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
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。
1.1 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。
2.1 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。
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)。