响应面法优化莲藕果蔬汁加工工艺

金萍，张真

1.锦州医科大学 食品与健康学院（锦州 121000）；2.沈阳农业大学（沈阳 110000）

在我国，莲藕兼具果蔬的特性，在各种果蔬中有着特殊的地位。作为一种多年生宿根水生草本植物，它既是一种蔬菜，又兼有水果特性，在我国各种水生蔬菜中居首要地位。近年来，我国莲藕的种植面积不断扩大，产量迅速增加[1]。莲藕集营养与保健于一体，兼有蔬菜和水果二者的特点，营养成分丰富，含碳水化合物30%以上，蛋白质1%，其他矿物质、纤维素等均有较高的含量，尤其是维生素（VC）的含量高达25 mg/100 g，是胡萝卜含量的2倍，莲藕是生产加工果蔬保健食品的重要材料[2]。莲藕中有一种含有粘蛋白的糖蛋白，可促进蛋白质和脂肪的消化，减轻胃肠道负担；莲藕对血小板减少症、血热、出血都有效[3]。果蔬汁复合饮料就是指以水果和蔬菜为原料[4]，多种水果蔬菜经过一系列的加工工艺并配以某些调味剂而制成的饮料。果蔬饮料的生产正朝着“最小化加工”的方向发展。“减少处理”是指在饮料加工过程中使用最小处理方法和最小化率，以最大限度地保护其中所含的营养成分[5]。

试验以莲藕为原料，采用α-淀粉酶水解使淀粉生成糊精、低聚糖等产物的末端葡萄糖残基经淀粉酶处理[6]，通过单因素试验与响应面法确定葡萄、樱桃、黄瓜3种浓缩汁的添加浓度及白砂糖添加量的最佳配比，并进行了对最佳组合理化指标的测定，为产品后期储藏提供了理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

莲藕、白砂糖（锦州大润发超市）；葡萄、樱桃、黄瓜（锦州大润发超市）；α-淀粉酶（酶活力3 500 U/g，江苏采薇生物科技有限公司）。

1.2 工艺流程

莲藕→去藕节→去皮→切片→护色→打浆→淀粉酶水解→过滤→调配→均质→灌装→杀菌→成品

1.3 试验方法

1.3.1 原料选择

选择新鲜、洁白、表面无损伤的莲藕和葡萄、樱桃、黄瓜，白砂糖，将葡萄，樱桃，黄瓜榨汁。

1.3.2 去皮、切片、护色

为了防止莲藕氧化变黄，因此莲藕切块后需要浸泡在清水中。

1.3.3 打浆

按照莲藕与水以1∶2的比例利用榨汁机进行打浆。

1.3.4 淀粉酶水解

将α-淀粉酶溶解，加入莲藕粗汁中，一会后煮沸灭酶，过滤得到澄清的莲藕汁。

1.3.5 调配

向一定量莲藕汁中加入相同质量的但是浓度不同的葡萄浓缩汁、樱桃浓缩汁、黄瓜浓缩汁，以3种不同的浓度以及白砂糖的含量进行配比，得到果蔬汁，在50 ℃，17 MPa的条件下进行均质，得到稳定的果蔬汁。

1.3.6 灌装杀菌

将得到的果蔬汁进行灌装，然后在110 ℃下杀菌1 min从而得到成品。

1.3.7 感官评价

由10名同学组成一小组，分别对成品的味道和外观方面进行评分，根据小组成员们的评分确定葡萄浓缩汁、黄瓜浓缩汁、樱桃浓缩汁和白砂糖的最佳浓度。

表1 感官评价表

1.4 单因素试验

1.4.1 葡萄浓缩汁浓度对莲藕果蔬汁的影响

向莲藕汁中添加5 mL不同浓度的葡萄浓缩汁，添加的浓度为10%，15%，20%，25%和30%，以感官指标进行评分，研究不同浓度的葡萄浓缩汁对莲藕果蔬汁的影响。

1.4.2 樱桃浓缩汁浓度对莲藕果蔬汁的影响

向莲藕汁中添加5 mL不同浓度的樱桃浓缩汁，添加的浓度为5%，10%，15%，20%和25%，以感官指标进行评分，研究不同浓度的樱桃浓缩汁对莲藕果蔬汁的影响。

1.4.3 黄瓜浓缩汁浓度对莲藕果蔬汁的影响

向莲藕汁中添加5 mL不同浓度的黄瓜浓缩汁，添加的浓度为10%，15%，20%，25%和30%，以感官指标进行评分，研究不同浓度的黄瓜浓缩汁对莲藕果蔬汁的影响。

1.4.4 白砂糖添加量对莲藕果蔬汁的影响

向莲藕汁中添加不同的白砂糖质量，添加的质量为15，20，25，30和35 g，以感官指标进行评分，探究不同质量的白砂糖对莲藕果蔬汁的影响。

1.5 响应面试验

在葡萄浓缩汁、樱桃浓缩汁、黄瓜浓缩汁、白砂糖四个单因素试验的基础上，以A（葡萄浓缩汁浓度）、B（樱桃浓缩汁浓度）、C（黄瓜浓缩汁浓度）、D（白砂糖添加量）为4个因素，分别优选出3个水平进行四因素三水平的响应面试验。通过小组同学的感官评定，选出最合适的浓度组合。

表2 因素水平

1.6 不同杀菌方法对莲藕果蔬汁的影响

试验采用巴氏杀菌、超高压杀菌、超高温瞬时杀菌三种不同的杀菌方法，根据结果，确定最佳杀菌方式。

1.7 最适宜杀菌方法下理化指标和卫生指标的测定

酸度：按GB/T 12456——2008[7]《食品中总酸的测定》中的酸碱滴定法测定。

可溶性固形物含量：阿贝折光法[8]测定，具体参照GB/T 12143——2008[9]。

菌落总数和大肠菌群：根据GB/T 4789.2——2016《食品微生物学检验菌落总数的测定》和GB/T 789.3——2016《食品微生物学大肠菌群计数》，测定莲藕复合果蔬汁中细菌总数和大肠菌群含量。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 葡萄浓缩汁浓度对莲藕果蔬汁的影响

在其余条件都相同时，向莲藕汁中添加浓度不同的葡萄浓缩汁，根据小组成员对复合果蔬汁的感官评价进行打分。由图1可见，当葡萄浓缩汁浓度为15%，20%和25%时感官评分较高，所以在正交试验中葡萄浓缩汁浓度的3个水平选用15%，20%和25%。

图1 葡萄浓缩汁浓度对莲藕果蔬汁的影响

2.1.2 樱桃浓缩汁浓度对莲藕果蔬汁的影响

在其余条件都相同时，向莲藕汁中添加浓度不同的樱桃浓缩汁，根据小组成员对复合果蔬汁的感官评价进行打分。由图2可见，当樱桃浓缩汁浓度为10%，15%和20%时感官评分较高，所以在响应面的试验中樱桃浓缩汁浓度的3个水平选用10%，15%和20%。

图2 樱桃浓缩汁浓度对莲藕果蔬汁的影响

2.1.3 黄瓜浓缩汁浓度对莲藕果蔬汁的影响

在其余条件都相同时，向莲藕汁中添加浓度不同的黄瓜浓缩汁，根据小组成员对复合果蔬汁的感官评价进行打分。由图3可见，当黄瓜浓缩汁浓度为10%，15%和20%时感官评分较高，所以在响应面试验中黄瓜浓缩汁浓度的3个水平选用10%，15%和20%。

图3 黄瓜浓缩汁浓度对莲藕果蔬汁的影响

2.1.4 白砂糖的添加量对莲藕果蔬汁的影响

在其余条件都相同时，使莲藕汁中白砂糖的添加量不同，根据小组成员对复合果蔬汁的感官评价进行打分。由图4可见，当白砂糖添加量为25，30和35 g时感官评分较高，所以在响应面试验中白砂糖添加量的3个水平选用25，30和35 g。

图4 白砂糖的添加量对莲藕果蔬汁的影响

2.2 响应面试验设计与结果

以A（葡萄浓缩汁）、B（樱桃浓缩汁）、C（黄瓜浓缩汁）、D（白砂糖添加量）为自变量，Y（感官评分）为响应值，根据表3响应面试验分析方案，对各因素数据进行回归拟合，建立莲藕果蔬汁饮料制作条件与感官评分的二次多项式方程：感官评分=9.5+0.084X1-0.14X2-0.11X3+0.054X4+0.15X1X2+0.14X1X3-0.11X1X4-0.042X2X4-0.23X3X2-0.60X12-0.53X22-0.53X32-0.41X42。方差分析见表4。

表3 响应面试验设计及结果

表4 方差分析

根据试验结果得莲藕果蔬汁加工工艺的响应面与等高线图，见图5。通过图形可评价各因素条件对莲藕果蔬汁品质的影响及因素间的交互作用，如果等高线是圆形，则表示因素间的交互作用不显著，如果等高线呈现为椭圆形，则表示交互作用显著；如果响应面的曲线走势越陡峭，表示影响越显著，如果响应面的曲线呈现越光滑，则影响力越小。由图5可见，葡萄浓缩汁和樱桃、黄瓜浓缩汁交互作用显著，黄瓜浓缩汁和樱桃浓缩汁的交互作用不显著，白砂糖的添加量和樱桃浓缩汁的交互作用不显著，白砂糖添加量和黄瓜浓缩汁的交互作用极显著。

图5 响应面方差分析

最佳提取条件的确定通过Design Expert 12.0软件求解所得回归方程，得出最优发酵工艺参数：葡萄浓缩汁20.17%、樱桃浓缩汁14.41%、黄瓜浓缩汁14.43%，白砂糖添加量30.5 g，预测的莲藕果蔬汁感官评分为9.516 66分。考虑到在试验过程的可操作性，将最优工艺调整为葡萄浓缩汁20%、樱桃浓缩汁14%、黄瓜浓缩汁14%、白砂糖添加量31 g。按照最佳工艺条件进行试验，用以验证模型的准确度，一共设置5次平行试验，感官评分平均值为9.56分，证明试验结果准确度较高，与预测值基本相符，表明方法可行。

2.3 不同杀菌方法对莲藕果蔬汁的影响

将最优组合的产品分别以巴氏杀菌、超高压杀菌、超高温瞬时杀菌3种杀菌方法进行杀菌。根据表5可知，3种杀菌方法均可到达国标要求，但相对来说超高温瞬时杀菌效果最好，在此条件下进行杀菌，对产品的营养损失更小。

2.4 理化指标和卫生指标的测定

将最优组合制成的莲藕果蔬汁进行高温杀菌，测定其理化指标。由表6可知，以最优组合制成的莲藕果蔬汁pH 6.2，理化指标和卫生指标均符合国标要求。

表6 理化指标和卫生指标

3 结论

首先阐述了莲藕果蔬复合饮料的加工工艺及其操作要点，而后通过单因素试验得到单独添加不同浓度的葡萄浓缩汁、樱桃浓缩汁、黄瓜浓缩汁以及不同白砂糖的的添加量对莲藕果蔬汁的感官影响有所不同，每个因素优选出3个水平，设计响应面试验，将四种因素同时添加到莲藕果蔬汁中，选出最佳组合。通过响应面试验，得到最佳组合：葡萄浓缩汁20%、樱桃浓缩汁14%、黄瓜浓缩汁14%、白砂糖添加量31 g，此时莲藕果蔬汁的感官最容易被人们所接受。最后，对最佳组合的莲藕果蔬汁进行理化指标和卫生指标的测定，结果均符合国标要求。莲藕果蔬汁营养丰富，口感良好，值得进一步地探究，未来一定有较好的前景。