響應面法優(yōu)化天麻脯制作工藝及其品質(zhì)分析

舒亞非，吳仕敏,2，李瑞琳，馮紹彪，田琴，朱苗，李剛鳳*

（1.銅仁學院材料與化學工程學院，貴州 銅仁 554300；2.中國農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所，浙江 杭州 310008）

天麻（Gastrodia elata），一種藥食兩用的蘭科天麻屬與密環(huán)菌特殊共生的多年生草本植物[1]，它不僅屬于國家三級保護物種[2]，還是一種地理標志產(chǎn)品[3]?，F(xiàn)代藥理研究已經(jīng)表明，天麻不僅有增智健腦、清除自由基、延緩衰老等作用，而且對老年性癡呆有一定療效[4]。天麻含有天麻素及其苷元、天麻多糖、生物堿、有機酸、香草醇等成分，其中天麻素和天麻多糖是天麻的主要成分[5]和主要活性成分[6]，大量研究發(fā)現(xiàn)天麻素有鎮(zhèn)靜催眠[7]、抗偏頭痛[8]、抗肝硬化[9]的作用。在臨床應用上還發(fā)現(xiàn)天麻素有擴張血管、降低外周阻力、改善微循環(huán)、保護腦細胞和損傷的血管內(nèi)皮細胞以及改善記憶力等功能[10]。現(xiàn)今隨著天麻栽培技術的發(fā)展，天麻產(chǎn)量逐漸增加，使開發(fā)天麻加工產(chǎn)品成為可能。

果脯是用新鮮水果經(jīng)過去皮、取核、糖制、浸泡、烘干和整理包裝等主要工序制成的食品，是我國傳統(tǒng)食品中蜜餞的一種，有色澤明亮、表面干燥、稍有黏性等特點，同時還要求含水量在20%以下[11]。目前，有關果脯的研究較多，根據(jù)原料不同可分為獼猴桃果脯[12-13]、蘋果脯[14]、南瓜脯[15]、紫薯脯[16]等，但有關天麻脯的研究較少。

隨著生活水平的提高，人們對食品在營養(yǎng)保健方面的需求也更高，飲食習慣逐漸呈現(xiàn)低糖、低鹽、低脂肪的“三低化”趨勢[17]，由于攝入糖含量較高的食品易導致糖尿病、肥胖癥及心血管疾病等，因此人們越來越要求食品具備甜味低、原果味濃、安全、衛(wèi)生、營養(yǎng)價值高的特性[18]。木糖醇在體內(nèi)的代謝與胰島素無關[19]，可預防糖尿病、肥胖癥及心血管疾病等的發(fā)生，故適合糖尿病患者食用。基于此，本試驗用木糖醇代替白砂糖，同時為遮蓋天麻獨特風味，在滲糖過程中加入綠茶[20]和陳皮[21]，制作天麻脯。以期為天麻新產(chǎn)品開發(fā)及天麻脯工業(yè)化生產(chǎn)提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

天麻：貴州省德江縣康奇藥植開發(fā)有限責任公司；檸檬酸（食品級）：天津市博迪化工有限公司；氯化鈣（食品級）：河南萬邦實業(yè)有限公司；抗壞血酸（食品級）：河南糖柜食品有限公司；木糖醇（食品級）：浙江華康藥業(yè)股份有限公司；冰糖、蜂蜜、綠茶、陳皮、食鹽、鮮檸檬：市售。

1.2 儀器與設備

HG-9070A型電熱恒溫鼓風干燥箱：常州普天儀器制造有限公司；MAX-A3003型電子天平：深圳市無限量衡器有限公司；YXQ-LS-100G型高壓蒸汽滅菌鍋：廣州步步宏科學儀器設備有限公司；C21-PK2106型多功能電磁爐：美的生活電器制造有限公司；JP-030S型超聲波清洗儀：深圳市潔盟清洗設備有限公司；HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋：國華電器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 天麻脯制作工藝流程

選料→清洗→去皮→切條→漂燙→硬化→滲糖→干燥→冷卻→回軟→包裝→殺菌→成品。

1.3.2 操作要點

選擇塊莖大小均一、無病蟲害、無變軟腐爛的新鮮天麻，自來水清洗掉淤泥雜質(zhì)，清洗時應注意避免果皮破裂、汁液流失，手法必須輕柔。然后用不銹鋼刀將天麻表皮刮去，使表面光滑，切成4 cm×1 cm×1 cm的條狀，備用。稱取100 g條狀天麻，置于一定溫度的水中燙漂一定時間，撈出，置于水中冷卻至約30℃，將漂燙好的天麻加入至一定量的護色硬化液（護色硬化液由檸檬酸0.8%、氯化鈣0.5%、抗壞血酸0.8%組成）中25℃浸泡2 h，達到硬化目的。以100 g天麻為基準，稱取綠茶3%和陳皮5%，先用100 mL 80℃水浸泡30 s后，再用100 mL 25℃水浸泡30 min，過濾，濾液備用；在濾液中加入一定量的木糖醇、5%冰糖、3%蜂蜜、1%食鹽、1 mL檸檬汁，混勻，制成糖漬液備用。將已經(jīng)硬化的天麻放入制備好的糖漬液中滲糖一定時間，起糖漬作用。接著將糖漬好的天麻先于55℃干燥5 h，再于45℃條件干燥18 h（使水分含量低于20%）。將干燥好的天麻脯置于30℃下回軟24 h。待冷卻后，用阻氣性、阻濕性好的復合膜材料進行包裝，釆用蒸汽殺菌處理5 min，即得天麻脯成品。

1.3.3 天麻脯的感官評定

由經(jīng)過專業(yè)感官評審訓練的10名食品科學與工程專業(yè)學生組成感官評審小組，對天麻脯的滋味、色澤、口感、外觀4個方面進行感官評分，評價標準見表1。

表1 天麻脯感官評價標準Table 1 Sensory evaluation criteria of preserved Gastrodia elata

1.3.4 單因素試驗

分別考察漂燙溫度（80、85、90、95、100 ℃）、漂燙時間（1、2、3、4、5 min）、木糖醇添加量（10%、15%、20%、25%、30%）和滲糖時間（10、11、12、13、14 h）對天麻脯品質(zhì)的影響。

1.3.5 響應面試驗設計

基于單因素試驗結(jié)果，利用Design-Expert V8.0.6軟件中的Box-Behnken中心組合試驗設計原理，以漂燙溫度、漂燙時間、木糖醇添加量、滲糖時間為試驗影響因素，設計四因素三水平的響應面試驗，因素水平見表2。

表2 響應面分析因素及水平Table 2 Factors and levels of response surface methodology analysis

1.3.6 天麻脯理化指標測定

天麻脯含糖量測定參照GB/T 10782—2006《蜜餞通則》中的斐林試劑法；水分含量測定參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》中的直接干燥法；蛋白質(zhì)含量測定參照文獻[22]中的考馬斯亮藍法；總酸含量測定參照GB/T 12456—2008《食品中總酸的測定》；維生素C含量測定參照GB 5009.86—2016《食品安全國家標準食品中抗壞血酸的測定》中的2，6-二氯靛酚滴定法；黃酮含量測定參照李欣燃等[23]的硝酸鋁顯色法；多酚含量測定參照GB/T 8313—2018《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

通過Design-Expert V8.0.6軟件中的Box-Benhnken進行試驗設計，采用Origin8.5.1作圖，利用Spss19.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析與處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 漂燙溫度對天麻脯品質(zhì)的影響

漂燙溫度對天麻脯品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 漂燙溫度對天麻脯品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of blanching temperature on the quality of preserved Gastrodia elata

漂燙處理能排除果肉組織內(nèi)空氣，可抑制或破壞酶活性，增加細胞通透性，利于滲糖。由圖1可知，隨著漂燙溫度升高，天麻脯含糖量和感官評分也隨之增加，當漂燙溫度為95℃時，感官評分達到最高，此時天麻脯呈淡黃色，甜味適中，天麻獨特風味適中，表面無結(jié)晶，外形飽滿，無明顯凹陷、“返砂”現(xiàn)象；當漂燙溫度低于95℃時，甜味較低，天麻獨特風味過于濃郁，原因是溫度過低，漂燙不徹底，導致糖液無法滲透；當漂燙溫度高于95℃時，溫度過高，天麻脯組織過軟，糖液滲透過快，含糖量過高，導致天麻獨特風味被掩蓋。整體上看，漂燙溫度對天麻脯感官評分和含糖量影響顯著。綜上，選擇漂燙溫度90、95、100℃進行后續(xù)試驗。

2.2 漂燙時間對天麻脯品質(zhì)的影響

漂燙時間對天麻脯品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 漂燙時間對天麻脯品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of blanching time on the quality of preserved Gastrodia elata

漂燙時間長短不僅影響滅酶的徹底程度，而且影響天麻脯質(zhì)地。由圖2可知，當漂燙時間為3 min時，天麻脯感官評分最高，此時天麻脯呈淡黃色，甜味適中，天麻獨特風味適中，表面無結(jié)晶，外形飽滿，無明顯凹陷、“返砂”現(xiàn)象；當漂燙時間小于3 min時，漂燙時間過短，滅酶不徹底，漂燙不徹底，導致天麻脯色澤發(fā)暗，甜度不夠；當漂燙時間大于3 min時，漂燙時間過長，漂燙過度，導致天麻脯組織較軟，色澤呈深黃色，且此時天麻脯含糖量過高。整體上看，漂燙時間對天麻脯感官評分和含糖量影響顯著。綜上，選擇漂燙時間2、3、4 min 進行后續(xù)試驗。

2.3 木糖醇添加量對天麻脯品質(zhì)的影響

木糖醇添加量對天麻脯品質(zhì)的影響見圖3。

圖3 木糖醇添加量對天麻脯品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of xylitol addition on the quality of preserved Gastrodia elata

如圖3所示，木糖醇添加量為20%時，天麻脯感官評分最高，此時天麻脯呈淡黃色，甜味適中，天麻獨特口感較好，表面無結(jié)晶，外形飽滿，無明顯凹陷、“返砂”現(xiàn)象；當木糖醇添加量低于20%時，天麻脯甜味較低，略有綠茶和陳皮的苦澀味，天麻脯稍硬且口感較差，原因是糖液濃度低，糖分不易滲入，無法中和綠茶和陳皮苦澀味；當木糖醇添加量高于20%時，天麻脯過甜，無天麻獨特風味，原因是糖液濃度過高，掩蓋了天麻獨特風味。整體上看，木糖醇添加量對天麻脯感官評分和含糖量影響顯著。綜上，選擇木糖醇添加量15%、20%、25%進行后續(xù)試驗。

2.4 滲糖時間對天麻脯品質(zhì)的影響

滲糖時間對天麻脯品質(zhì)的影響見圖4。

圖4 滲糖時間對天麻脯品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of sugar infiltration time on the quality of preserved Gastrodia elata

如圖4所示，滲糖時間為12 h時感官評分最高，此時天麻脯呈淡黃色，甜味適中，天麻獨特風味適中，表面無結(jié)晶，外形飽滿，無明顯凹陷、“返砂”現(xiàn)象；當滲糖時間少于12 h時，天麻脯甜味較低，天麻獨特風味過于濃郁，原因是滲糖時間較短，糖液滲透不足，導致天麻脯甜味較低；當滲糖時間大于12 h時，天麻脯過甜，幾乎無天麻獨特風味，原因是滲糖時間過長，糖液滲入過多，導致天麻脯過甜，掩蓋了天麻獨特風味，且天麻脯表面容易出現(xiàn)“返砂”現(xiàn)象。整體上看，滲糖時間對天麻脯感官評分和含糖量影響顯著。綜上，選擇滲糖時間11、12、13 h進行后續(xù)試驗。

2.5 響應面優(yōu)化試驗

2.5.1 響應面優(yōu)化試驗設計與結(jié)果

以漂燙溫度、漂燙時間、木糖醇添加量、滲糖時間為考察因素，以感官評分為響應值，響應面試驗設計和結(jié)果見表3。

表3 響應面試驗設計及結(jié)果Table 3 Design and results of response surface methodology

續(xù)表3 響應面試驗設計及結(jié)果Continue table 3 Design and results of response surface methodology

2.5.2 數(shù)學模型的建立與方差分析

利用Design-Expert V8.0.6統(tǒng)計軟件進行二次多項回歸擬合，得到回歸方程：Y=83.80-0.67A+1.58B+1.50C+1.08D-0.50AB-0.50AC-0.50AD+1.00BC-0.25BD-2.00CD-2.19A2-3.82B2-5.69C2-2.82D2。對二次多項方程進行方差分析，結(jié)果見表4。

表4 回歸方程方差分析Table 4 Variance analysis of regression equations

由表4可知，各因素對感官評分的影響不是簡單的線性關系。一次項 B、C 以及二次項 A2、B2、C2、D2都存在極顯著影響（P＜0.01），一次項D以及交互項CD影響顯著（P＜0.05）。該模型F值為9.14、P值＜0.000 1，說明有極顯著差異。模型的失擬項P=0.058 5＞0.05，相關系數(shù)R2=0.901 4，表明模型擬合程度良好且相關性較好。各因素對天麻脯感官評分的影響程度依次為漂燙時間＞木糖醇添加量＞滲糖時間＞漂燙溫度。

2.5.3 交互作用分析

各因素交互作用對天麻脯感官評分影響的響應曲面如圖5所示。

圖5 各因素交互作用對天麻脯感官評分影響的響應曲面Fig.5 Response surface of the effects of interaction of various factors on sensory score of preserved Gastrodia elata

由圖5可知，當木糖醇添加量和滲糖時間處于低水平時，感官評分先增加后減小，其交互作用的響應曲面坡度較陡，等高線呈橢圓形，表明對響應值有顯著影響，與方差分析結(jié)果一致。

2.5.4 最優(yōu)條件組合

通過軟件分析，得到天麻脯最優(yōu)工藝條件：漂燙溫度94.79℃，漂燙時間為3.23 min，木糖醇添加量20.14%，滲糖時間12.15 h，感官評分預測值84.24。為了便于試驗操作，調(diào)整工藝參數(shù)為漂燙溫度95℃，漂燙時間3 min，木糖醇添加量20%，滲糖時間12 h。最終通過5組驗證性試驗，得到天麻脯的感官評分為84.55，與預測值接近。制得的天麻脯顏色呈淡黃色，甜味適中，天麻獨特風味適中，表面無結(jié)晶，外形飽滿，無明顯凹陷、“返砂”現(xiàn)象。

2.6 天麻脯理化指標測定結(jié)果分析

天麻脯的理化指標測定結(jié)果見表5。

表5 天麻脯的理化指標Table 5 Physicochemical indicators of preserved Gastrodia elata

水分含量是影響天麻脯貯藏的一個重要指標，水分含量低于20%時利于天麻脯貯藏，由表5可知，天麻脯水分含量為13.42 g/100 g，符合果脯貯藏要求。李立郎等[24]測得貴州烏天麻蛋白質(zhì)含量為5.6 g/100 g～5.8 g/100 g、維生素C含量為3.84 g/100 g～9.97 g/100 g；康明等[25]測得德江天麻的蛋白質(zhì)含量為5.54 g/100 g、維生素C含量為5.53 mg/100 g；而本研究中經(jīng)過加工的天麻脯的蛋白質(zhì)和維生素C含量相對較低，可能原因是加工過程會造成部分營養(yǎng)成分的損失。但天麻脯中黃酮、多酚含量較高。由此說明，本試驗制得的天麻脯能較好地保留天麻中有效成分。天麻脯含糖量為30.47%，符合國家標準[26]。綜上所述，本制作工藝能較好保留天麻營養(yǎng)成分，且配方中用木糖醇代替白砂糖，可供糖尿病患者食用。

3 結(jié)論

通過單因素試驗和響應面法優(yōu)化天麻脯最佳制作工藝，并對天麻脯基本理化指標進行分析。天麻脯最佳工藝條件：漂燙溫度95℃、漂燙時間3 min、木糖醇添加量20%、滲糖時間12 h。此條件下制得的天麻脯呈淡黃色，甜味適中，天麻獨特風味適中，表面無結(jié)晶，外形飽滿，無明顯凹陷、“返砂”現(xiàn)象，感官評分為84.55，與預測值84.24接近。試驗制得的天麻脯質(zhì)地穩(wěn)定，食用方便，黃酮和多酚含量較高，能較好保留天麻營養(yǎng)成分，為天麻脯的加工生產(chǎn)提供參考依據(jù)。