响应面法优化小球藻果酱的研制

李为康 景卓然 黄思真 刘一鸣 马若茜 康永锋

摘 要：小球藻富含蛋白质、多肽等生物活性物质，营养丰富均衡。目前藻类研究集中在新能源方面，以藻类为原料进行食品深加工的研究不多，市场上的藻类食品种类简单，利用率不高。本文以提油后的藻渣为主要原料研制小球藻酱，以颜色、风味、质构、口感等感官评定为依据，通过单因素实验和响应面曲面优化，确定最佳小球藻酱配方为：糖浆比例62.23 g/100 g，黄原胶用量1.57%，β-环糊精用量0.26%。制备出的小球藻酱气味清新，口感良好，营养丰富，可为藻类食品的开发提供参考。

关键词：小球藻;果酱;新资源食品;响应面;配方

Abstract：Chlorella is rich in protein， polypeptide and other bioactive substances， nutrient rich and balanced. At present， algae research focuses on new energy sources. There are not many studies on the deep processing of food using algae as raw materials. The types of algae on the market are simple and the utilization rate is not high.We developed the chlorella sauce from the algae residue after oil extraction， and based on the sensory evaluation of color， flavor， texture， taste， etc.， the optimal formula of chlorella sauce was determined by single factor experiment and response surface optimization： The proportion of syrup is 62.23 g/100 g， the amount of xanthan gum is 1.57%， and the amount of β-cyclodextrin is 0.26%. The prepared chlorella sauce has a fresh smell， good taste and rich nutrition. It can be used as a reference for the development of algae food.

Key words：Chlorella; Jam; New resources food; Response surface; Formula

微藻含有丰富的蛋白质、氨基酸、多糖、油脂、维生素和矿物元素等物质[1-5]。国内外研究表明，微藻及其代谢产物具有增强人体免疫力、抗肿瘤、抗病毒、保护心血管系统等保健功效[6-9]，这些优势使其成为国内外学者研究的热点。目前，微藻已被广泛应用于食品、药品、化妆品、饲料等领域。小球藻（Chlorella），俗称绿藻，是国内外正在大力发展和培育的微藻能源与微藻新资源食品等战略性新兴产业的主要藻种之一，由于营养价值高，小球藻已被联合国粮农组织（FAO）列为21世纪人类绿色营养源健康食品[10]，蛋白核小球藻也于2012年被我国卫生部公布为新资源食品（关于批准蛋白核小球藻等4种新资源食品的公告（2012年第19号））。小球藻因集新陈代谢、免疫调节、平衡机体等作用于一身而被推崇为完美的天然营养食品。

日本、美国、以色列以及中国台湾等地区将小球藻作为优良饲料添加剂以及健康食品的研究和应用已有30多年的历史，已将微藻制成各类复合风味食品、乳制品、调味食品等[11]，而中国大陆对小球藻的研究和利用还处于初始阶段，在此领域的研究比较薄弱，产品大多以没有深加工的藻粉为主，或作为精片类功能性食品，目前未见研究小球藻酱的报道。微藻具有令人不快的鱼类异味[12]，这也是微藻制作食品面临的难题之一。因此，本研究以提取藻油之后的小球藻渣作为原料，以β-环糊精作为掩蔽剂改善藻酱风味，以感官评定为依据，采用响应面法优化小球藻酱制备配方，研制出保留小球藻主要营养物质、风味良好的保健藻酱食品。本研究不但能提高小球藻资源利用率，而且可以丰富小球藻食品种类，为小球藻的开发利用提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

小球藻：台湾远东蓝藻工业股份有限公司;食用酒精：河南鑫河阳酒精有限公司;白砂糖、黄原胶（食品级）：食全食美配料;β-环糊精（食品级）：孟州市兴华生物化工有限公司。

电子天平：上海舜宇恒平仪器;JY92-2D超声波细胞粉碎仪：宁波新芝生物科技股份有限公司;RE-52AA

旋转蒸发器：中国上海亚荣生化仪器厂;索氏提取器：上海垒固仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 小球藻酱制作工艺流程

小球藻粉→索氏提取→超声破壁→蒸发浓缩→熬制糖浆→混合→加入添加物→封装→小球藻酱

（1）索氏提取去油。取25 g藻粉用濾纸包裹，用乙醇含量为95%的食用酒精，保持80 ℃进行1 h左右的索氏提取[13]，索氏提取结束后拆包收集藻粉。

（2）超声破壁。以去油藻粉质量∶水质量=1∶10的标准配制溶液250 mL，对小球藻粉进行超声破碎处理，功率200 W，全程时间20 min，其中脉冲时间10 s，间隔时间4 s[14]。

（3）蒸发浓缩。将破碎好的250 mL藻液置于旋转蒸发仪中，保持70 ℃中速旋转蒸发，除去残留的乙醇和多余水分，待蒸馏出125 mL蒸馏水时停止旋转蒸发。

（4）熬制糖浆。将白砂糖和黄原胶原料混合均匀，以砂糖质量∶水质量=8∶3标准加入水，中火熬煮沸腾后转小火，制成液体待用。

（5）混合、装罐。根据预先单因素实验和响应面实验设计，加入β-环糊精至浓缩藻液，小火加热搅拌均匀。分3次将藻液加入热糖浆，混匀后趁热立即封装，封装时温度保持在80～90 ℃范围内。

（6）滅菌、冷却。封装后，用蒸汽灭菌锅杀菌（105 ℃，5～10 min），灭菌后，水浴分段冷却（65 ℃—45 ℃—常温）[15]。

1.2.2 配方优化实验

（1）单因素实验。进行单因素实验，考察糖浆和浓缩藻液比例、黄原胶添加量、β-环糊精添加量对小球藻酱感官评分的影响，并确定各因素的较优值。感官评定选取10名评定人员，在确保男女比例的情况下组成评价小组，从小球藻酱的色泽、香味、质构、口感等方面进行评分。具体评价指标见表1[16-17]。

（2）响应面实验。在单因素试验基础上，进行三因素三水平的Box-Behnken响应面分析研究，对A（糖浆比例，响应面试验中记为糖浆藻液混合物中糖浆的比例）、B（黄原胶添加量）、C（β-环糊精添加量）设计因素水平表，设计方案见表2。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 糖浆和浓缩藻液比例的确定

确定添加黄原胶0.5%，β-环糊精0.2%，选用糖浆和浓缩藻液的质量比分别为80∶20、70∶30、60∶40、50∶50、40∶60和30∶70进行单因素实验，实验结果见图1。

由图1可知，当糖浆和浓缩藻液的比例为60∶40时，感官评定分数最高。糖浆含量过低时色泽较深，对口感气味均有影响，提高糖浆的比例能改善小球藻酱的质构、口感，但过高的糖浆比例会冲淡小球藻酱的颜色，降低营养价值和特殊风味，在添加黄原胶0.5%，β-环糊精0.2%的情况下，最适合的糖浆与浓缩藻液比值为60∶40。

2.1.2 黄原胶添加量的确定

确定糖浆和浓缩藻液比为60∶40，添加0.2%的β-环糊精，分别加入0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%的黄原胶进行单因素试验，实验结果见图2。

由图2可以看出，当黄原胶的添加量为1.5%时，感官评定分数最高，此时小球藻酱的胶凝效果较好，既有一定的成型又有一定的涂抹性。小球藻酱由于是糖与藻液的混合物，较难形成胶凝，需要添加黄原胶弥补这一缺陷。黄原胶添加过少不能很好的产生胶凝作用，小球藻酱依然如同液体不具备涂抹性[18]。黄原胶添加过多会使小球藻酱质感僵硬，没有流动性，影响口感。在确定糖浆和浓缩藻液比为60∶40，添加0.2%的β-环糊精的情况下，最适宜的黄原胶添加量为1.5%。

2.1.3 β-环糊精添加量的确定

确定糖浆和浓缩藻液比为60∶40，添加1.5%的黄原胶，分别添加0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%和0.7%的β-环糊精进行单因素试验，实验结果见图3。

由图3可以看出，当β-环糊精添加量为0.2%时，感官评定分数最高。小球藻具有独特的藻腥味，所以设计添加β-环糊精减轻小球藻酱的藻腥气味[19-21]，较淡的藻味能很好刺激食欲，但过量添加β-环糊精，β-环糊精配合黄原胶会使小球藻酱产生大量气泡，影响观感和口感，在生产搅拌时也会使小球藻酱体积膨胀溢出，过低的β-环糊精添加量则难以起到掩盖藻腥气味的效果，根据感官实验可以得出，在确定糖浆和浓缩藻液比为60∶40，添加1.5%的黄原胶情况下，最适宜的β-环糊精添加量为0.2%。

2.2 小球藻酱配方优化的响应面试验结果

响应面试验设计表及实验结果见表3。将表3所得的试验数据采用Design Expert 8.0软件进行统计分析，方差分析如表4所示。

本实验选择三因子三水平的Box-Bohnken响应面设计优化小球藻酱的感官评分，共有17个试验点，对各因素进行回归拟合，得到回归方程：Y=89.89+0.97A+1.11B+0.36C+0.46AB-0.070AC+0.005BC-2.22A2-4.36B2-0.30C2由表4可知，回归方程的模型极显著（P<0.01），失拟项差异不显著（P>0.05），说明该方程与实际情况较符合。模型相关系数R2=0.991 9，R2（Adj）=0.981 4，因此可用此模型对小球藻感官评分进行分析和预测。由表4中的F值大小可得出影响感官分数的主次顺序为B（黄原胶用量）>A（糖浆和浓缩藻液的比例）>C（β-环糊精用量）。在实验中一次项A、B与二次项A2、B2对感官评分达到极显著水平（P<0.01），一次项C与交互项AB达显著水平（P<0.05）。通过响应面优化后的最佳配方为糖浆比例62.23 g/100 g，黄原胶用量1.57%，β-环糊精用量0.26%，在此条件下的小球藻酱感官评分90.18。

2.3 响应面曲面图分析

AB、AC与BC的交互作用见图4。通过3个曲面可知，交互项AB（糖浆比例与黄原胶用量）、AC（糖浆比例与β-环糊精用量）、BC（黄原胶用量与β-环糊精用量）对感官评分影响显著。A、B、C对感官评分呈抛物线趋势，响应值存在最大值。黄原胶的作用效果十分明显，主要原因是黄原胶的添加量直接影响到小球藻酱的质构和口感，能通过感官分数很好的反映出试验之间的差异。糖浆的影响次之，该比例对小球藻酱的颜色具有很大影响。β-环糊精由于主要作用是处理过强烈的藻腥味，在低浓度时，效果不显著，影响感官评分能力有限，只有高浓度的β-环糊精能影响到小球藻酱的质构，产生气泡，才会大幅度降低感官评分，同时少部分人对小球藻气味并不反感，也是影响β-环糊精添加量感官评定的原因。

2.4 验证试验