响应面优化海带渣岩藻聚糖硫酸酯保健果冻加工工艺

郭峰君 杨乐乐

（1.北海职业学院，广西 北海市 536000；2.北海市环境监测中心站，广西 北海市 536000）

果冻是一种外形晶莹剔透、口感爽滑、色泽艳丽、香甜可口的半固体休闲食品。20世纪80年代果冻凭借独特的风味和口感进入中国市场，受广大消费者欢迎，市场潜力巨大。传统的果冻生产原料单一，缺乏保健功能，不能满足消费者的需求。预测未来复合果冻的增长率会达到14.2%以上，新型复合口味、具有保健功能的果冻具有较高的开发市场[1,2]。我国有高钙果冻、益生菌果冻、果粒果冻等，亚洲其他国家有绿茶果冻、乳酸果冻、芦荟果冻等。近年来流行的复合果冻主要有蔬菜−水果类、水果−五谷类，很少有水产品−水果类果冻。

海带渣是指海藻酸钠生产过程中，干海带经浸泡、碱液消化、粗滤得到的不溶性组分和胶液经稀释、发泡、漂浮后得到的悬浮性固体成分。海带加工提取碘、甘露醇、褐藻酸钠三大产品后剩余的下脚料富含大量的岩藻聚糖硫酸酯和其他营养物质，直接丢弃易造成污染浪费[3]。海带提取的岩藻聚糖硫酸酯是一种含有岩藻糖和硫酸根离子的结构复杂的硫酸多糖，受其生长环境、提取方法、降解方法不同，获得的多糖分子具有不同的结构。岩藻聚糖硫酸酯具有抗凝血、降血脂、抗病毒、抗肿瘤、提高免疫力、抗氧化、抗疲劳、促益生菌生长等多种活性功能[4−8]。在果冻中添加海带岩藻聚糖硫酸酯，既能废物利用，又能保健。

百香果又名鸡蛋果、爱情果，营养丰富，富含7种有机酸，17种氨基酸、21种微量元素，具有美容养颜、促消化、止咳化痰、延缓衰老等功效[9−12]。百香果维生素C含量高达240mg/kg，其中还含有芹菜素、木犀草素、荭草素、异荭草素、槲皮素等黄酮类化合物，能抗氧化、降血压、降血脂等。张衡等研制的红茶果冻，因为减少色谱和添加剂的使用，深受年轻人喜爱[13]。

本文通过单因素试验和响应面法优化果冻最佳配方，研制出口感、气味和外观良好的水产品−水果复合的保健果冻，既能使海带渣废物利用，又能有鲜明的颜色和独特的口感，又具有保健功效[14]。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料 海带渣（模拟工厂提取后的状态）：干海带(购于海和安超市)将干海带剪碎浸泡后，碱液消化，粗过滤得到的不溶性组分，稀释、发泡、漂浮后得到的悬浮性固体。

百香果、琼脂、木糖醇、食醋、柠檬酸。

1.1.2 设备 XFS−280MB+立式高压蒸汽灭菌器；FW−100万能粉碎机；DHG−9037A型电热恒温鼓风干燥箱；AR224CN电子分析天平；ZL10−250C超声仪；pHS−3C型酸度计；YGM/2WAJ阿贝折光仪；亚荣RE−52AA旋转蒸发仪。

1.2 加工方法

1.2.1 工艺流程 海带渣岩藻聚糖硫酸酯制备：80℃热水浸泡→旋蒸浓缩→30%乙醇醇沉→60%乙醇醇沉→90%乙醇醇沉→旋蒸浓缩→岩藻聚糖硫酸酯沉淀

果冻制备：岩藻聚糖硫酸酯→去腥→煮胶（琼脂木糖醇）→加入百香果果汁→加入柠檬酸→混匀→灭菌→冷却→检验→成品

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 海带渣岩藻聚糖硫酸酯提取、除腥 采用水提醇沉法对海带渣岩藻聚糖硫酸酯进行提取。将海带渣清洗、烘干、粉碎后过筛，制成粉末；水提醇沉法，80℃热水提取，上清液旋蒸浓缩，分别用30%、60%、85%乙醇醇沉获得岩藻聚糖硫酸酯沉淀，用透析袋透析除金属离子和盐，旋蒸浓缩后用鼓风干燥机烘干，得到海带粗多糖。

根据实验室前期实验成果，采用15%H2O2反应6h，联合超声功率500W，温度50℃，pH值7.5，60min进行降解。称取1g海带岩藻聚糖硫酸酯于容器中，加入等体积0.1%食醋和1%柠檬酸浸泡0.5h，除去腥味，清水漂洗多次，除去酸液[15]，定容至1L。

1.2.2.2 凝胶剂制备 将琼脂和木糖醇按比例缓慢加入水中，不断搅拌溶解，缓慢加热4 min，得到热凝胶溶液，静置片刻，消去表面泡沫，用100目滤布过滤。

1.2.2.3 百香果果汁制备 选用新鲜百香果，挖出果肉，1：1加水用榨汁机搅拌，用100目滤布过滤。

1.3 果冻配方研究

1.3.1 感官评定 将果冻放于白色搪瓷盘上，由10人进行感官评定。采用双盲法，从色泽、风味、组织结构、口感四方面进行评定[16]，评定各样品之间用矿泉水漱口。具体评分标准见表1。

1.3.2 单因素试验和响应面优化 固定海带岩藻聚糖硫酸酯1mg/mL，取100mL岩藻聚糖硫酸酯溶液分别对琼脂、木糖醇、柠檬酸、百香果果汁的添加量进行研究，具体见表2，在单因素的基础上，采用Box−Benhnken设计原理[17]，在四因素三水平的响应面分析法对果冻加工工艺进行优化，确定最优工艺参数。

表1 果冻感官评定评分标准

表2 响应面优化试验与水平

1.3 理化指标和微生物指标测定

可溶性固形物用阿贝折光仪测定，参照GB/T 19299－2015[18]；pH用酸度计测定。

菌落总数GB 4789.2—2016[19]；大肠菌群GB 4789.3—2016[20]。

1.4 数据处理

采用Design−Expert 8.0.6软件对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 单因素分析

2.1.1 琼脂添加量对果冻品质的影响

以琼脂添加量分别为0.5%，1%，1.5%，2%，2.5%进行实验，并进行感官评定。由图1可以看出，当琼脂含量为1.5%时，制作出的果冻感官评定分数最高。当琼脂含量为0.5%和1%时，果冻成型状态不佳，偏软。当琼脂含量大于1.5%时，果冻硬度较高口感较差。

2.2.2 百香果果汁添加量对果冻品质的影响 在琼脂添加量为1.5%、木糖醇添加量为15%、柠檬酸添加量为0.15%的条件下，以百香果果汁添加量分别为5%，10%，20%，30%，40%进行实验，并进行感官评定。百香果果汁的添加能改变果冻口味，掩盖海带腥味，对其他因素的影响不大。当果汁添加量较少时，百香果的风味及香气不足，当果汁添加量过多时，酸度较高，口感不够细腻，不符合大众口味。

2.2.3 柠檬酸添加量对果冻品质的影响 柠檬酸作为食品添加剂能调节食品风味，对果冻的凝胶稳定性有一定的影响。在琼脂添加量为1.5%、木糖醇添加量为15%、百香果果汁添加量为20%的条件下，考察柠檬酸添加量对果冻感官评定分数的影响。得出结论，当柠檬酸添加量为0.15%时效果最佳。由于百香果果汁呈酸性，相比其他因素，柠檬酸添加量不必过多，对口感影响不大。

2.2.4 木糖醇添加量对果冻品质的影响 在琼脂添加量为1.5%、柠檬酸添加量为0.15%、百香果果汁添加量为20%的条件下，以木糖醇添加量分别为5%，10%，15%，20%，25%进行实验，并进行感官评定。得出结论，当木糖醇添加量为15%时效果最好。木糖醇添加量较多，甜度过高，会掩盖百香果的风味；木糖醇添加量少，果冻口感偏酸，风味不佳。

2.2.5 产品指标测定 可溶性固形物大于15%，pH=3.32，菌落总数≤100 CFU/100mL，大肠杆菌未检出，符合GB19299果冻卫生标准要求。

图1 不同琼脂添加量的感官评定分数

图2 不同百香果果汁添加量的感官评定分数

图3 不同柠檬酸添加量的感官评定分数

图4 不同木糖醇添加量的感官评定分数

表3 Box-Benhnken实验设计与结果

2.2 响应面结果分析

采用Design−Expert软件进行分析，分析结果如下：对不同因素下感官评定数据进行回归拟合分析，得到感官评定分数的回归方程：

感官评定分数=87.27−0.4*A+3.53*B−0.42*C−1.05*D+3.21*A*B−1.04*A*C−3.39*A*D+2.11*B*C−3.37*B*D−0.24*C*D−13.9*A^2−3.07*B^2−8.33*C^2−7.87*D^2

由响应面数据结果方差分析可知，模型的F值为15.15，模型是显著的，说明建模成功。P值小于0.01，表现为极显著水平，失拟项P=0.1418，表现为不显著水平，说明该模型模拟四因素三水平的分析是可行的。模型中B，AD，BD，A2，B2，C2，D2对感官评定的影响显著或极显著，说明回归方程非线性关系。根据表4的数据F值得大小可以得出结论，各因素对感官评定得分的影响排序是：B（木糖醇）＞D（百香果果汁）＞C（柠檬酸）＞A（琼脂）。

回归方程的各因变量和全体自变量之间的回归系数R2为0.8762，说明响应值（感官评定分数）的变化有87%来源于琼脂、木糖醇、柠檬酸、百香果果汁添加量这四个因素，信噪比12.259＞4，说明模型可靠，因此回归方程能较好的描述四个因素与响应值之间的真实关系，可用该回归方程确定最佳制备工艺。

images/BZ_59_259_1308_2276_1383.png模型significant A B C D A B**AC AD BC BD CD A2 B2 C2 D2残差失拟检验纯误差全相关系数1930.94 1.88 149.74 2.07 13.23 41.34 4.33 45.9 17.89 45.36 0.24 1252.82 61.24 449.96 401.89 127.45 112.98 14.47 2058.39 137.92 1.88 149.74 2.07 13.23 41.34 4.33 45.9 17.89 45.36 0.24 1252.82 61.24 449.96 401.89 9.1 11.3 3.62 15.15 0.21 16.45 0.23 1.45 4.54 0.48 5.04 1.97 4.98 0.026 137.62 6.73 49.43 44.15<0.0001 0.6565 0.0012 0.6411 0.248 0.0513 0.5019 0.0414 0.1827 0.0425 0.8733<0.0001 0.0212<0.0001<0.0001* * ******3.120.1418No significant

注：*表示差异性显著，p＜0.05；**表示差异性极显著，p＜0.01

表5 模型可信度分析

2.3 响应面图形分析

等高线是椭圆形说明自变量之间两两交互作用显著，圆形则相反。响应面的坡度变化反映各因素变化时响应值的变化情况[21−23]。从图5中可以看出，木糖醇使用量对果冻的感官评定得分影响作用最大，随着木糖醇添加量增大，感官评定得分先增后减。

2.4 配方参数优化

根据响应面分析结果，得到岩藻聚糖硫酸酯果冻的最佳配方为：琼脂添加量为1.5%，木糖醇添加量为10%，柠檬酸添加量为0.15%，百香果果汁添加量为20%，感官评定得分87.266分。根据此配方三次平行试验，感官评定分数为83.43±0.15分，接近预测值，说明响应面法优化岩藻聚糖硫酸酯果冻加工工艺可行。

图5 两因素交互作用响应面3D图

3 讨论与结论

本文在海带渣中提取并降解了岩藻聚糖硫酸酯，将其添加到果冻中，在单因素试验基础上,根据Box−Behnken试验设计原理建立数学模型，对海带岩藻聚糖硫酸酯、琼脂、木糖醇、柠檬酸的添加量为自变量进行显著性和交互性分析研究,获得了最佳配比参数琼脂添加量为1.5%，木糖醇添加量为10%，柠檬酸添加量为0.15%，百香果果汁添加量为20%，感官评定得分87.266分。制得的果冻口感爽滑、酸甜可口、具有百香果特有的香味，无腥臭味。添加木糖醇的果冻，糖尿病人可食用，具有保健功效。