薛山 ，黃藝萍

1. 閩南師范大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（漳州 363000）；2. 菌物產(chǎn)業(yè)福建省高校工程研究中心（漳州 363000）

菠蘿蜜（Artocarpus heterophyllusLam.）又稱樹菠蘿、蜜冬瓜，是一種廣泛分布于世界各地的熱帶水果，果肉肥實(shí)，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高，有著“熱帶水果皇后”的美譽(yù)[1]。在我國(guó)，菠蘿蜜主要種植于海南、廣東、福建、臺(tái)灣等熱帶、亞熱帶地區(qū)，以海南省種植面積最廣，年產(chǎn)量約12萬(wàn) t[2]。菠蘿蜜的種子約占成熟果實(shí)的20%，且平均體積達(dá)到5.26 cm3[3]，其富含淀粉、膳食纖維、礦物質(zhì)、賴氨酸及黃酮類抗氧化活性成分[4]，具有益氣補(bǔ)血、消炎止痛等功效[5]，同時(shí)種子中高含量的抗性淀粉能夠促進(jìn)機(jī)體腸道蠕動(dòng)，有助消化、降血糖等益處[6]。隨著菠蘿蜜種植與加工的不斷推廣，大量的菠蘿蜜種子被遺棄而未得到有效的利用，不僅造成了資源浪費(fèi)，還將一定程度上引起環(huán)境污染。有關(guān)菠蘿蜜種子的研究多集中于淀粉、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及理化特性[7-8]和營(yíng)養(yǎng)成分分析與品質(zhì)評(píng)定[9-10]方面，而相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)十分欠缺。

果凍是一種以水、食糖等為主要原料，加以輔料凝膠劑和果蔬等加工而成的膠凍食品。市售果凍大多都添加人工色素、香精等，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值偏低，大量食用還可能會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生不利影響[11]?；诖?，以菠蘿蜜種子為原料，輔以西瓜汁、凝膠劑、食糖等食材，優(yōu)化研發(fā)菠蘿蜜種泥果凍配方，不僅實(shí)現(xiàn)菠蘿蜜種子的綜合利用，還為大健康理念下果凍產(chǎn)品的研發(fā)創(chuàng)新提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

菠蘿蜜（產(chǎn)地臺(tái)灣）、西瓜、白砂糖、檸檬酸（均購(gòu)于漳州沃爾瑪超市）；魔芋膠、卡拉膠（均購(gòu)于星火食品配料商城）。

MP-5002電子天平（上海恒平科技儀器有限公司）；C21-Simple101型電磁爐（廣東美的生活電器制造有限公司）；PR-HWS-26電熱恒溫水浴鍋（常州國(guó)華電器有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程圖

圖1 菠蘿蜜種泥果凍加工工藝流程圖

1.2.2 操作要點(diǎn)

制備菠蘿蜜種泥：取新鮮飽滿的菠蘿蜜種子，每個(gè)菠蘿蜜核約12 g，將其最外一層黃膜去掉，用清水清洗，放入沸水中煮熟，約25 min，冷卻后搗碎。

西瓜汁的制備：新鮮西瓜榨汁后將濾液倒入0.125 mm（120目）的尼龍過(guò)濾袋中過(guò)濾，取濾液備用。

溶膠與煮膠：將稱量好的復(fù)合膠（卡拉膠與魔芋膠）按比例混合，加入100 mL水充分溶解并加熱至100 ℃，在加熱的過(guò)程中不斷攪動(dòng)以避免有絮狀物質(zhì)產(chǎn)生。

攪拌混勻：煮膠后迅速將稱量好的菠蘿蜜種泥、西瓜汁和白砂糖放入鍋中與復(fù)合膠混合攪拌均勻，煮1 min即可。

加酸、排氣：待溫度降到60 ℃時(shí)，加入檸檬酸，攪拌均勻，超聲水浴5 min除去氣泡。

分裝：混勻后馬上倒入準(zhǔn)備好的模具中。

滅菌和冷卻：采用85 ℃滅菌15 min，自然冷卻后即得成品。

1.2.3 單因素試驗(yàn)

1.2.3.1 西瓜汁添加量對(duì)果凍感官評(píng)分的影響

以3 g菠蘿蜜種泥為基準(zhǔn)，添加10%白砂糖、0.2%檸檬酸、3∶2 g/g卡拉膠-魔芋膠、1%復(fù)合膠。考察西瓜汁用量10%，15%，20%，25%和30%對(duì)果凍感官評(píng)分的影響。

1.2.3.2 白砂糖添加量對(duì)果凍感官評(píng)分的影響

考察白砂糖用量8%，10%，12%，14%和16%對(duì)果凍感官評(píng)分的影響。

1.2.3.3 檸檬酸添加量對(duì)果凍感官評(píng)分的影響

考察檸檬酸用量0.1%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%對(duì)果凍感官評(píng)分的影響。

1.2.3.4 卡拉膠與魔芋膠復(fù)配比對(duì)果凍感官評(píng)分的影響

考察卡拉膠與魔芋膠復(fù)配比3∶1，3∶2，1∶1，2∶3和1∶3 g/g對(duì)果凍感官評(píng)分的影響。

1.2.3.5 復(fù)合膠添加量對(duì)果凍感官評(píng)分的影響

考察復(fù)合膠用量0.6%，0.8%，1.0%，1.2%和1.4%對(duì)果凍感官評(píng)分的影響。

1.2.4 響應(yīng)面試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，按照Box-Benhnken設(shè)計(jì)原則，以西瓜汁（A）、檸檬酸（B）和復(fù)合膠（C）的不同添加量為考察變量，將感官評(píng)價(jià)值（Y1）和彈性（Y2）作為響應(yīng)值，進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面分析法試驗(yàn)設(shè)計(jì)。響應(yīng)面試驗(yàn)因素及水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平 單位：%

1.2.5 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

參照GB 19299—2015《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 果凍》中的感官評(píng)定方法，選擇20人組成感官評(píng)價(jià)小組，根據(jù)表2進(jìn)行評(píng)分。

表2 果凍感官評(píng)價(jià)

1.2.6 彈性的測(cè)定

采用CT3質(zhì)構(gòu)儀對(duì)菠蘿蜜種泥果凍的彈性進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定方法采用質(zhì)構(gòu)剖面分析方法。彈性用第2次壓縮時(shí)長(zhǎng)與第1次的百分比表示。具體參數(shù)為：探頭TA10、測(cè)試速度1 mm/s、數(shù)據(jù)頻率10.00點(diǎn)/s、觸發(fā)點(diǎn)負(fù)載5 g、循環(huán)2次，Target Type為距離。

1.2.7 數(shù)據(jù)處理與分析

使用SPSS 23.0進(jìn)行顯著性分析（p＜0.05為顯著性），利用Origin 7.5進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及圖表制作，響應(yīng)面試驗(yàn)用Design-Expert.V8.0.6.1軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和多元線性回歸方程擬合分析，四維和三維響應(yīng)面圖用Matlab軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1.1 西瓜汁添加量對(duì)菠蘿蜜種泥果凍感官評(píng)分的影響從圖2可以看出，西瓜汁添加量對(duì)結(jié)果具有較為顯著的影響（p＜0.05）。西瓜汁添加量25%時(shí)，果凍呈鮮紅色，柔軟細(xì)膩，酸甜適宜，具有西瓜汁特有的清香。

圖2 西瓜汁添加量對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分的影響

2.1.2 白砂糖添加量對(duì)菠蘿蜜種泥果凍感官評(píng)分的影響

白砂糖添加量12%時(shí)，產(chǎn)品感官評(píng)分最高（圖3）。適量的白砂糖在一定程度上可改善復(fù)合膠的組織結(jié)構(gòu)[12]。

圖3 白砂糖添加量對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分影響

2.1.3 檸檬酸添加量對(duì)菠蘿蜜種泥果凍感官評(píng)分的影響

從圖4可以看出，不同檸檬酸用量的感官評(píng)價(jià)值存在顯著性差異（p＜0.05），檸檬酸添加量0.2%時(shí)，產(chǎn)品感官評(píng)分達(dá)最大值。這是因?yàn)闄幟仕岬募尤霑?huì)使復(fù)合膠的酸堿性發(fā)生變化，當(dāng)酸過(guò)量時(shí)卡拉膠產(chǎn)生水解作用，從而降低其凝膠性[10]，導(dǎo)致果凍的組織狀態(tài)劣變。

圖4 檸檬酸添加量對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分的影響

2.1.4 卡拉膠與魔芋膠復(fù)配比對(duì)菠蘿蜜種泥果凍感官評(píng)分的影響

凝膠劑的種類、配比、用量對(duì)果凍的品質(zhì)有著重要影響，單一凝膠劑往往達(dá)不到預(yù)期效果，需要通過(guò)復(fù)配協(xié)同增效凝膠性能[11，13]。從圖5可知，在卡拉膠與魔芋膠復(fù)配比3∶2 g/g時(shí)，產(chǎn)品感官評(píng)分達(dá)最大值。

圖5 卡拉膠與魔芋膠復(fù)配比對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分的影響

卡拉膠作為原材料制作的果凍在常溫下十分穩(wěn)定，且有良好持水性，但卡拉膠組織狀態(tài)不細(xì)膩，pH 4.0以下時(shí)易被酸解[14-15]；魔芋膠用于食品中能改善食品的物理性質(zhì)，增加食品的黏稠性和柔滑感[16]。因此，在卡拉膠-魔芋膠的體系中，卡拉膠形成主要的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而魔芋膠是填補(bǔ)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，兩者有一定互補(bǔ)性，適量配比可以提升產(chǎn)品的感官特性[11]。

2.1.5 復(fù)合膠添加量對(duì)菠蘿蜜核種泥果凍感官評(píng)分的影響

復(fù)合膠用量對(duì)結(jié)果存在顯著性差異（p＜0.05），用量達(dá)1.0%時(shí)產(chǎn)品感官評(píng)分達(dá)最大值（圖6）。這可能是因?yàn)殡S著復(fù)合膠添加量增加，果凍的彈性和硬度逐漸增強(qiáng)，凝膠體系強(qiáng)度增強(qiáng)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分子之間排列更加緊密，形成更加穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[17]，但復(fù)合膠添加量過(guò)大，產(chǎn)品容易結(jié)塊，而用量過(guò)少時(shí)，無(wú)法形成果凍凝膠。

圖6 復(fù)合膠添加量對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分的影響

2.2 四維輔助三維響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果及分析

2.2.1 基于Y1和Y2三維響應(yīng)面模型的建立

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分影響最顯著的3個(gè)因素進(jìn)行Box-Behnken Design試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果見表3。

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

經(jīng)數(shù)據(jù)分析，得到Y(jié)1和Y2的回歸方程：Y1=90.80+ 2.38A-1.37B-2.00C-6.50AB+4.75AC-9.25BC-7.65A2-13.15B2-4.40C2；Y2=73.49+0.53A-0.11B-0.37C-1.50AB+ 2.00AC-2.23BC-3.25A2-5.04B2-2.50C2。

2.2.2 基于Y1和Y2響應(yīng)面模型的顯著性檢驗(yàn)

由表4可知，Y1和Y2模型的p值極顯著（p＜0.01），說(shuō)明其二次多項(xiàng)回歸方程中的自變量和因變量均具有極顯著的相關(guān)性。二者失擬項(xiàng)不顯著（p＞0.05），表明試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)學(xué)模型具有良好的擬合性，可對(duì)菠蘿蜜種泥果凍的感官評(píng)分和彈性進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。

表4 基于Y1和Y2響應(yīng)面方差分析

分析回歸方程的可行度（表5）可知，Y1和Y2模型回歸方程相關(guān)系數(shù)均大于0.9，R2值越接近1，則回歸方程越可靠，說(shuō)明該回歸方程可以真實(shí)反映該試驗(yàn)各因素與響應(yīng)值之間的關(guān)系。Y1回歸方程校正后可以解釋99.68%的響應(yīng)值變化，Y2校正后可以解釋86.58%的響應(yīng)值變化。Y1和Y2模型的AP＞4，說(shuō)明該2個(gè)方程的擬合度和可信度較好。C.V.值反映回歸方程的置信度，其值越小，回歸方程的置信度越高，基于Y1模型的回歸方程具有更高可信度。

表5 回歸方程的可行度

2.2.3 四維和三維響應(yīng)面結(jié)果分析

各因素兩兩交互對(duì)產(chǎn)品Y1和Y2影響的四維，三維響應(yīng)面分別如圖7和圖8所示。

經(jīng)M a tl a b分析（圖7），Y1取得理論最大值（91.106 1分）時(shí)，通過(guò)矩陣計(jì)算得到A=25.714 3%、B=0.193 9%、C=0.979 6%；同理，Y2取得理論最大值（73.517 5%）時(shí)，A=25.306 1%，B=0.198 0%，C=0.987 8%。圖7（a）較圖7（b）的坡度更陡，色差值變化更大，說(shuō)明Y1模型較Y2模型更顯著，Y1模型中各因素交互作用較Y2更顯著。

圖7 基于Y1和Y2優(yōu)化的四維交互曲面

經(jīng)Design-Expert分析（圖8），當(dāng)A=25.53%，B=0.20%，C=0.99%時(shí)，Y1有最大理論值91.077 1分（＜91.106 1分），Y2有最大值73.510 7%（＜ 73.517 5%）。據(jù)報(bào)道，響應(yīng)曲面越陡峭，說(shuō)明交互因素對(duì)響應(yīng)值的影響越顯著[18]。由此，就Y1而言，兩兩交互作用均極顯著（p＜0.01），其中BC＞AB＞AC，就Y2而言，圖8（f），8（e）曲面較陡峭，故BC和AC交互作用顯著（p＜0.05），且前者較后者更明顯，而AB交互不顯著（p＞0.05）。

圖8 各因素交互作用對(duì)產(chǎn)品Y1和Y2影響的三維響應(yīng)面

2.2.4 最優(yōu)組合確定和驗(yàn)證

通過(guò)優(yōu)化試驗(yàn)，得到最優(yōu)配方：以菠蘿蜜種泥為基準(zhǔn)，西瓜汁添加量25.53%、白砂糖添加量12%、檸檬酸添加量0.20%、3∶2 g/g卡拉膠-魔芋膠、復(fù)合膠添加量0.99%，此時(shí)Y1預(yù)測(cè)值為91.077 1分，Y2預(yù)測(cè)值為73.510 7%，經(jīng)驗(yàn)證，Y1實(shí)際值為91.09±0.04分，Y2預(yù)測(cè)值為73.39%±0.22%，與預(yù)測(cè)值差異不顯著（p＞0.05），可見Y1和Y2模型均能較好地預(yù)測(cè)菠蘿蜜種泥的感官評(píng)分和彈性質(zhì)構(gòu)。

3 結(jié)論

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用四維輔助三維響應(yīng)面法研發(fā)并優(yōu)化菠蘿蜜種泥果凍的配方，得到菠蘿蜜種泥果凍的最優(yōu)組合：以菠蘿蜜種泥為基準(zhǔn)，西瓜汁添加量25.53%、白砂糖添加量12%、檸檬酸添加量0.20%、3∶2 g/g卡拉膠-魔芋膠、復(fù)合膠添加量0.99%，此時(shí)產(chǎn)品具有良好的口感、質(zhì)地及外觀，感官評(píng)分達(dá)91.09分，彈性為73.39%，為菠蘿蜜種子的綜合利用提供新思路。以四維輔助三維響應(yīng)面法優(yōu)化產(chǎn)品配方，不僅能夠更直觀地分析各因素相互作用對(duì)響應(yīng)值的影響，還能夠更準(zhǔn)確地分析和驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果，為產(chǎn)品工藝優(yōu)化提供新方法。