番茄獼猴桃復合果蔬飲料工藝的響應面優(yōu)化

肖懷秋，李玉珍，楊濤，龔春平

（1.湖南化工職業(yè)技術學院制藥與生物工程系，湖南株洲 412004；2.中南林業(yè)科技大學食品科學與工程學院，湖南長沙 410004；3.廣東佛山南海宏仁食品有限公司，廣東佛山 528000）

獼猴桃（Actinidia sinensis）屬于獼猴桃科獼猴桃屬的落葉藤本多年生果樹[1]，其果粒營養(yǎng)價值高、香氣馥郁、VC含量約78 mg/100 g～410 mg/100 g 果肉，含糖量約8%～16%、總酸1.2%～2.1%、可溶性固形物含量占9%～10%左右，還含有人體必需的多種微量元素、蛋白質(zhì)、脂肪、蛋白水解酶及獼猴桃堿等[2]，被譽為“水果之王”[3]。現(xiàn)代藥理學證實，獼猴桃的果實、根莖葉等均可入藥，具有防癌、抗氧化、降低膽固醇、提高機體免疫機能等作用[2，4]，目前，研究主要集中在果醋及清型飲料等方面[5-6]。番茄（Lycopersicum esculentum Mill）屬茄科，為一年生蔬菜，色澤鮮艷，具有清熱止渴、養(yǎng)陰涼血等功效[7]。番茄果實中富含多種營養(yǎng)元素，特別是VC和胡蘿卜素，果實中還含有番茄紅素，番茄紅素具有很強的自由基清除能力，單線態(tài)氧（singlet oxygen）猝滅能力是VE100 倍，β-胡蘿卜素的2 倍多，還具有抑制細胞增殖和擴散的作用，對各類癌癥有一定防治作用[7-8]。目前，番茄飲料主要有番茄-胡蘿卜飲料[8-9]、番茄-紅豆乳復合飲料[10]、番茄-綠茶復合飲料[10]、番茄-桑椹復合果汁飲料[11]等復合飲料。果蔬飲料的生產(chǎn)現(xiàn)正由澄清果汁飲料向混濁果汁飲料、單一汁飲料向復合果蔬汁飲料，甚至100%果蔬汁方向發(fā)展[12]，復合果蔬汁飲料是軟飲料的重要發(fā)展方向之一。通過調(diào)配技術按一定比例將果蔬汁與其它輔料進行混合生產(chǎn)復合果蔬飲料，既可充分發(fā)揮各種果蔬的營養(yǎng)素的功能，還能彌補單一果蔬口感不足的缺陷，符合純天然、營養(yǎng)豐富和方便的食品營養(yǎng)需求[13]。番茄和獼猴桃營養(yǎng)元素的組成與配比不相同，而且都具有很好的營養(yǎng)價值，將番茄汁和獼猴桃汁進行調(diào)配制備功能性果蔬汁飲料目前尚未見報道。以番茄和獼猴桃為原料，利用單因素試驗和Box-Bohnken 響應面優(yōu)化技術研究番茄汁、獼猴桃汁、蔗糖以及檸檬酸添加量等對飲料產(chǎn)品感官綜合評分的影響并對工藝進行優(yōu)化，為番茄獼猴桃復合果蔬汁飲料加工提供技術和理論支持，也為其它果蔬汁的加工提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

番茄和獼猴桃均為市售；蔗糖和檸檬酸均為食品級原料；試驗用其它試劑為國產(chǎn)分析純。AL204 電子天平：梅特勒-托利多儀器有限公司；JM251D 榨汁機：美的集團公司；GYB60-6S 均質(zhì)機：上海東華高壓均質(zhì)機廠；pHs-3C 雷磁pH 計：上海儀電科學儀器股份有限公司。

1.2 方法

1.2.1 番茄獼猴桃復合果蔬汁飲料的工藝流程

番茄獼猴桃復合果蔬汁飲料的工藝流程如圖1所示。

圖1 番茄獼猴桃復合果蔬飲料生產(chǎn)工藝流程Fig.1 Tomato-kiwi compound fruit and vegetable drink processing technology

1.2.2 工藝說明

1.2.2.1 原料精選與清洗

挑選無病蟲害，無腐爛，無破損且成熟度高的果實，清水反復沖洗，除凈表面泥沙和污垢等雜質(zhì)。

1.2.2.2 低溫冷榨和粗過濾

為了盡可能使番茄和獼猴桃果實榨汁后營養(yǎng)成分不被破壞，將精選洗凈的果實瀝干水分后，分別倒入榨汁機中進行低溫冷榨，然后用紗布進行粗過濾除去果皮、籽及部分粗纖維等。

1.2.2.3 調(diào)配

將番茄汁和獼猴桃汁混合并按配方添加蔗糖和檸檬酸等成分，適當添加水分并攪拌，保證蔗糖充分溶解和飲料濃度適度。

1.2.2.4 二次過濾

將調(diào)配好的混合果汁用紗布再過濾、除去殘存果皮、果籽、部分粗纖維和碎果肉塊等雜質(zhì)。

1.2.2.5 CMC-Na 添加與均質(zhì)

添加適量CMC-Na 穩(wěn)定劑維持飲料組織狀態(tài)。20 MPa 均質(zhì)10 min，使飲料均質(zhì)化。

1.2.2.6 罐裝、滅菌和冷卻

對均質(zhì)后的果汁進行罐裝，100 ℃保持5 min，80 ℃即封口，常溫冷卻。

1.2.3 飲料加工工藝的優(yōu)化

1.2.3.1 單因素試驗

擬考察番茄汁添加量（5 g/L～40 g/L）、獼猴桃汁添加量（5 g/L～40 g/L）、蔗糖添加量（0～12 g/L）、檸檬酸（0～0.40 g/L）等對飲料感官綜合評分的影響，確定最佳添加量。

1.2.3.2 響應面優(yōu)化復合飲料的配方工藝

在單因素試驗結果基礎上利用Box-Bohnken 響應面優(yōu)化技術研究番茄汁（X1）、獼猴桃汁（X2）、蔗糖（X3）和檸檬酸（X4）4 因素對產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響，并利用Designexpert（version8.0.6，State-EaseInc，Minneapolis，MN，USA）優(yōu)化配方并進行數(shù)值模擬和模型預測。試驗因素水平與編碼見表1。

表1 影響因素水平及編碼Table 1 Levels and codes of influencing factors

1.2.4 產(chǎn)品感官綜合評分方法

品嘗評分之前先用清水反復清洗口腔，經(jīng)5 人以上品嘗鑒定。根據(jù)組織狀態(tài)、口感、色澤和氣味4 個方面進行產(chǎn)品感官綜合評分，取平均值，總分為100 分，具體分值分配見表2。

2 結果與分析

2.1 獼猴桃汁和番茄汁添加量對產(chǎn)品感官綜合評分的影響

獼猴桃汁和番茄汁添加量對產(chǎn)品感官綜合評分的影響如圖2A 和圖2B 所示。

由圖2A 可以看出，獼猴桃添加量對產(chǎn)品綜合感官評分有顯著影響，添加量為30 g/L 時，產(chǎn)品綜合感官評分最高。由圖2B 可以看出，番茄汁添加量對產(chǎn)品綜合感官評分也有重要影響，最佳番茄汁添加量為25 g/L。

表2 產(chǎn)品感官評定指標及分值表Table 2 Products sensory evaluation index and score table

圖2 獼猴桃汁和番茄汁添加量對產(chǎn)品的影響Fig.2 The influence of added amounts of kiwi fruit juice and tomato juice on product sensory index

2.2 檸檬酸和蔗糖添加量對產(chǎn)品感官綜合評分的影響

檸檬酸和蔗糖添加量對產(chǎn)品感官綜合評分的影響如圖3A 和圖3B 所示。

由圖3A 可以看出，檸檬酸添加量為2.0 g/L 時產(chǎn)品綜合感官評分最高。蔗糖添加量為8 g/L 時產(chǎn)品綜合感官評分最高。

2.3 復合果蔬飲料工藝的響應面優(yōu)化

2.3.1 數(shù)學模型的建立與主效效應分析

對番茄汁（X1）、獼猴桃汁（X2）、蔗糖用量（X3）和檸檬酸（X4）進行響應面優(yōu)化，試驗安排及結果如表3。

圖3 檸檬酸和蔗糖添加量對產(chǎn)品的影響Fig.3 The influence of citric acid and sucrose and on product sensory index

表3 響應面優(yōu)化設計與結果Table 3 Design and result of RSM

2.3.2 模型方差分析與回歸分析

模型進行方差分析見表4。

表4 回歸模型方差分析表Table 4 Analysis of variance for regression equation

結果表明，模型影響是極顯著的（P＜0.000 1），模型決定系數(shù)為0.9573，說明模型能解釋總變異的95.73%。模型變異系數(shù)為5.19 %，模型信躁比為16.924，說明模型是可靠的。

對模型回歸方程系數(shù)進行顯著性分析，結果如表5 所示。

表5 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗總表Table 5 Significance test for regression coefficient

2.3.3 降維分析

觀察某兩個因素同時對響應值的影響可進行降維分析，即在其它因素條件固定不變的情況下，觀察某兩個因素對響應值的影響[14]。利用Design expert 軟件對表3 數(shù)據(jù)進行回歸擬合得到回歸方程的響應面圖和等高線圖見圖4～圖6。

圖4 y=f（X1，X2），y=f（X1，X3）響應曲面及等高線圖Fig.4 Surface and contour plots of y=f（X1，X2）and y=f（X1，X3）

圖5 y=f（X1，X4），y=f（X2，X3）響應曲面及等高線圖Fig.5 Surface and contour plots of y=f（X1，X4）and y=f（X2，X3）

圖6 y=f（X2，X4），y=f（X3，X4）響應曲面及等高線圖Fig.6 Surface and contour plots of y=f（X2，X4）and y=f（X3，X4）

通過響應面圖可以分析因素對響應值的影響。如果響應面曲面坡度比較平緩，則表明因素的變化對響應值影響不大。如果響應曲面坡度非常陡，則說明因素的變化對響應值影響明顯，響應值隨因素的變化而做出敏感反應[15]。等高線圖表示在同一橢圓區(qū)域內(nèi)，其數(shù)值是相同的。橢圓中心數(shù)值最大，由中心向邊緣逐漸變小。橢圓排列越致密，則說明因素對響應值影響越明顯，等高線呈橢圓形表示交互作用顯著，圓形則表示此時交互效應可以忽略[16]。由圖4～圖6 可以看出，番茄汁與檸檬酸添加量、蔗糖與檸檬酸添用量交互效應極顯著（P＜0.01），番茄汁用量與獼猴桃用量交互效應顯著（P＜0.05）。

2.3.4 求最優(yōu)解

為求解擬合回歸方程的最優(yōu)解，將方程分別對各自變量求一階偏導并令其為0，可得到四元一次方程組，即：

解逆矩陣得方程最優(yōu)解，即x1=0.83，x2=-0.11，x3=1.00 和x4=-0.80，換算得到具體水平為，番茄汁（X1）為29.15 g/L、獼猴桃汁（X2）為29.45 g/L、蔗糖（X3）為10.0 g/L、檸檬酸（X4）為1.2 g/L。為便于操作，將工藝條件修約為番茄汁29.2 g/L，獼猴桃汁29.5 g/L，蔗糖用量為10.0 g/L，檸檬酸用量為1.2 g/L。最優(yōu)條件下模型預測產(chǎn)品感官綜合評分為97.69。驗證結果為96.18±0.40，n=6，與模型預測結果接近。

3 結果與分析

試驗研究表明，單因素試驗和Box-Bohnken 響應面技術聯(lián)用優(yōu)化番茄獼猴桃復合果蔬飲料加工工藝是可行的。優(yōu)化條件為番茄汁29.2 g/L，獼猴桃29.5 g/L，蔗糖用量為10 g/L，檸檬酸用量為1.2 g/L。優(yōu)化條件下模型預測產(chǎn)品評分為97.69。驗證試驗結果96.18±0.40（n=6）。復合飲料可以有效避免單一果蔬飲料的營養(yǎng)不足，是軟飲料發(fā)展的重要方向。本試驗以番茄和獼猴桃為原料進行果蔬復合飲料工藝的研究，獲得了飲料的最優(yōu)加工工藝條件，下一步將對制備得到的復合飲料進行營養(yǎng)成分的定量分析以及開展飲料功能活性等方面的研究。

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