响应面法优化银耳山楂红枣速溶饮料的加工工艺
2020-03-03李翔徐宏邓杰王秋果凌云坤刘达玉
李翔，徐宏，邓杰，王秋果，凌云坤，刘达玉
成都大学，食品加工四川省高校重点实验室（成都 610106）
银耳是我国重要的食用菌之一[1-2]，有“菌中之冠”的美称[3]。四川通江县素有“中国银耳之乡”的美誉[4-9]。现代医学证实，银耳是药食两用食物，具有多种药理活性[10-14]，可以抗辐射、清除超氧阴离子和羟自由基，诱导体内产生抗体和干扰素，提升免疫力[14-19]。山楂是蔷薇科苹果亚科山楂属，其味酸甘、性微温，研究显示山楂有促进脂肪类食物的消化，降脂降压，强心，抗心绞痛、心律失常，增强机体的免疫力，抗氧化，防衰老等作用[20-21]。红枣又名大枣，富含维生素A、C、B1、B2，红枣中含有丰富的的蛋白质、糖类、纤维素等营养物质，是一种美容、延缓衰老、保护肝脏的药食两用的“天然维生素丸”[22-25]。试验以红枣粉末、银耳粉末、山楂粉末为主要原料，以感官试验为评定指标，通过单因素试验和响应面优化试验确定出银耳山楂红枣速溶饮料的最佳配方，研制出以银耳、红枣、山楂为主要原料的方便即食、营养丰富的银耳速溶性饮料，既满足了人们对健康饮品的需求，又丰富了银耳精深加工产品类型，使我国的银耳资源得到充分有效利用，同时促进了四川省通江县银耳产业的发展。
1 材料与方法
1.1 试验材料
通江银耳（通江县成都中茂农业科技有限公司提供）；新疆和田枣（乐陵市铭途枣业有限公司）；复合配方稳定剂（伊川县德润昇塑料科技有限公司）；冰糖（云南古训红糖有限公司）；复合配方稳定剂（潍坊市邦泰高分子材料有限公司）。
1.2 主要设备与设备
电磁炉（美的集团有限公司）；ESJ 120-4 B型电子天平（西安秦之骏电子科技有限公司）；101型电热鼓风干燥箱（吴江长胜烘箱设备制造有限公司）；JYL-C 19 V粉碎机（永康市铂欧五金制品有限公司）。
1.3 方法
1.3.1 银耳山楂红枣速溶饮料加工工艺流程
原料挑选→泡制清洗→煮制→干燥→粉碎处理→调配→混合冲调→确定配方
1.3.2 操作工艺要点
1) 原料挑选：购买一级品通江银耳；购买冻干红枣与山楂。
2) 泡制清洗：将购买的通江银耳用50～70 ℃的自来水浸泡处理30 min，水料比约为2∶1，用剪刀剪去银耳黑色、深黄色木质部分。
3) 煮制：将泡制后的银耳于沸腾的水中煮制20 min后，备用。
4) 干燥：将经过煮制的银耳放置于小筛子中，自然晾干至不在有明显水珠滴落，然后将银耳片于60 ℃的电热鼓风干燥箱内干燥2.5 h。
5) 粉碎处理：将经过热风干燥银耳片打粉处理，经过磨制的银耳粉末用密封包装袋装好，备用。将去核的冻干红枣切片处理，大小约为1 cm×1 cm，放入粉碎机磨粉处理，用密封包装袋装好，备用。同样，将去核的山楂干放入粉碎机磨粉处理，用密封包装袋装好，备用。
6) 称量调配：按一定比例准确称取原辅料，在干燥坏境下避免干燥物吸水回潮，将各种原辅料混合均匀。
7) 调配冲调及配方确定：准确称2.43 g银耳粉末、1.68 g红枣粉末、0.84 g山楂粉末、0.3 g复合稳定剂、5.34 g冰糖粉末、88.3 g水。混匀后该配方的质量百分比为：银耳粉末2.6%、红枣粉末1.8%、山楂粉末0.9%、复合稳定剂0.3%、冰糖粉末5.3%、水88.3%。
8) 杀菌[26-28]：用微波杀菌法对成品进行杀菌，杀菌时间80～140 s，杀菌微波功率430～460 W。
9) 包装、检查、成品：经过杀菌后的半成品冷却并装袋封口，贴上标签，即为成品。
1.3.3 银耳山楂红枣速溶饮料感官评价的测定
银耳山楂红枣速溶饮料感官评价指标包括其外观、气味、滋味、均匀性，由10名（5男5女）食品专业的同学组成的评价小组对冲调饮料感官评价，银耳山楂红枣速溶饮料感官评价标准见表1。
表1 银耳山楂红枣速溶饮料感官评价标准表
1.3.4 单因素试验
以银耳山楂红枣速溶饮料感官评价标准表为指标，依次进行银耳粉末添加量（A）、红枣粉末添加量（B）、山楂粉末添加量（C）、冰糖粉末添加量（D）的单因素试验，每个单因素试验得到的最佳条件作为下一组单因素试验的固定条件值，具体见表2。
表2 银耳山楂红枣速溶饮料单因素试验设计表
1.3.5 响应曲面试验设计
通过单因素试验结果分析，以感官评分为响应值，使用Design Expert 8.0.6软件，选用银耳粉末添加量、红枣粉末添加量、山楂粉末添加量、冰糖粉末添加量4个因素的添加量，根据Box-Behnken中心组合试验设计原理进行试验设计，具体见表3。
表3 Box-Behnken试验设计因素与水平表
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果与分析
由图1可知，当银耳粉末为2.4 g，或红枣粉末为1.6 g，或山楂粉末为0.8 g，或冰糖粉末为5.0 g时，银耳山楂红枣速溶性饮料的感官评分相应达到最高值，其外观、黏稠度、滋味、均匀性达到最好。
图1 因素A、B、C、D对速溶饮料感官评分影响
2.2 响应面法试验结果与分析
2.2.1 响应面法试验设计与结果
以银耳山楂红枣速溶营养粉的感官评分为响应值（Y），以A、B、C、D四个因素为自变量进行响应面试验设计，进一步优化银耳山楂红枣速溶营养粉配方，试验方案与结果见表4。
表4 响应面设计表与结果
2.2.2 响应面回归模型分析
表5 回归方程方差分析表
将表4的试验数据采用Design-Expert 8.0.6统计软件进行回归拟合与方差分析，得到回归方程：Y=-1 088.005 83+209.952 78A+260.950 0B+778.858 33C+139.566 67D+0.208 33AB-26.875 00AC-6.833 33AD+43.125 00BC-17.437 50BD+38.500 00CD-30.502 31A2-60.973 96B2-586.395 83C2-11.780 83D2。
由表5可知，该模型差异性极显著（p＜0.001），失拟项不显著（p＞0.05），说明方程与实际情况拟合比较好，能准确反映感官评分与各因素之间的关系。信噪比22.625＞4，即信噪比大于临界值，由此可知该模型是可行的。由表5中F值的大小可以判断影响感官评分的主次因素顺序为D＞C＞B＞A，该模型R2=0.966 0，adjustedR2=0.947 0，由此可知该模型中的96.60%复合饮料的感官评分变化都是因为自变量。综上结果表明可以用该模型对复合饮料的感官评分进行预测。由表5可知，A、B、C、D、A2、B2、C2、D2项差异极显著（p＜0.001），BD项差异高度显著（p＜0.01），AD、BC、CD项差异显著（p＜0.05）。
银耳粉末、红枣粉末、山楂粉末、冰糖粉末四种配料的添加量之间存在交互作用关系，具体关系见图2（R1为感官评分值）。
图2 各因素交互作用对感官评分影响的响应面
2.2.3 模型优化
由响应面试验结果，经过Design Expert 8.0.6软件的最优组合分析得到的银耳山楂红枣速溶饮料的最佳配方为：银耳粉末2.43 g、红枣粉末1.68 g、山楂粉末0.84 g、冰糖粉末5.34 g。在此配方下的银耳山楂红枣速溶饮料的感官评分预测值为92.723 8。
2.3 银耳山楂红枣速溶饮料添加量的确定[29]
由表6可知，银耳山楂红枣速溶饮料的感官品质随着复合稳定剂添加量的增加而变好，当复合稳定剂添加量到0.3 g以后，其感官品质在下降。因此，银耳山楂红枣速溶饮料的复合稳定剂添加量选取0.3 g为宜。
2.4 验证试验
由Design-Expert 8.0软件得出的银耳山楂红枣速溶饮料的最佳制作条件为：银耳粉末2.43 g、红枣粉末1.68 g、山楂粉末0.84 g、冰糖粉末5.34 g。按此配方制作的银耳山楂红枣速溶饮料感官评分最高，为92.723 8分。在此条件下，再添加复合稳定剂（0.3 g）进行验证试验，制成的速溶饮料具有很好的色泽和外观形态，复水性合适，无明显结块，风味独特，口感醇厚，稳定性合适，被认为是银耳山楂红枣速溶饮料的最佳风味。
表6 复合稳定剂添加量对速溶饮料品质的影响
3 结论
以银耳粉末、红枣粉末、山楂粉末等为原料，制作银耳山楂红枣速溶性饮料，通过单因素试验、Box-Behnken响应面优化试验、加工工艺探究试验，以感官评分为依据筛选其最佳制作配方，配方为：银耳粉末2.43 g、红枣粉末1.68 g、山楂粉末0.84 g、冰糖粉末5.34 g。通过单因素试验，确定复合稳定剂（0.3 g）。在此条件下的银耳山楂红枣速溶性饮料的成品具有很好的色泽和外观形态，复水性合适，无明显结块，酸甜可口，风味独特，口感醇厚，稳定性适宜。
