，見(jiàn)圖5。通過(guò)圖形可評(píng)價(jià)各因素條件對(duì)蓮藕果蔬汁品質(zhì)的影響及因素間的交互作用，如果等高線是圓形，則表示因素間的交互作用不顯著，如果等高線呈現(xiàn)為橢圓形，則表示交互作用顯著；如果響應(yīng)面的曲線走勢(shì)越陡峭，表示影響越顯著，如果響應(yīng)面的曲線呈現(xiàn)越光滑，則影響力越小。由圖5可見(jiàn)，葡萄濃縮汁和櫻桃、黃瓜濃縮汁交互作用顯著，黃瓜濃縮汁和櫻桃濃縮汁的交互作用不顯著，白砂糖的添加量和櫻桃濃縮汁的交互作用不顯著，白砂糖添加量和黃瓜濃縮汁的交互作用極顯著。

圖5 響應(yīng)面方差分析

最佳提取條件的確定通過(guò)Design Expert 12.0軟件求解所得回歸方程，得出最優(yōu)發(fā)酵工藝參數(shù)：葡萄濃縮汁20.17%、櫻桃濃縮汁14.41%、黃瓜濃縮汁14.43%，白砂糖添加量30.5 g，預(yù)測(cè)的蓮藕果蔬汁感官評(píng)分為9.516 66分。考慮到在試驗(yàn)過(guò)程的可操作性，將最優(yōu)工藝調(diào)整為葡萄濃縮汁20%、櫻桃濃縮汁14%、黃瓜濃縮汁14%、白砂糖添加量31 g。按照最佳工藝條件進(jìn)行試驗(yàn)，用以驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確度，一共設(shè)置5次平行試驗(yàn)，感官評(píng)分平均值為9.56分，證明試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度較高，與預(yù)測(cè)值基本相符，表明方法可行。

2.3 不同殺菌方法對(duì)蓮藕果蔬汁的影響

將最優(yōu)組合的產(chǎn)品分別以巴氏殺菌、超高壓殺菌、超高溫瞬時(shí)殺菌3種殺菌方法進(jìn)行殺菌。根據(jù)表5可知，3種殺菌方法均可到達(dá)國(guó)標(biāo)要求，但相對(duì)來(lái)說(shuō)超高溫瞬時(shí)殺菌效果最好，在此條件下進(jìn)行殺菌，對(duì)產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)損失更小。

2.4 理化指標(biāo)和衛(wèi)生指標(biāo)的測(cè)定

將最優(yōu)組合制成的蓮藕果蔬汁進(jìn)行高溫殺菌，測(cè)定其理化指標(biāo)。由表6可知，以最優(yōu)組合制成的蓮藕果蔬汁pH 6.2，理化指標(biāo)和衛(wèi)生指標(biāo)均符合國(guó)標(biāo)要求。

表6 理化指標(biāo)和衛(wèi)生指標(biāo)

3 結(jié)論

首先闡述了蓮藕果蔬復(fù)合飲料的加工工藝及其操作要點(diǎn)，而后通過(guò)單因素試驗(yàn)得到單獨(dú)添加不同濃度的葡萄濃縮汁、櫻桃濃縮汁、黃瓜濃縮汁以及不同白砂糖的的添加量對(duì)蓮藕果蔬汁的感官影響有所不同，每個(gè)因素優(yōu)選出3個(gè)水平，設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)，將四種因素同時(shí)添加到蓮藕果蔬汁中，選出最佳組合。通過(guò)響應(yīng)面試驗(yàn)，得到最佳組合：葡萄濃縮汁20%、櫻桃濃縮汁14%、黃瓜濃縮汁14%、白砂糖添加量31 g，此時(shí)蓮藕果蔬汁的感官最容易被人們所接受。最后，對(duì)最佳組合的蓮藕果蔬汁進(jìn)行理化指標(biāo)和衛(wèi)生指標(biāo)的測(cè)定，結(jié)果均符合國(guó)標(biāo)要求。蓮藕果蔬汁營(yíng)養(yǎng)豐富，口感良好，值得進(jìn)一步地探究，未來(lái)一定有較好的前景。