响应面法优化低糖南果梨果酱的配方

梁 婷，王 蕊，张冬梅，施晓敏，杨昕妍，贡晨光，孙丰梅*，丁培峰

（河北北方学院 食品科学系，河北 张家口 075000）

南果梨（Pyrus ussuriensis）为蔷薇目蔷薇科植物，属秋子梨，是秋子梨中的优良品种，迄今已有一百多年的栽培历史。南果梨不仅是辽宁鞍山的地理标志产品，而且被农业部列为国家特色梨品种之一，现已被推广到吉林、黑龙江、内蒙古等地栽培[1]。

南果梨具有酒香浓郁、口感酸甜、汁液鲜美、肉质松软细腻等特点。除此之外，还含有多种营养成分。据有关部门测定结果显示，南果梨果实中氨基酸种类齐全，多达17种；含有的微量元素高达37种，以锌、铁、钾、钙最为显著，均高于其他水果；而且粗纤维、可溶性糖的含量也较高；另外还含有多种脂肪酸以及对人体有保健功能的黄酮类与芳香类物质。南果梨中的超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）与猕猴桃、橘子和白梨相比，其含量更高，是一种良好的天然保健水果[2]。南果梨具有调节身体酸碱度、调理肠胃、抗氧化、防治心血管疾病的功能。因此，南果梨在延年益寿、美容疗养等方面也有一定的作用[3]。随着南果梨的种植推广，鲜食产品越来越越受到人们的青睐，但是其加工产品却较少。据调查，目前南果梨的加工产品主要有果醋[4]、果酒[5]、复合饮料[6]、果脯[7]等，但市场上鲜有南果梨果酱产品的出现。

传统的果酱制品，口感细腻，含糖量却高达65%～75%，据调查显示，人体摄入过多糖会对健康产生不利影响。随着公众对营养、保健食品的重视，人们开始追求低糖、低热、低脂食品，这就为研究生产低糖果酱提供了思路[10]。低糖果酱的含糖量一般在20%～30%之间，其特点是口感清爽，更能突出原果风味，可作为佐餐调味佳品和旅游方便食品，具有更好的推广价值。根据市场的发展趋势，国内外果酱消费市场将会逐渐被低糖果酱占领[11-12]。

在当前低糖果酱的研究基础层面，WANG Y T等[8]对果胶进行了研究，利用果胶甲酯酶对果胶的进行酶解，提高果胶溶液中的浊度和粒径，提高了果胶的分子质量。这些发现支持果胶甲基酯酶在催化果胶分子间的转酰化反应的发生，大大减少果酱中糖的需求；ALBA K等[9]探讨酸碱度对果胶的影响的试验，得出果胶在果酱制备过程中的最适酸碱度。

本试验拟以新鲜南果梨为原料，适量使用柠檬酸、果胶等食品添加剂，制备低糖南果梨果酱，并用Box-Behnken响应面优化产品配方，为低糖南果梨果酱的产品开发和产业化发展提供研究基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

南果梨：市售；蔗糖（食品级）：西安天茂化工旗舰店；柠檬酸（分析纯）：常州市商联化工有限公司；果胶：常州市商联化工有限公司。

1.2 仪器与设备

DJ13E-Q3九阳打浆机：国美在线电子商务有限公司；FAJA分析天平：天津市精拓仪器科技有限公司；HB-113ATC手持折光仪：北京惠博瑞科折射仪厂；C21-WK2102美的（Midea）电磁炉：邯郸市高开区美的集团邯郸美的制冷设备有限公司；YXQ-LS-50A实验室灭菌锅：济南欧迪医疗器械有限公司。

1.3 试验方法[13-15]

1.3.1 低糖南果梨果酱工艺流程

1.3.2 操作要点[16]

原料选择：选择果实较大、有光泽、成熟、无腐烂、无虫害的南果梨。

护色：将去皮后的果肉放入1%食盐水中护色。

软化：将切分好的南果梨称重，按比例加入水煮4 min，将其软化。

打浆：将软化好的南果梨连同汁液倒入打浆机中打浆。

加热浓缩：将打浆后的果浆倒入蒸煮锅，加入按比例称量好的蔗糖、柠檬酸后煮至沸腾，改用文火，加入果胶，并一直搅拌至粘稠状。

装瓶密封：果酱浓缩结束后，装入已灭菌的罐内（顶间隙约2～3 mm），装瓶时要迅速将罐盖拧紧，且每锅果酱的分装要在30 min之内完成，酱体温度保持在80～90℃[17-18]。

灭菌：将密封好的果酱进行灭菌，温度100℃，保持10 min，然后取出。

冷却：灭菌结束后水浴分段冷却，70℃—40℃—常温，即得低糖南果梨果酱。

1.3.3 低糖南果梨果酱配方优化单因素试验

将南果梨与水配比分别设置为1∶1.0、1∶1.5、1∶2.0、1∶2.5、1∶3.0、1∶3.5（g∶mL），蔗糖添加量分别设置为12%、16%、20%、24%、28%、32%，柠檬酸的添加量分别设置为0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%，果胶的添加量分别设置为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%，考察各因素对南果梨果酱感官品质的影响。

1.3.4 低糖南果梨果酱配方优化响应面试验[17-18]

在单因素试验基础上，以南果梨与水配比（A）、蔗糖添加量（B）、柠檬酸添加量（C）、果胶添加量（D）为因素，果酱感官评分（Y）为响应值，利用Design Expert 8.06软件，进行响应面的试验设计。响应面试验设计因素与水平见表1。

表1 果酱配方优化响应面试验因素与水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology for jam formula optimization

1.3.5 果酱产品感官品质评定方法

从果酱的色泽、气味、滋味以及组织状态方面进行感官评价，评判标准参照国标GB/T 22474—2008《果酱》，结合南果梨自身特点和有关参考文献制定[19-20]。具体评分标准见表2。

表2 低糖南果梨果酱感官评价标准Table 2 Sensory evaluation standards of low sugar Nanguo pear jam

2 结果与分析

2.1 单因素试验优化低糖南果梨果酱配方

2.1.1 南果梨与水配比的确定

在南果梨用量为100 g，蔗糖添加量20%，果胶添加量0.5%，柠檬酸添加量20%，考察不同南果梨与水配比对低糖南果梨果酱感官品质的影响，结果见图1。

由图1可知，当南果梨与水配比为1∶1.0～1∶1.5（g∶mL）时，果酱的感官评分逐渐增加；当南果梨与水配比为1∶1.5（g∶mL）时，果酱的感官评分最高，其独特香气可以明显表现出来，色泽、风味、流动性、黏稠性相对较好；当南果梨与水配比为1∶1.5～1∶3.5（g∶mL）时，其流动性、口感等感官的呈现不甚理想，果酱的感官评分逐渐下降。因此，选择南果梨与水配比为1∶1.5（g∶mL）为宜。

图1 南果梨与水配比对果酱感官品质的影响Fig.1 Effect of Nanguo pear to water ratio on sensory quality of jam

2.1.2 蔗糖添加量的确定

在南果梨与水配比为1∶1.5（g∶mL），加入0.5%的果胶，20%的柠檬酸，考察不同的蔗糖添加量对果酱感官品质的影响，结果见图2。

图2 蔗糖添加量对果酱感官品质的影响Fig.2 Effect of sucrose addition on sensory quality of jam

由图2可知，当蔗糖添加量为12%～24%时，果酱的感官评分逐渐增加；当蔗糖的添加量为24%时，果酱的感官评分最高，且口味酸甜可口，口感细腻，且无析水现象；当蔗糖添加量＞24%之后，甜度增加，不仅使成品色泽暗沉无光，而且掩盖了南果梨特有的风味，并且出现了析水现象，根据感官指标评价所得，风味果酱的感官评分逐渐下降。因此，选择蔗糖添加量24%为宜。

2.1.3 柠檬酸添加量的确定

在南果梨与水配比为1∶1.5（g∶mL），加入24%蔗糖、0.5%果胶，考察不同的柠檬酸添加量对果酱感官品质的影响，结果见图3。

由图3可知，当柠檬酸添加量为0.10%～0.25%时，果酱的感官评分逐渐增加；当柠檬酸添加量为0.25%，果酱感官评分最高，其酸甜程度最为适宜，而且柠檬酸的酸味不是很突兀；当柠檬酸添加量＞0.25%之后，酸度增加，造成口感不佳，果酱的感官评分逐渐下降。因此，选择柠檬酸添加量0.25%为宜。

图3 柠檬酸添加量对果酱感官品质的影响Fig.3 Effect of citric acid addition on sensory quality of jam

2.1.4 果胶添加量的确定

在南果梨与水配比为1∶1.5（g∶mL），添加24%蔗糖，0.25%柠檬酸，考察不同果胶添加量对果酱感官品质的影响，结果见图4。

图4 果胶添加量的确定对果酱品质的影响Fig.4 Effect of pectin addition on sensory quality of jam

由图4可知，当果胶的添加量为0.1%～0.5%时，果酱的感官评分逐渐增加；当果胶的添加量为0.5%时，果酱的感官评分最高，果胶的黏稠性发挥了最大效果，对南果梨果酱的口感影响较低，且此时酱体口感细腻，外观较为均匀；当果胶的添加量＞0.5%之后，黏度升高，果酱的流散性，均匀性效果呈现较差，口感较0.5%的果胶添加量相比，有明显差距，果酱的感官评分逐渐下降。因此，果胶添加量0.5%为宜。

2.2 低糖南果梨果酱配方优化的响应面设计试验结果

在单因素试验基础上，以南果梨与水配比（A）、蔗糖添加量（B）、柠檬酸添加量（C）、果胶添加量（D）为因素，果酱感官评分（Y）为响应值，利用Design Expert 8.06软件，进行响应面的试验设计。响应面试验设计及结果见表3，方差分析结果见表4。

将表3所得的试验数据采用Design Expert 8.0软件进行统计分析，得到二次回归方程：

表3 果酱配方优化响应面设计及结果Table 3 Design and results of response surface methodology for jam formula optimization

由表4可知，F值的大小可以判断出影响感官评分中B（蔗糖添加量）的影响最大，D（果胶添加量）和C（柠檬酸添加量）对其影响次之，A（南果梨与水配比）对结果影响最小。模型达到了极显著水平（P＜0.01），表明模型构建较成功。失拟项不显著（P＞0.05），表明回归方程拟合效果较好。决定系数R2=0.908 7，调整决定系数R2Adj=0.817 4，说明该模型的预测值与实验值具有较好的拟合性，因此可以用此模型对低糖南果梨果酱的感官品质进行预测。通过响应面优化分析得到低糖南果梨果酱的最佳工艺参数为：南果梨与水配比1∶2.24（g∶mL），蔗糖添加量24%，柠檬酸添加量0.22%，果胶添加量0.55%，此时制作的果酱感官评分预测值为97.83分。

表4 回归模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression model

2.3 响应面曲面图分析

根据回归方程利用Design Expert 8.06软件，作出各因素两两交互作用响应面及等高线见图5。

图5 各因素交互作用对感官评分影响的响应面及等高线Fig.5 Response surface plots and contour line of effects of interaction between each factors on sensory score

由图5可知，响应面图中随着各因素的增大，响应值逐渐增大，当响应值增大到极限后，随着各因素的增大，响应值逐渐减小。由图5看出，交互项AB、AC、AD、BC、BD、CD的响应面坡度较为平缓，说明对果酱感官评分影响不显著，A、B、C和D对感官评分均呈现抛物线趋势的影响，即说明4个单因素所在选取的试验范围内，响应值均存在极大值。为保留南果梨特有的风味，食品添加剂的添加量必须严格控制，过多或过少都会影响其独有的风味。因此有必要针对必须的一些食品添加剂进行充分的考量。

2.4 验证试验

由Design-Expert 8.0软件得出的低糖南果梨果酱的最佳配方为南果梨与水配比1∶2.24（g∶mL），蔗糖添加量24%，柠檬酸添加量0.22%，果胶添加量0.55%。为了方便实际操作，将低糖南果梨果酱的配方修正为：南果梨与水配比为1∶2.0（g∶mL），蔗糖添加量为24%，柠檬酸添加量为0.20%，果胶添加量为0.60%。在此优化配方条件下进行验证试验，制成的低糖南果梨果酱感官评分为96.59分，与预测值的相对误差为0.76%，证明利用该模型优化低糖南果梨果酱配方是可行的。

2.5 产品质量指标

按中国人民共和国国家标准GB/T22474—2008《果酱》对低糖南果梨果酱进行感官及理化指标的评定。

2.5.1 感官指标

色泽呈亮黄色，有光泽，酸甜适口，口感细腻，均匀黏稠且具有一定的流动性，果酱外观良好，无汁液析出现象，有南果梨独特风味。

2.5.2 理化指标

南果梨果酱pH值为4.1，总糖含量为34.2%，可溶性固形物含量为38.3%，总砷、总铅含量均＜0.1 mg/kg，满足果酱国标要求。

2.5.3 微生物指标

细菌总数和大肠菌群近似数均符合果酱微生物指标要求，未检出致病菌。

3 结论

以新鲜南果梨为原料，制作低糖南果梨果酱，通过单因素试验及响应面优化试验，以感官品质评分为标准筛选得到果酱的最佳制作配方为南果梨与水配比1∶2.0（g∶mL），蔗糖的添加量为24%，柠檬酸的添加量为0.20%，果胶的添加量为0.60%，此时果酱的感官评分为96.59分。此时制成的低糖南果梨果酱亮黄有光泽，酸甜可口，口感细腻，并有南果梨独有的香味，果酱组织均匀，没有汁液析出，酱体胶凝性良好，流动性好。