响应面法优化线叶金雀花固体饮料配方

高晓雪，宫建辉，吴建松，刘 靖，马雪艳，孙 丹

（北京姿美堂生物技术有限公司，北京 100041）

线叶金雀花是一种拥有300多年的食用历史的南非西开普顿特有植物，全球已超过37个国家销售，由于此茶不含咖啡因，且具有显著的抗氧化活性，一直受到消费者欢迎[1-2]。除此之外，随着临床研究发现，线叶金雀花具有保护心血管[3]、降血糖[4]、抗炎作用[5]等保健作用，越来越吸引消费者购买其相关产品。目前将线叶金雀花作为饮料、食品、保健品和化妆品市场的提取物也成了近年来市场关注的热点，线叶金雀花因含有少量单宁等物质，所以口感伴有微弱的苦涩感[2]。本研究为了开发一种由线叶金雀花有效成分提取浓缩制成的固体饮料，该剂型不仅具有营养丰富、风味良好、易于携带保存、方便饮用等优点，可为市场提供一种天然功效冲调饮料[6]。同时推动线叶金雀花精深加工、产品多样化的发展起到积极意义。

消费者对于食品的接受程度与风味和功效密切相关，而对功效食品来说，其风味起着决定性作用[7]。因此本研究以线叶金雀花为原料，经过过滤、巴氏杀菌、提取等工艺得到固体饮料，通过感官评价结合响应面法对产品配方进行分析优化，制成一款外观及风味良好的线叶金雀花固体饮料，为线叶金雀花的深加工提供思路，同时为线叶金雀花固体饮料的生产提供一种参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

线叶金雀花原料由青岛汇百萃生物科技有限公司提供；木糖醇、甜菊糖苷、麦芽糊精食品级，均购自浙江旗诺食品配料有限公司。

DTS50-500系列小型多能提取浓缩回收机组购自常熟市春来机械有限公司；SZ型蒸汽巴氏杀菌生产设备购自诸城神州机械科技有限公司；小型喷雾干燥机QFN-8000T；SYH摇摆式混合机速混合设备；XZL系列旋转制粒机；JK-420AZ自动颗粒包装机均购自佛山市吉客蜜蜂自动化设备有限公司；热风循环烘箱购自常州市苏龙干燥设备有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 线叶金雀花固体饮料工艺流程

线叶金雀花固体饮料工艺流程为线叶金雀花→蒸汽加热浸泡→分离过滤→冷却→分离→浓缩→冷却→蒸汽巴氏杀菌→浓缩→喷雾干燥→复配（添加粘合剂与矫味剂）→干混→造粒→标准化→干燥→半成品→检验→包装→成品。

1.2.2 操作要点

上述工艺过程中线叶金雀花在巴氏杀菌期间温度为85 ℃，处理时间为20 min左右。原辅料干粉通过混合机混合时长大概15 min，通过酒精制软材，目筛规格选用15目，烘箱温度为50 ℃干燥3 h左右，取出后置于干燥处，将自动封口包装机温度调至100 ℃，包装规格按照每袋净含量6 g进行包装，得到成品。

1.2.3 单因素试验分析

在单因素试验的基础上，本试验通过麦芽糊精用量，木糖醇用量，甜菊糖苷用量，苹果酸用量为响应值，进行单因素试验，确定单因素具有代表性水平用量范围，利用Design Expert 设计4因素3水平的响应面试验，探究辅料添加量对线叶金雀花固体饮料的感官影响。本配方的主要目的为改善线叶金雀花茶当中微弱的苦涩口感，同时丰富固体饮料茶的口味，通过优化矫味剂的添加量改善固体饮料的风味。

（1）麦芽糊精添加量。根据前期预试验，在线叶金雀花浸膏干粉添加量为38%，木糖醇添加量为10%，甜菊糖苷添加量为5%，苹果酸添加量为22%，分别加入麦芽糊精用量为15%、20%、25%、30%及35%，于100 mL温度为40 ℃温水中均匀搅拌，调配成5种麦芽糊精用量不同的固体饮料，为探讨不同麦芽糊精用量对固体饮料感官品质的影响。

（2）木糖醇添加量。根据前期预试验，在线叶金雀花浸膏干粉添加量为38%，麦芽糊精添加量为25%，甜菊糖苷添加量为5%，苹果酸添加量为22%，分别加入木糖醇用量为0%、5%、10%、15%及20%；于100 mL温度为40 ℃温水中均匀搅拌，调配成5种木糖醇用量不同的固体饮料，为探讨不同木糖醇用量对固体饮料感官品质的影响。

（3）甜菊糖苷添加量。根据前期预试验，在线叶金雀花浸膏干粉添加量为38%，麦芽糊精添加量为25%，木糖醇添加量为10%，苹果酸添加量为22%，分别加入甜菊糖苷不同用量0%、2.5%、5.0%、7.5%及10.0%；于100 mL温度为40 ℃温水中均匀搅拌，调配成5种甜菊糖苷用量不同的固体饮料，为探讨不同甜菊糖苷用量对固体饮料感官品质的影响。

（4）苹果酸添加量。根据前期预试验，在线叶金雀花浸膏干粉添加量为38%，麦芽糊精添加量为25%，木糖醇添加量为10%，甜菊糖苷添加量为5%，分别加入苹果酸不同用量15%、20%、25%、30%和35%；于100 mL温度为40 ℃温水中均匀搅拌，调配成5种苹果酸用量不同的固体饮料，为探讨不同苹果酸添加量对固体饮料感官品质的影响。

1.2.4 响应面优化试验

响应面设计中A为麦芽糊精添加量，B为木糖醇添加量，C为甜菊糖苷添加量，D为苹果酸添加量，其因素与水平见表1。

表1 响应面优化试验的因素水平

1.2.5 感官评价

选择12位经过专业训练的样品感官评定人员，年龄位于20～40岁，对线叶金雀花固体饮料观察后在6 g固体饮料中添加100 mL温水进行冲调，以固体饮料的粒度、色泽、滋味及溶化程度4个指标进行感官评价，以百分制评分，感官评价标准见表2。

表2 线叶金雀花固体饮料感官评价标准

1.3 数据处理

本 文 通 过 IBM SPSS Statistics 26、Microsoft Excel、Design Expert进行数据分析处理、绘图制作。

2 结果与分析

2.1 单因素试验分析

2.1.1 麦芽糊精对线叶金雀花固体饮料综合感官评分影响

由图1可知，随着麦芽糊精用量增加，感官评分呈现先升高后降低的趋势。当添加量为30%时，此时感官评分最高为86.7分。当添加量低于30%时，随着添加量的增加，麦芽糊精作为固体饮料的赋形剂和矫味剂有改善颗粒形状及口感[8]，但当用量大于30%时，麦芽糊精黏性变大，破坏颗粒的成型度，口感也会偏甜，使整体感官品质下降。因此，麦芽糊精添加量为30%时最合适。

图1 麦芽糊精添加量对感官评价的影响

2.1.2 木糖醇对线叶金雀花固体饮料综合感官评分影响

由图2可知，随着木糖醇用量增加，感官评分呈现出先升高后降低的趋势。当其添加量为10%时，感官评分最高达到80.4分。当添加量低于10%时，随着添加量的增加，木糖醇是替代蔗糖作为矫味剂可使饮料变得甜味纯正、清爽冰凉；但是当用量大于10%时，随着木糖醇的添加，线叶金雀花固体饮料的颗粒硬度会增大，口感过甜，造成感官评价下降[9]。因此，木糖醇添加量为10%最合适。

图2 木糖醇添加量对感官评价的影响

2.1.3 甜菊糖苷对线叶金雀花固体饮料综合感官评分影响

由图3可知，感官评分随着甜菊糖苷添加量的增加呈现先升高后降低的趋势，当甜菊糖苷的用量在2.5%时，感官最好，感官评分为83.2分。甜菊糖苷是高甜度的甜味剂，甜感悠长，可以有效掩盖茶的苦涩感[10]。当添加量为0%～2.5%时，因线叶金雀花茶具有微小的苦涩味，使甜菊糖苷增甜不够明显，当2.5%＜甜菊糖苷添加量＜5.0%时，甜味逐渐增加；但当添加量超过2.5%时，口感过甜且后味重。因此，甜菊糖苷最适添加量为2.5%。

图3 甜菊糖苷添加量对感官评价的影响

2.1.4 苹果酸对线叶金雀花固体饮料综合感官评分影响

由图4可知，感官评分随着苹果酸添加量的增加表现出先升高后降低的趋势，添加量为25%时，感官评分最高分达到88.5分。苹果酸作为酸味剂，味觉自然独特，与天然果实的酸味特征相比拟，具有天然果香味，与柠檬酸相比，产生的热量更低，口味更好[11]。

图4 苹果酸添加量对感官评价的影响

2.2 响应面优化试验设计及结果

2.2.1 响应试验结果

根据表1的响应面优化试验的因素水平，通过Box-Behnken模型设计4因素3水平辅料添加量的试验，结果见表3。以感官评分为响应值，建立多元回归模型，感官评分回归方程为Y=89.08+0.63A+2.02B-0.97C-0.77D-1.17AB-1.02AC-2.75AD-0.98BC+2.05BD+4.25CD-4.55A²-6.2B²-6.4C²-5.68D²。

表3 响应面试验结果

（续表3）

2.2.2 响应面试验数据处理及数值分析

由表4可知，对回归方程结果进行方差分析发现，响应面回归模型中F=75.46且p＜0.000 1，说明试验中所采用的二次模型极为显著；失拟项F=2.55，p=0.190 5＞0.05，则表明模型与纯误差之间的关联不显著，该模型具有较高可靠性。该回归模型的决定系数R2为0.986 9，校正系数R2adj为0.973 8，能够解释试验有97.38%符合模型，且预测相关系数R2pred=0.932 1，说明此试验模型与真数据拟合程度良好，具有实践指导意义，由此可以用该模型分析和预测线叶金雀花固体饮料茶制备的最优工艺条件。交互项BD、CD、AD对感官评价的影响极显著（p＜0.01），二次项A2、B2、C2、D2对感官评价产生极显著影响（p＜0.01）。根据表中各个因素的F值，说明各因素对感官评价影响大小顺序为B（木糖醇）＞C（甜菊糖苷）＞D（苹果酸）＞A（麦芽糊精）。

表4 拟合回归方程的方差分析结果

响应面与等高线图可以表征各因素之间的交互作用，椭圆形等高线表示两因素之间的交互作用明显,圆形则表示两因素之间的交互作用不明显[12-13]。由图5～10可知，AD、BD和CD的等高线图接近于椭圆，说明两因素之间交互作用极显著（p＜0.01），即麦芽糖和苹果酸之间、木糖醇和苹果酸之间、苹果酸和甜菊糖苷之间的影响显著；而其他因素的等高线图接近于圆形，则说明麦芽糖和木糖醇之间、麦芽糖和甜菊糖苷之间、木糖醇和甜菊糖苷之间的影响显著性不明显。回归方程模型的方差分析结果与响应面图反映的各因素之间的交互作用结果一致。

图5 麦芽糊精与木糖醇交互作用对感官评价的影响

图6 麦芽糊精与苹果酸交互作用对感官评价的影响

图7 麦芽糊与甜菊糖苷交互作用对感官评价的影响

图8 木糖醇与甜菊糖苷交互作用对感官评价的影响

图9 苹果酸与木糖醇交互作用对感官评价的影响

图10 苹果酸与甜菊糖苷交互作用对感官评价的影响

2.2.3 最优工艺条件试验验证

通过响应面分析可以得到产品感官评价达到最高点时的最佳配比为麦芽糊精添加量30.50%、木糖醇10.75%、甜菊糖苷添加量为2.20%、苹果酸添加量为24.50%，模型预测感官评分为89.366分。通过以上条件进行3次重复，以验证响应面优化的预测结果，发现线叶金雀花固体饮料的颗粒均匀，无结块，冲调后酸甜柔和协调，无苦涩味，色泽均匀，溶解良好，最后得到综合感官评价为90.1分，该值接近模型预测值。

3 结论

本研究通过对线叶金雀花茶添加辅料，制成固体饮料，研究了辅料对颗粒质构、产品外观、风味的影响。通过单因素确定了麦芽糊精添加量、木糖醇添加量、甜菊糖苷添加量及苹果酸添加量，利用Box-Behnken响应面法对配方工艺进行了优化，优化后的最佳配方工艺条件为麦芽糊精添加量30.50%、木糖醇添加量10.75%、甜菊糖苷添加量为2.20%、苹果酸添加量为24.50%，在此工艺条件下，得出线叶金雀花固体饮料感官评价分值为90.1分。该配方得到的固体饮料茶，口感酸甜，回味甘甜，颗粒饱满均匀，溶解性好，溶解后色泽红亮澄清，感官品质好。本研究结果为线叶金雀花固体饮料的资源利用率及线叶金雀花固体饮料的开发提供了理论依据及技术支持。