响应面法优化低糖滇黄精果脯制备工艺

王超，孙浩然，苏为耿，阚欢，刘云

(1.西南林业大学生命科学学院，云南 昆明 650224；2.云南省林业与草原技术推广总站，云南 昆明 650201)

滇黄精(Polygonatum kingianum)为药食同源的百合科(Liliaceae)黄精属(Polygonatum)草本植物[1]，与多花黄精和黄精共同收录于2015年版中国药典[2]。滇黄精含有多种功效成分，如多糖、皂苷、多酚、黄酮、木质素及一些蒽醌类化合物，具有抗衰老、抗肿瘤、抑菌、抗病毒、降血糖、降血脂、抗骨质疏松等功效[3－5]。黄精生品具麻味，刺人咽喉，易引发过敏反应，且补性较差，而炮制后的黄精入口甘甜，无刺激性和致敏性，故常炮制后入药或食用，以达到减毒、提质的效果，在药食同源方面有着非常重要的作用及应用前景[6，7]。

目前，以滇黄精为原料开发出的食品主要有黄精饮料[8]、黄精酒[9]、黄精速溶粉[10]、黄精酸奶[11]等。滇黄精产量大，经济价值高，将其制成低糖果脯，可增加滇黄精深加工产品种类，开阔市场前景。传统果脯加工需经过糖液高温煮制、干燥等一系列热加工工序，大部分水溶性及热敏性功能成分(如多酚类物质)大量损失，导致果脯的功能性品质下降[12]；同时传统果脯含糖量高，不符合现代人们对于健康饮食的需求。低糖果脯(含糖量≤50%)可很好地解决传统果脯含糖量高的问题，但是低糖果脯由于糖度低，存在渗糖速度慢、外形不饱满等缺点，传统渗糖方法不利于糖液的渗入。微波渗糖相较于传统渗糖而言，具有穿透力强、加热速度快的特点，有利于糖分的渗入，提高渗糖效率[13]。

本研究在传统工艺基础上，采用微波渗糖方法加工低糖滇黄精果脯，结合感官评定指标，通过单因素试验和响应面优化试验确定低糖滇黄精果脯的最佳生产工艺，并对其微生物和理化指标进行测定，以期为滇黄精果脯产品的生产提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

滇黄精，云南省林业和草原技术推广总站提供；白砂糖(食品级)，上海谷欣食品有限公司；蜂蜜(食品级)，桂林周氏顺发食品有限公司；柠檬酸(食品级)，昆明中源食品配料有限公司；卡拉胶(食品级)，肇庆海星生物科技有限公司；黄原胶(食品级)，山东阜丰发酵有限公司；氯化钙(食品级)，江苏科伦多食品配料有限公司制造。

MC－SF183多功能电磁炉，广东美的生活电器制造有限公司；BT22S电子天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司；DHG－9240A电热恒温鼓风干燥箱，上海齐欣科学仪器有限公司；M1－L213C微波炉，广东美的厨房电器制造有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 滇黄精果脯的加工工艺及操作要点 原料选择:挑选体态饱满、色泽好、无虫洞、无霉烂的新鲜滇黄精为原料。

清洗去皮切片:用流动水洗净，除去细小根须，去皮后切成0.6 cm左右的薄片。

浸泡:滇黄精片放入清水中浸泡12 h，除去黏液质[14]。

硬化:硬化剂可以增强黄精的耐煮性，在煮制过程中可以保持切片形态不分散[15]。把滇黄精片放入一定浓度的氯化钙溶液中浸泡一定时间，稳固形态。

预煮:为使滇黄精果脯保持嚼劲且无生脆性，将硬化后的滇黄精片放入沸水中并不断搅拌，煮制一定时间。

糖渍:参照贺森等[16]的方法，稍作改动。微波功率为300 W，时间为18 min，采用间歇式操作，渗糖3 min停3 min，防止爆沸使糖液流失；渗糖后的滇黄精片于糖液中常温浸泡8 h，浸糖后用沸水快速漂去滇黄精表面糖液。

上胶衣:把沥糖后的滇黄精片放入沸腾的1%卡拉胶溶液中搅拌30 s后捞出。

烘干:将滇黄精片放入50℃恒温干燥箱中干燥8 h。

1.2.2 硬化、预煮条件的筛选 称取一定量滇黄精片，分别用0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%氯化钙硬化1 h，以感官评价和硬化效果为指标确定最佳硬化剂浓度；配制最佳浓度硬化溶液，硬化时间分别设定为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h，以感官评价和硬化效果为指标确定最佳硬化时间；将滇黄精片在氯化钙溶液中浸泡后进行预煮，预煮时间设定为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h，以感官评价和预煮效果为指标确定最佳预煮时间。

1.2.3 单因素试验 固定氯化钙浓度1.0%、硬化时间1.0 h、预煮时间2.0 h、凝胶剂(黄原胶和卡拉胶比例为1∶1)添加量为0.1%，分别探究蜂蜜替代蔗糖量(16.7%、33.4%、50.7%、66.8%、83.5%)、糖添加量(20%、30%、40%)、柠檬酸添加量(0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%)对滇黄精果脯感官品质的影响。

1.2.4 响应面试验 在单因素试验基础上，应用中心组合(Box－Behnken)试验设计原理，以感官评分为响应值，进行3因素3水平响应面试验，因素及水平见表1。

表1 响应面试验因素及水平 (%)

1.2.5 产品质量评价 滇黄精果脯感官评价:由10位食品专业的学生组成评定小组，根据GB 14884—2016《食品安全国家标准 蜜饯》，选用百分制对滇黄精果脯进行感官评价。评定标准见表2。

表2 滇黄精果脯感官评价标准

滇黄精果脯产品的理化和微生物指标测定:水分含量测定参照GB 5009.3—2016；总糖含量测定采用苯酚硫酸法[2]，以葡萄糖为标准品；菌落总数测定参照GB 4789.2—2016；霉菌检测参照GB 4789.15—2016；大肠杆菌检测参照GB 4789.3—2016。

1.3 数据处理与分析

单因素试验分析使用Microsoft Excel 2016软件，响应面数据分析利用Design－Expert 12软件，每个试验重复3次求平均值。

2 结果与分析

2.1 硬化剂浓度、硬化时间和预煮时间的确定

2.1.1 硬化剂浓度与硬化时间的确定 由表3和表4可知，硬化剂浓度1.0%、硬化时间1.0 h得到的果脯形态良好、色泽浅黄、软硬适中，品质较好。传统工艺一般多采用明矾、氢氧化钙、氯化钙等作为硬化剂，使得果脯在预煮与糖制工艺中更加耐煮，可以获得良好的成品形态，不易煮烂[15]。

表3 硬化剂浓度对滇黄精果脯感官品质的影响

表4 硬化时间对滇黄精果脯感官品质的影响

2.1.2 预煮时间的确定 预煮可以排除滇黄精内部的空气与异味，增加细胞通透性，有利于渗糖，提高果脯的透明度[17]。由表5可知，预煮时间为2.0 h最佳，果脯透明度良好，色泽均匀，软硬适中。

表5 预煮时间对滇黄精果脯感官品质的影响

2.2 单因素试验结果与分析

2.2.1 蜂蜜替代蔗糖量对滇黄精果脯感官品质的影响 蔗糖与蜂蜜属于甜味与风味不同的甜味剂，用蜂蜜代替部分蔗糖，一方面提高果脯风味，另一方面降低果脯甜度。合适的添加比例会使产品具有别致的风味。由图1可知，随着蜂蜜替代量的增加，果脯的感官评分呈先升高后降低的趋势。当蜂蜜添加量不足总糖三分之一时，果脯口感单一，只有滇黄精淡淡的清香，味道寡淡，透明度差，感官评分较低；当蜂蜜替代蔗糖量为66.8%时，果脯的口感最好，蜂蜜的香甜与滇黄精的清香混在一起，使得果脯别具一番风味且透明度好；蜂蜜替代量继续增加，蜂蜜的香甜过重，压过了滇黄精的香气，使得果脯甜味过腻，感官评分降低。蜂蜜中的糖类主要是葡萄糖与果糖，还原糖含量达到一定程度时，产品在高温和潮湿季节易吸潮，出现流糖现象[18]。所以选定蜂蜜替代量66.8%为最佳。

图1 蜂蜜替代蔗糖量对滇黄精果脯感官品质的影响

2.2.2 糖添加量对滇黄精果脯感官品质的影响由图2可知，滇黄精果脯的感官评分随着糖添加量的增加呈先升高后降低的趋势。当糖添加量为20%时，糖分不易渗透，果脯甜度低、色泽浅黄、质地较硬、口感不佳；当糖添加量为40%时，果脯甜腻、质地较硬、饱满度较低；当糖添加量为30%时，果脯风味别致、质地适中。糖液质量浓度偏低，会导致水分含量增加，弹性降低；而糖液质量浓度偏高，会导致果脯水分含量降低，黏性增大，弹性降低[19，20]。所以选定糖添加量30%为最佳。

图2 糖添加量对滇黄精果脯感官品质的影响

2.2.3 柠檬酸添加量对滇黄精果脯感官品质的影响 柠檬酸是有机酸中酸味最为可口和最缓和的，添加柠檬酸可以提高细胞通透性进而影响果脯品质[21，22]。柠檬酸的添加量会影响果脯的酸甜度和风味，使得果脯感官评分相差较大，而且还可影响产品的储藏性[23]。由图3可知，当柠檬酸添加量为0.20%，滇黄精果脯的感官评分最高。这是因为柠檬酸添加量少于0.20%对果脯酸甜度影响较小，无法改善果脯的甜度以及风味；柠檬酸添加量超过0.20%，果脯酸度超标、风味较差、感官评分下降。所以选定柠檬酸添加量0.20%为最佳。

图3 柠檬酸添加量对滇黄精果脯感官品质的影响

2.3 响应面试验结果与分析

2.3.1 响应面试验结果 在单因素试验基础上，参照Box－Behnken试验设计原理，将感官评分(Y)设置为响应值，选取蜂蜜替代蔗糖量(A)、糖添加量(B)、柠檬酸添加量(C)三个因素为自变量，设计响应面试验，对滇黄精果脯加工工艺进行优化。试验设计及结果见表6。

表6 Box－Behnken试验设计与结果

2.3.2 回归模型及显著性分析 由表7可知，模型P＜0.0001，表明回归方程达到极显著水平；模型的复相关系数R2＝0.9887，表明该模型实测值与预测值之间具有高度的拟合度和可信度；校正决定系数＝0.9742，说明97.42%响应值的变化可以被该模型解释，失拟项的P＝0.7298＞0.05，不显著，表明检验结果与模型的计算差异不显著。利用统计分析，得到回归方程:Y＝90.01－0.0675A＋1.11B＋0.5525C－0.59AB＋1.02AC－0.05BC－2.7A2－2.94B2－1.71C2。由各参数估计值可以判断出因素影响顺序为糖添加量(B)＞柠檬酸的添加量(C)＞蜂蜜替代蔗糖量(A)。

表7 回归模型方差分析

如图4所示，蜂蜜替代蔗糖量和柠檬酸添加量交互作用的等高线呈椭圆形，响应面图更为陡峭，表明二者交互作用较大，与方差分析结果相符。

图4 响应面及等高线图

利用Design－Expert 12软件对滇黄精果脯工艺参数回归方程拟合优化，得到最优工艺为蜂蜜替代蔗糖量为66.86%，糖添加量为31.88%，柠檬酸添加量为0.23%。考虑到实际操作，优化后的参数进行调整并进行3次验证试验，得出最佳工艺为蜂蜜替代蔗糖量为66.86%，糖添加量为32%，柠檬酸添加量为0.23%，实际感官评分(91.07分)接近理论预测值90.16分。这说明响应面法优化得到的滇黄精果脯加工工艺参数确实可靠，具有一定实用价值。

2.4 滇黄精果脯成品质量检测指标

如表8所示，滇黄精果脯产品的含水率为23.55%，总糖含量为49.76%，总菌落数＜10 CFU/g，理化指标与微生物指标均符合国家标准。

表8 各项指标检测结果

3 讨论与结论

新鲜黄精含有正己醛、崁烯等刺激性成分，使得服用时口舌麻木，刺激咽喉、眼睛，接触后可引起皮肤瘙痒等[24]，需要加工后作为药材或者食品在市场上流通。黄精的传统炮制方法与现代炮制方法虽然步骤略有不同，但均以酒制法与九蒸九制法为主，在炮制过程中多采用黄精饮片而不是新鲜黄精[25]。本研究采用新鲜黄精作为原料制备低糖滇黄精果脯，丰富了滇黄精产品类别，有助于滇黄精产业发展，符合当前低糖健康的需求。

微波渗糖虽然适合低糖果脯的制备，但是随着微波功率增加和加热时间延长，可能导致果脯组织软烂变色、糖液褐变，进而影响果脯品质，因此在使用微波渗糖工艺时，不能过度加热[26]。低糖果脯因含糖量的降低而致色泽和饱满度受到影响，本试验通过在渗糖溶液中加入凝胶剂进行填充并在干燥前给果脯上一层胶衣，使果脯具有较好的饱满度和色泽[27]。

本研究采用响应面法优化滇黄精果脯加工工艺，以感官评分为响应值，得到的最佳制备工艺为硬化剂浓度1.0%、硬化时间1.0 h、预煮时间2.0 h、蜂蜜替代蔗糖量66.86%、糖添加量32%、柠檬酸添加量0.23%。在此条件下得到的滇黄精果脯表面光滑、饱满度好、色泽浅黄、酸甜适中，有滇黄精与蜂蜜混合的独特风味，感官评分达91.07分。