响应面优化香橼饮料工艺的研究

牛林，王正云，殷玲，唐鹏，李凯艳，颜庭婷，李莹，李舒萍，黄亦峰

（1.江苏农牧科技职业学院食品科技学院，江苏 泰州 225300；2.金陵科技学院，江苏 南京 210046；3.佳木斯大学，黑龙江 佳木斯 154007；4.泰州市溢丰饮品有限公司，江苏 泰州 225526）

香橼与柚子、橙子同属芸香科柑橘类，具有良好的生物活性和药理作用，有很大的潜在利用价值[1]。研究表明，成熟香橼含橙皮甙、枸橼酸、苹果酸、果胶、挥发油及维生素C等，可以有效促进胃肠蠕动、提高毛细血管抵抗力、预防冻伤[2-3]。目前香橼被深加工之前，最主要还是用于景观树。目前在靖江，有许多种植栽培基地，规模数量不小，也产生了一定的经济效益[4]，如果做进一步的深加工研究，完成香橼饮料的开发，一方面减少了不必要的资源浪费，另一方面还能增加经济收入。但其相关饮料产品一直以来鲜有问津，原因在于果实含有相当多的苦味物质，如柚皮苷、柠檬苦素等[5-6]，加工后会有后苦味现象，且皮多肉少导致出汁率低，极大地影响了香橼饮料的开发进程[7-8]。

本文以江苏靖江香橼为原料，采用果胶酶和纤维素酶对果浆进行处理。通过单因素和响应面试验优化柠檬酸钠、甜菊糖、白砂糖、黄原胶对饮料感官评分的影响，研制出具有良好风味的饮料，为香橼果实综合利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 主要原材料

香橼：采摘于江苏靖江。甜菊糖：食品级，西安大汉苠坊食品有限公司；柠檬酸钠：食品级，河南千志商贸有限公司；白砂糖：食品级，泰州市大润发超市；黄原胶：食品级，山东丰泰生物科技有限公司；果胶酶（5万U/g）、纤维素酶（1万U/g）：食品级，南宁庞博生物有限公司；柚皮苷酶（5万U/g）：食品级，广东鼎盛食品配料有限公司。

1.1.2 仪器设备

EL3003电子天平：梅特勒·托利多仪器有限公司；RZ-8001破壁料理机：中山市十三郎电器有限公司；HH-S4水浴锅：江苏金坛市金城国盛实验仪器厂；TD5Z离心机、R2011-003灭菌锅：上海易研实验设备有限公司；FJ 200高速分散均质机：上海标本模型厂。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 原料预处理

清水清洗干净后剥尽果皮，尽量去瓤衣和柚籽，减少苦味物质在取汁时进入果汁中加重果汁苦涩感。将瓤瓣切成小块。先用0.5% VC溶液、柠檬酸钠护色10 min，再用捣碎机捣碎成浆（4 s～5 s）[9]。

1.2.2.2 破碎榨汁

破碎前加入果胶酶和纤维素酶进行酶解处理、提高出汁率，酶解后加入2倍香橼质量的水混合，经250目尼龙布过滤去果渣，得香橼果汁[10]。

1.2.2.3 柚皮苷脱除

取一定量的香橼果汁，添加柚皮苷酶，加热至40℃进行柚皮苷脱除，酶解处理过程中用保鲜膜密封，防止水分蒸发，改变酶浓度[11]。

1.2.2.4 过滤

酶解脱苦后迅速用冷水降到25℃，250目尼龙布过滤后，用离心机4 800 r/min离心15 min，收集上清液，得香橼果汁[12-13]。

1.2.2.5 调配

取过滤后的香橼果汁65 g分别加入0.08%柠檬酸钠、0.06%甜菊糖、5%白砂糖搅拌均匀，将混合香橼果汁加热至75℃搅拌均匀，以适量75℃热水溶解0.04%的黄原胶用高速分散均质机均质后，加入混合香橼果汁中，再加清水至香橼果汁饮料质量至100 g，边加热边搅拌3 min[14]。

1.2.2.6 均质

一次均质30 s，均质温度为60℃，共均质两次[15]。

1.2.2.7 杀菌包装

将均质后的果汁放入水浴锅杀菌，在95℃下保持5 min，然后冷却至80℃时罐装，继续冷却[16]。

1.2.3 单因素试验

1.2.3.1 柠檬酸钠添加量对香橼果汁饮料风味的影响

通过预试验选取甜菊糖的添加量为0.08%、白砂糖的添加量为4%、黄原胶的添加量为0.08%，设置柠檬酸钠的添加量分别为0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%、0.12%、0.14%，考察柠檬酸钠的不同添加量对香橼果汁饮料风味的影响。

1.2.3.2 甜菊糖添加量对香橼果汁饮料风味的影响

选取柠檬酸钠的添加量为0.08%、白砂糖的添加量为4%、黄原胶的添加量为0.08%，设置甜菊糖的添加量分别为0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%、0.12%、0.14%，考察甜菊糖的不同添加量对香橼果汁饮料风味的影响。

1.2.3.3 白砂糖添加量对香橼果汁饮料风味的影响

选取柠檬酸钠的添加量为0.08%、甜菊糖的添加量为0.08%、黄原胶的添加量为0.08%，设置白砂糖的添加量分别为1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%，考察白砂糖的不同添加量对香橼果汁饮料风味的影响。

1.2.3.4 黄原胶添加量对香橼果汁饮料风味的影响

选取柠檬酸钠的添加量为0.08%、甜菊糖的添加量为0.08%、白砂糖的添加量为4%，设置黄原胶的添加量分别为 0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%、0.12%、0.14%，考察黄原胶对香橼果汁饮料风味的影响。

1.2.4 香橼果汁饮料风味响应面优化试验设计

采用响应面设计试验，运用Box-Behnken的中心组合试验设计法，以柠檬酸钠（A）、甜菊糖（B）、白砂糖（C）、黄原胶（D）为自变量，以感官评价得分（Y）为响应值进行四因素三水平的响应面分析试验，优化香橼果汁饮料的风味。因素水平见表1。

表1 香橼果汁饮料响应面因素水平设计Table 1 Response surface factor level design of citron juice beverage

1.2.5 感官评价方法

感官评价按GB/T 21731—2008《橙汁及橙汁饮料》[17-18]，经过修改制定了感官评价标准。选择10名有感官评价经验的专业人员，根据分级测试评价的要求，从色泽、口感、风味、组织状态等4个方面来评价香橼果汁饮料的品质。感官评分标准见表2。

表2 香橼果汁饮料感官评分标准Table 2 Sensory score standard of citron juice beverage

2 结果与分析

2.1 影响香橼果汁饮料风味的单因素试验结果分析

2.1.1 柠檬酸钠添加量对香橼果汁饮料风味的影响

柠檬酸钠添加量对香橼果汁饮料风味的影响见图1。

从图1可见，柠檬酸钠添加量由0.02%增加到0.08%时，香橼果汁饮料的感官评分逐渐达到最高分92分；当柠檬酸钠添加量继续增加到0.14%时，感官评分逐渐趋向于缓慢下降，说明过多的柠檬酸钠使得饮料的适口性有所下降，所以0.08%为柠檬酸钠的最适添加量。

2.1.2 甜菊糖添加量对香橼果汁饮料风味的影响

甜菊糖添加量对香橼果汁饮料风味的影响见图2。

从图2可见，甜菊糖添加量由0.02%增加到0.08%时，香橼果汁饮料的感官评分逐渐升高达到最高分96分；当甜菊糖添加量继续增加时，其饮料的感官评分呈现迅速下降趋势，当甜菊糖添加量达到0.14%时，其感官评分下降至65分，说明过多的甜菊糖添加量超过最佳添加量0.08%时，对饮料的风味影响较大，所以0.08%为甜菊糖的最适添加量。

图1 柠檬酸钠对香橼果汁饮料风味的影响Fig.1 The effect of sodium citrate on the flavor of citron juice beverage

图2 甜菊糖对香橼果汁饮料风味的影响Fig.2 The effect of stevia on the flavor of citron juice beverage

2.1.3 白砂糖添加量对香橼果汁饮料风味的影响

白砂糖添加量对香橼果汁饮料风味的影响见图3。

图3 白砂糖对香橼果汁饮料风味的影响Fig.3 The effect of white granulated sugar on the flavor of citron juice beverage

从图3可见，白砂糖添加量由1%增加到4%时，香橼果汁饮料的感官评分逐渐升高达到最高分92分；当白砂糖添加量继续增加时，其饮料的感官评分呈现迅速下降趋势，当白砂糖添加量达到7%时，其感官评分迅速下降到73分，说明过多的白砂糖对饮料的风味感官影响较大，所以4%为白砂糖的最适添加量。

2.1.4 黄原胶添加量对香橼果汁饮料风味的影响

黄原胶添加量对香橼果汁饮料风味的影响见图4。

图4 黄原胶对香橼果汁饮料风味的影响Fig.4 The effect of xanthan gum on the flavor of citron juice beverage

从图4可见，黄原胶添加量由0.02%增加到0.06%时，香橼果汁饮料的感官评分达到最高分89分；随着黄原胶添加量继续增加，其饮料的感官评分呈现迅速下降趋势，主要表现在果汁饮料黏度变化带来的适口性降低，对香橼的原有风味有一定的掩蔽现象。所以0.06%为黄原胶的最适添加量。

2.2 果汁风味响应面试验结果

根据表1确定的香橼果汁饮料响应面因素水平表，通过Box-Behnken设计得到每个试验组香橼果汁饮料风味感官评分的响应面结果。香橼果汁饮料风味感官评分的响应面试验结果见表3。

2.2.1 果汁风味拟合模型的建立与分析

利用Design Expert软件对表3进行回归分析，得到感官评分（Y）对自变量（A）柠檬酸钠、（B）甜菊糖、（C）白砂糖、（D）黄原胶的编码值二次多项回归方程为：Y=91.00-0.38A-0.17B-1.83C-1.79D+0.63AC-0.25AD-1.00BC+0.50BD-0.62CD-4.60A2-4.04B2-6.17C2-5.10D2。

方差分析见表4。

表3 香橼果汁饮料感官评分的响应面试验结果Table 3 Response surface test results of sensory score of citron juice beverage

表4 香橼果汁饮料感官评分的方差分析Table 4 Variance analysis of sensory score of citron juice beverage

2.2.2 果汁风味响应面交互作用

图5～图10是根据回归方程作出的响应曲面图，根据拟合响应面的形状分析各自变量对果汁风味的影响。

图5 甜菊糖与柠檬酸钠交互作用对香橼果汁饮料风味影响的响应面Fig.5 Response surface of the effect of the interaction of stevia and sodium citrate on the flavor of citron juice beverage

图6 白砂糖与柠檬酸钠交互作用对香橼果汁饮料风味影响的响应面Fig.6 Responsesurfaceoftheinteractionbetweenwhitegranulated sugar and sodium citrate on the flavor of citron juice beverage

图7 黄原胶与柠檬酸钠交互作用对香橼果汁饮料风味影响的响应面Fig.7 Response surface of the interaction between xanthan gum and sodium citrate on the flavor of citron juice beverage

图8 白砂糖与甜菊糖交互作用对香橼果汁饮料风味影响的响应面Fig.8 Response surface of the interaction between white granulated sugar and stevia on the flavor of citron juice beverage

图9 黄原胶与甜菊糖交互作用对香橼果汁饮料风味影响的响应面Fig.9 Response surface of the interaction between xanthan gum and stevia on the flavor of citron juice beverage

图10 黄原胶与白砂糖交互作用对香橼果汁饮料风味影响的响应面Fig.10 Response surface of the interaction between xanthan gum and white sugar on the flavor of citron juice beverage

由图5可知，随着甜菊糖添加量与柠檬酸钠添加量不断升高，感官评分先增大后减小，方差分析结果表明，甜菊糖添加量与柠檬酸钠添加量的交互作用对果汁风味影响不显著。由图6可知，随着白砂糖与柠檬酸钠不断升高，感官评价先增大后减小，方差分析结果表明，白砂糖与柠檬酸钠的交互作用对果汁风味影响显著。由图7可知，随着黄原胶与柠檬酸钠不断升高，感官评分先增大后减小，方差分析结果表明，黄原胶与柠檬酸钠的交互作用对果汁风味影响不显著。由图8所示，随着甜菊糖与白砂糖不断升高，感官评分先增大后减小，方差分析结果表明，甜菊糖与白砂糖的交互作用对果汁风味影响显著。由图9可知，随着甜菊糖与黄原胶不断升高，感官评分先增大后减小，方差分析结果表明，甜菊糖与黄原胶的交互作用对果汁风味影响不显著。由图10可知，随着黄原胶与白砂糖不断升高，感官评分先增大后减小，方差分析结果表明，黄原胶与白砂糖的交互作用对果汁风味影响显著。由响应面、等高线图及回归方程分析可知，香橼果汁饮料最佳风味时各种调味物质的添加量分别为柠檬酸钠0.08%、甜菊糖0.06%、白砂糖5%、黄原胶0.04%，此时感官评分为92.8。

3 结论

以江苏靖江香橼为研究对象，通过单因素和响应面试验优化柠檬酸钠、甜菊糖、白砂糖、黄原胶对饮料感官评分的影响。结果表明：在柠檬酸钠为0.08%、甜菊糖为0.06%、白砂糖为5%、黄原胶为0.04%时，饮料感官评分最高，感官评分为92.8，品质最佳。通过均质、杀菌（在95℃下保持5 min）等工艺可获得口感纯正的香橼果汁饮料。