响应曲面法结合模糊评价优化低盐蜂蜜梅工艺

谢桂勉，林海滨，杨培新，罗集丰，郑锐东，黄桂珍

(1.揭阳职业技术学院，广东揭阳 522000；2.广东殿羽田食品有限公司，广东揭阳 515332)

青梅是天然的碱性食品，具有很高的营养价值。近年来国内外对青梅中有益成分如有机酸、多酚、黄酮、萜烯、甾醇等进行了较深入的研究，并分析了这些有益成分在抑制细菌[1]、抑制肥胖、降血糖和血脂、抗氧化[2]、抗过敏[3]、抗血栓[4]、抗肿瘤[5]、保护支气管上皮细胞和角蛋白细胞[6]以及提高免疫力等方面的作用。国内研究人员也对青梅的制品如酒、醋、果汁、酱、果冻、软糖、固体饮料、泡腾片、蜜饯等进行了较深入的研究。

青梅通常不能直接食用，最常见的是经过盐腌、日晒成为干湿梅[7]，再进一步加工成蜜饯[8-9]等产品。而传统的梅饼、话梅、日式调味梅等青梅制品以“高盐高糖”为特征，其营养价值大打折扣。开发低盐、低糖、富营养价值的青梅蜜饯成为当前消费升级的所需。为减少食盐和蔗糖的使用，必须使用合适的甜味料和合理的工艺加工低盐、低糖青梅制品。麦芽糖醇作为甜味剂，具有甜味温和，不易被霉菌、酵母菌、乳酸菌发酵的特点，克服了传统蜜饯产品高糖不利于健康的不足，同时对产品的防腐又有积极的作用[9]。海藻糖属于天然糖类，甜味柔和，具有耐酸性和保湿性，作为优良活性保护剂，可有效防止食品劣化、保持食品新鲜风味、提升食品品质。蜂蜜呈酸性，具有抗菌作用，并且能赋予产品独特的风味。将上述3种甜味料搭配使用，研制一种低盐蜂蜜梅，通过响应曲面法结合模糊数学感官评价优化产品工艺，以期提高产品的感官品质并延长产品保质期。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

1.1.1材料。干湿梅，广东殿羽田食品有限公司；麦芽糖醇，罗盖特精细化工有限公司；海藻糖，厦门长濑贸易有限公司；蜂蜜，潮州市潮安区东凤镇四永养蜂场；甜菊糖，曲阜海根甜菊制品有限公司；三氯蔗糖，山东康宝科技有限公司；柠檬酸，潍坊英轩实业有限公司；山梨酸钾，南通醋酸化工股份有限公司。

1.1.2仪器。NSK-500清洗机，中根机械有限会社；配料桶、腌制桶为定制；KW5366BW66重量检测机，日本安立株式会社；KD740KP X射线异物检出机，日本安立株式会社；CFD系列自动封口机，华宇食品包装机械厂；HP-241B打码机，上海迪凯分离机械实业有限公司；PAL-3 Brix糖度计，ATAGO(爱拓)中国分公司；JJ1000Y电子天平，美国双杰。

1.2方法

1.2.1工艺流程。干湿梅→清洗→脱盐→配料→调味腌制→检验→沥干→填充→重量检测和X光机异物检测→贴标、捆包→登记入库。

1.2.2操作要点。

(1)将干湿梅(青梅经过90 d左右盐腌)从腌制池捞起，用清洗机洗净，去除沙土、枝叶等异物。

(2)将洗净的干湿梅装框，放入脱盐桶进行脱盐，按产品要求脱至所需盐分。

(3)将麦芽糖醇、海藻糖、蜂蜜、柠檬酸、甜菊糖苷、三氯蔗糖、山梨酸钾按配方量加入配料桶，加入配方量水，搅拌溶解，制成调味液。

(4)将脱盐好的干湿梅置于调配好的2倍重量份的调味液中进行腌制，腌制5～7 d。

(5)将腌制好的调味梅进行理化指标(包括盐分、酸度、BRIX)和微生物(菌落总数、大肠菌群、霉菌)的检验。

(6)经检验合格后，将腌制结束的调味梅沥干1～2 d。

(7)用自动包装机进行称重、填充和包装。

(8)将包装好产品经过X光机异物检测，合格产品贴标、捆包，登记入库。

1.2.3单因素试验。

1.2.3.1干湿梅盐分优选试验。以干湿梅盐分为5.0%、6.0%、7.0%、8.0%、9.0%(干湿梅置于脱盐桶中，用清水进行脱盐。脱盐8 h后，每0.5 h测定一次干湿梅的盐分，达到所需的盐分后停止脱盐，并捞起沥干备用)设置5水平单因素试验，固定因素水平分别为调味液糖度25.2%(麦芽糖醇∶海藻糖∶蜂蜜=40∶4∶1)、柠檬酸2.5%、甜菊糖苷0.68%、三氯蔗糖0.34%、山梨酸钾0.04%，研究干湿梅脱盐后的适宜盐分。

1.2.3.2甜味料比例及用量优选试验。采用麦芽糖醇、海藻糖和蜂蜜作为调味液甜味料。以麦芽糖醇∶海藻糖∶蜂蜜=30∶3∶1、麦芽糖醇∶海藻糖∶蜂蜜=40∶4∶1、麦芽糖醇∶海藻糖∶蜂蜜=50∶5∶1、麦芽糖醇∶海藻糖∶蜂蜜=60∶6∶1、麦芽糖醇∶海藻糖∶蜂蜜=70∶7∶1设置5水平单因素试验，固定因素水平分别为干湿梅盐分5.0%、调味液糖度25.2%、柠檬酸2.5%、甜菊糖苷0.68%、三氯蔗糖0.34%、山梨酸钾0.04%，研究麦芽糖醇、海藻糖和蜂蜜的最优比例。

以调味液调味料质量分数为16.8%、19.6%、22.4%、25.2%、28.0%设置5水平单因素试验，固定因素水平分别为干湿梅盐分5.0%、麦芽糖醇∶海藻糖∶蜂蜜=40∶4∶1、柠檬酸2.5%、甜菊糖苷0.68%、三氯蔗糖0.34%、山梨酸钾0.04%，研究调味液甜味料的用量。

1.2.3.3调味液柠檬酸用量优选试验。以柠檬酸质量分数为1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%设置5水平单因素试验，固定因素水平分别为干湿梅盐分5.0%、调味液糖度25.2%(麦芽糖醇∶海藻糖∶蜂蜜=40∶4∶1)、甜菊糖苷0.68%、三氯蔗糖0.34%、山梨酸钾0.04%，研究调味液柠檬酸的用量。

1.2.4响应曲面试验设计。根据单因素试验结果，采用中心组合试验Box-Behnken设计[10-12]，对干湿梅盐分(A)、调味液甜味料用量(B)和调味液柠檬酸用量(C)进行响应曲面试验设计，试验自变量因素及水平见表1。调味液其他配料为甜菊糖苷0.68%、三氯蔗糖0.34%、山梨酸钾0.04%。

表1 试验自变量因素及水平

1.2.5模糊数学模型的建立。

1.2.5.1感官评定因素集和等级集。该研究低盐蜂蜜梅属于蜜饯制品，参照蜜饯国家标准[13]制定产品感官评分标准，并建立模糊数学评价模型[14-15]。设定因素集U={色泽u1，风味u2，组织状态u3}，等级集V={优v1，良v2，中v3，差v4}，其中各评价等级分值v1=90，v2=80，v3=70，v4=60，即V={90，80，70，60}。

1.2.5.2权重的确定。采用“0～4评判法”[16]确定每个因素的权重，得到色泽、风味、组织状态的权重分别为0.21、0.41、0.38，即低盐蜂蜜梅的权重集X={0.21，0.41，0.38}。

1.2.5.3模糊矩阵和综合评价集。将不同等级票数除以总票数得到模糊矩阵R，将权重集X和模糊矩阵R合成得到每个样品的综合评价集为Yi=X×Ri(i为样品的数目)。将综合评价集Y和等级集V合成得到评分矩阵T，即T=Y×V。

1.2.6产品质量指标测定。

1.2.6.1总糖、总酸及氯化钠含量测定。按GB/T 10782—2006《蜜饯通则》规定测定产品总糖和氯化钠含量[17]，按GB/T 12456—2008《食品中总酸的测定》[18]规定测定总酸(以柠檬酸计)。

1.2.6.2微生物指标的测定。按GB 14884—2016《食品安全国家标准 蜜饯》[13]规定测定产品的菌落总数、大肠菌群和霉菌。

1.2.6.3产品感官评分标准，参照蜜饯国家标准制定低盐蜂蜜梅的感官评分标准，组织训练型感官评定人员共10人，采用随机双盲试验设计，按照色泽、风味和组织状态3个项目对产品感官品质进行评价(根据“0～4评判法”确定色泽、风味和组织状态的权重分别为0.21、0.41、0.38)，统计各因素优、良、中、差4个等级的票数。产品感官评分标准如表2所示。

表2 低盐蜂蜜梅感官评分标准

1.2.7数据处理。单因素试验结果采用Microsoft Excel 2013进行处理分析，通过方差分析考察各因素的显著性；响应曲面试验采用Design-Expert8.0 软件进行设计和数据分析，通过二次模型的建立以及响应曲面的分析获得最佳因素水平，通过F值考察模型及各因素的显著性。

2 结果与分析

2.1干湿梅盐分对产品感官评分的影响新鲜青梅经过盐腌成为干湿梅后，盐分通常在23.0%以上，制作调味梅时需要经过脱盐。脱盐后盐分过低不能有效抑制微生物，产品色泽易发生变化，过高则影响产品风味。优化试验表明，干湿梅盐分对产品感官评分影响显著(P<0.01)。干湿梅盐分较低时，调味腌制过程中不易控制微生物，成品容易褐变。干湿梅盐分达7.0%时，能有效抑制微生物发酵，成品后咸味适中，感官得分达到最高(图1)。而盐分大于7.0%时，成品偏咸。故以7.0%为中心值，选择自变量范围进行Box-Behnken试验设计。

图1 干湿梅盐分优选试验结果(n=3)Fig.1 Optimization test result of the salt content of salted prune(n=3)

2.2调味液甜味料比例及用量对产品感官评分的影响麦芽糖醇甜度接近蔗糖，具有耐酸性、保湿性和非发酵性，是高酸、高水分含量青梅制品甜味料的理想选择。海藻糖同样具有耐酸性和保湿性的特点，而蜂蜜则赋予产品独特的风味。三者搭配使用，可有效提高产品的感官品质并延长产品保质期。三者搭配试验结果(图2)表明，麦芽糖醇∶海藻糖∶蜂蜜=50∶5∶1时，产品甜味柔和协调，保湿效果明显，感官得分最高，故优选该搭配比例。

图2 调味液甜味料比例优选试验结果(n=3)Fig.2 Optimization test result of the ratio of sweeteners of flavour liquid(n=3)

调味液甜味料用量优选试验结果(图3)表明，调味液甜味料用量对产品感官品质影响显著(P<0.01)。随着用量的增加，感官得分呈上升趋势，用量达25.2%以上时趋于稳定，产品酸甜适中，湿润有光泽，故以25.2%为中心值，选择自变量范围进行Box-Behnken试验设计。

图3 调味液甜味料用量优选试验结果(n=3)Fig.3 Optimization test result of the amounts of sweeteners of flavour liquid(n=3)

2.3调味液柠檬酸用量对产品感官评分的影响干湿梅在脱盐时损失一部分有机酸，调味腌制时补加柠檬酸能使产品更加酸甜可口，同时抑制腌制过程中可能发生发酵的问题。调味液柠檬酸用量优选试验结果(图4)表明，调味液柠檬酸用量较少时，酸味不足且易出现发酵现象。用量达3.0%时，产品酸甜适中，能有效抑制发酵现象，产品感官得分最高，而用量大于3.0%时，则偏酸，故以3.0%为中心值，选择自变量范围进行Box-Behnken试验设计。

图4 调味液柠檬酸用量优选试验结果(n=3)Fig.4 Optimization test result of the amounts of citric acid of flavour liquid(n=3)

2.4感官评分结果低盐蜂蜜梅的感官评分结果如表3所示。将不同等级票数除以总票数得到模糊矩阵R。如样品1的模糊矩阵R1如下：

将模糊矩阵R1与权重集X合成得到样品1的综合评价集为Y1=(0.16 0.52 0.32 0)。将综合评价集Y1和等级集V合成得到样品1的感官得分T1，即T1=0.16×90+0.52×80+0.32×70+0×60=78.4。同理计算出T2，T3，…，T17。

2.5Box-Behnken试验设计及分析

2.5.1二次响应面回归模型的建立与分析。综合单因素试验结果，以干湿梅盐分、调味液甜味料用量和调味液柠檬酸用量3个因素为自变量，根据Box-Behnken设计原理，以产品感官得分为响应值设计试验，结果如表4所示。

表3 低盐蜂蜜梅感官评分结果

表4 Box-Behnken试验设计与结果

采用Design-Expert 8.0 软件对结果进行二次多项回归拟合，得到二次多项回归方程：Y= 87.16+1.83A+2.08B+0.95C-0.80AB-0.95AC-0.75BC-6.33A2-9.13B2-4.78C2。方差分析可知，模型具有高度显著性(P<0.000 1)，失拟项不显著(P=0.423 2>0.05)，确定系数R2=0.996 2，说明该模型对试验拟合度好，可对蜂蜜梅的感官得分进行分析和预测。因素A、B、C、A2、B2、C2均达到极显著水平(P<0.01)，AB、AC达到显著水平(P<0.05)。根据F值，各因素对产品感官得分的影响主次顺序依次为B、A、C，即调味液甜味料用量、干湿梅盐分、调味液柠檬酸用量。

2.5.2响应曲面分析及模型验证。根据拟合模型绘制不同因素交互作用响应曲面图(图5)。由各因素两两之间等高线的形状可以看出相互之间存在一定的交互作用，其中干湿梅盐分和调味液甜味料用量、干湿梅盐分和调味液柠檬酸用量交互作用显著[19-20]。干湿梅盐分和调味液调味料用量的交互作用主要体现在产品的滋味和组织状态上。该研究的低盐蜂蜜梅不同于日式调味梅(咸和甜的滋味均突出)，滋味以甜味为主。由图5a可知，随着干湿梅盐分和调味液甜味料用量的增加，产品感官得分呈先上升后下降的趋势，两者达到适宜的比例时，产品甜味柔和协调，颗粒饱满，湿润有光泽；两者均偏高时，滋味出现不协调且易产生褶皱现象。干湿梅盐分和调味液柠檬酸用量交互作用主要体现在产品的色泽上。由图5b可知，随着干湿梅盐分和调味液柠檬酸用量的增加，产品感官得分呈先上升后下降的趋势，两者达到合适的比例时，能有效抑制调味腌制过程中微生物的发酵，避免产品褐变，产品呈均匀浅褐色；两者水平偏低时，不易有效控制微生物，而水平偏高时则影响产品的滋味。调味液甜味料用量和调味液柠檬酸用量交互作用主要体现在产品的风味上。由图5c可知，随着调味液甜味料用量和调味液柠檬酸用量的增加，产品感官得分呈先上升后下降的趋势，两者达到合适的比例时，产品滋味协调，酸甜可口。

通过Design-Expert8.0软件分析，低盐蜂蜜梅的最佳工艺条件为干湿梅盐分7.0%，调味液甜味料用量25.2%，调味液柠檬酸用量3.0%，此时预测感官得分的理论值为87.2。为检测结果的可靠性，采用最佳工艺条件做验证试验，感官得分为88.0，与理论值接近，说明回归模型拟合程度较好，可以利用该工艺条件制作低盐蜂蜜梅。

图5 各因素交互作用对感官得分影响的响应曲面Fig.5 Response surface plot and its contour plot showing the effects of pairwise interactions of the factors on sensory score

2.6低盐蜂蜜梅产品质量指标产品浅褐色，湿润鲜亮，无斑点，富有酸爽的青梅滋味和蜂蜜风味，酸甜可口，质地均匀，绵软，颗粒饱满，无褶皱；理化指标：总糖(以葡萄糖计)≤25.0%，总酸≤6.0%，盐分≤6.0%；微生物指标：菌落总数采样方案及限量n=5，c=2，m=103CFU/g，M=104CFU/g(n为同一批次产品应采集的样品件数；m为微生物指标可接受水平的限量值；c为最大可允许超出m值的样品数；M为微生物指标的最高安全限量值)，大肠菌群采样方案及限量n=5，c=2，m=10 CFU/g，M=102CFU/g，霉菌≤50 CFU/g。

3 结论

在单因素试验的基础上，通过响应面结合模糊数学感官评价法，以产品感官得分为响应值，得到低盐蜂蜜梅的最优工艺条件为干湿梅盐分7.0%、调味液甜味料用量25.2%(麦芽糖醇∶海藻糖∶蜂蜜=50∶5∶1)、调味液柠檬酸用量3.0%。在此条件下，产品感官得分为87.2，总糖21.5%、总酸2.1%、盐分4.8%，具有色泽鲜亮、酸甜可口、风味独特的特点。