劉硯耕，高 琦，李雨佳，耿 藝，葉 童，黨 猛，薛友林

（1.遼寧大學(xué)輕型產(chǎn)業(yè)學(xué)院，遼寧沈陽 110036；2.遼寧行政學(xué)院，遼寧沈陽 110161）

響應(yīng)面法優(yōu)化山藥葡萄復(fù)合飲料的制作

劉硯耕1，高 琦2，李雨佳1，耿 藝1，葉 童1，黨 猛1，*薛友林1

（1.遼寧大學(xué)輕型產(chǎn)業(yè)學(xué)院，遼寧沈陽 110036；2.遼寧行政學(xué)院，遼寧沈陽 110161）

以山藥和葡萄為主要原料制備復(fù)合飲料，采用單因素試驗得出山藥與水的最佳配比為1∶6（g∶g）；在單因素試驗基礎(chǔ)上，經(jīng)Box-Behnken響應(yīng)面優(yōu)化法，最終確定山藥葡萄復(fù)合飲料的最佳配方為白砂糖添加量5.17%，檸檬酸添加量0.16%，山藥汁∶葡萄汁配比值0.59，在此配方下山藥葡萄復(fù)合飲料感官評分為92.10分。采用正交試驗確定了產(chǎn)品的最佳穩(wěn)定劑配方，即黃原膠添加量0.15%，CMC添加量0.30%，海藻酸鈉添加量0.10%。

山藥葡萄復(fù)合飲料；正交試驗；響應(yīng)面優(yōu)化法；感官評價

0 引言

山藥即薯蕷，是多年生草本植物。作為藥食同源農(nóng)產(chǎn)品，山藥不僅含有蛋白質(zhì)、淀粉、維生素、皂苷、膽堿等多種營養(yǎng)成分[1-2]，而且性平味甘，能健脾止瀉、補脾養(yǎng)胃、補腎澀精[3]，具有增強免疫、調(diào)整腸胃、降血糖、抗衰老、降脂[2，4]、抗腫瘤、抗氧化等作用[5]。

葡萄屬落葉藤本植物，多為圓球形或橢圓球形漿果，色澤隨品種而異。葡萄是一種有益人體健康的水果，具有補虛健胃功效。成熟的葡萄漿果中不但含有葡萄糖、蛋白質(zhì)，還含有多種微量元素，如VA，VB1，VB2，VC及鉀、磷、鐵等[6]。葡萄中含有的多酚類物質(zhì)可以阻止細胞受氧化傷害，具有抗衰老、降低心血管疾病發(fā)病率及預(yù)防癌癥的功效[7]。

飲料是人們常需的食品之一，色澤自然、風(fēng)味清爽、口感順滑、形態(tài)均勻的健康飲品將擁有較廣闊的市場前景。山藥葡萄復(fù)合飲料集營養(yǎng)、保健于一體，其制作工藝技術(shù)符合當前食品工業(yè)發(fā)展的新潮流，同時能為山藥、葡萄的深加工開辟新途徑。

1 材料與方法

1.1 原料

新鮮山藥，產(chǎn)自河南焦作；新鮮葡萄，產(chǎn)自遼寧營口。

1.2 試劑

檸檬酸、蘋果酸、抗壞血酸、食鹽、白砂糖、海藻酸鈉、黃原膠、酸性CMC，均為市售食品級。

1.3 主要儀器

CP114型電子天平，上海奧豪斯儀器有限公司產(chǎn)品；3NH-NR20XE型精密色差儀，深圳三恩馳科技有限公司產(chǎn)品；JYL-G12型九陽多功能榨汁機，九陽股份有限公司產(chǎn)品；JTM60DCB型膠體磨，沈陽市香洋機械廠產(chǎn)品；TG16G型臺式高速離心機，長沙英泰儀器有限公司產(chǎn)品。

1.4 工藝流程

①葡萄→選料→清洗→去籽→打漿→膠體磨研磨→離心→葡萄原漿；

②山藥→選料→清洗→去皮→切片→護色→預(yù)煮→打漿→膠體磨研磨→離心→山藥原漿；

①+②→混合→調(diào)配→灌裝→滅菌→冷卻→成品。

1.5 操作要點

（1）山藥原漿的制備。山藥清洗、去皮、切片后，置于預(yù)先配好的護色劑中浸泡45 min，然后將其放入90~95℃熱水中用電磁爐預(yù)煮5 min。將預(yù)煮過的山藥冷卻后按質(zhì)量比1∶6與水混合，并用打漿機打漿。漿液過膠體磨研磨5次，隨后于常溫下以轉(zhuǎn)速5 000 r/min離心30 min，上清液即為山藥原漿。

（2）葡萄原漿的制備。葡萄清洗后去籽，用打漿機打漿后將葡萄漿倒入容器中，在室溫條件下過膠體磨10次，之后在室溫下以轉(zhuǎn)速5 000 r/min離心30 min，取其上清液，即得葡萄原漿。

（3）調(diào)配。將山藥原漿、葡萄原漿按一定比例混合，取混合汁于容器中，將一定比例的白砂糖、檸檬酸和最佳配比的酸性CMC、黃原膠、海藻酸鈉混合，待攪拌均勻后加入容器中，將混合汁加熱到50℃，緩慢攪拌后過膠體磨研磨5次。

（4） 脫氣、滅菌。于70~75℃下脫氣10 min，85~90℃下滅菌15 min并冷卻至室溫。經(jīng)7 d儲存試驗，經(jīng)檢查無染菌、分層和脹蓋等現(xiàn)象，即制得山藥葡萄復(fù)合飲料成品。

1.6 試驗方法

1.6.1 原料與水的配比選擇

采用單因素試驗方法，根據(jù)感官評分標準，比較不同加水量對山藥原漿的影響，并選擇最適添加量。

山藥原漿的感官評分標準見表1。

1.6.2 飲料配方的優(yōu)化

（1）單因素試驗?？疾彀咨疤翘砑恿浚?%，4%，5%，6%，7%）、山藥汁與葡萄汁配比（1∶3，2∶3，3∶3，4∶3，5∶3）、檸檬酸添加量（0.1%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%）單因素對復(fù)合飲料感官綜合評分的影響，確定復(fù)合飲料生產(chǎn)的基本配方。

（2） 響應(yīng)面優(yōu)化復(fù)合飲料的配方工藝。根據(jù)Design Expert 7.0軟件中的Box-Behnken試驗設(shè)計原理，在單因素試驗基礎(chǔ)上，選取白砂糖添加量、山藥汁與葡萄汁配比、檸檬酸添加量分別為因素X1，X2，X3，進行三因素三水平響應(yīng)面分析試驗，以感官評分為Y值，進一步優(yōu)化正交試驗所得到的最佳配方，并進行各因素間交互作用分析。

響應(yīng)面分析因素與水平設(shè)計見表2。

表1 山藥原漿的感官評分標準

表2 響應(yīng)面分析因素與水平設(shè)計

1.6.3 穩(wěn)定劑的選擇

根據(jù)前期研究基礎(chǔ)[8]，選取3種穩(wěn)定劑，即酸性CMC、黃原膠、海藻酸鈉，采用正交試驗的方法進行復(fù)合飲料的穩(wěn)定性研究，以確定復(fù)合穩(wěn)定劑添加量。

各種穩(wěn)定劑添加量水平取值見表3。

表3 各種穩(wěn)定劑添加量水平取值/%

1.7 成品品質(zhì)評價

1.7.1 感官評價

采用感官評價方法進行評定，感官評價小組由10名具有一定感官評價經(jīng)驗的人員組成，感官評定參照GB/T 31121—2014果蔬汁類及飲料中的感官要求，以10人評分的平均值作為評價結(jié)果。

復(fù)合飲料的感官綜合評價標準見表4。

1.7.2 穩(wěn)定效果的評價方法

穩(wěn)定效果用沉淀率來衡量。沉淀率的測定：取10 g樣品，在室溫條件下以轉(zhuǎn)速3 000 r/min離心10 min，稱取上清液的質(zhì)量。

表4 復(fù)合飲料的感官綜合評價標準

1.7.3 理化指標測定方法

理化指標測定：可溶性固形物（20℃折光計法），按GB/T 12143—2008規(guī)定執(zhí)行；蛋白質(zhì)測定，按GB/T 5009.5—2010規(guī)定執(zhí)行；總糖測定，按GB/T 5009.8—2008規(guī)定執(zhí)行；總酸測定（以檸檬酸換算），按GB/T 12456—2008規(guī)定執(zhí)行。

1.7.4 衛(wèi)生指標檢測

菌落總數(shù)、大腸桿菌、致病菌的檢測，參照GB 4789.21—2003食品衛(wèi)生微生物學(xué)檢驗：冷凍食品、飲料檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 原料與水的比例選擇

單因素試驗中，選擇10人進行品鑒，按照感官評分標準打分。山藥與水配比（g∶g） 為1∶5和1∶6時最佳，漿料濃度適宜，組織狀態(tài)均勻，有山藥的清香味，色澤鮮亮。考慮到原料成本，選擇1∶6。

原料與水配比對產(chǎn)品品質(zhì)的影響見表5。

表5 原料與水配比對產(chǎn)品品質(zhì)的影響

2.2 山藥葡萄復(fù)合飲料配方的優(yōu)化

2.2.1 單因素試驗

（1）白砂糖添加量的確定。在山藥汁與葡萄汁配比為2∶3（g∶g），檸檬酸添加量0.2%的條件下，隨著白砂糖添加量的增加，感官評分呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。

白砂糖添加量對山藥葡萄復(fù)合飲料感官評分的影響見圖1。

當白砂糖添加量為5%時，感官評分最高。繼續(xù)添加白砂糖時，會較明顯感覺到復(fù)合飲料過于甜膩，因此感官評分明顯降低。

圖1 白砂糖添加量對山藥葡萄復(fù)合飲料感官評分的影響

（2）山藥汁與葡萄汁配比的確定。在白砂糖添加量5%，檸檬酸添加量0.2%的條件下，隨著山藥汁與葡萄汁配比的增加，感官評分呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。

山藥汁與葡萄汁配比對感官評分的影響見圖2。

圖2 山藥汁與葡萄汁配比對感官評分的影響

當山藥汁與葡萄汁配比為2∶3時，感官評分最高。山藥汁與葡萄汁配比過小，感覺不到山藥的風(fēng)味；而山藥汁與葡萄汁配比超過2∶3時，葡萄的風(fēng)味過淡。

（3）檸檬酸添加量的確定。

檸檬酸添加量對感官評分的影響見圖3。

圖3 檸檬酸添加量對感官評分的影響

由圖3可知，在山藥汁與葡萄汁配比為2∶3，白砂糖添加量5%的條件下，檸檬酸的最佳添加量為0.2%。當檸檬酸添加量高于0.2%后，會明顯感覺到復(fù)合飲料偏酸而不易被接受，從而導(dǎo)致山藥葡萄復(fù)合飲料的感官評分降低。

2.2.2 響應(yīng)面分析方案設(shè)計

對白砂糖添加量、山藥汁與葡萄汁配比（g∶g）、檸檬酸添加量3個影響復(fù)合飲料配方因素采用響應(yīng)面優(yōu)化法進行優(yōu)化，以5.00%，0.67，0.20%為中心，選取白砂糖添加量的3個水平分別為4.00%，5.00%，6.00%；山藥汁與葡萄汁配比分別為1∶3，2∶3，3∶3；檸檬酸添加量分別為0.10%，0.20%，0.30%，建立三因素三水平中心組合，試驗設(shè)計包括17個試驗方案，5個中心試驗點，用以計算試驗誤差。

響應(yīng)面分析方案見表6。

表6 響應(yīng)面分析方案

2.2.3 響應(yīng)面試驗結(jié)果分析

采用Design Expert 7.0統(tǒng)計軟件對所得數(shù)據(jù)進行回歸分析，對各因素回歸擬合后，得到回歸方程：

結(jié)果表明，“Prob>F”值<0.001，模型呈顯著性（p<0.05）；失擬項值等于0.194 0，失擬項不顯著（p>0.05）；線性相關(guān)系數(shù)R2=0.996 3，表明回歸方程擬合度較好。說明該模型與實際擬合良好，可以用此模型進行分析預(yù)測。

p值用來檢驗影響因素的重要性，其值也能暗示各影響因素之間的相互作用[10]。p值越小，說明這個影響因素越重要[11]。所以，白砂糖添加量（X1）、山藥汁與葡萄汁配比（X2）、檸檬酸添加量（X3）、白砂糖添加量與檸檬酸添加量交互相（X1X3）、白砂糖添加量二次項（X12）、山藥汁與葡萄汁配比值二次項（X22）、檸檬酸添加量二次項（X32）對感官評分都有顯著的影響，而其他因素的影響較小。由F值檢驗貢獻率，得到各響應(yīng)因素對響應(yīng)值顯著性的排序為X3>X1>X2。

方差分析見表7。

2.2.4 響應(yīng)面因素交互作用分析

為綜合考察交互項對感官評分的影響，固定其中1個因素，選擇任意2個因素觀察其對感官評分的影響。利用Design Expert 8.05軟件對表3的數(shù)據(jù)進行回歸擬合得到回歸方程的3D響應(yīng)面圖和2D等高線圖[12]。

Y=f（X1，X2）等值線和響應(yīng)面見圖4，Y=f（X1，X3）等值線和響應(yīng)面見圖5，Y=f（X2，X3）等值線和響應(yīng)面見圖6。

表7 方差分析

圖4 Y=f（X1，X2）等值線和響應(yīng)面

通過比較3組圖可知，白砂糖添加量（X1）與檸檬酸添加量（X3）的交互作用對感官評分影響顯著，其他因素之間的交互作用對感官評分的影響不顯著。由圖5可以看出，感官評分隨著白砂糖添加量增加呈先上升后下降的趨勢，隨檸檬酸添加量增加先上升后趨于平緩。

由Design Expert 7.0軟件分析得到山藥葡萄復(fù)合飲料的感官品質(zhì)最佳配方為白砂糖添加量5.17%，山藥汁與葡萄汁的配比值0.59，檸檬酸添加量0.16%，理論上預(yù)測山藥葡萄復(fù)合飲料感官評分為92.4分。對優(yōu)化的最佳配方進行試驗驗證，進行3次平行試驗，得出感官評分的平均值為92.1±1.58分，與預(yù)測值差異不顯著，說明實際試驗值與軟件預(yù)測值吻合良好，在實際應(yīng)用中具有可操作性[13]。

圖5 Y=f（X1，X3）等值線和響應(yīng)面

圖6 Y=f（X2，X3）等值線和響應(yīng)面

2.3 穩(wěn)定劑的選擇

正交試驗中，采用復(fù)合穩(wěn)定劑對山藥葡萄復(fù)合飲料的穩(wěn)定性進行研究，穩(wěn)定劑的穩(wěn)定效果以沉淀率來衡量。

穩(wěn)定劑的選擇見表8。

根據(jù)對表8結(jié)果的直觀分析，各因素的最優(yōu)水平組合為A2B3C2，即黃原膠添加量0.15%，CMC添加量0.30%，海藻酸鈉添加量0.10%。由表8的極差（R）可知，黃原膠（A），CMC（B），海藻酸鈉（C）3個影響復(fù)合飲料穩(wěn)定狀況因素的主次順序為A>B>C，即黃原膠>CMC>海藻酸鈉，且均為主要影響因素。

表8 穩(wěn)定劑的選擇

2.4 山藥葡萄復(fù)合飲料品質(zhì)指標

2.4.1 感官指標

山藥葡萄復(fù)合飲料的品質(zhì)指數(shù)：①色澤。山藥葡萄復(fù)合飲料為淡紫色，色澤均一；②風(fēng)味。具有山藥與葡萄相協(xié)調(diào)的風(fēng)味，酸甜適宜，口感柔和清爽；③組織形態(tài)。質(zhì)地均勻，無明顯沉淀。

2.4.2 理化指標

可溶性固形物含量為11%，蛋白質(zhì)含量為0.015%，總糖含量為10.5%，總酸含量為0.3%，pH值為3.5。

2.4.3 衛(wèi)生指標

細菌菌落總數(shù)≤100 CFU/mL；大腸菌群≤3 MPN/100 mL；致病菌未檢出。

3 結(jié)論

以新鮮山藥和葡萄為主要原料制備山藥葡萄復(fù)合飲料，通過單因素試驗、正交試驗及響應(yīng)面優(yōu)化法確定復(fù)合飲料的最佳工藝，山藥葡萄復(fù)合飲料的最佳配方為白砂糖添加量5.17%，檸檬酸添加量0.16%，山藥汁與葡萄汁配比值0.59；復(fù)合穩(wěn)定劑的最佳配方為0.15%黃原膠+0.30%CMC+0.10%海藻酸鈉，復(fù)合穩(wěn)定劑添加量0.55%。復(fù)合飲料經(jīng)70~75℃脫氣10 min，灌裝后于85~90℃條件下滅菌15 min，冷卻至室溫，經(jīng)5~7 d儲存試驗，檢查無染菌、分層、脹蓋現(xiàn)象，即為山藥葡萄復(fù)合飲料成品。采用以上配方及生產(chǎn)工藝生產(chǎn)出具有較好風(fēng)味和品質(zhì)的山藥葡萄復(fù)合飲料，符合現(xiàn)代人的飲食需求，增加飲料品種多樣性的同時，也為現(xiàn)代人健康飲食提供了更多選擇。

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Optimization of Technology of Yam and Grape Compound Beverage by Response Surface Methodology

LIU Yangeng1，GAO Qi2，LI Yujia1，GENG Yi1，YE Tong1，DANG Meng1，*XUE Youlin1
（1.Light Industry College，Liaoning University，Shenyang，Liaoning 110036，China；2.Liaoning Vocational College of Basiness，Shenyang，Liaoning 110161，China）

In this work，yam and grapes are used as the main materials to produce a new kind of compound beverage.In an attempt to reach a better sensory quality，we carry out a lot of studies.Firstly，the optimum of grinding process is achieved by adding 1/6 weight of water for yam using single-factor tests.Then，the formula of the compound beverage is optimized by the Box-Behnken response surface methodology（RSM）.The optimum formula of the compound beverage is to mix yam juice and grape juice in the weight ratio of 0.59 with the addition of 5.17%sucrose and 0.16%citric acid and the sensory score under the optimal conditions is 92.10.Finally，the optimum composite stabilizer is a mixture of 0.15%xanthan gum，0.30%CMC and 0.10%sodium alginate determined by the orthogonal experiment.

yam and grape compound beverage；orthogonal test；response surface optimization method；sensory evaluation

TS275.4

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.02.028

1671-9646（2017）02b-0001-05

2017-01-09

國家自然科學(xué)基金青年項目（31201285）；教育部留學(xué)回國人員科研啟動基金（2013693）；遼寧省教育廳科學(xué)研究一般項目（L2014009）；遼寧大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（X201610140202，X201610140218，X201610140221，X201610140222）。

劉硯耕（1994— ），男，本科，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工。

*通訊作者：薛友林（1980— ），男，博士，副教授，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工及食物營養(yǎng)。