响应面法优化柿子果冻加工技术

杨晨，魏婷，常慧敏，李佳男，袁明双，甄润英，2，*

（1.天津农学院食品科学与生物工程学院，天津300384；2.天津市农副产品深加工技术工程中心，天津300384）

柿子又名朱果，原产我国，是我国五大水果之一。柿子含有丰富的无机盐、维生素、蛋白质、氨基酸及多种活性物质，具有较高的食疗价值和经济价值，柿果、柿蒂、柿皮、柿霜、柿饼都是良好的药物。在我国，柿子的加工历史悠久，其加工制品以柿饼为主。随着人们对柿子药用价值的深入了解和科研加工水平的不断提高，越来越多的柿子加工产品出现在市场上，例如柿子酒、柿子醋、柿子果酱等[1-3]。

果冻口感爽滑，香甜可口，外观晶莹剔透，深受青少年儿童和广大女性的喜欢[4]。而市面上的果冻主要由水、复配胶、甜味剂、香精、色素等制成，营养价值较低[5]。有学者[6-8]利用木瓜、紫背天葵、紫薯等食品研制出一系列富含天然成分的果冻，不仅拥有了果冻顺滑的口感，同时也具备了保健的功效。多年来关于柿子产品的研究报导很多，但未见除柿饼之外的产品推广生产，少有关于以柿子为主要原料加工果冻的研究。本试验将以柿子为主要原料，通过添加食用胶等辅助材料，对柿子果冻的加工技术进行研究，为市场开发柿子果冻产品提供必要的技术依据，对柿子资源的深加工利用及开拓柿子产品的市场空间具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料、原料及试剂

磨盘柿：天津市王顶堤红旗农贸市场；食用酒精、白砂糖、柠檬酸、抗坏血酸钠、卡拉胶、魔芋胶、黄原胶、琼脂等：市售。

1.2 仪器设备

BT600 电子天平：上海友声衡器有限公司；JYZ-V15榨汁机：九阳股份有限公司：TMS-PRO 食品物性分析仪：美国FTC 公司。

1.3 方法

1.3.1 柿子果冻制作工艺流程

1.3.2 操作要点

1.3.2.1 脱涩

选取同一成熟度，无破损、大小相当的磨盘柿，洗净后沥干，以一定浓度酒精均匀喷洒柿子表面后套袋，（23±2）℃保存，每隔 1 d 补喷一次，共 3 d～4 d。

1.3.2.2 去蒂、清洗

脱涩后的柿子清洗后去柿蒂、去皮后适当切分。

1.3.2.3 护色、打浆

加入一定量抗坏血酸钠以及相当于柿子质量1/3的热水，混合均匀后进行榨汁，过滤后冷藏备用。

1.3.2.4 调配

称量相应比例的卡拉胶和魔芋胶，溶于热水中浸泡10 min 后加热至沸腾。温度降至65 ℃后加入白砂糖，待白砂糖完全溶解后加入柿浆，混合均匀，加入柠檬酸液调配[7]。

1.3.2.5 灌装杀菌

趁热将调制好的果冻液缓慢倒入灭菌后的果冻杯中，立即密封，85 ℃加热条件下保持10 min 后冷却至（23±2）℃放入冷库静置成型。

1.4 加工条件研究

1.4.1 单因素试验设计

分别对柿子脱涩条件、复配胶比例、复配胶添加量、柿浆添加量、白砂糖添加量及柠檬酸添加量进行单因素试验，进行综合感官评价或质构分析，确定适宜添加量范围。

1.4.1.1 脱涩方法单因素试验

根据聚乙烯袋脱涩法[9]，分别采用60 %、45 %、30 %的酒精处理柿子，每天进行观察，记录果实颜色、硬度及柿子涩度的变化，3 d～4 d 后对脱涩结果进行感官评价。

1.4.1.2 复配胶比例的单因素试验

固定复合胶总添加量为1.0%，选用卡拉胶和魔芋胶作为凝胶剂，分别以质量比为 1 ∶0、1 ∶3、1 ∶4、1 ∶5、0 ∶1 进行复配，根据果冻的感官评价和质构，探究最佳复配胶的比例。

1.4.1.3 复配胶总添加量的单因素试验

复配胶比例按1.4.1.2 中最优结果，添加量分别为0.6%、0.8%、1.0%，1.2%、1.4%。采用质构仪对果冻样品进行两次咀嚼测试。

1.4.1.4 柿浆添加量的单因素试验

在1.4.1.2、1.4.1.3 最优基础上分别对添加了10%、15%、20%、25%、30%柿子原浆制作果冻，分别对果冻进行感官评价。

1.4.1.5 白砂糖添加量的单因素试验

在 1.4.1.2、1.4.1.3、1.4.1.4 最优基础上，在调配时分别添加10%、12%、14%、16%、18%白砂糖，评价果冻的感官品质。

1.4.1.6 柠檬酸添加量的单因素试验

分别添加 0.05 %、0.10 %、0.15 %、0.20 %、0.25 %的柠檬酸，其他指标均为上述6 种单因素试验所得最优结果。

1.4.2 响应面试验设计

在单因素试验基础上，以复配胶添加量，柿汁添加量，白砂糖添加量和柠檬酸使用量4 个变量为影响因素，感官评价得分为响应值，根据Box-Behnken 试验设计原理进行四因素三水平组合试验，如表1 所示。

表1 响应面试验因素及水平Table 1 Factors and levels of response surface experiment

1.4.3 指标测定方法

1.4.3.1 感官评价

由10 名具有一定专业知识的人员组成感官评价小组，对果冻进行感官评定。根据果冻的色泽（20 分）、风味（20 分）、组织状态（30 分）、口感（30 分）等指标进行评价，评分标准见表2，满分为100 分。

表2 柿子果冻的感官评分标准Table 2 Sensory evaluation index of persimmon jelly

1.4.3.2 果冻质构测定

采用质构仪测定两种胶复配比例及复配胶添加量对果冻硬度、弹性和咀嚼性等指标的影响，每个样品测试3 次，取平均值。采用P/0.5 探头，测定参数：压缩率为50%，触发力5 g，测前、测试时、测后的速度均为1 mm/s，时间间隔为5 s。

2 结果与分析

2.1 加工条件单因素试验结果

2.1.1 酒精浓度对脱涩结果的影响

本研究采用原料为磨盘柿，属涩柿品种。去除柿子中的涩味是提升产品口感较为重要的一步。感官评分标准见表3[10]，满分15 分。结果见表4。

表3 脱涩感官评分标准Table 3 Sensory evaluation standard of persimmon deastringency

结果显示，当酒精浓度在60%和45%时，脱涩后柿子的硬度和涩度相当，明显优于30%酒精处理过的柿子。45%酒精处理过的柿子颜色优于60%和30%酒精处理过的柿子，呈现柿子特有的金黄色。综合颜色、硬度、涩度评分结果，采用45 %的酒精脱涩效果最佳。

表4 不同酒精浓度下柿子脱涩效果感官评分Table 4 Sensory score record of persimmon deastringency

2.1.2 复配胶比例的确定

单一的凝胶剂的胶凝效果往往不理想，容易出现弹性小、脆性大、析水等问题，选择正确的凝胶剂进行复配，可以缓解单一凝胶剂带来的质量问题[11]。不同复配胶比例的胶凝效果如表5。

表5 不同比例凝胶剂的质构分析Table 5 Effects of different mix of gel on the texture and sensory evaluation

由表5 可知，随着魔芋胶比例的加大，果冻的硬度是不断增加的，弹性不断下降。单独使用卡拉胶作为凝胶剂弹性佳，但容易出现脱液收缩的问题[12]。而单独使用魔芋胶作为凝胶剂会出现硬度过大，弹性差的现象，但咀嚼性较好。当卡拉胶：魔芋胶质量比例在1 ∶4时，其硬度、弹性及咀嚼性适中，结合感官评分可得出，当卡拉胶：魔芋胶质量比例为1 ∶4 时，果冻的韧性及口感是最好的，使人易于接受。所以卡拉胶∶魔芋胶=1 ∶4（质量比）是复配胶的最佳比例。

2.1.3 复配胶总添加量的确定

“蜡笔小新”系列果冻是目前市面上比较成熟的果冻产品。采用质构仪对添加不同量凝胶剂的柿子果冻进行质构分析，并将结果与市售蜡笔小新果冻进行对比[13]，结果如表6 所示。

当复配胶添加量在1.0%时，柿子果冻的弹性与蜡笔小新果冻的最为接近，且综合感官评分最高。因此，后续研究，复配胶的使用量固定在1.0%。

表6 不同复配胶添加量下果冻的质构分析Table 6 Effects of gum amount on the texture and sensory evaluation

2.1.4 柿浆添加量的确定

柿浆添加量对果冻感官评分的影响见图1。

图1 柿浆添加量对果冻感官评分的影响Fig.1 Influences of added amounts of persimmon pulp on jelly sensory index

如图1 所示，柿子原浆添加过多易导致最终产品口感粗糙，使得果冻口感不佳。当原浆添加量在10%时，柿子风味不明显；而当原浆添加量在30%时，果冻口感又过于粗糙。柿浆添加量为20%时，依据感官评价结果可知，果冻的色泽风味口感达到最佳。

2.1.5 白砂糖添加量的确定

在柿浆添加量在20%，卡拉胶：魔芋胶质量比例为1 ∶4，总胶添加量为1.0%时，研究不同添加量的白砂糖对果冻品质的影响见图2。

图2 白砂糖添加量对果冻感官评分的影响Fig.2 Influences of added amounts of sugar on jelly sensory index

随着白砂糖添加量的不断提高，感官评分呈现先上升后下降的趋势。当白砂糖添加量在14%时，酸甜味协调，能够很好的凸显柿子果冻的独特风味。而低于14%时，甜味偏淡，口感过于酸涩；高于14%时，又过于甜腻。因此，白砂糖的最佳添加量为14%。

2.1.6 柠檬酸添加量的确定

柠檬酸对口感和凝胶稳定性具有重要影响。添加不足时，则酸味不足，很难发挥其应有作用；添加过量时，则凝胶易水解，胶着性减弱，且口感过于酸涩[14]。固定卡拉胶与魔芋胶质量比例为1 ∶4，总胶添加量为1.0%，白砂糖添加14%，柿浆添加20%。分别加入0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，0.25%柠檬酸制作果冻感官评分见图3。

图3 柠檬酸添加量对果冻感官评分的影响Fig.3 Influences of added amounts of acid on jelly sensory index

由图3 可知，柠檬酸添加量在0.05%～0.10%时，感官评分呈缓慢上升，当柠檬酸添加量为0.15%时，评分最高，酸度最为适宜。当添加量柠檬酸添加量＞0.15%时，果冻的酸涩感加重，感官评分下降。

2.2 响应面试验设计结果及分析

2.2.1 响应面试验设计及结果

在单因素试验基础上，以复配胶添加量、柿汁添加量、白砂糖添加量和柠檬酸使用量4 个变量为影响因素，感官评价得分为响应值，根据Box-Behnken 试验设计原理，采用四因素三水平的响应面分析法，对柿子果冻工艺参数进行优化[15]结果见表7。

应用Design-Expert8.0.6 软件将表7 中的试验数据进行分析处理，得到了4 个因素与感官评价得分之间的回归方程如下：

Y=88.34+2.44A+0.52B-0.28C-0.13D-0.077AB+0.050AC+0.040AD-0.80BC+0.032BD+0.022CD-9.14A2+0.84B2-0.80C2-1.38D2

表7 Box－Behnken 设计方案及响应值Table 7 Box－Behnken experimental design and response values

为了更好的验证方程的有效性，对得出的柿子果冻感官评价得分的数学模型进行了方差分析，方差结果如表8、表9 所示。

表8 回归方程的方差分析Table 8 Analysis of variance for the fitted regression equation

续表8 回归方程的方差分析Continue table 8 Analysis of variance for the fitted regression equation

表9 R2 综合分析Table 9 Analysis of R2

从表8 中，可以看出模型的P 值＜0.01，表现为极显著水平。失拟项P=0.783 2，表现为不显著，说明回归模型与实际情况吻合度高，试验误差小，因此可采用此模型对试验结果进行预测。模型中影响作用显著的是：A、B、C、BC、A2、B2、C2、D2。其中，一次项 A、B 和交互项 BC 以及二次项 A2、B2、C2、D2，P 值均小于 0.01，有极显著的水平，对感官评价得分有极显著的影响。根据表8 中的数据可得出，在所选取的水平因素范围内，根据F 值的大小，各因素对感官评价得分影响的程度顺序为：复配胶添加量（A）＞柿汁添加量（B）＞白砂糖添加量（C）＞柠檬酸使用量（D）。

根据表9 中可得，模型的回归系数为R2=0.995 8，校正回归系数为R2Adj=0.991 6，回归系数值在可接受范围内，模型与实际结果拟合度较高，并且R2Pred=0.983 0，说明该模型的预测效果较好，与真实值相关度较高。变异系数CV 为0.53%，降噪比为11.34，远大于4，可得出模型的可信度较高。综合可得，该模型可以选择且能有效的分析各因素对柿子果冻的感官评价得分的影响结果。

2.2.2 响应面图形分析

通过Design-Expert8.0.6 软件对回归模型的分析，可以得到当两个因素为零水平时，其他两个因素的交互作用对响应值的影响效果，结果见图4。

图4 两两因素交互作用对感官得分影响的响应曲面Fig.4 Response surface of interactive effects for every two factors on sensory score

从等高线可以看出，椭圆形的表示两两交互作用显著，而圆形则相反。响应面的坡度变化反映出各因素变化时，对应响应值的变化情况。从图4 中可得出，复配胶添加量对果冻的感官评价得分影响作用最大，随着复配胶添加量的增加，感官评价得分增加，到达顶值后，感官评价得分随着复配胶添加量的增加而减小。

2.2.3 配方参数优化

根据响应面优化分析得到柿子果冻的最佳配方为：复配胶添加量为1.03%，柿汁添加量为24.81%，白砂糖添加量13.21%，柠檬酸添加量为0.14%，感官评价理论值90.03，根据实际操作的可行性，最佳配方修正为复配胶添加量为1.00%，柿汁添加量为25.00%，白砂糖添加量13.00%，柠檬酸添加量为0.15%，为检验模型预测的准确性，采用以上工艺配方，做3 次平行试验并进行感官评价，经过试验验证，此条件下制作的柿子果冻的感官评价得分为89.63±0.02，接近预测值90.03，说明响应面分析法对优化柿子果冻的工艺条件是可行的，响应面分析法在优化柿子果冻的工艺条件方面具有价值性。

3 结论

在单因素试验的基础上，利用响应面分析法优化了柿子果冻的制作工艺。得出最佳工艺条件为卡拉胶、魔芋胶的质量配比为1 ∶4，总用胶量1.00%，蔗糖添加量13.00%，柿浆添加量25.00%，柠檬酸添加量0.15%，此时感官评价分数最高为89.63。4 个因素对柿子果冻的影响顺序为：复配胶添加量＞柿浆添加量＞白砂糖添加量＞柠檬酸使用量。按此配方，在此工艺条件下生产的果冻具有天然柿子的金黄色，柿香宜人、口感爽滑、酸甜可口。