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        響應(yīng)面法優(yōu)化人參果枸杞葡萄復(fù)合飲料工藝

        2022-03-21 11:49:28魏玉梅張帥中馮玉蘭孫家美
        保鮮與加工 2022年3期
        關(guān)鍵詞:葡萄汁人參果白砂糖

        魏玉梅,張帥中,馮玉蘭,孫家美,烏 蘭

        (1.西北民族大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)部,甘肅 蘭州 730030;2.山東省海洋科學(xué)研究院,山東 青島 266104;3.西北民族大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院,甘肅 蘭州 730030)

        人參果(Solanum muricatumAit.)又稱(chēng)安第斯茄、香艷梨等[1],為茄科(Solamaceae)茄屬(Solanum)[2],原產(chǎn)于南美洲,為多年生雙子葉草本植物,其肉質(zhì)清香多汁,果肉呈淡黃色,無(wú)籽核,橢圓形或卵圓形,成熟后出現(xiàn)紫紅色條斑[3]。人參果中蛋白質(zhì)含量高,必需氨基酸含量豐富,并且富含多種維生素及微量元素[4]。枸杞(Lyciumbarbarum)屬于茄科落葉灌木,為明亮的橙紅色橢球漿果,可用于泡酒、泡茶、煮粥等,其果實(shí)可入藥,是中藥配方的重要成分[5]。枸杞中富含枸杞多糖、枸杞黃酮、類(lèi)胡蘿卜素等,具有補(bǔ)腎養(yǎng)肝、增強(qiáng)免疫力、抗腫瘤、抗氧化、抗疲勞及協(xié)同防癌等多種功效[6]。葡萄中含有糖類(lèi)、脂肪、蛋白質(zhì)、維生素,以及鈣、鐵等微量元素[7],而且葡萄皮中含有的葡萄多酚,不但具有很強(qiáng)的抗氧化作用,還有抗炎、抗菌、抗腫瘤和皮膚保健與美容的功效[8],此外,葡萄皮中還含有葡萄花色苷,具有降低肝臟及血清中脂肪含量、抗氧化、抗腫瘤等多種功效[9]。

        目前市場(chǎng)上人參果加工產(chǎn)品甚少,主要以鮮果為主,理論研究主要有人參果的果脯[10]、果醬、果酒[11]等的加工,關(guān)于新鮮人參果原汁用于制作飲料的報(bào)道還非常少,利用人參果與枸杞及葡萄汁制備復(fù)合飲料或其他復(fù)合果汁的研究尚未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。本文以人參果、枸杞和去籽葡萄為原料,通過(guò)單因素試驗(yàn)、正交試驗(yàn)以及Box-Behnken試驗(yàn)逐步優(yōu)化人參果復(fù)合飲料的最佳配方,擬研制一種集各種營(yíng)養(yǎng)保健功能于一體的天然、安全、具有特殊風(fēng)味、飲用方便的復(fù)合飲料,以期開(kāi)發(fā)出一款新型營(yíng)養(yǎng)健康且具有人參果特殊風(fēng)味的復(fù)合飲料。

        1 材料與方法

        1.1 材料與設(shè)備

        1.1.1 材料與試劑

        武威人參果、寧夏枸杞、巨峰葡萄、白砂糖:均為市售。

        檸檬酸、抗壞血酸、果膠酶、海藻酸鈉、羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)、卡拉膠、黃原膠,均為食品級(jí)。

        1.1.2 儀器與設(shè)備

        HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋:常州國(guó)華電器有限公司;PL-203型電子分析天平:瑞士梅特勒-托利多公司;MJ-BL25B3型多功能榨汁機(jī):廣東美的生活電器制造有限公司。

        1.2 方法

        1.2.1 工藝流程

        參照陳洪興等[12]的方法。

        1.2.2 操作要點(diǎn)

        1.2.2.1 人參果汁的制備

        選擇個(gè)大、肉厚、無(wú)病蟲(chóng)害的八成熟人參果,用自來(lái)水清洗干凈,去皮去籽后分成若干瓣,將人參果浸泡在0.1%抗壞血酸溶液進(jìn)行護(hù)色,后于85℃熱水中滅酶2 min[13],壓榨出汁后進(jìn)行粗濾,在濾液中加入0.1%果膠酶[14],邊攪拌邊酶解,2 h后用雙層濾布過(guò)濾,得汁液為人參果汁。

        1.2.2.2 枸杞汁的制備

        選擇色澤鮮紅、無(wú)霉?fàn)€變質(zhì)的枸杞,用自來(lái)水清洗干凈。先加5倍水,在90℃條件下預(yù)煮30 min,并加入0.02%抗壞血酸進(jìn)行護(hù)色,取出降溫至60℃。將預(yù)煮后的枸杞及預(yù)煮液一起用榨汁機(jī)榨汁,并取得汁液。在汁液中按40μL/100 mL添加果膠酶[15],并將汁液置于60℃恒溫水浴鍋中保溫浸提4 h,用8層濾布濾出汁液后,再加5倍水,繼續(xù)浸提4 h,8層濾布過(guò)濾,將兩次汁液混合,即得枸杞汁。

        1.2.2.3 葡萄汁的制備

        挑選飽滿成熟、無(wú)腐爛的葡萄果實(shí),于清水中浸泡8~10 min,然后用0.03%高錳酸鉀溶液浸泡3 min,用清水清洗干凈后脫粒,只將籽去除。按照葡萄與水等質(zhì)量的比例榨汁,然后用4層紗布過(guò)濾,95℃殺菌后迅速冷卻至45℃左右。為提高葡萄汁的澄清度,需用濃度為0.01%~0.05%的果膠酶處理2~3 h,酶處理后用8層濾布過(guò)濾,即得葡萄原汁。

        1.2.2.4 復(fù)合汁的調(diào)配、均質(zhì)

        將人參果汁、枸杞汁、葡萄汁、白砂糖、檸檬酸和穩(wěn)定劑進(jìn)行混合調(diào)配,通過(guò)單因素試驗(yàn)、正交試驗(yàn)以及Box-Behnken試驗(yàn)篩選出最佳組合。將初步混合的復(fù)合果汁經(jīng)過(guò)均質(zhì)機(jī),達(dá)到較理想的細(xì)度和均勻度,溫度40~50℃,壓力15~20 MPa進(jìn)行2次均質(zhì)處理。

        1.2.2.5 脫氣、灌裝、殺菌

        在果汁中加入少量抗壞血酸以達(dá)到脫氣的目的,然后進(jìn)行灌裝,最后采用高溫瞬時(shí)殺菌,殺菌溫度95℃,殺菌時(shí)間為10~15 s。

        1.2.3 復(fù)合汁中各原汁配比的確定

        1.2.3.1 復(fù)合汁中各原汁配比的單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        以感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo),固定枸杞汁添加量15mL,人參果汁添加量15 mL,葡萄汁添加量20 mL,通過(guò)單因素試驗(yàn)確定不同濃度的人參果汁、枸杞汁、葡萄汁添加量對(duì)復(fù)合汁感官品質(zhì)的影響,復(fù)合汁感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)詳見(jiàn)表1。

        表1 人參果枸杞葡萄復(fù)合汁感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standards of compound juice of ginseng fruit,Chinese wolfberry and grape

        1.2.3.2 正交試驗(yàn)優(yōu)化復(fù)合汁中各原汁配比

        在單因素試驗(yàn)確定人參果汁、枸杞汁與葡萄汁最適添加量的基礎(chǔ)上,以人參果復(fù)合汁的感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo),采用正交試驗(yàn)對(duì)3種原汁配比進(jìn)行優(yōu)化[16],正交試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表2。

        表2 正交試驗(yàn)因素水平表Table2 Factors and levelsof orthogonal test 單位:mL

        1.2.4 人參果復(fù)合飲料配方的確定

        1.2.4.1 人參果復(fù)合飲料配方的單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        固定復(fù)合汁、白砂糖及檸檬酸添加量分別為復(fù)合飲料成品的40%、4%、0.10%,以感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo),考察不同復(fù)合汁(10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%)、白砂糖(2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%)以及檸檬酸(0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%)添加量對(duì)復(fù)合飲料感官品質(zhì)的影響。

        1.2.4.2 響應(yīng)面法優(yōu)化人參果復(fù)合飲料配方

        在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上,以復(fù)合飲料的感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo),采用響應(yīng)面法設(shè)計(jì)試驗(yàn),運(yùn)用Box-Behnken的中心組合試驗(yàn)對(duì)復(fù)合汁、檸檬酸和白砂糖添加量進(jìn)行優(yōu)化,響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表3。

        表3 Box-Behnken試驗(yàn)因素水平表Table 3 Factorsand levelsof Box-Behnken design單位:%

        1.2.5 復(fù)配穩(wěn)定劑的確定

        選用CMC-Na、海藻酸鈉和卡拉膠作為人參果復(fù)合飲料的穩(wěn)定劑,在復(fù)合飲料配方的基礎(chǔ)上分別加入0.2%CMC-Na、0.2%卡拉膠、0.2%海藻酸鈉、0.1%CMC-Na+0.1%卡拉膠、0.1%海藻酸鈉+0.1%卡拉膠、0.1%CMC-Na+0.15%卡拉膠、0.1%CMC-Na+0.2%卡拉膠,以離心沉淀率為指標(biāo)對(duì)穩(wěn)定劑的穩(wěn)定效果進(jìn)行評(píng)價(jià),離心沉淀率越小表明穩(wěn)定劑的穩(wěn)定效果越好。

        離心沉淀率的測(cè)定方法為:取5 mL待測(cè)飲料于離心管中,稱(chēng)量樣品質(zhì)量m1后,放入離心機(jī)中,以3 000 r/min離心10 min后,取出離心管靜置10 min,吸去上清液,稱(chēng)量殘留物的質(zhì)量m。離心沉淀率的計(jì)算公式為:

        1.2.6 復(fù)合飲料的感官評(píng)價(jià)

        選擇具有感官評(píng)定知識(shí)的食品專(zhuān)業(yè)學(xué)生,采用10人小組評(píng)分法,參照表4的標(biāo)準(zhǔn)從飲料的色澤、香氣、滋味、組織狀態(tài)4個(gè)方面分別進(jìn)行評(píng)分,最后取平均值作為感官評(píng)分結(jié)果。

        表4 人參果枸杞葡萄復(fù)合飲料感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table4 Sensory evaluation standardsof compound beverage

        1.2.7 數(shù)據(jù)處理

        采用Origin Pro 2021軟件作圖,采用Design Expert V8.0.6軟件分析數(shù)據(jù)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 復(fù)合汁中各原汁配比篩選結(jié)果

        2.1.1 人參果汁添加量對(duì)復(fù)合汁感官品質(zhì)的影響

        由圖1可以看出,隨著人參果汁添加量的增加,復(fù)合汁感官評(píng)分也增加;當(dāng)人參果汁添加量超過(guò)15 mL時(shí),人參果口味過(guò)濃,覆蓋住了枸杞和葡萄的味道,使復(fù)合汁口感逐漸失調(diào),不符合大眾的口味,感官評(píng)分下降。因此選擇人參果汁適宜添加量為15 mL。

        圖1 人參果汁添加量對(duì)復(fù)合汁感官評(píng)分的影響Fig.1 Effectsof ginseng fruit juice additions on sensory scores of compound juice

        2.1.2 枸杞汁添加量對(duì)復(fù)合汁感官品質(zhì)的影響

        由圖2可以看出,枸杞汁添加量在5~15 mL時(shí),感官評(píng)分隨枸杞汁添加量的增加而升高;當(dāng)枸杞汁添加量超過(guò)15 mL時(shí),枸杞的氣味過(guò)于濃郁,掩蓋了復(fù)合汁的風(fēng)味,感官評(píng)分逐步下降。因此選擇適宜的枸杞汁添加量為15 mL。

        圖2 枸杞汁添加量對(duì)復(fù)合汁感官評(píng)分的影響Fig.2 Effectsof Chinese wolfberry juice additions on sensory scoresof compound juice

        2.1.3 葡萄汁添加量對(duì)復(fù)合汁感官品質(zhì)的影響

        如圖3所示,當(dāng)葡萄汁添加量在5~25 mL時(shí),感官評(píng)分隨葡萄汁添加量的增加而升高;當(dāng)葡萄汁添加量超過(guò)25 mL時(shí),葡萄的味道偏甜,掩蓋了復(fù)合汁酸甜適宜的口感,感官評(píng)分有所下降。因此選擇適宜的葡萄汁添加量為25 mL。

        圖3 葡萄汁添加量對(duì)復(fù)合汁感官評(píng)分的影響Fig.3 Effects of grape juiceadditionson sensory scores of compound juice

        2.1.4 復(fù)合汁中各原汁最佳配比優(yōu)化結(jié)果

        由表5可知,極差分析結(jié)果RC>RA>RB,表明3種原汁添加量對(duì)復(fù)合汁感官品質(zhì)的影響順序?yàn)椋浩咸阎砑恿浚救藚⒐砑恿浚捐坭街砑恿?;?fù)合汁配比的最佳配方為A3B2C2,即人參果汁添加量25 mL,枸杞汁添加量15 mL,葡萄汁添加量25 mL,原汁的體積比為人參果汁∶枸杞汁∶葡萄汁為4∶3∶5,該最佳配比組合下制備的人參果枸杞葡萄復(fù)合飲料感官評(píng)分平均值為85.8分,說(shuō)明以此配比制作的復(fù)合汁感官品質(zhì)最好。

        表5 原汁配比正交試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Orthogonal test results of juice ratio

        2.2 人參果復(fù)合飲料配方篩選結(jié)果

        2.2.1 復(fù)合汁添加量對(duì)飲料感官品質(zhì)的影響

        由圖4可以看出,復(fù)合汁添加量對(duì)飲料的感官評(píng)分影響較大,當(dāng)復(fù)合汁添加量在10%~40%時(shí),感官評(píng)分幾乎呈直線上升;添加量超過(guò)40%時(shí),復(fù)合汁的濃度過(guò)高,味道太濃郁,口感不佳,感官評(píng)分稍有下降,因此將復(fù)合汁的添加量選為40%。

        圖4 復(fù)合汁添加量對(duì)人參果復(fù)合飲料感官評(píng)分的影響Fig.4 Effectsof compound juice additions on sensory scoresof ginseng fruit compound beverage

        2.2.2 白砂糖添加量對(duì)飲料感官品質(zhì)的影響

        由圖5可知,當(dāng)白砂糖添加量在2%~6%時(shí),復(fù)合飲料的感官評(píng)分逐漸上升,繼續(xù)增加白砂糖用量,口感過(guò)甜,感官評(píng)分反而有所降低,因此白砂糖添加量選為6%。

        圖5 白砂糖添加量對(duì)人參果復(fù)合飲料感官評(píng)分的影響Fig.5 Effectsof sugar additions on sensory scoresof ginseng fruit compound beverage

        2.2.3 檸檬酸添加量對(duì)飲料感官品質(zhì)的影響

        由圖6可見(jiàn),當(dāng)檸檬酸添加量為0.1%時(shí),復(fù)合飲料的感官評(píng)分最高,此時(shí)制備的飲料口感更好,之后繼續(xù)增加檸檬酸添加量,酸味增加,口感明顯偏酸,感官評(píng)分下降,因此確定檸檬酸適宜添加量為0.1%。

        圖6 檸檬酸添加量對(duì)人參果復(fù)合飲料感官評(píng)分的影響Fig.6 Effectsof citric acid additionson sensory scoresof ginseng fruit compound beverage

        2.2.4 響應(yīng)面法優(yōu)化人參果復(fù)合飲料配方結(jié)果

        2.2.4.1 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)分析

        響應(yīng)面法優(yōu)化人參果復(fù)合飲料的試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表6,方差分析結(jié)果見(jiàn)表7。

        表6 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 6 Box-Behnken design and experimental results

        由表7可見(jiàn),二次回歸方程模型達(dá)到極顯著(P<0.01),失擬項(xiàng)不顯著(P=0.067 3>0.05),表明該回歸方程擬合情況較好,模型成立。由P值可知,在各項(xiàng)中,X1、X2X3、X12、X32對(duì)復(fù)合飲料感官品質(zhì)的影響極顯著(P<0.01),X2、X3、X22的影響顯著(P<0.05),而交互項(xiàng)X1X2、X1X3的影響不顯著。由F值的結(jié)果可知,各因素對(duì)復(fù)合飲料感官品質(zhì)影響大小的順序依次為:X1復(fù)合汁添加量>X3檸檬酸添加量>X2白砂糖添加量。為進(jìn)一步確定復(fù)合汁、白砂糖和檸檬酸的添加量,利用Design-Expert軟件對(duì)表6中的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,并且對(duì)回歸方程進(jìn)行優(yōu)化,去除不顯著項(xiàng),將回歸方程簡(jiǎn)化為:Y=86.26+3.85X1+1.83X2-2.10X3+6.55X2X3-5.98X12-3.23X22-9.53X32。

        表7 人參果復(fù)合飲料方差分析結(jié)果Table7 Analysisof variancefor compound beverage

        2.2.4.2 響應(yīng)面結(jié)果分析

        為了考察交互項(xiàng)對(duì)復(fù)合果汁感官評(píng)分的影響,在兩個(gè)因素固定不變的情況下,對(duì)模型進(jìn)行降維分析,經(jīng)Design Expert V8.0.6軟件處理,根據(jù)所得模型經(jīng)響應(yīng)面回歸分析,各兩因素交互作用對(duì)復(fù)合飲料感官評(píng)分影響的響應(yīng)面如圖7所示。

        圖7 各因素交互作用對(duì)復(fù)合飲料感官評(píng)分影響的響應(yīng)面圖Fig.7 Responsesurface showing effectsof various factors interaction on sensory scores of compound beverage

        由圖7可見(jiàn),白砂糖添加量和檸檬酸添加量的交互作用對(duì)感官評(píng)分的影響較大,該結(jié)果和方差分析一致。通過(guò)響應(yīng)面分析得到人參果復(fù)合飲料的最佳配比為:復(fù)合汁添加量43.68%,白砂糖添加量6.72%,檸檬酸添加量0.10%;考慮到實(shí)際操作,調(diào)整配方為:復(fù)合汁添加量44%,白砂糖添加量6.7%,檸檬酸添加量0.1%,利用優(yōu)化后配方進(jìn)行人參果復(fù)合飲料的調(diào)配,制備的飲料感官評(píng)分平均值為87.6分,與預(yù)測(cè)值(87.1分)基本吻合。

        2.3 穩(wěn)定劑的選擇

        由表8可知,0.1%CMC-Na與0.15%卡拉膠復(fù)合混合使用時(shí),穩(wěn)定效果最好,此時(shí)離心沉淀率最低(3.0%)。

        表8 穩(wěn)定劑篩選試驗(yàn)結(jié)果Table 8 Experimental resultsof stabilizer selection

        3 結(jié)論

        上述試驗(yàn)結(jié)果表明,復(fù)合汁中人參果、枸杞汁和葡萄汁的最佳體積配比為4∶3∶5;人參果枸杞葡萄復(fù)合飲料的最佳配方為:復(fù)合汁添加量44%,檸檬酸添加量0.1%,白砂糖添加量6.7%;復(fù)合穩(wěn)定劑為0.1%CMC-Na+0.15%卡拉膠,按此配方制得的人參果枸杞葡萄復(fù)合飲料感官品質(zhì)較好,呈透亮的橙紅色,酸甜可口、協(xié)調(diào)適當(dāng),具有人參果特有的香氣。

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