响应曲面法优化西藏亚东野生草莓果酱的配方研究

周 雨，王凤忠，孟胜亚，胡贇，于翠翠，普布多吉，格 桑

（西藏农牧科学院农产品开发与食品科学研究所，西藏拉萨 850000）

为把西藏建设成为高原特色农产品基地，使西藏第一、二、三产业能够融合发展，在保护好西藏脆弱生态环境的基础上，对西藏特色野生植物资源进行开发与利用显得十分必要[1]。西藏有野生草莓7个种：西藏草莓（F.nubicola）、五叶草莓（F.pentaphylla）、黄毛草莓（F.nilgerren-sis）、裂萼草莓（F.daltoniana）、西南草莓（F.moupinensis）、纤细草莓（F.gracilis）、高原草莓（F.tibetica）。其中，西藏草莓（F.nubicola）主要分布在亚东县境内，在公路边、树林间及海拔2 700～3 100 m处集中分布[2]。亚东草莓呈圆形、个头较小、色泽鲜红，果实成熟期为每年6-7月。亚东草莓为当地特色野生浆果，当地居民普遍将采摘后的野生草莓制成果酱，当作佐料食用[3]。亚东野生草莓维生素C（VC） 含量为132 mg/100 g，是常见水果的10倍以上。亚东野生草莓还含有丰富的氨基酸、β-胡萝卜素、有机酸及铁元素，营养价值很高，是当地值得开发的特色野生植物资源，可将该草莓进行驯化、良种繁殖、规模化种植及大面积推广[4]。

由于亚东野生草莓不耐贮藏，常温条件下贮藏1～2 d就会腐烂变质，因此当地居民常将采摘后的野生草莓加工成果酱。试验选择冰糖、鲜榨柠檬汁作为果酱制作的辅料。选择冰糖作为辅料不仅可赋予果酱基本的风味，还可改善其色泽，使糖分不易析出。选择柠檬汁作为辅料代替柠檬酸钠添加剂，不仅能增强草莓果酱的风味还可起到杀菌防腐的作用；柠檬汁还可作为天然乳化剂，在果酱制作过程中起到良好的乳化作用[5]。采用响应曲面法优化亚东野生草莓果酱的配方，制作出的果酱不仅酸甜适口、果味浓郁还极具地方特色，可为当地特色野生植物资源的开发与精深加工提供一定的理论基础。

1 材料与设备

1.1 原辅料

西藏亚东野生草莓、冰糖、鲜柠檬、纯净水，均为市售。

1.2 试剂

氯化钙分析纯，北京化工厂提供；异抗坏血酸钠，上海阔泉生物科技有限公司提供。

1.3 设备

RHB-32ATC型手持糖度仪、DF-101D型搅拌均质机、BSA124S-CW型百分位分析天平、高转速果蔬打浆机等。

2 试验方法

2.1 工艺流程

原料处理→枝叶清理→清洗→漂烫→打浆→调配→浓缩→除沫→灌装→杀菌。

2.2 柠檬汁的制作

选择新鲜、果实饱满、含汁量丰富的鲜柠檬。将鲜柠檬切半，用手动榨汁机用力挤压，并适当转动柠檬，使更多的柠檬汁流入榨汁机中，将榨汁机中的柠檬汁倒入4层纱布上过滤，收集滤液备用。用鲜榨柠檬汁代替制作果酱时常用的化学试剂柠檬酸钠，可使果酱的色泽更鲜艳，风味更浓郁，酱体质地更均匀，保质期更长。

2.3 操作要点

2.3.1 原料选择

挑选果实饱满、新鲜、无腐烂、无机械损伤、无其他不良风味的野草莓作为原材料[6]。

2.3.2 清洗

将清理掉枝叶等杂物的野草莓，放在盆里用流动水清洗 2～3 遍[7]。

2.3.3 漂烫

将清洗后的亚东野生草莓放入80℃热水中漂烫30～60 s，待果实中心温度降至60℃时即可捞出，放入干净的容器中，待下一步破碎打浆[8]。

2.3.4 护色

将漂烫后的野生草莓沥水控干，浸入质量分数为0.5%的抗坏血酸溶液中，浸泡20 min进行护色，防止果实在下一步加热浓缩过程中发生褐变，影响果酱的感官品质[9]。

2.3.5 调配

按一定的比例称取一定量的冰糖、鲜榨柠檬汁、氯化钙，逐一加入野草莓浆中，再加入少量的纯净水，混合均匀[10]。

2.3.6 浓缩

将调配好的野生草莓浆倒入搅拌均质机中，在高于80℃的温度下进行浓缩。为了不影响野生草莓果酱的感官品质并延长其保质期，需去除野生草莓浆加热过程中产生的泡沫。待浓缩至野生草莓果酱形成坚实的不可逆凝胶、无分层现象、可溶性固形物含量在30%～50%即可停止[11]。

2.3.7 灌装

将浓缩好的野生草莓果酱趁热灌装，灌装至离瓶口顶隙8 mm左右为宜[12]。

2.3.8 杀菌冷却

将灌装密封后的野生草莓果酱放入蒸汽灭菌锅中，在100℃的温度下灭菌15 min，蒸汽灭菌后使其逐渐冷却，防止瓶体炸裂[13]。

2.4 综合感官评价

选取10名专业人士，从色泽、风味、口感、组织状态这4个方面进行评价。以权重比为2∶2∶3∶3，计算各项评分的总和。通过去掉一个最低分和一个最高分，将剩下8名专家打分的结果取平均值，计算感官评分的最终结果[14]。

感官评分标准见表1。

表1 感官评分标准

2.5 果酱成品指标测定

2.5.1 可溶性固形物含量测定

根据GB/T 10786—2006采用折光仪进行测定[15]。

2.5.2 总糖含量测定

采用斐林试剂法，称取5 g果酱成品，加蒸馏水30 mL，配成溶液。称取10 mL溶液试样于250 mL三角瓶中，加入70 mL蒸馏水和20%的HCl溶液20 mL，放入沸水浴中水解60 min，再用冰水迅速冷却。以质量浓度为200 g/L的NaOH溶液中和试样，使其pH值保持在5～6，加入蒸馏水定容至250 mL，振荡摇匀，倒入离心管中，以转速4 000 r/min离心10 min，取滤液备用。

2.5.3 总酸含量测定

采用直接滴定法。称取野生草莓果酱成品10 g，用蒸馏水定容至100 mL过滤后吸取20 mL滤液到小三角烧瓶中，滴入酚酞2滴，再用质量浓度为0.1 g/L的NaOH溶液进行滴定，记录所用NaOH溶液体积，计算样品中的总酸度。

2.6 亚东野生草莓果酱的加工工艺响应面优化法

采用Design Expert 8.0.6.1分析软件，利用Box-Behnken型设计方案，结合单因素试验所得结果，选取柠檬汁添加量、冰糖添加量、氯化钙添加量这3个因素进行响应面分析。并以1，0，-1分别代表变量的因素编码[16]。

3 结果与分析

3.1 单因素试验

3.1.1 氯化钙添加量对草莓酱感官品质的影响

在其他条件不变的情况下，分别添加0.02%，0.04%，0.06%，0.08%，0.10%的氯化钙进行试验。

氯化钙添加量对草莓酱感官品质的影响见图1。

图1 氯化钙添加量对草莓酱感官品质的影响

由图1可知，随着氯化钙添加量的增加，草莓果酱的感官评分呈上升趋势。这是因为添加一定量的氯化钙可促进草莓浆在加热过程中的乳化反应，使果酱的凝胶效果良好。但随着氯化钙添加量的增加，草莓果酱会逐渐失去果酱应有的流动性和涂抹性，草莓果酱的口感也会变差，会产生一股苦味[17]。当氯化钙的添加量超过0.06%时，果酱的感官评分呈下降趋势。

3.1.2 柠檬汁添加量对草莓酱感官品质的影响

在其他条件不变的情况下，分别添加0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，1.0%的柠檬汁进行试验。

柠檬汁添加量对草莓酱感官品质的影响见图2。

由图2可知，随着柠檬汁添加量的增加，草莓果酱的感官评分呈上升趋势。这是因为所添加的柠檬汁与草莓中的果胶结合，凝胶作用增强，使生产出的果酱质地均匀，无沉淀物产生。在制作果酱过程中添加一定量的柠檬汁也可起到调整酸度、杀菌防腐、增强风味的作用。但随着柠檬汁添加量的增加，草莓果酱的口感会逐渐变差[18]。由图2可知，当柠檬汁添加量超过0.6%时，草莓果酱的感官评分呈下降趋势。

图2 柠檬汁添加量对草莓酱感官品质的影响

3.1.3 冰糖添加量对草莓酱感官品质的影响

在其他条件不变的情况下，分别添加15%，20%，25%，30%，35%的冰糖进行试验。

冰糖添加量对草莓酱感官品质的影响见图3。

图3 冰糖添加量对草莓酱感官品质的影响

由图3可知，随着冰糖添加量的增加，草莓果酱的感官评分呈上升趋势。这是因为添加冰糖可提高果酱的光泽度和透明度，果酱的色泽较佳。在制作果酱过程中，添加适量的冰糖可赋予果酱基本的风味，但随着冰糖添加量的增加，会加速美拉德反应，使果酱的颜色变深、风味变差、口感过于甜腻。当冰糖添加量超过30%时，果酱的感官评分呈下降趋势。

3.2 响应面优化草莓果酱最佳工艺配方试验

3.2.1 响应面模型的建立与方差分析

在单因素试验基础上，根据Box-Behnken中心组合设计原理，选取冰糖添加量、氯化钙添加量、柠檬汁添加量这3个因素来研究草莓果酱的配方，以产品的评分Y为响应值，利用Design Expert 8.0.6.1软件设计三因素三水平的响应面试验。

响应面因素与水平设计见表2，响应面优化试验设计及结果见表3。

表2 响应面因素与水平设计/%

由表3可知，通过响应面试验建立草莓果酱感官评分与氯化钙添加量（A）、柠檬汁添加量（B）、冰糖添加量（D）之间的回归方程为（编码值）：

表3 响应面优化试验设计及结果

回归模型的方差分析见表4。

表4 回归模型的方差分析

由表4可知，模型的p值小于0.01，F值远大于1，说明回归模型达到极显著。模型失拟项不显著（p=0.917 2＞0.05），由此说明试验所建立的多元回归模型具有较好的显著性，采用响应面试验设计能够对果酱工艺配方进行真实模拟。其决定系数R2=0.995 5，说明该模型的拟合度很好，可以反应99.55%响应值的变化。根据回归模型方差分析表中各因素的p值可以看出，影响草莓果酱感官评分的因素按主次顺序排列为 B＞C＞A。其中 A因素的 p值为0.151 3，大于0.05，说明氯化钙添加量对亚东草莓果酱的感官品质影响不显著。而B因素、C因素的p值分别为0.000 7，0.000 8，均小于0.01，说明柠檬汁添加量与冰糖添加量对亚东草莓果酱的感官品质影响极显著。该模型变异系数为0.63%，说明模型建立稳定，各因素的变异概率较低，各因素选择合理。

3.2.2 响应面交互作用分析

根据交互作用对结果影响的显著程度，使用Design Expert 8.0.6.1软件做出响应曲面图。

Y=f（A，C）的响应面见图4，Y=f（B，C）的响应面见图5，Y=f（A，B）的响应面见图6。

图4 Y=f（A，C）的响应面

图5 Y=f（B，C）的响应面

图6 Y=f（A，B）的响应面

从图4～图6可以看出，冰糖添加量和氯化钙添加量的交互作用对草莓果酱感官评分的影响最强，柠檬汁添加量和冰糖添加量的交互作用对亚东野生草莓果酱感官品质的影响次之，柠檬汁添加量与氯化钙添加量的交互作用对亚东野草莓果酱感官品质的影响最弱。以上结果与多元回归模型的方差分析基本一致，这进一步说明该多元回归模型能够很好地描述草莓果酱的工艺配方。

3.2.3 响应面模型优化试验

使用Design Expert 8.0.6.1软件对模型进行优化处理可以得出，当氯化钙添加量0.06%，柠檬汁添加量0.8%，冰糖添加量25.13%时，最终的感官评分为96.2分，此时的期望百分值为86.7%（75～100分）。结合生产实践，对软件所导出的优化数据进行验证试验，经3次平行试验，添加0.06%的氯化钙、0.8%的柠檬汁，25.1%的冰糖所制得的产品，其感官评分的平均值为95.98分，与理论预测值相差不大，说明该模型能较好地预测实际果酱配料对口感的影响情况。

3.3 果酱成品指标

经检测果酱中可溶性固形物含量为49.2%，总糖含量为37.6%，总酸含量为0.82%，酸甜适宜，果酱具有浓郁的天然野草莓味。

4 结论

以西藏亚东地区的野生草莓为原料，对生产草莓果酱的配方进行了研究，在单因素试验的基础上采用响应面试验设计法对各因素进行了优化，结果表明，当氯化钙添加量为0.06%，柠檬汁添加量为0.8%，冰糖添加量为25.13%时，果酱的感官评分最高，呈鲜红色，酱体透明度高，无糖和水析出，酱体质地均匀无沉淀，具有浓郁的天然野草莓味。