湯巧霖，何秀麗，程嘉蓮

四川旅游學(xué)院食品學(xué)院（成都 610100）

果凍，是由凝膠劑加水、糖、果蔬汁或果肉等原料，經(jīng)溶膠、調(diào)配、灌裝、殺菌、冷卻等工序加工而成的膠凍半固態(tài)食品[1]。因其口感軟滑、風(fēng)味清甜、外觀晶瑩剔透、色澤鮮艷，是深受消費(fèi)者喜愛(ài)的一種休閑食品[2-4]。然而，隨著生活水平的提高，人們的健康意識(shí)也逐漸增強(qiáng)，消費(fèi)者對(duì)傳統(tǒng)果凍中所使用的香精、色素等物質(zhì)安全性表示擔(dān)憂，十分期待使用天然原輔料制作出營(yíng)養(yǎng)又美味的果凍[5]。因此，研發(fā)一款既具備傳統(tǒng)果凍類(lèi)食品口感和外觀又具備一定保健功能的果凍顯得十分必要。

紫薯，屬旋花科草本植物[6-7]，富含淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素，其最大的特點(diǎn)是富含花青素，活性微量元素硒[8-11]。紫薯中的花青素是良好的著色劑，而且具有多種功效，比如抗氧化、降血脂、保護(hù)肝臟、預(yù)防血管疾病等[12-14]。同時(shí)紫薯中富含的纖維素，還能增強(qiáng)腸道功能，促進(jìn)消化，以及抗癌、清除自由基、抗衰老、抗突變、改善肝功能、降血壓、防動(dòng)脈硬化的保健功能[15]。魔芋粉的主要成分是葡萄甘露聚糖（約占55%～60%）[16]，是從魔芋塊莖中提取分離的半纖維素，其具有調(diào)節(jié)腸道功能、防癌、防肥胖和降血糖的食療功效[17]。

基于此，此次試驗(yàn)以紫薯、魔芋粉與卡拉膠為主要原料，利用乳酸發(fā)酵，賦予果凍特別的乳酸紫薯風(fēng)味，突出紫薯中硒元素和天然花青素的保健功能，制作出一款香味特別，營(yíng)養(yǎng)豐富且具有較好保健功能的果凍制品。此次試驗(yàn)通過(guò)研發(fā)一種新型的天然綠色健康休閑食品，可以豐富果凍產(chǎn)品種類(lèi)，同時(shí)也能為紫薯的綜合開(kāi)發(fā)利用提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紫薯粉（興化市東奧食品有限公司）；乳酸菌（北京川秀國(guó)際貿(mào)易有限公司）；魔芋粉（豪州市華之堂生物科技有限公司）；卡拉膠（廣州利成實(shí)業(yè)有限公司）；檸檬酸（河南碩之隆實(shí)業(yè)有限公司）；白砂糖（食品級(jí)，市售）。

TMS-PRO食品物性分析儀（美國(guó)FTC公司）；HHS-11-4電熱恒溫水浴鍋（上海博訊實(shí)業(yè)有限公司）；YP-N電子天平（上海精密儀器儀表有限公司）；DC-P3全自動(dòng)測(cè)色色差計(jì)（北京市興光測(cè)色儀器公司）；UPH-I-10T優(yōu)普系列超純水機(jī)（成都超純科技有限公司）；GZ-150-S型恒溫培養(yǎng)箱（韶關(guān)市廣智科技設(shè)備有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作要點(diǎn)

1.2.21 紫薯汁的制備

稱(chēng)取適量紫薯粉，加入一定量的蒸餾水浸泡，于水浴75 ℃加熱至紫薯粉完全溶解，接著用紗布過(guò)濾得到無(wú)雜質(zhì)的1%紫薯汁待用。

1.2.22 白砂糖的處理

向白砂糖中加入一定量蒸餾水，于水浴75 ℃加熱至白砂糖完全溶解，得到60%的白砂糖液，備用。

1.2.23 凝膠劑處理

a) 混膠。將魔芋粉、卡拉膠按一定的比例混勻。

b) 浸泡與溶解。加入蒸餾水不斷攪拌使其混合均勻，待其吸水溶脹為凝膠溶液，備用。

c) 煮膠。將浸泡后的凝膠溶液置于燒杯中，放在電熱恒溫水浴鍋中，由于魔芋膠在80 ℃以上的高溫下不能長(zhǎng)時(shí)間耐受，所以選擇煮膠溫度75 ℃[18]，加熱煮沸10 min，使膠體全部溶解。

1.2.24 調(diào)配

待膠液完全溶解后，按配比加入紫薯汁、檸檬酸溶液和白砂糖液進(jìn)行調(diào)配，使之混合均勻，加熱5 min后取出。

1.2.25 殺菌

巴氏殺菌（90 ℃，20 min）。

1.2.26 發(fā)酵

待殺完菌的膠液冷卻至46 ℃左右時(shí)，添加2%活化后的乳酸菌發(fā)酵劑?；旌暇鶆蚝蠓盅b到無(wú)菌器皿中，在38 ℃溫度下的厭氧條件下恒溫培養(yǎng)12 h，自然冷卻后即得成品。

1.2.3 感官評(píng)價(jià)方法

參考馬騰飛等[19]的研究方法，由10人組建感官評(píng)價(jià)小組，分別從色澤（20分）、風(fēng)味（30分）、口感（30分）、組織狀態(tài)（20分）這四個(gè)方面對(duì)乳酸紫薯果凍的感官品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，將各項(xiàng)所得分?jǐn)?shù)相加即為產(chǎn)品的最終得分，得分結(jié)果取平均值，其具體感官評(píng)價(jià)得分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 乳酸紫薯果凍感官得分標(biāo)準(zhǔn)

1.2.4 質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定

利用質(zhì)構(gòu)儀，將果凍放置在物性測(cè)試儀臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試。采用物性測(cè)試儀P/50的探頭，在測(cè)試速度1.0 mm/s、測(cè)試距離10.0 mm、觸發(fā)點(diǎn)負(fù)載5 g、壓縮形變量50%的條件下對(duì)果凍進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測(cè)試，記錄果凍的硬度、彈性、黏著性、咀嚼性等質(zhì)構(gòu)指標(biāo)。

1.2.5 色差的測(cè)定

利用色差計(jì)測(cè)定果凍的色度值，采用CIE Lab表色系統(tǒng)測(cè)定乳酸紫薯果凍的明度（L*）、紅度（a*）、黃度（b*）3個(gè)參數(shù)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 單因素試驗(yàn)

以復(fù)配膠粉配比（魔芋粉與卡拉膠）1∶2、復(fù)配膠粉添加量1.6%、紫薯汁添加量10%、白砂糖液添加量12%、檸檬酸添加量0.06%作為固定因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，每次試驗(yàn)使其中四個(gè)因素為固定值，另外一個(gè)因素為變量，對(duì)其進(jìn)行質(zhì)構(gòu)和感官評(píng)價(jià)，從而確定各配方因素的較宜水平，各因素水平具體見(jiàn)表2。

表2 各配方因素水平

1.3.2 乳酸紫薯果凍配方響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為確定乳酸紫薯果凍的最佳配方，在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken的中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，以乳酸紫薯果凍的感官得分為響應(yīng)值，復(fù)配膠粉添加量（A）、紫薯汁添加量（B）、白砂糖液添加量（C）這三個(gè)對(duì)乳酸紫薯果凍感官影響較大的因素作為響應(yīng)因子，設(shè)計(jì)三因素三水平響應(yīng)面分析試驗(yàn)，試驗(yàn)因素水平表見(jiàn)表3，利用Design-Expert軟件進(jìn)行響應(yīng)面分析，確定乳酸紫薯果凍的最佳配方。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表 單位：%

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2013軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析；采用Design-Expert 10軟件進(jìn)行響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析和二次模型的建立，通過(guò)對(duì)回歸方程的解析以及響應(yīng)曲面的分析獲得最佳變量水平，通過(guò)F值考察（P＜0.05）模型及因素的顯著性。

圖1 乳酸紫薯果凍制作工藝流程

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 復(fù)配膠粉配比對(duì)果凍品質(zhì)的影響

卡拉膠是一種安全無(wú)毒且無(wú)副作用的凝固劑和增稠劑，在果凍制作過(guò)程中，它是形成“凍”的重要物質(zhì)，但只使用卡拉膠制作出的果凍彈性小、口感差，添加適量的魔芋粉后可使果凍口感得到一定改善，這是因?yàn)槟в蠓劭赏ㄟ^(guò)氫鍵纏繞卡拉膠的雙螺旋結(jié)構(gòu)，阻止卡拉膠進(jìn)一步凝膠化，使得產(chǎn)品硬度適中，口感更佳[20]。復(fù)配膠粉配比對(duì)果凍感官品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)特性的影響分別見(jiàn)圖2與圖3。

圖2 復(fù)配膠粉配比對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響

圖3 復(fù)配膠粉配比對(duì)果凍質(zhì)構(gòu)特性的影響

由圖2和圖3可知，隨著復(fù)配膠粉中卡拉膠的比例的增大，果凍的硬度、黏附性、彈性、咀嚼性和感官得分都呈上升趨勢(shì)，這說(shuō)明隨著卡拉膠濃度增加，體系的膠凝狀態(tài)有所增強(qiáng)。由圖2可知，魔芋粉與卡拉膠的比例主要影響果凍的口感和組織狀態(tài)，當(dāng)魔芋粉與卡拉膠配比為1∶2時(shí)，果凍的感官得分、咀嚼性和彈性達(dá)到最大值，此時(shí)的果凍軟硬適中，咀嚼性和彈性最佳，這是由于卡拉膠與魔芋粉形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分子間的相互作用力大大加強(qiáng)使得果凍凝膠彈性和咀嚼性最大[21]；再增加卡拉膠的用量，就會(huì)使得果凍不易成型、彈性較差，造成果凍口感不佳，此時(shí)的果凍感官得分呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。綜合而言，魔芋粉與卡拉膠的最佳配比為1∶2。

2.1.2 復(fù)配膠粉添加量對(duì)乳酸紫薯果凍品質(zhì)的影響

復(fù)配凝膠劑是果凍中主要成分之一，也是影響凝膠性的重要因素，其添加量對(duì)果凍的口感、外形和組織形態(tài)均有重要影響[22]。復(fù)配膠粉添加量對(duì)果凍感官品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)特性的影響分別見(jiàn)圖4與圖5。

圖4 復(fù)配膠粉添加量對(duì)乳酸紫薯果凍感官品質(zhì)的影響

圖5 復(fù)配膠粉添加量對(duì)乳酸紫薯果凍質(zhì)構(gòu)特性的影響

由圖4和圖5可以看出，隨著復(fù)配膠粉添加量從1.00%增加到1.60%，果凍的硬度、黏附性、彈性、咀嚼性都呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。其原因可能是總凝膠濃度的增加，增加了復(fù)配膠雙螺旋的含量，進(jìn)而增加了系統(tǒng)的凝膠化程度，并進(jìn)一步加劇了內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分子的緊密排列，并且還提高了形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[23]。復(fù)配膠粉添加量主要影響果凍的口感和組織狀態(tài)，當(dāng)復(fù)配膠粉添加量為1.60%時(shí)，果凍的彈性和咀嚼性達(dá)到最大值，此時(shí)，果凍彈性好、口感爽滑、有咬勁、整體感官得分最高。當(dāng)復(fù)配膠粉用量低于1.60%時(shí)，此時(shí)的果凍口感綿軟、凝固性不佳、彈性低、缺乏咀嚼性。當(dāng)復(fù)配膠粉用量超過(guò)1.60%時(shí)，果凍的感官得分呈下降趨勢(shì)，原因是凝膠劑用量過(guò)大，凝膠體的強(qiáng)度和硬度在不斷增大，導(dǎo)致口感過(guò)硬，果凍組織狀態(tài)不均勻，從而使得果凍的彈性和咀嚼性也相應(yīng)減小。因此，復(fù)配凝膠劑濃度在1.60%左右為宜。

2.1.3 紫薯汁添加量對(duì)乳酸紫薯果凍品質(zhì)的影響

紫薯汁的添加主要是影響果凍的風(fēng)味和色澤，添加量過(guò)少不能突出紫薯風(fēng)味，添加量過(guò)多就會(huì)掩蓋乳酸風(fēng)味，不同紫薯汁添加量對(duì)果凍色澤的影響見(jiàn)表4和圖6。

圖6 不同紫薯汁添加量成品顏色對(duì)比圖

表4 紫薯汁添加量對(duì)果凍色差的影響

由表4可以看出，隨著紫薯汁添加量的增大，L*值逐漸變小，a*值先增大再減小，b*值逐漸增大，說(shuō)明果凍的顏色越來(lái)越暗，越來(lái)越紅。由圖7可以看出，紫薯汁添加量主要影響果凍的色澤和風(fēng)味，當(dāng)紫薯汁添加量為5%時(shí)，果凍的紫薯風(fēng)味和色澤不夠突出。當(dāng)紫薯汁的添加量在10%時(shí)，此時(shí)果凍的顏色不會(huì)過(guò)于暗沉，也能呈現(xiàn)出天然的紫紅色，且此時(shí)制作出的果凍紫薯風(fēng)味濃、彈性好、口感潤(rùn)滑、半透明且無(wú)雜質(zhì)，感官得分達(dá)到最大值。之后隨著紫薯添加量增加，感官得分逐漸降低，這是由于紫薯汁添加量過(guò)大，紫薯風(fēng)味過(guò)分濃郁，且使得果凍的紫紅色過(guò)于生暗，再綜合考慮感官評(píng)價(jià)結(jié)果、色度值以及紫薯粉的添加成本，紫薯汁的添加量在10%左右為宜。

圖7 紫薯汁添加量對(duì)乳酸紫薯果凍感官品質(zhì)的影響

2.1.4 白砂糖液添加量對(duì)乳酸紫薯果凍品質(zhì)的影響

白砂糖液的添加量主要影響果凍的甜度，其添加量過(guò)少或過(guò)多都會(huì)對(duì)果凍造成不適口感。白砂糖液添加量對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響如圖8所示。

圖8 白砂糖液添加量對(duì)乳酸紫薯果凍感官品質(zhì)的影響

由圖8可以看出，白砂糖液添加量主要影響果凍風(fēng)味，隨著白砂糖液添加量的逐漸增加，果凍的感官得分也逐漸增大，但增加到一定量時(shí)感官得分呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。當(dāng)白砂糖液的添加量為12%時(shí)，此時(shí)果凍口感爽滑，酸甜度適宜，果凍的感官得分達(dá)到最大值。當(dāng)白砂糖液的添加量低于12%時(shí)，果凍的甜味偏淡，酸味過(guò)重，酸甜度欠缺。當(dāng)白砂糖液的添加量高于12%時(shí)，果凍甜味過(guò)大，使得酸甜味不協(xié)調(diào)，使果凍品嘗起來(lái)具有甜膩感，口感粗糙，且白砂糖液添加量過(guò)多還會(huì)掩蓋住紫薯的特有風(fēng)味。綜上所述，確定白砂糖液最適添加量在12%左右。

2.1.5 檸檬酸添加量對(duì)乳酸紫薯果凍品質(zhì)的影響

檸檬酸作為一種酸度調(diào)節(jié)劑，主要用于賦予產(chǎn)品酸味、調(diào)節(jié)產(chǎn)品風(fēng)味，并降低pH，抑制細(xì)菌生長(zhǎng)。且紫薯中的花青素是一種水溶性色素，可以隨著環(huán)境的酸堿度改變顏色，遇到酸性物質(zhì)會(huì)變?yōu)轭?lèi)似紅色，因此添加檸檬酸可以對(duì)紫薯花青素起到護(hù)色作用[24]。檸檬酸的添加量對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響見(jiàn)圖9。

圖9 檸檬酸添加量對(duì)乳酸紫薯果凍感官品質(zhì)的影響

從圖9可以看出，檸檬酸添加量主要影響果凍的色澤和風(fēng)味，隨著檸檬酸添加量的增加，果凍的感官得分先升高后降低。當(dāng)檸檬酸添加量為0.06%時(shí)，果凍的感官得分達(dá)到了最大值，此時(shí)果凍口感細(xì)膩爽滑、酸甜度達(dá)到最佳水平。當(dāng)檸檬酸的添加量低于0.06%時(shí)，果凍酸味偏淡、風(fēng)味不夠凸顯；當(dāng)檸檬酸的添加量高于0.06%時(shí)，果凍口感過(guò)酸，使得果凍的酸甜味不協(xié)調(diào)，掩蓋了紫薯風(fēng)味。因此，檸檬酸的添加量在0.06%左右為宜。

2.2 乳酸紫薯果凍配方響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 回歸模型的建立與方差分析

利用Design-Expert軟件對(duì)表5的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到以Y（感官得分）為目標(biāo)函數(shù)的二次回歸方程：Y＝87.80-1.12A-2.87B+1.00C-0.75AB-1.50AC-2.00BC-2.28A2-3.28B2-10.03C2。

表5 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

從表6方差分析可以看出：模型P＜0.000 1，表明此次試驗(yàn)的回歸模型具有極顯著水平；失擬項(xiàng)P=0.332 9＞0.05不顯著，模型的校正系數(shù)R2=0.990 6，模型修正系數(shù)Radj2=0.978 4，這意味著該模型擬合程度好，試驗(yàn)誤差小，可以用于研究變量因素對(duì)感官得分的影響，也能較好地反映復(fù)配膠粉添加量、紫薯汁添加量、白砂糖液添加量之間的關(guān)系。

表6 回歸方程的方差分析

從表6中的回歸系數(shù)顯著性可以看出，一次項(xiàng)B、交互項(xiàng)BC和二次項(xiàng)A2、B2、C2都極其顯著（P＜0.01），一次項(xiàng)A、C和交互項(xiàng)AC對(duì)果凍感官得分具有顯著（P＜0.05）影響。由F值可知，3個(gè)因素對(duì)果凍感官得分影響的由大到小依次為紫薯汁添加量、復(fù)配膠粉添加量、白砂糖液添加量。

2.2.2 響應(yīng)面曲線分析

復(fù)配膠粉添加量和白砂糖液添加量對(duì)乳酸紫薯果凍感官得分影響的響應(yīng)曲面圖與等高線圖如10所示。

由圖10可知，復(fù)配膠粉添加量和白砂糖液添加量對(duì)果凍感官得分的響應(yīng)曲面圖呈表面凸起、開(kāi)口朝下的形狀，且曲面坡度比較陡峭，表明其對(duì)果凍的感官得分影響較大。隨著復(fù)配膠粉添加量和白砂糖液添加量的增加，果凍的感官得分也逐漸增大，當(dāng)增加到一定量時(shí)感官得分呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。從圖10可以看出其等高線接近于橢圓形，這說(shuō)明復(fù)配膠粉添加量和白砂糖液添加量的交互作用顯著。

圖10 復(fù)配膠粉添加量和白砂糖液添加量對(duì)果凍感官得分的響應(yīng)曲面圖與等高線圖

紫薯汁添加量和白砂糖液添加量對(duì)乳酸紫薯果凍感官得分影響的響應(yīng)曲面圖與等高線圖如圖11所示。

圖11 紫薯汁添加量和白砂糖液添加量對(duì)果凍感官得分的響應(yīng)曲面圖與等高線圖

由圖11可知，紫薯汁添加量和白砂糖液添加量對(duì)果凍感官得分的響應(yīng)曲面圖呈表面凸起、開(kāi)口朝下的形狀，且曲面坡度比較陡峭，表明其對(duì)果凍的感官得分影響較大。隨著紫薯汁添加量和白砂糖液添加量的增加，果凍的感官得分也逐漸增大，當(dāng)增加到一定量時(shí)感官得分呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。從圖可以看出其等高線為橢圓，說(shuō)明紫薯汁添加量和白砂糖液添加量的交互作用極顯著。

2.3 最佳工藝參數(shù)的確定與驗(yàn)證

通過(guò)Design-Expert軟件對(duì)試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)一步的優(yōu)化，得到最佳配方參數(shù)：復(fù)配膠粉添加量1.54%，紫薯汁添加量7.76%，白砂糖液添加量12.44%，檸檬酸添加量0.06%。在此條件下，乳酸紫薯果凍的感官得分預(yù)測(cè)值為88.62分。為了實(shí)際操作的方便，將配方工藝修改為復(fù)配膠粉添加量1.5%、紫薯汁添加量8%、白砂糖液添加量12%。在此參數(shù)下進(jìn)行3次平行驗(yàn)證試驗(yàn)，最終得到的實(shí)際感官得分為89分。實(shí)測(cè)值與模型預(yù)測(cè)值基本一致，可以推斷該模型能夠較好地反映乳酸紫薯果凍感官得分的變化。

3 結(jié)論

通過(guò)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇復(fù)配膠粉、紫薯汁及白砂糖液的添加量為自變量，利用Box-Behnken法對(duì)配方進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定乳酸紫薯果凍的最佳配方參數(shù)：魔芋粉與卡拉膠配比1∶2，復(fù)配膠粉添加量1.5%，紫薯汁添加量8%，白砂糖液添加量12%，檸檬酸添加量0.06%。通過(guò)對(duì)影響感官得分的關(guān)鍵因素及其相互作用進(jìn)行探討，研究發(fā)現(xiàn)對(duì)果凍的感官得分的影響由大到小依次為紫薯汁添加量、復(fù)配膠粉添加量、白砂糖液添加量。通過(guò)上述配方參數(shù)制得的果凍成品色澤均勻、口感細(xì)膩、酸甜適宜、清爽嫩滑、彈性和咀嚼性良好，具有獨(dú)特乳酸紫薯風(fēng)味。