響應(yīng)面法優(yōu)化低糖滇黃精果脯制備工藝

王超，孫浩然，蘇為耿，闞歡，劉云

(1.西南林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650224；2.云南省林業(yè)與草原技術(shù)推廣總站，云南 昆明 650201)

滇黃精(Polygonatum kingianum)為藥食同源的百合科(Liliaceae)黃精屬(Polygonatum)草本植物[1]，與多花黃精和黃精共同收錄于2015年版中國(guó)藥典[2]。滇黃精含有多種功效成分，如多糖、皂苷、多酚、黃酮、木質(zhì)素及一些蒽醌類化合物，具有抗衰老、抗腫瘤、抑菌、抗病毒、降血糖、降血脂、抗骨質(zhì)疏松等功效[3－5]。黃精生品具麻味，刺人咽喉，易引發(fā)過敏反應(yīng)，且補(bǔ)性較差，而炮制后的黃精入口甘甜，無(wú)刺激性和致敏性，故常炮制后入藥或食用，以達(dá)到減毒、提質(zhì)的效果，在藥食同源方面有著非常重要的作用及應(yīng)用前景[6，7]。

目前，以滇黃精為原料開發(fā)出的食品主要有黃精飲料[8]、黃精酒[9]、黃精速溶粉[10]、黃精酸奶[11]等。滇黃精產(chǎn)量大，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，將其制成低糖果脯，可增加滇黃精深加工產(chǎn)品種類，開闊市場(chǎng)前景。傳統(tǒng)果脯加工需經(jīng)過糖液高溫煮制、干燥等一系列熱加工工序，大部分水溶性及熱敏性功能成分(如多酚類物質(zhì))大量損失，導(dǎo)致果脯的功能性品質(zhì)下降[12]；同時(shí)傳統(tǒng)果脯含糖量高，不符合現(xiàn)代人們對(duì)于健康飲食的需求。低糖果脯(含糖量≤50%)可很好地解決傳統(tǒng)果脯含糖量高的問題，但是低糖果脯由于糖度低，存在滲糖速度慢、外形不飽滿等缺點(diǎn)，傳統(tǒng)滲糖方法不利于糖液的滲入。微波滲糖相較于傳統(tǒng)滲糖而言，具有穿透力強(qiáng)、加熱速度快的特點(diǎn)，有利于糖分的滲入，提高滲糖效率[13]。

本研究在傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上，采用微波滲糖方法加工低糖滇黃精果脯，結(jié)合感官評(píng)定指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)確定低糖滇黃精果脯的最佳生產(chǎn)工藝，并對(duì)其微生物和理化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，以期為滇黃精果脯產(chǎn)品的生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

滇黃精，云南省林業(yè)和草原技術(shù)推廣總站提供；白砂糖(食品級(jí))，上海谷欣食品有限公司；蜂蜜(食品級(jí))，桂林周氏順發(fā)食品有限公司；檸檬酸(食品級(jí))，昆明中源食品配料有限公司；卡拉膠(食品級(jí))，肇慶海星生物科技有限公司；黃原膠(食品級(jí))，山東阜豐發(fā)酵有限公司；氯化鈣(食品級(jí))，江蘇科倫多食品配料有限公司制造。

MC－SF183多功能電磁爐，廣東美的生活電器制造有限公司；BT22S電子天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；DHG－9240A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；M1－L213C微波爐，廣東美的廚房電器制造有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 滇黃精果脯的加工工藝及操作要點(diǎn) 原料選擇:挑選體態(tài)飽滿、色澤好、無(wú)蟲洞、無(wú)霉?fàn)€的新鮮滇黃精為原料。

清洗去皮切片:用流動(dòng)水洗凈，除去細(xì)小根須，去皮后切成0.6 cm左右的薄片。

浸泡:滇黃精片放入清水中浸泡12 h，除去黏液質(zhì)[14]。

硬化:硬化劑可以增強(qiáng)黃精的耐煮性，在煮制過程中可以保持切片形態(tài)不分散[15]。把滇黃精片放入一定濃度的氯化鈣溶液中浸泡一定時(shí)間，穩(wěn)固形態(tài)。

預(yù)煮:為使滇黃精果脯保持嚼勁且無(wú)生脆性，將硬化后的滇黃精片放入沸水中并不斷攪拌，煮制一定時(shí)間。

糖漬:參照賀森等[16]的方法，稍作改動(dòng)。微波功率為300 W，時(shí)間為18 min，采用間歇式操作，滲糖3 min停3 min，防止爆沸使糖液流失；滲糖后的滇黃精片于糖液中常溫浸泡8 h，浸糖后用沸水快速漂去滇黃精表面糖液。

上膠衣:把瀝糖后的滇黃精片放入沸騰的1%卡拉膠溶液中攪拌30 s后撈出。

烘干:將滇黃精片放入50℃恒溫干燥箱中干燥8 h。

1.2.2 硬化、預(yù)煮條件的篩選 稱取一定量滇黃精片，分別用0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%氯化鈣硬化1 h，以感官評(píng)價(jià)和硬化效果為指標(biāo)確定最佳硬化劑濃度；配制最佳濃度硬化溶液，硬化時(shí)間分別設(shè)定為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h，以感官評(píng)價(jià)和硬化效果為指標(biāo)確定最佳硬化時(shí)間；將滇黃精片在氯化鈣溶液中浸泡后進(jìn)行預(yù)煮，預(yù)煮時(shí)間設(shè)定為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h，以感官評(píng)價(jià)和預(yù)煮效果為指標(biāo)確定最佳預(yù)煮時(shí)間。

1.2.3 單因素試驗(yàn) 固定氯化鈣濃度1.0%、硬化時(shí)間1.0 h、預(yù)煮時(shí)間2.0 h、凝膠劑(黃原膠和卡拉膠比例為1∶1)添加量為0.1%，分別探究蜂蜜替代蔗糖量(16.7%、33.4%、50.7%、66.8%、83.5%)、糖添加量(20%、30%、40%)、檸檬酸添加量(0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%)對(duì)滇黃精果脯感官品質(zhì)的影響。

1.2.4 響應(yīng)面試驗(yàn) 在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，應(yīng)用中心組合(Box－Behnken)試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，以感官評(píng)分為響應(yīng)值，進(jìn)行3因素3水平響應(yīng)面試驗(yàn)，因素及水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素及水平 (%)

1.2.5 產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià) 滇黃精果脯感官評(píng)價(jià):由10位食品專業(yè)的學(xué)生組成評(píng)定小組，根據(jù)GB 14884—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 蜜餞》，選用百分制對(duì)滇黃精果脯進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 滇黃精果脯感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

滇黃精果脯產(chǎn)品的理化和微生物指標(biāo)測(cè)定:水分含量測(cè)定參照GB 5009.3—2016；總糖含量測(cè)定采用苯酚硫酸法[2]，以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)品；菌落總數(shù)測(cè)定參照GB 4789.2—2016；霉菌檢測(cè)參照GB 4789.15—2016；大腸桿菌檢測(cè)參照GB 4789.3—2016。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

單因素試驗(yàn)分析使用Microsoft Excel 2016軟件，響應(yīng)面數(shù)據(jù)分析利用Design－Expert 12軟件，每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次求平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 硬化劑濃度、硬化時(shí)間和預(yù)煮時(shí)間的確定

2.1.1 硬化劑濃度與硬化時(shí)間的確定 由表3和表4可知，硬化劑濃度1.0%、硬化時(shí)間1.0 h得到的果脯形態(tài)良好、色澤淺黃、軟硬適中，品質(zhì)較好。傳統(tǒng)工藝一般多采用明礬、氫氧化鈣、氯化鈣等作為硬化劑，使得果脯在預(yù)煮與糖制工藝中更加耐煮，可以獲得良好的成品形態(tài)，不易煮爛[15]。

表3 硬化劑濃度對(duì)滇黃精果脯感官品質(zhì)的影響

表4 硬化時(shí)間對(duì)滇黃精果脯感官品質(zhì)的影響

2.1.2 預(yù)煮時(shí)間的確定 預(yù)煮可以排除滇黃精內(nèi)部的空氣與異味，增加細(xì)胞通透性，有利于滲糖，提高果脯的透明度[17]。由表5可知，預(yù)煮時(shí)間為2.0 h最佳，果脯透明度良好，色澤均勻，軟硬適中。

表5 預(yù)煮時(shí)間對(duì)滇黃精果脯感官品質(zhì)的影響

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 蜂蜜替代蔗糖量對(duì)滇黃精果脯感官品質(zhì)的影響 蔗糖與蜂蜜屬于甜味與風(fēng)味不同的甜味劑，用蜂蜜代替部分蔗糖，一方面提高果脯風(fēng)味，另一方面降低果脯甜度。合適的添加比例會(huì)使產(chǎn)品具有別致的風(fēng)味。由圖1可知，隨著蜂蜜替代量的增加，果脯的感官評(píng)分呈先升高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)蜂蜜添加量不足總糖三分之一時(shí)，果脯口感單一，只有滇黃精淡淡的清香，味道寡淡，透明度差，感官評(píng)分較低；當(dāng)蜂蜜替代蔗糖量為66.8%時(shí)，果脯的口感最好，蜂蜜的香甜與滇黃精的清香混在一起，使得果脯別具一番風(fēng)味且透明度好；蜂蜜替代量繼續(xù)增加，蜂蜜的香甜過重，壓過了滇黃精的香氣，使得果脯甜味過膩，感官評(píng)分降低。蜂蜜中的糖類主要是葡萄糖與果糖，還原糖含量達(dá)到一定程度時(shí)，產(chǎn)品在高溫和潮濕季節(jié)易吸潮，出現(xiàn)流糖現(xiàn)象[18]。所以選定蜂蜜替代量66.8%為最佳。

圖1 蜂蜜替代蔗糖量對(duì)滇黃精果脯感官品質(zhì)的影響

2.2.2 糖添加量對(duì)滇黃精果脯感官品質(zhì)的影響由圖2可知，滇黃精果脯的感官評(píng)分隨著糖添加量的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)糖添加量為20%時(shí)，糖分不易滲透，果脯甜度低、色澤淺黃、質(zhì)地較硬、口感不佳；當(dāng)糖添加量為40%時(shí)，果脯甜膩、質(zhì)地較硬、飽滿度較低；當(dāng)糖添加量為30%時(shí)，果脯風(fēng)味別致、質(zhì)地適中。糖液質(zhì)量濃度偏低，會(huì)導(dǎo)致水分含量增加，彈性降低；而糖液質(zhì)量濃度偏高，會(huì)導(dǎo)致果脯水分含量降低，黏性增大，彈性降低[19，20]。所以選定糖添加量30%為最佳。

圖2 糖添加量對(duì)滇黃精果脯感官品質(zhì)的影響

2.2.3 檸檬酸添加量對(duì)滇黃精果脯感官品質(zhì)的影響 檸檬酸是有機(jī)酸中酸味最為可口和最緩和的，添加檸檬酸可以提高細(xì)胞通透性進(jìn)而影響果脯品質(zhì)[21，22]。檸檬酸的添加量會(huì)影響果脯的酸甜度和風(fēng)味，使得果脯感官評(píng)分相差較大，而且還可影響產(chǎn)品的儲(chǔ)藏性[23]。由圖3可知，當(dāng)檸檬酸添加量為0.20%，滇黃精果脯的感官評(píng)分最高。這是因?yàn)闄幟仕崽砑恿可儆?.20%對(duì)果脯酸甜度影響較小，無(wú)法改善果脯的甜度以及風(fēng)味；檸檬酸添加量超過0.20%，果脯酸度超標(biāo)、風(fēng)味較差、感官評(píng)分下降。所以選定檸檬酸添加量0.20%為最佳。

圖3 檸檬酸添加量對(duì)滇黃精果脯感官品質(zhì)的影響

2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.3.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果 在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，參照Box－Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，將感官評(píng)分(Y)設(shè)置為響應(yīng)值，選取蜂蜜替代蔗糖量(A)、糖添加量(B)、檸檬酸添加量(C)三個(gè)因素為自變量，設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)，對(duì)滇黃精果脯加工工藝進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表6。

表6 Box－Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

2.3.2 回歸模型及顯著性分析 由表7可知，模型P＜0.0001，表明回歸方程達(dá)到極顯著水平；模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)R2＝0.9887，表明該模型實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值之間具有高度的擬合度和可信度；校正決定系數(shù)＝0.9742，說明97.42%響應(yīng)值的變化可以被該模型解釋，失擬項(xiàng)的P＝0.7298＞0.05，不顯著，表明檢驗(yàn)結(jié)果與模型的計(jì)算差異不顯著。利用統(tǒng)計(jì)分析，得到回歸方程:Y＝90.01－0.0675A＋1.11B＋0.5525C－0.59AB＋1.02AC－0.05BC－2.7A2－2.94B2－1.71C2。由各參數(shù)估計(jì)值可以判斷出因素影響順序?yàn)樘翘砑恿?B)＞檸檬酸的添加量(C)＞蜂蜜替代蔗糖量(A)。

表7 回歸模型方差分析

如圖4所示，蜂蜜替代蔗糖量和檸檬酸添加量交互作用的等高線呈橢圓形，響應(yīng)面圖更為陡峭，表明二者交互作用較大，與方差分析結(jié)果相符。

圖4 響應(yīng)面及等高線圖

利用Design－Expert 12軟件對(duì)滇黃精果脯工藝參數(shù)回歸方程擬合優(yōu)化，得到最優(yōu)工藝為蜂蜜替代蔗糖量為66.86%，糖添加量為31.88%，檸檬酸添加量為0.23%?？紤]到實(shí)際操作，優(yōu)化后的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整并進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，得出最佳工藝為蜂蜜替代蔗糖量為66.86%，糖添加量為32%，檸檬酸添加量為0.23%，實(shí)際感官評(píng)分(91.07分)接近理論預(yù)測(cè)值90.16分。這說明響應(yīng)面法優(yōu)化得到的滇黃精果脯加工工藝參數(shù)確實(shí)可靠，具有一定實(shí)用價(jià)值。

2.4 滇黃精果脯成品質(zhì)量檢測(cè)指標(biāo)

如表8所示，滇黃精果脯產(chǎn)品的含水率為23.55%，總糖含量為49.76%，總菌落數(shù)＜10 CFU/g，理化指標(biāo)與微生物指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

表8 各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

3 討論與結(jié)論

新鮮黃精含有正己醛、崁烯等刺激性成分，使得服用時(shí)口舌麻木，刺激咽喉、眼睛，接觸后可引起皮膚瘙癢等[24]，需要加工后作為藥材或者食品在市場(chǎng)上流通。黃精的傳統(tǒng)炮制方法與現(xiàn)代炮制方法雖然步驟略有不同，但均以酒制法與九蒸九制法為主，在炮制過程中多采用黃精飲片而不是新鮮黃精[25]。本研究采用新鮮黃精作為原料制備低糖滇黃精果脯，豐富了滇黃精產(chǎn)品類別，有助于滇黃精產(chǎn)業(yè)發(fā)展，符合當(dāng)前低糖健康的需求。

微波滲糖雖然適合低糖果脯的制備，但是隨著微波功率增加和加熱時(shí)間延長(zhǎng)，可能導(dǎo)致果脯組織軟爛變色、糖液褐變，進(jìn)而影響果脯品質(zhì)，因此在使用微波滲糖工藝時(shí)，不能過度加熱[26]。低糖果脯因含糖量的降低而致色澤和飽滿度受到影響，本試驗(yàn)通過在滲糖溶液中加入凝膠劑進(jìn)行填充并在干燥前給果脯上一層膠衣，使果脯具有較好的飽滿度和色澤[27]。

本研究采用響應(yīng)面法優(yōu)化滇黃精果脯加工工藝，以感官評(píng)分為響應(yīng)值，得到的最佳制備工藝為硬化劑濃度1.0%、硬化時(shí)間1.0 h、預(yù)煮時(shí)間2.0 h、蜂蜜替代蔗糖量66.86%、糖添加量32%、檸檬酸添加量0.23%。在此條件下得到的滇黃精果脯表面光滑、飽滿度好、色澤淺黃、酸甜適中，有滇黃精與蜂蜜混合的獨(dú)特風(fēng)味，感官評(píng)分達(dá)91.07分。