代文婷 ，吳宏 *，賈文婷 ，楊慧 ，吳洪斌 ，馬自強(qiáng)

1. 新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所（石河子 832000）；2. 新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（石河子 832000）；3. 新疆冠農(nóng)果茸集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心（庫(kù)爾勒 841000）

番茄營(yíng)養(yǎng)豐富，食用番茄或番茄制品可以降低罹患心血管疾病和多種癌癥風(fēng)險(xiǎn)[1-3]。番茄汁飲料作為一種番茄制品不僅具有獨(dú)特顏色和適口的酸味，還有豐富維生素A、維生素C、番茄紅素和多種氨基酸，能夠提高機(jī)體免疫力、延緩衰老、護(hù)膚美容等[4]。番茄汁相關(guān)產(chǎn)品有番茄果醋[5]、復(fù)合番茄果蔬汁[6]、番茄發(fā)酵乳飲料[7]等。隨著生活水平和健康意識(shí)提高，對(duì)番茄汁飲料的口感、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、保健功能等方面有更多追求，無(wú)糖番茄汁飲料成為研究熱點(diǎn)之一。

天然甜味劑因其高甜度、低熱量及多種功能活性和藥理活性，越來(lái)越多地應(yīng)用于飲料加工中，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用在飲料中的天然甜味劑有木糖醇、羅漢果甜苷、甜菊糖、三氯蔗糖、甘草甜素、甜茶素等[8]。木糖醇口感清涼，甜度是蔗糖的1.2倍左右，熱量只有蔗糖的60%，有防齲齒、防腐、保肝護(hù)肝等功能[9-10]；羅漢果甜苷甜度約為蔗糖300倍，具有抗炎癥、化痰、止咳等功效[11-13]；甜菊糖口味非常接近蔗糖，后味苦澀，其甜度是蔗糖200～350倍，熱值僅蔗糖的1/300，具有改善腸道健康、降血壓、調(diào)節(jié)血糖、抗腫瘤等功能[14-17]。傳統(tǒng)飲料使用的甜味劑主要是蔗糖，研究證實(shí)[18-19]，蔗糖雖然味道甘美醇厚，但能量高，易引發(fā)肥胖、高血糖、心血管疾病等風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)影響胰島素水平，糖尿病患者不能食用，故在飲料行業(yè)中采用新型高甜、低熱值的天然甜味劑尤為必要。

將木糖醇、羅漢果甜苷、甜菊糖等天然甜味劑復(fù)合應(yīng)用在番茄汁飲料中鮮見(jiàn)報(bào)道。試驗(yàn)采用木糖醇、羅漢果甜苷、甜菊糖3種天然甜味劑，研制出一款既能滿足追求健康人群、愛(ài)美人士，又能滿足肥胖和糖尿病患者需求的新型無(wú)糖番茄鮮汁，通過(guò)響應(yīng)面分析法，得到無(wú)糖番茄鮮汁最佳配方，以期為無(wú)糖番茄鮮汁的工業(yè)化生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

加工番茄鮮汁（新疆冠農(nóng)果茸股份有限公司）；木糖醇（市售）；羅漢果甜苷、甜菊糖（桂林萊茵生物科技股份有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

CH 2176 J電磁爐（廣東格蘭仕生活電器制造有限公司）；YH-A 2003電子天平（五鑫衡器有限公司）；FA 1104 N型電子天平（上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司）；TU-1901紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）；HSU-20手持式折光儀（上海精密儀器儀表有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

以新疆冠農(nóng)果茸股份有限公司生產(chǎn)的加工番茄鮮汁為原汁，按單因素和響應(yīng)面試驗(yàn)配方，添加木糖醇、羅漢果甜苷和甜菊糖進(jìn)行調(diào)配，充分?jǐn)嚢?，熱力脫氣后，將飲料灌裝至玻璃瓶中，封蓋，放入95～100℃熱水中，殺菌30 min后，分段冷卻至室溫。

1.3.2 感官品評(píng)

請(qǐng)10名專業(yè)人員（5男5女）組成評(píng)價(jià)小組，分別從色澤、氣味、滋味三方面評(píng)分，為提高評(píng)定可信度，要求感官評(píng)定人員身體健康、無(wú)任何感覺(jué)方面的缺陷，在評(píng)定前1 h不喝酒，不吸煙，不吃辛辣等刺激性食物，評(píng)定過(guò)程中禁止相互討論，評(píng)定一個(gè)樣品后，需以清水漱口并間隔10 min評(píng)定下一個(gè)樣品[20]。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.3.3 單因素試驗(yàn)

1.3.3.1 木糖醇添加量對(duì)無(wú)糖番茄鮮汁感官評(píng)分的影響以番茄鮮汁為基質(zhì)，在羅漢果甜苷添加量0.002%、甜菊糖添加量0.002%條件下，考察木糖醇添加量（0.6%，0.8%，1.0%，1.2%和1.4%）對(duì)無(wú)糖番茄鮮汁感官評(píng)分的影響。

1.3.3.2 羅漢果甜苷添加量對(duì)無(wú)糖番茄鮮汁感官評(píng)分的影響

以番茄鮮汁為基質(zhì)，在木糖醇添加量0.8%，甜菊糖添加量0.002%條件下，考察羅漢果甜苷添加量（0.002%，0.004%，0.006%，0.008%和0.010%）對(duì)無(wú)糖番茄鮮汁感官評(píng)分的影響。

1.3.3.3 甜菊糖添加量對(duì)無(wú)糖番茄鮮汁感官評(píng)分的影響

以番茄鮮汁為基質(zhì)，在木糖醇添加量0.8%，羅漢果甜苷添加量0.002%條件下，考察甜菊糖添加量（0.001%，0.0015%，0.002%，0.0025%和0.003%）對(duì)無(wú)糖番茄鮮汁感官評(píng)分的影響。

1.3.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以木糖醇添加量（A）、羅漢果甜苷添加量（B）、甜菊糖添加量（C）3個(gè)因素為自變量，感官評(píng)分為響應(yīng)值（Y），采用Design-Expert V 8.0.6.1軟件設(shè)計(jì)三因素三水平響應(yīng)面分析試驗(yàn)，其因素與水平見(jiàn)表2。

表2 因素水平編碼表

1.4 理化指標(biāo)及微生物指標(biāo)檢測(cè)

可溶性固形物參考GB/T 12143—2008的規(guī)定檢驗(yàn)；番茄紅素參考GB/T 14215—2008的規(guī)定檢驗(yàn)；菌落總數(shù)參考GB 4789.2—2016的規(guī)定檢驗(yàn)；大腸菌群參考GB 4789.3—2016的規(guī)定檢驗(yàn)；致病菌：沙門(mén)氏菌、志賀氏菌、金黃色葡萄球菌分別按GB/T 4789.4—2016、GB/T 4789.5—2016、GB/T 4789.10—2016的規(guī)定檢驗(yàn)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPASS 20.0和Design-Expert V 8.0.6.1軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示；采用Origin 7.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

由圖1可知，木糖醇添加量對(duì)無(wú)糖番茄鮮汁的感官評(píng)分有顯著性影響（p＜0.05），隨著木糖醇添加量增加，感官評(píng)分呈先增大后減小趨勢(shì)，木糖醇添加量1%時(shí)，感官評(píng)分達(dá)到最高值82.67±0.58分。木糖醇添加量過(guò)少，無(wú)糖番茄鮮汁的口感寡淡，且酸味較為明顯，木糖醇添加量超過(guò)1%，產(chǎn)品的口感過(guò)于甜膩，因此，選擇木糖醇添加量1.0%為宜。

羅漢果甜苷添加量對(duì)無(wú)糖番茄鮮汁的感官評(píng)分影響顯著（p＜0.05），隨著羅漢果甜苷添加量增加，感官評(píng)分先增大后降低，羅漢果甜苷添加量0.004%時(shí)，感官評(píng)分達(dá)到最高值84.33±0.58分。羅漢果甜苷添加量過(guò)少，無(wú)糖番茄鮮汁的口感單調(diào)，羅漢果甜苷添加量超過(guò)0.004%時(shí)，產(chǎn)品呈現(xiàn)出不和諧的甜膩感，因此，選擇羅漢果甜苷添加量0.004%。

甜菊糖添加量對(duì)無(wú)糖番茄鮮汁的感官評(píng)分也有顯著性影響（p＜0.05），感官評(píng)分隨著甜菊糖添加量增加呈先增大后減小趨勢(shì)，甜菊糖添加量0.002%時(shí)，感官評(píng)分達(dá)到最高值75.5±0.5分。甜菊糖添加量過(guò)少，無(wú)糖番茄鮮汁的口感單調(diào)寡淡，而甜菊糖添加量超過(guò)0.002%時(shí)，口感會(huì)過(guò)于甜膩，后味苦澀，影響無(wú)糖番茄鮮汁的整體風(fēng)味，這與湯瑾等[21]對(duì)甜菊糖在楊梅汁飲料中研究結(jié)果較相似。故選擇甜菊糖添加量0.002%為宜。

圖1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

響應(yīng)面法優(yōu)化無(wú)糖番茄鮮汁的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

2.2.1 回歸方程的建立和顯著性分析

以感官評(píng)分（Y）為響應(yīng)值對(duì)表3的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元回歸擬合，得到感官評(píng)分（Y）對(duì)木糖醇添加量（A）、羅漢果甜苷添加量（B）、甜菊糖添加量（C）的二次多項(xiàng)回歸模型。

對(duì)該回歸模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可知，模型p＜0.000 1，響應(yīng)回歸模型達(dá)到了極顯著的水平，其中，失擬項(xiàng)p=0.069 9＞0.05，不顯著，說(shuō)明模型擬合程度良好。模型校正系數(shù)R2=0.994 5，模型修正系數(shù)R2adj=0.987 4，說(shuō)明響應(yīng)值與因素之間建立的響應(yīng)值可靠，也較好地反映木糖醇添加量、羅漢果甜苷添加量與甜菊糖添加量之間關(guān)系，可用于理論預(yù)測(cè)。

回歸系數(shù)顯著性的檢驗(yàn)可以表明，A、B、C與二次項(xiàng)A2、B2、C2對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分有極顯著的影響，交互項(xiàng)AC和BC對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分有極顯著影響。由表4中F值的大小可以判斷各因素對(duì)無(wú)糖番茄鮮汁感官評(píng)分影響的強(qiáng)弱，F(xiàn)值越大，對(duì)感官評(píng)分影響作用越強(qiáng)[22]，3個(gè)因素對(duì)感官評(píng)分的影響大小為C＞B＞A，即甜菊糖添加量＞羅漢果甜苷添加量＞木糖醇添加量。

表4 感官評(píng)分回歸方程方差分析

2.2.2 響應(yīng)曲面分析

圖2直觀地反映了各因素對(duì)響應(yīng)值Y的影響。

由圖2可知，響應(yīng)面的圖形基本都是凸起、開(kāi)口朝下的曲面，由此得出感官評(píng)分值存在極值，該值為響應(yīng)面的最高點(diǎn)，而且各個(gè)因素的最佳作用點(diǎn)都在試驗(yàn)設(shè)計(jì)的范圍之內(nèi)。采用降維分析法[23]可知，圖2（b）為木糖醇添加量與甜菊糖添加量之間交互作用。固定羅漢果甜苷添加量零水平情況下，木糖醇添加量較低時(shí)，隨著甜菊糖添加量增加，無(wú)糖番茄鮮汁的感官評(píng)分迅速上升后降低趨勢(shì)，升高幅度明顯，木糖醇添加量較高時(shí)，隨著甜菊糖添加量增加，產(chǎn)品的感官評(píng)分也是迅速上升后明顯降低趨勢(shì)，幅度明顯；甜菊糖添加量較低時(shí)，隨著木糖醇添加量增加，無(wú)糖番茄鮮汁的感官評(píng)分迅速上升，甜菊糖添加量處于中等和較高水平時(shí)，隨著木糖醇添加量增加，產(chǎn)品的感官評(píng)分先上升后平緩降低趨勢(shì)。木糖醇添加量與甜菊糖添加量之間交互作用極顯著。圖2（c）為羅漢果甜苷添加量與甜菊糖添加量之間交互作用，固定木糖醇添加量為零水平情況下，羅漢果甜苷添加量較低時(shí)，無(wú)糖番茄鮮汁的感官評(píng)分隨甜菊糖添加量增加呈先上升后降低趨勢(shì)，上升趨勢(shì)明顯，羅漢果甜苷添加量較高時(shí)，隨著甜菊糖添加量增加，飲料的感官評(píng)分也是迅速上升后降低趨勢(shì)，升高幅度明顯；甜菊糖添加量較低時(shí)，無(wú)糖番茄鮮汁感官評(píng)分隨羅漢果甜苷添加量增加呈上升后平緩降低趨勢(shì)，甜菊糖添加量較高時(shí)，產(chǎn)品的感官評(píng)分依舊隨羅漢果甜苷添加量增加呈上升后平緩降低趨勢(shì)。羅漢果甜苷添加量與甜菊糖添加量之間交互作用極顯著。

圖2 各因素交互作用對(duì)番茄汁感官評(píng)分的響應(yīng)面圖

2.2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

運(yùn)用Design-Expert V 8.0.6.1軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析優(yōu)化，獲得無(wú)糖番茄鮮汁的理論最優(yōu)配方為：木糖醇添加量1.04%，羅漢果甜苷添加量0.004%，甜菊糖添加量0.001 8%，無(wú)糖番茄鮮汁的感官評(píng)分預(yù)測(cè)值為96.25分。為驗(yàn)證模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性及可行性，又便于實(shí)際操作，選取木糖醇添加量1%、羅漢果甜苷添加量0.004%、甜菊糖添加量0.002%，重復(fù)進(jìn)行3次試驗(yàn)，獲得無(wú)糖番茄鮮汁的感官評(píng)分值為96.33±0.29分，與預(yù)測(cè)值較接近，相對(duì)誤差約0.08%，說(shuō)明該模型下參數(shù)可靠，具有實(shí)用價(jià)值。

2.3 理化及微生物指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

參考傅鋒[24]、鄭永杰等[25]研究，按照國(guó)標(biāo)方法測(cè)定最優(yōu)工藝配方下所制無(wú)糖番茄鮮汁的理化及微生物指標(biāo)，測(cè)定結(jié)果如表5所示。無(wú)糖番茄鮮汁的可溶性固形物含量5.6%、番茄紅素含量6.29 mg/100 g；菌落總數(shù)、大腸菌群及致病菌檢測(cè)結(jié)果均符合農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[26]。果蔬汁在加工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)變味、敗壞等質(zhì)量問(wèn)題，因此，需要嚴(yán)格把控加工環(huán)境、衛(wèi)生條件、包裝等因素，避免此類現(xiàn)象發(fā)生，進(jìn)而提高產(chǎn)品品質(zhì)。

表5 理化指標(biāo)及微生物指標(biāo)

3 結(jié)論

響應(yīng)面分析法是通過(guò)研究分析幾種試驗(yàn)因素間交互作用的一種回歸分析方法，不但得出回歸方程試驗(yàn)次數(shù)少、精度高、周期短，而且由圖形可對(duì)最優(yōu)試驗(yàn)考察因素值進(jìn)行直觀地分析[27]。通過(guò)單因素試驗(yàn)結(jié)合響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)，獲得無(wú)糖番茄鮮汁的最佳配方為：木糖醇添加量1%，羅漢果甜苷添加量0.004%，甜菊糖添加量0.002%。在此條件下，測(cè)得無(wú)糖番茄鮮汁的感官評(píng)分值為96.33±0.29分，與預(yù)測(cè)值非常接近，具有一定實(shí)際指導(dǎo)意義。在此工藝配方下的無(wú)糖番茄鮮汁色澤均勻、飽滿，口感清爽、酸甜可口，可溶性固形物含量約5.6%、番茄紅素含量6.29 mg/100 g，菌落總數(shù)、大腸菌群及致病菌的檢測(cè)結(jié)果也均符合農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。該產(chǎn)品既含有番茄汁的有效成分，又包含木糖醇、羅漢果甜苷和甜菊糖功能成分，為消費(fèi)者提供一種健康營(yíng)養(yǎng)的無(wú)糖番茄鮮汁飲料，市場(chǎng)潛力巨大。殺菌方式對(duì)番茄汁營(yíng)養(yǎng)、感官品質(zhì)和貨架期等方面有重要影響，而傳統(tǒng)熱殺菌技術(shù)對(duì)番茄汁營(yíng)養(yǎng)、生物活性、風(fēng)味成分等方面存在負(fù)面影響，關(guān)于采用新型殺菌技術(shù)[28-29]，如超高壓殺菌、脈沖電場(chǎng)殺菌、輻照殺菌等技術(shù)對(duì)無(wú)糖番茄汁品質(zhì)與貨架期的影響有待進(jìn)一步研究。