响应面法优化刺梨硬糖配方

许粟，史大娟，李梅，刘宇泽，王欣颖，胡艳*

（1.贵阳学院食品与制药工程学院，贵州 贵阳 550005；2.贵州初好农业科技开发有限公司，贵州 六盘水 553000）

刺梨（Roxburgh rose）又名刺莓果、刺菠萝等，是我国特有物种[1]，野生资源主要分布于贵州、云南、四川、广西等地[2]。刺梨与猕猴桃、山楂并称我国三大新兴水果，刺梨是一种集药用、食用、保健、观光于一体的野生水果[3]，因其富含维生素[4]、多糖[4-6]、人体必需氨基酸[7]、三萜[4-5，7-9]、微量元素[10]、黄酮[6，10]、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）[6，10]等多种活性成分，被誉为“营养库”和“三王水果”。

贵州处于中亚热带和北亚热带，由于特殊的山形地势和气候条件，使得其特别适合刺梨的种植，是全国刺梨分布最多、产量最大的省份[11-14]。刺梨主要分布于贵州省六盘水市、黔南州、黔西南州、安顺市、毕节市等地[15-16]。

近年来，随着对刺梨的深入研究，研究者发现将刺梨作为原料运用到特殊人群食品和膳食补充剂的研发上，具有较大潜能[17-18]。因此，刺梨被广泛用于食品研发等方面[19-20]。关于刺梨的精加工，已有学者研发了刺梨软糖[21]、刺梨果脯[22]、刺梨口含片[23]、刺梨蛋糕[24]、刺梨酒[25]等产品，目前尚未有关于刺梨硬糖的研究。

本试验选用刺梨汁作为主要原料，研究刺梨汁、结晶果糖、柠檬酸和柠檬酸钠复配酸味剂对刺梨硬糖综合感官品质的影响，利用响应面优化试验确定原料的最适添加比例及复配酸味剂的配比，以研发出一款色泽均匀，酸甜适口，且符合目标消费群体口感需求的刺梨硬糖。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

刺梨汁：贵州初好农业科技开发有限公司；白砂糖：市售；结晶果糖：山东西王糖业有限公司；柠檬酸、柠檬酸钠：江西百盈生物技术有限公司；纯净水：杭州娃哈哈集团有限公司；盐酸（分析纯）：上海沃凯生物技术有限公司；硫酸铜（分析纯）：天津市大茂化学试剂厂；亚甲蓝、酒石酸钾钠、氯化钠、乙酸锌（均为分析纯）：天津市科密欧化学就剂有限公司；氢氧化钠（分析纯）：成都市科隆化学品有限公司；冰乙酸（分析纯）：天津市富宇精细化工有限公司；亚铁氰化钾（分析纯）：成都金山化学试剂有限公司；月桂基硫酸盐胰蛋白胨肉汤：青岛高科技工业园海博生物技术有限公司；平板计数琼脂：上海博微生物科技有限公司。

1.2 仪器设备

电子天平（BSM—220.3）：上海卓精电子科技有限公司；台秤（YP6001）：余姚市金诺天平仪器有限公司；可调温电炉（DK-98）、烘箱（101-2）、恒温培养箱（SPX-150B）：天津市泰斯特仪器有限公司；超净台（SW-CJ-2D）：上海沪净医疗器械有限公司；灭菌锅（YXQ-LS）：上海博迅实业有限公司医疗设备厂。

1.3 方法

1.3.1 加工工艺流程

1.3.2 基础配方及操作要点

产品基础配方：结晶果糖添加量为30%，刺梨汁添加量为37.5%，复配酸味剂添加量为0.55%，其中柠檬酸占总酸含量为60%，剩余部分用纯净水补充至100%。

根据产品基础配方，称取水和结晶果糖，并加入不锈钢锅中，应避免在称量过程中引入杂质。用无菌玻璃棒将混合液体搅拌均匀，再将不锈钢锅置于电炉上加热，用小火进行熬糖。当不锈钢锅内糖浆沸腾时，用温度计测定糖浆温度，当温度持续上升达到120℃时，加入刺梨汁，继续熬糖至140℃，停止加热，待混合物冷却至120℃后加入复合酸味剂并用玻璃棒进行调和，然后将糖浆倒入模具放置在室温下冷却，冷却至室温后，将制备好的产品脱模、包装后制得成品。

1.3.3 单因素试验

通过单因素试验研究结晶果糖、刺梨汁、复配酸味剂及复配酸味剂的配比对刺梨硬糖感官品质的影响，以确定刺梨硬糖的最优配方及复配酸味剂的配比。固定刺梨汁添加量为37.5%，复配酸味剂添加量为0.55%，柠檬酸占总酸含量为60%，分别添加不同比例结晶果糖（20%、30%、40%、50%、60%），研究结晶果糖的添加量对产品感官品质的影响。固定结晶果糖添加量为30%，复配酸味剂添加量为0.55%，柠檬酸占总酸含量为60%，分别添加不同比例刺梨汁（22.5%、27.5%、32.5%、37.5%、42.5%），研究刺梨汁添加量对产品感官品质的影响。固定结晶果糖添加量为30%，刺梨汁添加量为27.5%，柠檬酸占总酸含量为60%，分别添加不同比例的复配酸味剂（0.40%、0.45%、0.50%、0.55%、0.60%），研究复配酸味剂添加量对产品感官品质的影响。固定结晶果糖添加量为30%，刺梨汁添加量为27.5%，复配酸味剂添加量为0.5%，柠檬酸占总酸含量分别为50%、60%、70%、80%、90%，研究柠檬酸占总酸含量对产品感官品质的影响。

1.3.4 响应面试验优化

以结晶果糖、刺梨汁、复配酸味剂及柠檬酸占总酸含量为因子，以响应面试验为基础，设计四因素三水平试验优化刺梨硬糖的最佳配方。因素水平见表1。

表1 响应面因素水平Table 1 Factors and levels of response surface

1.3.5 刺梨硬糖的感官评定

刺梨硬糖的感官评价方法参照GB 17399—2016《食品安全国家标准糖果》和SB/T 10018—2017《糖果硬质糖果》中关于硬糖感官品质的要求，以及王丽霞等[26]、曹洁等[27]、陈炳鑫等[28]关于硬糖感官评价的评分规则，并综合刺梨的特殊口感风味，设计刺梨硬糖的感官评分细则，见表2。采用定量描述分析方法，邀请年龄在15岁～35岁且符合本试验条件需求的消费者型感官评价员男女各25名，对产品进行感官评价，并对结果进行统计分析。

表2 刺梨硬糖的感官评分细则Table 2 Sensory grading rules of Roxburgh rose hard candy

1.3.6 刺梨硬糖理化及微生物指标测定

理化指标：干燥失重的测定参考SB/T 10018—2017《糖果硬质糖果》中干燥失重试验方法进行；还原糖的测定参考GB 5009.7—2016《食品安全国家标准食品中还原糖的测定》中的第一法直接滴定法进行。

微生物指标：菌落总数的测定参考GB 4789.2—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》进行；大肠菌群的测定参考GB 4789.3—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验大肠菌群计数》进行。

1.4 数据统计分析

利用响应面试验设计软件中的Central Composite Design模型，对各试验组的结果进行方差和回归分析。采用Origin 2018软件作图，上海瑞芬CSAS感官软件分析系统和SPSS 20.0软件对数据进行处理和分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 结晶果糖添加量对刺梨硬糖综合感官品质的影响

结晶果糖添加量对刺梨硬糖综合感官品质的影响见图1。

图1 结晶果糖添加量对刺梨硬糖综合感官评分的影响Fig.1 Effect of the addition of crystalline fructose on the comprehensive sensory score of Roxburgh rose hard candy

结晶果糖[29]是目前市售较甜的天然甜味剂之一，作为一种新型的糖源，具有良好加工特性，结晶果糖不会引起血糖的快速波动。结晶果糖添加量对硬糖的成型、口感及防止结晶返沙等具有显著影响。从图1可知，当结晶果糖的添加量从20%增加到60%时，产品的感官评分先上升后下降。当结晶果糖添加量为30%时，刺梨硬糖的感官评分最高，为83.21，硬糖口感适宜；当结晶果糖的添加量低于30%时，硬糖会产生结晶返砂，口感粗糙；当结晶果糖的添加量高于30%时，硬糖组织较软，成型不好，口感粘牙。综上，结晶果糖的最佳添加量为30%。

2.1.2 刺梨汁添加量对刺梨硬糖综合感官品质的影响

刺梨汁添加量对刺梨硬糖综合感官品质的影响见图2。

图2 刺梨汁添加量对刺梨硬糖综合感官评分的影响Fig.2 Effect of the addition amount of Roxburgh rose juice on the comprehensive sensory score of Roxburgh rose hard candy

刺梨汁添加量对刺梨硬糖的色泽、口感和风味等具有显著影响。由图2可知，当刺梨汁的添加量从22.5%增加到42.5%时，产品的感官评分先上升后下降。当刺梨汁添加量为27.5%时，刺梨硬糖的感官评分最高，为83.45，硬糖的色泽为橙色，口感不粘牙，刺梨风味及甜度适宜；当刺梨汁添加量低于27.5%时，硬糖的色泽较浅，口感不粘牙刺梨风味淡且甜度较甜；当刺梨汁添加量高于27.5%时，硬糖的色泽较深，口感较粘牙。综上，刺梨汁的最佳添加量为27.5%。

2.1.3 复配酸味剂添加量对刺梨硬糖综合感官品质的影响

复配酸味剂添加量对刺梨硬糖综合感官品质的影响见图3。

图3 复配酸味剂添加量对刺梨硬糖综合感官评分的影响Fig.3 Effect of the addition amount of mixed sour agent on the comprehensive sensory score of Roxburgh rose hard candy

酸味剂的添加量对刺梨硬糖的组织形态、口感和风味等具有影响。由图3可知，当复配酸味剂添加量从0.40%增加到0.60%时，产品的感官评分先上升后下降。复配酸味剂的添加量为0.50%时，感官评分最高，为84.73，刺梨硬糖的甜度适宜，无返砂不粘牙；当复配酸味剂添加量低于0.50%时，刺梨硬糖有返砂现象，甜度强；当复配酸味剂的添加量高于0.5%时，刺梨硬糖糖体软，口感粘牙。综上，复配酸味剂的最佳添加量为0.50%。

2.1.4 柠檬酸占总酸的含量对刺梨硬糖感官品质的影响柠檬酸占总酸的含量对刺梨硬糖感官品质的影响见图4。

图4 柠檬酸占总酸的含量对刺梨硬糖综合感官评分的影响Fig.4 Effect of ratio of citric acid and total acid content on comprehensive sensory score of Roxburgh rose hard candy

柠檬酸与柠檬酸钠复配时酸味柔和，具有良好的口感。由图4可知，随着柠檬酸占总酸含量的增加，产品的感官综合评分先上升后下降，当含量为80%时，感官评分最高，为83。当柠檬酸占总酸含量小于80%时，刺梨硬糖的酸味较尖锐；当柠檬酸占总酸含量高于80%时，刺梨硬糖口感整体偏酸。综上，柠檬酸占总酸的最佳含量为80%。

2.2 响应面优化试验结果

根据四因素三水平的响应面试验设计，进行29组试验，结果如表3所示，回归模型方差分析如表4所示。

表3 响应面试验设计与结果Table 3 Response surface analysis design

表4 回归模型方差分析Table 4 Regression model analysis of variance

根据响应面试验中的Central Composite Design模型，可得回归方程：Y=84.13-1.13A+0.30B+0.60C+0.13D-0.24AB-0.055AC-0.067AD-0.12BC+0.15BD-0.46CD-1.75A2-0.93B2-0.79C2-0.96D2。

由表4可知，回归模型F值为81.39，P值＜0.000 1，表明回归模型显著；试验所选模型的失拟项P值为0.311 6＞0.05，说明失拟项不显著；该模型拟合程度良好，试验误差小，回归方程可以较好地描述各因素与感官评分之间的关系。由模型回归方程系数的显著性表明4个因素对刺梨硬糖的感官评分影响的重要程度为A＞C＞B＞D，即结晶果糖添加量＞复配酸味剂添加量＞刺梨汁添加量＞柠檬酸占总酸含量，其中结晶果糖添加量、复配酸味剂添加量、刺梨汁添加量、柠檬酸占总酸含量对感官评分的影响显著（P＜0.05），交互项AC、AD、BC、BD对刺梨硬糖感官评分的影响不显著（P＞0.05），交互项AB、CD对刺梨硬糖感官评分的影响显著（P＜0.05），二次项 A2、B2、C2、D2对刺梨硬糖感官综合评分的影响均极显著（P＜0.05）。

2.3 响应曲面分析

响应面试验设计生成的响应曲面如图5所示。

图5 结晶果糖添加量、刺梨汁添加量、复配酸味剂添加量及柠檬酸占总酸含量交互的响应面Fig.5 The interactive response surface of the amount of crystalline fructose，Roxburgh rose juice，mixed sour agent and ratio of citric acid and total acid content

从图 5中（a）～（f）可知，在结晶果糖添加量 25%～35%、刺梨汁添加量24.5%～30.5%区域，刺梨硬糖的感官评分较高；在结晶果糖添加量25%～35%、复配酸味剂添加量0.47%～0.53%区域，刺梨硬糖的感官评分较高；在结晶果糖添加量25%～35%、柠檬酸占总酸含量75%～85%区域，刺梨硬糖的感官评分较高；在刺梨汁添加量26.5%～30.5%、复配酸味剂添加量0.47%～0.53%区域，刺梨硬糖的感官评分较高。在刺梨汁添加量26.5%～30.5%、柠檬酸占总酸含量75%～85%区域，刺梨硬糖的感官评分较高。在复配酸味剂添加量0.47%～0.53%、柠檬酸占总酸含量75%～85%区域，刺梨硬糖的感官评分较高。

如图 5 中（a）、（b）、（c）所示，随着结晶果糖添加量的改变，响应面图的陡峭程度有较为显著的变化，相应的等高线图的变化也较为明显，说明结晶果糖的添加量对产品的感官评分有较为显著的影响，结果与表4中响应面的方差分析结果一致。如图5（a）所示，相比于其他因素间的交互作用，根据响应面图陡峭程度和等高线形状的变化，结晶果糖添加量和刺梨汁添加量间的交互作用最为显著，说明产品的感官评分受结晶果糖添加量和刺梨汁添加量比例的影响最为显著，结果与表4中响应面的方差分析结果一致。同理，如图5（f）所示，复配酸味剂和柠檬酸占总酸含量间的交互作用最为显著，说明产品的感官评分受复配酸味剂和柠檬酸占总酸含量比例的影响极为显著，结果与表4中响应面的方差分析结果一致。

综上所述，在产品配方中，结晶果糖和复配酸味剂的添加量是影响产品口感的主要因素。在刺梨硬糖的产品配方中，结晶果糖作为甜味剂为产品提供甜味，而复配酸味剂为产品提供酸味，由响应面分析结果可知，产品的酸甜度成为影响感官评分的最主要因素，因此，需要严格的控制产品的酸甜度，即结晶果糖和复配酸味剂之间的配比。

2.4 刺梨硬糖配方优化

产品的感官评价综合评分为本研究中响应面优化的目标，根据响应面试验结果可得刺梨硬糖的最佳配方：结晶果糖的添加量为26.59%，刺梨汁的添加量为28.40%，复配酸味剂的添加量为0.52%，柠檬酸占总酸含量为80%。在此条件下，所预测的产品感官评分最大值为84.92。

2.5 验证试验

对响应面法优化的结果进行验证，根据试验方法，邀请相同的感官评价员男女各25名进行验证试验，共重复50次，结晶果糖的添加量为26.59%，刺梨汁的添加量为28.40%，复配酸味剂的添加量为0.52%，柠檬酸占总酸含量为80%，刺梨硬糖的综合感官评分为84.46±2.53，相比于模型预测值，其差值为0.54%，因此，论证了刺梨硬糖模型的合理性和可靠性。

2.6 刺梨硬糖感官评定分析

根据最适配方制得的刺梨硬糖如图6所示。制得的产品呈橙色，外形完整且色泽均匀不返砂，甜味纯正，不粘牙，具有刺梨和糖果的香气和滋味。

图6 刺梨硬糖成品Fig.6 Roxburgh rose hard candy

2.7 刺梨硬糖理化及微生物指标测定结果

刺梨硬糖理化及微生物指标测定结果见表5。

表5 刺梨硬糖理化指标和微生物指标测定结果Table 5 Detection results of physicochemical and microbial indexes of Roxburgh rose hard candy

由表5可知，按照最优配方生产的刺梨硬糖的理化及微生物指标检测结果均符合相关标准要求。

3 结论

通过本次试验研究，得出刺梨硬糖的最佳配方：结晶果糖添加量为26.59%，刺梨汁添加量为28.40%，复配酸味剂添加量为0.52%，柠檬酸占总酸含量为80%。在优化配方条件下制备的刺梨硬糖感官评分为84.92，制得的刺梨硬糖呈橙色、口感酸甜适中，具有刺梨和糖果的香气和滋味、甜味纯正、不粘牙、色泽均匀且外形完整、组织形态良好。