新型复合型饮料的研制
2021-07-20张天爽张朝正
张天爽， 张朝正， 赵 华
(天津科技大学生物工程学院，天津 300457)
随着人们生活水平的提高，保健意识也在不断增强，选择天然、无添加、营养的饮料，成为人们重要的消费指标，复合型饮料恰巧符合当今人们的消费观。
山药含有丰富的营养成分，具有改善肠胃功能[1-2]，增强免疫功能[3]，抗氧化[4-6]，抗衰老[7-9]，降血糖[10-12]和抗肿瘤抗癌[13-14]等功能。红枣是公认的保健食品，主要含有蛋白质、多种氨基酸、糖类和许多人体所需的微量元素[15]，具有滋气补血[16]、抗氧化[17-19]、抑菌[20]和提高免疫力[21]等功效。此种混合饮品可对人体具有保健效果。
以植物乳杆菌发酵混合紫甘蓝、胡萝卜和西红柿的蔬菜汁为原料，以感官评价为主要指标，利用单因素实验和相应面实验对山药汁、白砂糖和枣汁的添加量进行优化，配制一种具有保健效果的混合饮料。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
1.1.1 材料
铁棍山药，河南焦作；白砂糖、红枣，天津滨海新区市售。
1.1.2 仪器
SHB-N01细胞破壁机，石崎电机制作所。
1.2 方法
1.2.1 感官测定
选择20位相关专业的人士组成小组成员，根据表1的感官评价标准进行打分，总分100分。去掉一个最高分和一个最低分，取剩余的成员的平均分作为最终评价结果。
表1 感官评价表
1.2.2 单因素实验
以植物乳杆菌发酵的蔬菜汁为原料，分别以山药汁的添加量(体积分数，5%、10%、15%、20%、25%)，白砂糖的添加量(质量分数，6%、7%、8%、9%、10%)和枣汁的添加量(体积分数，2%、4%、6%、8%、10%)为影响因素，以感官评价为主要标准，选择最佳的调配添加量。
1.2.3 响应面实验
通过单因素实验确定最佳山药汁、白砂糖和枣汁的添加量对感官评价的影响。利用响应面法对3个变量进行进一步优化，实验设计结果见第14页表2。
表2 Box-Behnken实验因素与水平
2 结果及分析
2.1 混合饮料配比的确定
2.1.1 山药汁的添加量对混合饮料的影响
以离心过滤后的植物乳杆菌发酵蔬菜汁为基础，添加山药汁(体积分数，5%、10%、15%、20%、25%)，7%(质量分数)的白砂糖和6%(体积分数)的枣汁，进行感官评价，实验结果如图1所示。
图1 山药汁的添加量对混合饮料的影响
由图1可知，山药汁的添加量在10%时，感官评价最高。此时样品口感酸爽可口，气味浓郁，发酵香气融合较好，呈鲜红色，主体口感偏酸。综合考虑，山药汁的最佳添加量为10%。
2.1.2 白砂糖的添加量对混合饮料的影响
以离心过滤后的植物乳杆菌发酵蔬菜汁为基础，添加10%(体积分数)的山药汁，白砂糖(质量分数，6%、7%、8%、9%、10%)和6%(体积分数)的枣汁，进行感官评价，实验结果如图2所示。
图2 白砂糖的添加量对混合饮料的影响
由图2可知，白砂糖的最佳添加量为9%，此时样品酸甜可口，口感适中，色泽鲜红，气味浓厚，发酵香气混合融洽。综合考虑，白砂糖的最佳添加量为9%。
2.1.3 枣汁的添加量对混合饮料的影响
以离心过滤后的植物乳杆菌发酵蔬菜汁为基础，添加10%(体积分数)的山药汁，9%(质量分数)白砂糖和枣汁(体积分数，2%、4%、6%、8%、10%)，进行感官评价，实验结果如图3所示。
图3 枣汁的添加量对混合饮料的影响
由图3所知，枣汁的最佳添加量为8%(体积分数)，此时样品口感酸甜适中，散发出淡淡的枣香，与发酵香气融合，色泽较深，因此，枣汁的最佳添加量为8%。
2.2 响应面优化饮料配方
在单因素实验的基础上，以感官评价最为主要指标，使用软件Design-Expert 10.0对混合饮料的配方进行进一步优化实验设计与结果见表3。
表3 响应面设计方案及结果
对表3进行响应面分析，得到回归方程：
Y=-259.641+1.311A+61.179B+17.251C+0.180AB+0.162AC-0.181BC-0.182A2-3.509B2-1.059C2
该回归模型的方差分析结果见表4。
表4 回归方程的方差分析
1)P<0.05差异显著。
2)P<0.01差异极其显著。
由拟合所得的方程可知，方程二次型变量的符号皆为负数，即函数抛物线开口朝下，理论上存在极大值。由回归方程的方差分析表4可知，该模型极其显著(P<0.01)，失拟项不显著(P=0.205>0.05)，即该回归模型的显著性与可靠性较好。R2=0.942 4，表明94.24%的变化来源为自变量。调整后模型的R2=0.8683和变异系数C.V.=2.11%，表明该模型的拟合度和稳定性都良好。
由表4可知，从一次项的分析结果可知，因素A(山药汁)对感官评价影响极其显著(P<0.01)，因素B(白砂糖)对感官评价的影响显著(0.01
使用响应面分析饮料配制，得到各因素之间相互作用对感官评价的响应面分析图如图4所示。
图4 响应面和等高线分析图
根据软件Design-Expert10.0得到回归模型的极大值点，即模型预测混合饮料的最佳配比：山药汁的添加量为11.597%(体积分数)，白砂糖的添加量为8.8%(质量分数)，枣汁的添加量为8.281%(体积分数)，此时预测感官评价为88.56分。考虑实际操作的方便，调整混合饮料最佳配方为：山药汁添加量为12.0%(体积分数)，白砂糖添加量为9.0%(质量分数)，枣汁添加量为8.0%(体积分数)。此时的平均感官评分为88.46分，与模型预测值接近，因此该模型可用于预测混合饮料的配制。
3 结论
本文以植物乳杆菌发酵紫甘蓝、胡萝卜和西红柿混合蔬菜汁为原料基础，以感官评价为主要指标，利用单因素实验确定山药汁、白砂糖和枣汁的最佳添加量，再以此为基础，使用响应面实验，最终确定最佳混合饮料的配制方法：山药汁添加量为12.0%(体积分数)，白砂糖添加量为9.0%(质量分数)，枣汁添加量为8.0%(体积分数)。此时的平均感官评分为88.46分，接近于模型预测值，即可用于优化混合饮料的最佳配方，为保健饮品增添新品种奠定理论基础。
