响应面法优化玫瑰大吉岭红茶饮料配方

杨巍巍，李丰洲，杨智博，吴 晗，赵有东

（沈阳医学院公共卫生学院，辽宁 沈阳 110034）

在中国五千年的文明史中，饮料文化可追溯到三千年前，当时以茶为饮料风靡整个社会[1]，随着社会的发展进步，饮料文化的发展也随之日新月异。直到现在，饮料也是我们生产生活中不可或缺的一个重要组成部分[2]。大吉岭红茶产自印度大吉岭地区，富含咖啡碱、钙、磷、镁、钾、维生素、胡萝卜素、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、谷氨酸、丙氨酸、天门冬氨酸等多种营养元素[3]。大吉岭红茶色泽明艳、味道甘甜、性甘温[4]，有消食开胃、驱寒暖腹的功效[5]，深受人们喜爱。柠檬产于我国江南一带，富含柠檬酸、维生素等人体必需营养物质[6]，人们常利用柠檬酸的物理性质将其作为上等调味料。此外，柠檬还有缓解百日咳、支气管炎的效果[7]。玫瑰花干由玫瑰鲜花窨制而成[8]，具有甜美、浓郁的花香，是制作窨制花茶的常用原料，其性质温和，适用于各类人群[9]。木糖醇原产于芬兰，在自然界中分布范围很广，日常使用的木糖醇主要是从白桦树、橡树、玉米芯、甘蔗渣等植物原料中提取出来的一种天然甜味剂[10]，是人体正常糖类代谢的中间体[11]。蜂蜜是蜜蜂从植物花中采得并在蜂巢中充分酿造而成的天然甜品[12]，富含矿物质、维生素、氨基酸等人体所需营养成分[13]，同时蜂蜜还含有可被人体直接吸收的单糖（葡萄糖和果糖），常被人们作为重要保健品[14]。如今，市面上茶饮料种类众多，人们对茶叶的需求量与日俱增[15]。茶叶不仅有抗衰老作用[16]，还可以降低血糖水平、缓解糖尿病病情等[17]，具有广阔的发展前景。但与大吉岭红茶有关的工艺研究还尚未成熟。将大吉岭红茶应用于茶饮料的生产可以提高营养价值，延长产业链，使得大吉岭红茶被更广泛地开发和利用，使之具有一定的市场价值和社会效益[18]。

本研究对玫瑰大吉岭红茶的制作及加工工艺进行初步研究，在单因素试验的基础上，通过响应面法优化玫瑰大吉岭红茶的工艺配方，制作出口感细致柔和、滋味香气较好的红茶饮料，以期拓宽大吉岭红茶的应用领域，同时为大吉岭红茶饮料的研发提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

大吉岭红茶：购自上海英联食品饮料有限公司；柠檬：购自飞龙柚业有限公司；玫瑰花干：购自山东华玫生物科技有限公司；木糖醇：购自海宁大维食品有限公司；蜂蜜：购自南京嘉瑞保健食品有限公司；山梨酸钾：购自山东昆达生物科技有限公司。

1.1.2 仪器与设备

JY5002 型电子天平，WBL2521H 型果蔬榨汁机，F-008S 型超声波清洗器，FJ200-SH 型均质机，TM-PSZJB-40G 型高温瞬时杀菌机。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 清洗

将挑选出的柠檬置于流动水中清洗，清洗2～3 次至表面无明显杂质，剥皮。

1.2.2.2 称量

将红茶茶叶和玫瑰花干置于电子天平上并分别准确称取10 g 红茶茶叶和9 g 玫瑰花干，称取后放在量筒中备用。

1.2.2.3 煮沸

将红茶、玫瑰花混合并加入水150 mL，煮沸。

1.2.2.4 过滤

将煮沸后的茶汤用三层滤布进行过滤，留下除去杂质的茶汤。

1.2.2.5 调配

向锅中加入2 g 柠檬、9.08 g 蜂蜜、8.65 g 木糖醇、0.04 g 山梨酸钾进行调配。

1.2.2.6 均质、杀菌

调配后的饮料于25～40 MPa 下均质5 min，使其充分混合，然后在95 ℃下杀菌10 min。

1.2.2.7 装罐预封

90 ℃条件下用玻璃瓶对产品进行包装。

1.2.3 单因素试验设计

1.2.3.1 柠檬添加量的确定

在玫瑰花添加量9 g、红茶添加量10 g 条件下，研究柠檬添加量（1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g）对饮料感官品质的影响，确定柠檬添加量。

1.2.3.2 玫瑰花添加量的确定

在柠檬添加量2 g、红茶添加量10 g 条件下，研究玫瑰花添加量（3、6、9、12、15 g）对饮料感官品质的影响，确定玫瑰花添加量。

1.2.3.3 红茶添加量的确定

在柠檬添加量2 g、玫瑰花添加量9 g 条件下，研究红茶添加量（4、7、10、13、16 g）对饮料感官品质的影响，确定红茶添加量。

1.2.4 响应面法优化试验设计

在单因素试验的基础上，根据中心组合试验设计原理，以柠檬添加量、玫瑰花添加量、红茶添加量为自变量，以感官评价为响应值，采用Box-Behnken 模型进行三因素三水平试验设计，试验因素与水平如表1所示。

表1 响应面试验因素与水平Table 1 Factors and levels of response surface tests 单位：g

1.2.5 感官评价

采用100 分制评分检验法，待饮料制作完成后，选择15 名专业感官鉴定人员根据表2 的5 个指标对产品的感官品质进行评定，通过计算平均值，对饮料进行综合性评价。

表2 玫瑰大吉岭红茶饮料感官评分标准Table 2 Sensory evaluation criteria of rose Darjeeling black tea beverage

1.2.6 理化指标

多酚含量：采用福林酚法[19]测定；还原糖含量：采用蒽酮-硫酸法[20]测定；硒含量：采用原子荧光光谱法[21]测定；菌落总数：按照GB 4789.2—2016[22]中的方法测定；大肠菌群：按照GB 4789.3—2016[23]中的方法测定；总酸度：采用酸碱滴定法测定，具体参照GB/T 12456—2008[24]。

1.2.7 数据处理

试验采用Design-Expert 10.0.7 软件和Excel 软件对数据进行统计分析，每个试验重复3 次，结果取平均值。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 柠檬添加量对饮料感官品质的影响

由图1 可知，不同柠檬添加量对玫瑰大吉岭红茶饮料的感官评分具有明显的影响。当柠檬添加量为2.0 g 时，产品的感官评分最高，此时饮料口感最佳，具体表现为甜度、酸度适中，玫瑰花和红茶混合的香味浓郁、协调，酸甜可口，无苦涩味，色泽纯正均一。当柠檬添加量在2.0 g 以下时，随着柠檬添加量的减少，饮料的酸度较低，整体偏甜，影响饮料口感；当柠檬添加量在2.0 g 以上时，随着柠檬添加量的增加，饮料的酸度较高，使饮料糖酸比不平衡，口感较差。因此，柠檬酸的适宜添加量为2.0 g。

图1 柠檬添加量对饮料感官品质的影响Fig.1 Effect of lemon addition on sensory quality of beverage

图2 玫瑰花添加量对饮料感官品质的影响Fig.2 Effect of rose addition on sensory quality of beverage

2.1.2 玫瑰花添加量对饮料感官品质的影响

由图2 可知，不同玫瑰花添加量对玫瑰大吉岭红茶饮料的感官评分影响显著。当玫瑰花添加量为9 g时，产品的感官评分最高，此时饮料口感最佳，具体表现为甜度、酸度适中，玫瑰花和红茶混合的香味浓郁、协调，酸甜可口，无苦涩味，色泽纯正均一。当玫瑰花添加量在9 g 以下时，随着玫瑰花添加量的减少，饮料的营养价值降低，由于红茶味道过重，导致玫瑰花和红茶混合的香味不协调，色泽不够纯正均一，所以感官评分降低；当玫瑰花添加量在9 g 以上时，随着玫瑰花添加量的增加，使得玫瑰花香味过重，导致玫瑰花和红茶混合的香味不协调，色泽不够纯正均一，降低饮料口感，所以感官评分降低。综上可知，玫瑰花的适宜添加量为9 g。

2.1.3 红茶添加量对饮料感官品质的影响

由图3 可知，不同红茶添加量对玫瑰大吉岭红茶饮料的感官评分值具有显著影响。当红茶添加量为10 g 时，产品的感官评分最高，此时饮料的口感最佳，具体表现为甜度、酸度适中，玫瑰花和红茶混合的香味浓郁、协调，酸甜可口，无苦涩味，色泽纯正均一。当红茶添加量在10 g 以下时，随着红茶添加量的减少，饮料的茶味偏淡，甜味增加，口感降低；当红茶添加量在10 g 以上时，随着红茶添加量的增加，饮料茶味偏重，苦味增加，饮料口感较差。因此，红茶的适宜添加量为10 g。

图3 红茶添加量对饮料感官品质的影响Fig.3 Effect of black tea addition on sensory quality of beverage

2.2 响应面试验设计与结果

根据单因素试验的结果，综合考虑，以柠檬添加量、玫瑰花添加量、红茶添加量为自变量，以饮料的感官评分为响应值，进行三因素三水平响应面试验，试验设计及结果见表3，方差分析见表4。

用Design-Expert 10.0.7 软件对表中试验数据进行多元回归分析，得到试验因素对感官评分的拟合方程为：Y=92.80+1.50A+0.50B+2.25C+1.75AB-0.75AC+0.25BC-3.02A2-2.02B2-3.03C2。

由表4 可知，该模型F=77.86，P＜0.000 1，回归模型极显著。失拟项F=1.67，P=0.309 9＞0.05，不显著，说明模型与纯误差关联不显著。决定系数R2=0.990 1，校正系数R2adj=0.977 4，说明感官评分的实测值与预测值之间具有较好的拟合度，由此说明所得到的回归方程可以很好地对饮料的感官评分进行分析和预测[25]。

表3 饮料配方优化响应面试验结果与分析Table 3 Results and analysis of beverage formula optimization by response surface method

表4 回归模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression equation

回归模型中A（柠檬添加量）和C（红茶添加量）对产品感官评分的影响极其显著（P＜0.01），B（玫瑰花添加量）对产品感官评分的影响显著（P＜0.05）。由3 个因素的F值可以判断影响饮料感官评分各因素主次顺序为C＞A＞B，即红茶添加量对饮料感官评分的影响最大，其次是柠檬添加量，玫瑰花添加量的影响最小。由交互项的F值可以推断柠檬添加量与玫瑰花添加量（AB）的交互作用最大，柠檬添加量与红茶添加量（AC）的交互作用次之，玫瑰花添加量与红茶添加量（BC）的交互作用最小。

2.3 响应面交互作用分析

根据回归方程得出各因素交互作用对玫瑰大吉岭红茶饮料感官评分的影响的响应面图，如图4 所示。

图4 各因素交互作用对产品感官评分影响的响应面图Fig.4 Response surface plots of the influence of various factors interaction on sensory score of beverage

由图4a 可见，随着柠檬添加量与玫瑰花添加量的增加，玫瑰大吉岭红茶饮料的感官评分先逐渐增加，达到最高值后降低，柠檬添加量与玫瑰花添加量交互作用极显著（P＜0.01）。当红茶添加量一定时，柠檬添加量为2.0 g 左右，玫瑰花添加量为9.0 g 左右时，产品的感官评分达到最大值。

由图4b 可见，随着柠檬添加量与红茶添加量的增加，玫瑰大吉岭红茶饮料的感官评分先逐渐增加，达到最高值后降低，柠檬添加量与红茶添加量交互作用显著（P＜0.05）。当玫瑰花添加量一定时，柠檬添加量为2.0 g 左右，红茶添加量为10.0 g 左右时，产品的感官评分达到最大值。

由图4c 可见，随着玫瑰花添加量与红茶添加量的增加，玫瑰大吉岭红茶饮料的感官评分先逐渐增加，达到最高值后降低，红茶添加量与玫瑰花添加量交互作用不显著。当柠檬添加量一定时，玫瑰花添加量为9.0 g 左右，红茶添加量为10.0 g 左右时，产品的感官评分达到最大值。

2.4 最佳配方的确定及验证试验

经Design-Expert 10.0.7 软件处理后，分析得到玫瑰大吉岭红茶饮料最佳配方：柠檬添加量2.141 g，玫瑰花添加量9.802 g，红茶添加量11.043 g，此条件下预测的产品感官评分为93.470 分。为验证所建立多元回归模型的准确性同时保证试验的可操作性，对最优配方进行修正，即柠檬添加量2.14 g，玫瑰花添加量9.80 g，红茶添加量11.04 g。在该配方下进行3组平行试验，结果取平均值，得到产品的感官评分为93.59 分，与预测值相近，说明该模型具有较高的预测准确度。

2.5 玫瑰大吉岭红茶复合饮料的品质指标分析结果2.5.1 感官评定

甜度：适中；色泽：深红色，均匀有光泽；口味：口感柔和醇正，微酸不刺激；香气：茶的香气明显，留香久，香气纯，无异味；组织状态：液态，均匀无沉淀物。

2.5.2 理化指标

经测定，得到产品的茶多酚含量为4.17%；总酸度为0.42 g/100 mL；还原糖含量为0.84%；茶汤中硒含量为0.21 μg/L。上述结果表明该茶汤具有丰富的茶多酚和微量硒元素，具有良好的保健功能。

2.5.3 微生物指标

大肠杆菌菌群＜3 MPN/100 mL，细菌总数≤10 CFU/mL，致病菌未检出。

3 结论

试验以大吉岭红茶、玫瑰花、柠檬为原料，通过单因素试验确定玫瑰大吉岭红茶复合饮料的品质随大吉岭红茶添加量、玫瑰花添加量、柠檬添加量的变化关系，并通过响应面法对饮料的配方进行优化，以产品感官评分为响应值建立多元回归模型。结果表明，3个因素对饮料感官评分的影响程度大小次序为：大吉岭红茶添加量＞柠檬添加量＞玫瑰花添加量。玫瑰大吉岭红茶饮料的最优配方为：柠檬添加量2.14 g，玫瑰花添加量9.80 g，大吉岭红茶添加量11.04 g，水添加量150 mL，木糖醇添加量8.65 g，蜂蜜9.08 g，山梨酸钾0.04 g。此配方下制得的玫瑰花大吉岭红茶饮料酸甜适中、口感清爽、香气清新。