响应面优化金露梅绿茶饮料配方

张艳荣，吴家虞，李锦萍, ，左文明，曾阳, ，刘力宽,

1.青海师范大学生命科学学院，青海省青藏高原药用动植物资源重点实验室（西宁 810008）；2.高原科学与可持续发展研究院（西宁 810008）

金露梅（Potentilla fruticosaL.）常见于我国青藏高原地区，为蔷薇科委陵菜属落叶灌木[1]，除观赏价值外，金露梅味甘、性平，归心、肾经，据《中国植物志》记载金露梅花、叶药用，具有健脾、消暑、调经之效[2]，《宁夏中药志》记载金露梅叶用量5~10 g，可预防心脑血管疾病[3]。现代研究表明，金露梅中含有类黄酮、酚类、β-谷甾醇、槲皮素、没食子酸等[4-7]。金露梅不仅对小鼠2型糖尿病和血脂有影响[8]，还具有一定抗氧化、抗菌、抑制眼细胞凋亡的功效[9-11]。

绿茶是经杀青、塑形、烘干制成的非发酵茶，保留鲜叶的天然成分，可以预防冠心病、心血管疾病、中风和癌症[12-13]，其分离成分具有抗炎、降血脂、抗菌、抗氧化、降血糖、抗病毒的功效[14-18]，产量和消费量居于我国六大茶叶之首。金露梅绿茶是在传统绿茶的制作基础上进行改良，将色泽嫩绿的金露梅鲜叶采摘、筛选、清洗，在温度80~90 ℃下杀青、反复揉捻，放入温度95~105 ℃的茶叶烘干机中烘干10~20 min制成，保留金露梅鲜叶中的天然活性成分。

以金露梅绿茶为主要原料，通过单因素试验和正交试验优化金露梅绿茶的最佳提取工艺，并使用单因素试验结合响应面优化技术优化蔗糖、柠檬酸、β-环状糊精的添加量来调节口感，以感官评分为评价标准，开发一款风味口感俱佳的金露梅绿茶饮料，为金露梅绿茶产品的开发和工业化生产提供一定理论数据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

金露梅绿茶（青海省药用植物资源综合利用与开发研究创新团队提供）；蔗糖、柠檬酸、β-环状糊精（食品级，购于河南万邦化工科技有限公司）。

1.2 仪器与设备

ZWAJ阿贝折光仪（上海精密科学仪器有限公司）；PHS-25数显酸度计（上海虹益仪器仪表公司）；JC-223A电子天平（上海友声衡器有限公司）；SHHW21.420AⅡ电热恒温水浴锅（天津市泰斯特仪器有限公司）；DK-S26高压蒸汽灭菌锅（泉州得力技术有限公司）；SHZ-3循环水真空泵（上海亚荣生化仪器厂）。

1.3 方法

1.3.1 金露梅绿茶饮料制作工艺流程

金露梅绿茶饮料制作工艺流程图，如图1所示。

图1 金露梅绿茶饮料制作工艺流程

1.3.2 单因素试验

1.3.2.1 提取时间的选择

通过预试验选取茶水比1%、提取温度93 ℃，设置提取时间5，10，15，20，25和30 min这6个水平，对金露梅成品绿茶进行浸提，并进行感官评定。

1.3.2.2 提取温度的选择

通过预试验选取茶水比1%、提取时间15 min，设置提取温度70，75，80，85，90和93 ℃这6个水平，对金露梅成品绿茶进行浸提，并进行感官评定。

1.3.2.3 茶水比的选择

通过预试验选取提取时间15 min、提取温度93℃，设置茶水比0.25%，0.50%，0.75%，1.00%，1.25%和1.50%这6个水平，对金露梅成品绿茶进行浸提，并进行感官评定。

1.3.3 正交试验

在单因素水平基础上，以提取时间（A）、提取温度（B）、茶水比（C）为试验因素，以感官评价为指标，进行L9(33)正交试验来确定金露梅绿茶的最佳提取工艺。因素水平见表1。

表1 提取金露梅绿茶汤正交设计因素水平

1.3.4 金露梅绿茶饮料风味响应面优化试验设计

1.3.4.1 金露梅绿茶饮料风味单因素试验

在金露梅绿茶饮料研制过程中，分别添加不同添加量的蔗糖、柠檬酸和β-环状糊精以调节口感，以感官评分为指标，考察添加物对金露梅绿茶饮料风味的影响，选取最佳的三因素三水平进行响应面试验，因素水平见表2。

表2 金露梅绿茶饮料单因素试验选取水平 单位：g/100 mL

1.3.4.2 金露梅绿茶饮料风味响应面试验

在单因素试验的基础上，采用响应面设计试验，运用Box-Behnken的中心组合试验设计法，以蔗糖、柠檬酸、β-环状糊精的添加量为自变量，以感官评分为响应值进行三因素三水平的响应面分析试验，优化金露梅绿茶饮料的风味。响应面设计因素水平见表3。

表3 金露梅绿茶饮料响应面设计因素水平 单位：g/100 mL

1.3.5 理化指标测定

1.3.5.1 pH

使用数显酸度计测定。

1.3.5.2 可溶性固形物含量

按照GB/T 12143—2008《饮料通用分析方法》中的折光计法进行测定[19]。

1.3.6 数据处理

对单因素试验和正交的试验结果利用Origin 2018软件进行分析，响应面优化的试验结果利用Design Expert 11软件进行统计分析和显著性分析。

1.3.7 感官指标评定

感官评定方法：选定10名有食品专业相关知识的人员，对金露梅绿茶茶汤的汤色（20分）、香气（20分）、滋味（30分）、叶底（30分）及金露梅绿茶饮料的色泽（20分）、气味（20分）、滋味（30分）、组织状态（30分）进行打分，满分100分。感官评定标准见表4和表5。

表4 金露梅绿茶感官评分标准

表5 金露梅绿茶饮料感官评分标准

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 提取时间对金露梅绿茶的影响

提取时间对金露梅绿茶的影响，如图2所示。提取时间15 min时，感官评分最高，因此选择提取时间10，15和20 min进行正交试验。

图2 提取时间对金露梅绿茶汤的影响

2.1.2 提取温度对金露梅绿茶的影响

提取温度对金露梅绿茶的影响，如图3所示。提取温度85 ℃时，感官评分最高，因此选择提取温度80，85和90 ℃进行正交试验。

图3 提取温度对金露梅绿茶汤的影响

2.1.3 提取茶水比对金露梅绿茶的影响

茶水比对金露梅绿茶的影响，如图4所示。茶水比0.75%时，感官评分最高，因此选择茶水比0.50%，0.75%和1.00%进行正交试验。

图4 茶水比对金露梅绿茶汤的影响

2.2 正交试验结果与分析

以感官评价作为考察指标，就试验所得结果进行直观分析处理，见表6。

表6 金露梅绿茶汤正交试验方案及结果分析

对于水浴浸提金露梅绿茶结果，极差值显示因素作用主次为提取时间（B）＞茶水比（C）＞提取温度（A），即提取时间影响最大，茶水比次之，提取温度影响最小。由于提取条件的交互作用，最佳浸提条件为A3B3C2，即提取温度90 ℃、提取时间20 min、茶水比0.75%。

2.3 响应面试验结果与分析

2.3.1 金露梅绿茶饮料风味单因素试验结果

2.3.1.1 蔗糖添加量对金露梅绿茶饮料风味影响

蔗糖添加量对金露梅绿茶饮料风味影响，如图5所示。蔗糖添加量12 g/100 mL时，感官评分最高。因此，在响应面法试验设计方案中，选择蔗糖添加量9，12和15 g/100 mL为宜。

图5 蔗糖添加量对绿茶饮料品质的影响

2.3.1.2 柠檬酸添加量对金露梅绿茶饮料风味影响

柠檬酸添加量对金露梅绿茶饮料风味影响如图6所示。柠檬酸添加量0.03 g/100 mL时，感官评分最高。因此，在响应面法试验设计方案中，柠檬酸添加量选择0.02，0.03和0.04 g/100 mL为宜。

图6 柠檬酸添加量对绿茶饮料品质的影响

2.3.1.3β-环状糊精添加量对金露梅绿茶饮料风味影响

β-环状糊精添加量对金露梅绿茶饮料风味影响见图7。β-环状糊精添加量0.15 g/100 mL时，感官评分最高。因此，在响应面法试验设计方案中，β-环状糊精添加量选择0.10，0.15和0.20 g/100 mL为宜。

图7 β-环状糊精添加量对绿茶饮料品质的影响

2.3.2 金露梅绿茶饮料风味响应面试验结果

运用Design Expert 11软件对表7中的试验结果进行多元回归拟合，建立二次多项式回归模型。获得不同因素对金露梅绿茶饮料感官评分的回归方程，金露梅饮料配方二次方程模型为Y=89.86-0.450 0A-0.212 5B-0.087 5C-0.450 0AB-0.200 0AC+0.625 0BC-6.29A2-2.57B2-1.92C2（R2=0.974 9）。

表7 金露梅绿茶饮料响应面试验设计与结果

对回归模型进行方差分析，结果见表8。由表8可知，回归模型F=30.22，P＜0.000 1，达到极显著，说明建立的模型有意义，失误项P=0.124 3＞0.05，不显著，说明该回归方程对试验的拟合度良好，可靠性较高，能真实地反映出配方调配对感官评价的响应。同时模型相关系数R2=0.974 9，试验误差小，具有较好的预测性。表明该模型可以对金露梅绿茶饮料的口感进行分析和预测。结合各因素交互作用F值可知，A2、B2、C2达到极显著（P＜0.01），根据F值的大小可以判断，各因素对感官评分的影响大小为蔗糖添加量＞柠檬酸添加量＞β-环状糊精添加量。

表8 金露梅绿茶感官评价方差分析

基于回归方程，绘制响应曲面图和等高线图，如图8所示。

图8 响应曲面的交互作用及等高线

利用Design Expert 11软件包的极值分析工具对回归方程进行分析，可以获得回归方程极值点所对应的试验因素组合，确定金露梅绿茶饮料配方最优配比条件：蔗糖添加量11.899 g/100 mL、柠檬酸添加量0.030 g/100 mL、β-环状糊精添加量0.149 g/100 mL。

将工艺参数修正为最优配比条件对其进行试验验证，分别进行3次试验，所得感官评分为89.6，90.2和91.3分，与正交试验和响应面最佳值接近。此配方下的金露梅绿茶饮料，风味口感俱佳。

2.4 理化指标

经测定，最佳工艺条件下得到的金露梅绿茶饮料pH 5.3、可溶性固形物含量8.6%，均在茶饮料生产要求的范围内。

3 结论

以金露梅绿茶感官评分为考察指标，采用单因素试验及L9(33)正交法设计试验，对金露梅绿茶的提取条件进行研究。根据正交试验结果，金露梅绿茶最佳浸提条件为提取时间20 min、提取温度90 ℃、茶水比0.75%。根据单因素试验结合响应面优化分析，金露梅绿茶饮料配方最佳配方条件为蔗糖添加量11.899 g/100 mL、柠檬酸添加量0.030 g/100 mL、β-环状糊精添加量0.149 g/100 mL。按此配方所得的金露梅绿茶饮料酸甜适口、风味协调，具有特殊的金露梅香味和绿茶的清香。