响应面法优化云南金花茶饮料工艺的研究

刘云，蒲成伟，司佳颖，杨敏，蓝增全，阚欢，*，秦晓绍

（1.西南林业大学林学院，云南昆明650224；2.红河五里冲生态茶业有限公司，云南红河661100）

响应面法优化云南金花茶饮料工艺的研究

刘云1，蒲成伟1，司佳颖1，杨敏1，蓝增全1，阚欢1，*，秦晓绍2

（1.西南林业大学林学院，云南昆明650224；2.红河五里冲生态茶业有限公司，云南红河661100）

以新鲜云南金花茶茶叶为原料，对云南金花茶饮料的生产工艺进行了研究，采用响应面法对云南金花茶饮料的生产配方进行优化。结果表明，在云南金花茶茶叶的浸提液中加入12.50%的白砂糖、0.04%的柠檬酸、0.12%的苹果酸、1.82%的蜂蜜以及0.05%的羧甲基纤维素钠，得到一种澄清、口感良好的高品质云南金花茶饮料。

云南金花茶；饮料；配方；响应面法；工艺

云南金花茶（Camellia fascicularis H.T.Chang），又称云南簇蕊金花茶，属山茶科山茶属金花茶组的一个种[1-2]，是云南特有、极小种群植物，具有较高观赏价值，由于其对土壤和海拔等条件的要求，故在云南的分布范围也较为狭窄，目前主要分布于云南红河地区[2]。作为金花茶组的一个种，云南金花茶同样含有多种对人体有重要保健作用的维生素、微量元素、氨基酸、以及茶多酚、黄酮类、皂苷类等功能性物质[3-10]，从而使其具备抑制癌细胞，提高机体免疫机能、心肌收缩力和血管弹性，降血压、降胆固醇等功能[11-13]，这也使得云南金花茶越来越受到人们的关注。

茶叶深加工产品中的茶饮料具有解渴生津，有益健康等特点，故发展势头迅猛，风靡全球。据预测，茶饮料将会在未来的饮料市场占据越来越大的比重[14]。目前，国内对于金花茶饮料已有一定的研究，但均是以广西金花茶作为原料，并且饮料中苦涩味多采用包埋法进行掩盖。本试验采用现代茶叶加工技术，以云南金花茶作为原料，研制出兼有口感、营养和保健功效的多功能饮料。

1 材料与方法

1.1 试验材料

云南金花茶：由红河五里冲生态茶叶有限公司提供，采自海拔1 600m的五里冲茶园基地；白砂糖、柠檬酸、苹果酸、羧甲基纤维素钠（食品级）：市售；蜂蜜（优级）：市售；纯净水：采用西南林业大学林学院食品实验室的纯水机生产制得。

1.2 仪器与设备

HH-2数显恒温水浴锅：国华电器有限公司；BT22S电子天平：北京赛多利斯仪器系统有限公司；ZN-04A小型实验室粉碎机：：北京兴时利和科技发展有限公司；DHG-9140A电热恒温鼓风干燥箱：上海一恒科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

新鲜云南金花茶茶叶→真空微波预处理→干燥、破碎→浸提→过滤→产品调配→装瓶→杀菌→冷却→检验→成品

1.3.2 操作要点

1）原料预处理：将新鲜的云南金花茶茶叶10 kg在微波功率为800W左右进行真空微波杀青100 s，以便于降低产品饮料中的苦涩味。

2）干燥、破碎：将预处理后的金花茶茶叶在60℃的条件下进行干燥，然后于粉碎机中进行适度破碎，制得茶粉备用。

3）浸提：将固定量的纯净水加入到茶粉中，并在特定的温度和时间进行浸提，得到云南金花茶茶叶浸提液。

4）过滤：将云南金花茶茶叶浸提液通过膜过滤装置进行过滤。

5）产品调配、装瓶：将白砂糖、柠檬酸、苹果酸、蜂蜜、羧甲基纤维素钠加入到云南金花茶茶叶浸提液中进行调配，搅拌均匀并装瓶。

6）杀菌：在110℃～120℃进行高温杀菌13 s左右。

1.3.3 云南金花茶饮料加工工艺的优化

1.3.3.1 单因素试验

根据茶饮料制作的特点，以云南金花茶茶叶浸提液为基质，考察白砂糖添加量（8%、9%、10%、11%、12%、13%）、柠檬酸添加量（0%、0.03%、0.06%、0.09%、0.12%、0.15%、0.18%）、苹果酸添加量（0.06%、0.08%、0.10%、0.12%、0.14%、0.16%）、蜂蜜添加量（1.4%、1.6%、1.8%、2.0%、2.2%、2.4%）和羧甲基纤维素钠添加量（0.05%、0.06%、0.07%、0.08%、0.09%、0.10%）等因素对云南金花茶饮料感官综合评分的影响，以便于得到该饮料生产的基本配方。

1.3.3.2 响应面法优化云南金花茶的配方工艺

根据中心旋转组合设计原理及单因素试验，确定响应面的因素及水平，以综合感官评分作为考察指标，对云南金花茶饮料的最佳工艺配方进行优化。

1.3.4 云南金花茶饮料的感官评定方法

根据云南金花茶饮料的色泽、香气、滋味和形态等感官指标进行评分，每个项目分为4个等级，满分为100分，以总分计，感官评分标准见表1。

1.3.5 数据分析方法

每次试验平行3次，利用Design Expert8.06对所得数据进行处理分析。

表1 感官评定标准Table1 The standard of sensory evaluation

2 结果与分析

2.1 云南金花茶饮料配方工艺的单因素确定

2.1.1 白砂糖添加量

以云南金花茶茶叶浸提液为基质，在柠檬酸添加量0.09%、苹果酸添加量0.10%、蜂蜜添加量1.8%、羧甲基纤维素钠添加量0.08%的条件下进行单因素试验，结果如图1所示。

图1 白砂糖添加量对感官评分的影响Fig.1 Effects of the adding dose of sugar on sensory score

由图1可知，感官评分随着白砂糖添加量的增加先增大后减小，当白砂糖添加量为12%时，感官评分达到最高值87.55分。白砂糖添加量过少，饮料的口感寡淡，且酸味较为明显，而当白砂糖添加量超过12%，饮料的口感又会过于甜腻，因此，选择白砂糖添加量11%、12%、13%设计响应面分析试验。

2.1.2 柠檬酸添加量

以云南金花茶茶叶浸提液为基质，在白砂糖添加量12%、苹果酸添加量0.10%、蜂蜜添加量1.8%、羧甲基纤维素钠添加量0.08%的条件下进行单因素试验，结果如图2所示。

由图2可知，在0%～0.06%的范围内，随着柠檬酸添加量的增加，感官评分呈现迅速上升的趋势，当柠檬酸添加量超过0.06%时，感官评分呈现缓慢减小的趋势。因此，选择柠檬酸添加量0.03%、0.06%、0.09%设计响应面分析试验。

图2 柠檬酸添加量对感官评分的影响Fig.2 Effects of the adding dose of citric acid on sensory score

2.1.3 苹果酸添加量

以云南金花茶茶叶浸提液为基质，在白砂糖添加量12%、柠檬酸添加量0.06%、蜂蜜添加量1.8%、羧甲基纤维素钠添加量0.08%的条件下进行单因素试验，结果如图3所示。

图3 苹果酸添加量对感官评分的影响Fig.3 Effects of the adding dose of malic acid on sensory score

由图3可知，感官评分随着苹果酸的增加呈现先增大后减小的趋势，苹果酸的最佳添加量为0.10%，当苹果酸添加量高于0.10%后，会明显感觉饮料偏酸而影响口感，从而导致感官评分的降低。因此，选择苹果酸添加量0.08%、0.10%、0.12%设计响应面分析试验。

2.1.4 蜂蜜添加量

以云南金花茶茶叶浸提液为基质，在白砂糖添加量12%、柠檬酸添加量0.06%、苹果酸添加量0.10%、羧甲基纤维素钠添加量0.08%的条件下进行单因素试验，结果如图4所示。

图4 蜂蜜添加量对感官评分的影响Fig.4 Effects of the adding dose of honey on sensory score

由图4可知，感官评分随着蜂蜜添加量的增加，呈现出先增大后减小的趋势，当蜂蜜添加量为1.8%时，感官评分达到最高值90.18分。蜂蜜添加量过少，饮料寡淡，而蜂蜜添加量超过1.8%后，饮料也会出现甜腻的口感，因此，选择蜂蜜添加量1.6%、1.8%、2.0%设计响应面分析试验。

2.1.5 羧甲基纤维素钠添加量

以云南金花茶茶叶浸提液为基质，在白砂糖添加量12%、柠檬酸添加量0.06%、苹果酸添加量0.10%、蜂蜜添加量1.8%的条件下进行单因素试验，结果如图5所示。

图5 羧甲基纤维素钠添加量对感官评分的影响Fig.5 Effects of the adding dose of CMC-Na on sensory score

由图5可知，感官评分随着羧甲基纤维素钠添加量的增加变化不大，因此，从成本等方面考虑，羧甲基纤维素钠添加量固定为0.05%来进行云南金花茶饮料的配制。

2.2 响应面法优化云南金花茶饮料的配方

2.2.1 响应面法试验设计及结果

从单因素试验可以看出，羧甲基纤维素钠对饮料的感官评分影响最小，它在饮料中主要起到保持饮料稳定性的作用，故不再作为配方优化试验的考虑因素，其添加量固定为0.05%。在以上单因素试验结果的基础上采用响应面法中的中心旋转组合设计原理对云南金花茶饮料的配方进行优化，选取白砂糖添加量、柠檬酸添加量、苹果酸添加量和蜂蜜添加量为考察因素，分别以X1、X2、X3和X4代表，感官评分为响应值（Y），试验因素水平编码见表2，试验方案及结果见表3。

表2 条件优化响应面试验因素水平编码表Table2 Factors and levels in the central composite design

表3 条件优化响应面试验方案及结果Table3 Central composit design matrix and experimental results

2.2.2 回归模型的建立及显著性检验

通过对试验结果进行回归分析，建立响应面回归模型，得到感官评分的回归方程：感官评分Y=-781.495 00+101.596 25X1-756.319 44X2-1 652.062 50X3+ 389.018 75X4+133.083 33X1X2+107.000 00X1X3-1.993 75X1X4-3 629.166 67X2X3-43.541 67X2X4+ 569.062 50X3X4-4.665 42X12-4 493.518 52X22-2 232.291 67X32-118.104 17X42

感观分析回归模型的方差分析见表4。

由表4方差分析结果可知，感官评分回归方程（模型）的回归效果极显著，P＜0.000 1。回归模型的R2Adj= 0.923 6，说明有92.36%的云南金花茶饮料的感官评分可以用该模型来解释，可见拟合度良好，试验误差较小，因此可以采用该模型对云南金花茶饮料的感官评分进行分析和预测，同时得到对响应值Y作用显著的是X1、X2、X1X2、X1X3、X2X3、X3X4、X12、X22、X42。

表4 感观分析回归模型的方差分析Table4 Variance analysis for sensory scores

2.2.3 响应曲面分析

图6直观地反映了各因素对响应值Y的影响。

图6 提取率与4个因素的响应面图Fig.6 Response surface plot showing the interactive effects of the four factors on extraction rate

响应曲面图显示了白砂糖添加量、柠檬酸添加量、苹果酸添加量以及蜂蜜添加量4个因素之间的交互作用对饮料感官评分的影响。结合回归方程及表4可知，各因素对饮料感官评分影响的大小顺序为：白砂糖添加量＞柠檬酸添加量＞蜂蜜添加量＞苹果酸添加量。由表4的交互项P值及图6可以看出，交互项X1X2、X1X3、X2X3、X3X4极显著，其余的交互项不显著。

图6（a）为白砂糖添加量与柠檬酸添加量之间的交互作用。苹果酸添加量0.10%和蜂蜜添加量1.8%不变的情况下，当柠檬酸添加量较低时，随着白砂糖添加量的增加，饮料的感官评分缓慢上升后趋于平缓，当柠檬酸添加量较高时，随着白砂糖添加量的增加，饮料的感官评分先上升后缓慢下降，均处于较高水平；而当白砂糖添加量较低时，随着柠檬酸添加量的增加，饮料的感官评分迅速下降，当白砂糖添加量较高时，随着柠檬酸添加量的增加，饮料的感官评分缓慢上升后下降。白砂糖添加量与柠檬酸添加量之间的交互作用极显著。

图6（b）为白砂糖添加量与苹果酸添加量之间的交互作用。柠檬酸添加量0.06%和蜂蜜添加量1.8%不变的情况下，当苹果酸添加量较低时，随着白砂糖添加量的增加，饮料的感官评分迅速上升后又趋于平缓，升高幅度明显，当苹果酸添加量较高时，随着白砂糖添加量的增加，饮料的感官评分也是迅速上升后又趋于平缓，升高幅度明显；而当白砂糖添加量较低时，随着苹果酸添加量的增加，饮料的感官评分变化不大，当白砂糖添加量处于中等和较高水平时，随着苹果酸添加量的增加，饮料的感官评分仍旧变化不大，不过均处于较高水平。白砂糖添加量与苹果酸添加量之间的交互作用极显著。

图6（d）为柠檬酸添加量与苹果酸添加量之间的交互作用。白砂糖添加量12%和蜂蜜添加量1.8%不变的情况下，当苹果酸添加量较低时，随着柠檬酸添加量的增加，饮料的感官评分先缓慢上升后迅速下降，当苹果酸添加量较高时，随着柠檬酸添加量的增加，饮料的感官评分迅速下降，下降幅度明显；而当柠檬酸添加量较低时，随着苹果酸添加量的增加，饮料的感官评分缓慢上升，当柠檬酸添加量较高时，随着苹果酸添加量的增加，饮料的感官评分呈现下降的趋势，并且处于较低水平。柠檬酸添加量与苹果酸添加量之间的交互作用极显著。

图6（f）为苹果酸添加量与蜂蜜添加量之间的交互作用。白砂糖添加量12%和柠檬酸添加量0.06%不变的情况下，当蜂蜜添加量较低时，随着苹果酸添加量的增加，饮料的感官评分逐渐下降，当蜂蜜添加量较高时，随着苹果酸添加量的增加，饮料的感官评分变化不大；当苹果酸添加量较高时，随着蜂蜜添加量的增加，饮料的感官评分先上升后下降，当苹果酸添加量出于较高水平时，随着蜂蜜添加量的增加，饮料的感官评分先上升后下降，上升和下降的幅度均较大。苹果酸添加量与蜂蜜添加量之间的交互作用极显著。

2.2.4 配方的优化及验证试验

综合考虑，在试验所设定的参数范围内，获得优化的饮料配方为白砂糖添加量12.50%、柠檬酸添加量0.04%、苹果酸添加量0.12%、蜂蜜添加量1.82%。由此获得的云南金花茶饮料的理论感官评分为96.46分。

为了验证此配方的可靠性，采用所得到的最佳比例进行云南金花茶饮料感官效果的验证试验，重复3次试验，所得结果见表5。

表5 验证试验结果Table5 The results of verified experiment

由表5可知，回归方程所得的云南金花茶饮料感官评分的预测值96.46分与验证试验的平均值96.32分的误差为0.15%，说明响应面法得到的云南金花茶饮料配方的方程与实际情况拟合很好。

2.3 产品质量评价

云南金花茶饮料色泽呈黄绿色，无杂质，清亮透明；茶香浓郁；口感纯正；酸甜适口，无异味；其可溶性固形物含量≥15%；细菌总数≤100 cfu/mL；大肠菌群≤3 cfu/mL；致病菌未检出。

3 结论

新鲜的云南金花茶茶叶经预处理、破碎，采用纯净水进行浸提后，通过响应面优化了云南金花茶饮料的加工工艺，建立了多元回归模型，模型拟合度良好。在固定羧甲基纤维素钠添加量0.05%的情况下，优化试验得到的最佳饮料配方为：白砂糖添加量12.50%、柠檬酸添加量0.04%、苹果酸添加量0.12%、蜂蜜添加量1.82%。该云南金花茶饮料不添加任何防腐剂、香精，并且采用真空微波杀青的方式对原料进行预处理，大大降低了饮料的苦涩味，所得的饮料色泽呈黄绿色、茶香浓郁、口感纯正、酸甜适口。

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Process Optimization of Camellia fascicularis H. T. Chang Beverage by Response Surface Methodology

LIU Yun1，PU Cheng-wei1，SI Jia-ying1，YANG Min1，LAN Zeng-quan1，KAN Huan1，*，QIN Xiao-shao2
（1.College of Forestry，Southwest Forestry University，Kunming650224，Yunnan，China；2.Honghe Five Li Chong Ecological Tea Co.，Ltd.，Honghe 661100，Yunnan，China）

Fresh leaf of Camellia fascicularis H. T. Chang was used for Camellia fascicularis H. T. Chang beverage development. Processing technology of the Camellia fascicularis H. T. Chang beverage was studied and the beverage formula was optimized by using the reponse surface method. The results showed that a clarified，good taste and high quality Camellia fascicularis H. T. Chang health beverage was produced and the optimum formula of this beverage was as follows：12.50 % of sugar，0.04 % of citric acid，0.12 % of malic acid ，1.82 % of honey，and 0.05 % CMC-Na.

Camellia fascicularis H.T.Chang；beverage；formula；response surface methodology；process

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.04.014

2016-05-25

2014年国家星火计划项目（2014GA830016）

刘云（1982—），男（汉），实验师，硕士研究生，研究方向：农林食品加工及研发。

*通信作者：阚欢（1965—），女，教授，研究方向：农林食品加工及研发。