響應面優(yōu)化百香果果皮果脯制備工藝

馮 穎，張萍萍,2，趙存朝,2，陶 亮,2, ，田 洋,2,3

（1.云南農(nóng)業(yè)大學食品科學技術(shù)學院，云南昆明 650201；2.食藥同源資源開發(fā)與利用教育部工程研究中心，云南昆明 650201；3.云南省大數(shù)據(jù)重點研究實驗室，云南昆明 650201）

百香果（Sims）是日常生活中常見的水果，屬于草質(zhì)藤本植物，西番蓮屬。眾所周知，百香果有很高的營養(yǎng)價值。其中氨基酸就包括了17 種，營養(yǎng)物質(zhì)超過了160 種，小小的一顆果實，蘊含多種營養(yǎng)素。百香果不僅包含了各種維生素，還可以補充人體所需的多種微量元素。除了上述優(yōu)點外，百香果的保健功能也非常強大，既有美容功效，還可以提高機體的免疫力和腸道功能的恢復和重建等。除了果實之外，百香果的枝葉、果皮和種子也可以藥用，不僅可以抗菌，還可以改善和緩解焦慮情緒、調(diào)節(jié)血壓、有效改善失眠等。百香果屬于一種貨架期比較短的水果，儲藏保存有一定的難度。因此，百香果除了可以鮮食之外，還被加工成為多種容易存儲的產(chǎn)品。潘建江等采用復合膠凝劑加工成百香果果汁果凍；郭正忠等將百香果酶解浸漬，低溫發(fā)酵成百香果果酒； 付滿等利用百香果汁制作果醋和果醬等產(chǎn)品。

目前，關(guān)于市場上的百香果產(chǎn)品主要包括原果汁、發(fā)酵果汁、復合果汁、果凍、果醋和果醬等，且多與雪梨、枸杞、芒果、火龍果等水果搭配制成復合飲料為主。這些加工過程中，在獲取果肉后，果皮一般是進行了丟棄處理，不僅浪費，同時也污染了環(huán)境。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，百香果的果皮中包含了多種營養(yǎng)元素，例如花青素、礦物質(zhì)和黃酮等，可以抗衰老、增強身體的新陳代謝、促進血液的循環(huán)，具有一定開發(fā)價值。果皮占據(jù)了百香果總重的40%～50%，其中，有15%～20%的比例為干物質(zhì)，其中果皮所含有的果膠含量和膳食纖維含量都十分豐富，是制作果脯的最佳選擇。

我國百香果的產(chǎn)業(yè)不斷擴大，但加工的類型較單一，多是以百香果的鮮果為主的飲料開發(fā)。本研究利用百香果果皮為原料通過添加甜味劑、檸檬酸等制作果脯，采用葡萄糖進行包裹，通過工藝、配方的優(yōu)化，開發(fā)出具有百香果獨特風味的果脯，使其產(chǎn)品的儲藏時間延長。對果皮進行加工利用不僅可以減少廢棄物污染，從而保護自然環(huán)境、降低處理成本，提升百香果的綜合價值。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紫色百香果 云南天佑科技開發(fā)有限公司，產(chǎn)自云南德宏秋季采摘；檸檬酸、葡萄糖、蜂蜜糖漿、白砂糖 均屬于食品級，鄭州百合食品化工有限公司。

DHG-2150B 電熱恒溫鼓風干燥箱 鄭州生元儀器有限公司；C21-SX810 電磁爐 九陽股份有限公司；AR224CN 電子天平 奧豪斯儀器有限公司；PJ24M5 平底鍋 浙江蘇泊爾股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 百香果皮果脯的加工工藝

1.2.2 操作要點 a.百香果的選擇及洗滌：選擇果皮完整、無霉爛的百香果，用水沖洗表面的泥沙、雜質(zhì)等，直至表面沖洗干凈。

b.去皮取囊：人工挖除果囊后將剩余的果皮肉清洗干凈。

c.取汁過濾：將果囊用紗布進行兩次過濾成百香果汁。

d.預煮：將百香果皮、白砂糖、葡萄糖、蜂蜜糖漿和占質(zhì)量10%的水熬煮5 min。

e.加酸：加入百香果汁（10%）和少量的檸檬酸（0.2%）進行調(diào)和。

f.糖煮：將百香果皮在60℃下熬煮90 min，煮制過程中用不銹鋼勺輕輕攪拌防止糖煮不均勻。確保百香果汁和檸檬酸能夠均勻融入糖液并滲透到皮內(nèi)，增加和提升香味，口感酸甜適宜，百香果果皮的顏色均一。

g.糖漬：百香果皮煮制后留在該糖液中，放置在4 ℃下浸漬12 h。

h.烘干：置于65 ℃恒溫鼓風干燥箱中，烘干12 h。為了使其能烘干均勻，干燥過程中要注意按時翻動果皮和更換烘盤位置。

i.裹糖衣：將葡萄糖均勻的撒在烘干的果脯表面。

1.2.3 單因素實驗 固定百香果果脯原料為新鮮百香果果皮1 kg，對單一甜味劑和復配甜味劑進行篩選，確定甜味劑最佳糖配比為白砂糖：葡萄糖：蜂蜜糖漿（2:2:1），固定甜味劑總添加量20%，檸檬酸添加量0.4%，糖煮時間60 min。分別研究甜味劑總添加量（17.5%、20%、22.5%、25%、27.5%），檸檬酸添加量（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%），不同糖煮時間（60、70、80、90、100 min），烘干時間（8、10、12、14、16 h），等對百香果果皮果脯感官評分、總糖含量、水分含量等指標的影響。

1.2.4 響應面試驗優(yōu)化 本文以單因素實驗為基礎(chǔ)，本研究的試驗因素為對百香果果皮果脯感官評分產(chǎn)生比較明顯影響的因素，然后應用中心組合（Box-Behn-ken）試驗設(shè)計原理，進行3 因素3 水平的響應面試驗設(shè)計，具體數(shù)值詳見表1。

表1 Box-Behnken 因素水平表Table 1 Box-Behnken factor level table

1.2.5 產(chǎn)品質(zhì)量評價

1.2.5.1 百香果果脯感官評價由10 位食品專業(yè)的學生組成評定小組，對百香果果皮果脯進行感官品評定，根據(jù)GB14884-2016《食品安全國家標準蜜餞》當中的方式，選用百分制來評定百香果果皮果脯，其中，色澤、口感、滋味和組織形態(tài)分別設(shè)置為25 分，計算10 位評審員的打分的均值，詳見表2：

表2 百香果果脯感官評定標準Table 2 Sensory evaluation criteria for preserved passion fruit peel

1.2.5.2 百香果皮果脯產(chǎn)品理化和微生物指標的測定 本試驗中，水分含量遵循的標準是GBT/10782-2021 蜜餞質(zhì)量通則；菌落和霉菌總數(shù)、大腸菌群的測試遵循的是GB 4789.2-2016 食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數(shù)測定標準中的規(guī)定。

1.2.6 總糖的測定 采用DNS 法測百香果果脯中總糖的含量。分別移取1.0 mg/mL 葡萄糖標準溶液0、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00 mL 置于6 個25 mL具塞試管中，用水稀釋至1.00 mL，各加入DNS 溶液1.50 mL，然后將試管放置于沸水浴中加熱5 min，取出，迅速冷卻至室溫，用蒸餾水定容至25 mL。在波長540 nm 處，用1 cm 比色皿，以空白試劑為參比，測其吸光度。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本次單因素實驗獲取的數(shù)據(jù)的收集和整理工作都使用Excel 2013、SPSS 19.0 統(tǒng)計軟件對試驗數(shù)據(jù)進行分析。利用Design-Expert 8.0.6 進行響應面分析，結(jié)果以均值±SD 表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 甜味劑對果脯品質(zhì)的影響 根據(jù)標準GB 13104-2014 食品安全國家標準 食糖中將白砂糖定義為以甘蔗或甜菜為原料，經(jīng)提取糖汁、清凈處理、煮煉結(jié)晶和分蜜等工藝加工制成的蔗糖結(jié)晶。葡萄糖為無色晶體，有甜味但甜味不如蔗糖。蜂蜜是蜜蜂采集植物的花蜜、分泌物或蜜露，與自身分泌物混合后，經(jīng)充分釀造而成的天然甜性物質(zhì)這三種物質(zhì)不僅在甜味上有不同，而且風味上也具有不同，不同的添加比例，會使產(chǎn)品具有別致的風味。由表3 可知，白砂糖、葡萄糖、蜂蜜糖漿組成的甜味劑感官評分最高，因為單一的甜味劑都存在各自不同的優(yōu)點和缺點，而將三種甜味劑按一定的比例復配之后可以彌補彼此的不足，此時制作出來的果脯口感良好，酸甜適中，且不會出現(xiàn)流糖返砂現(xiàn)象。因此，用白砂糖、葡萄糖、蜂蜜糖漿復配后制作出的百香果果脯口感最好。

表3 甜味劑對百香果果皮果脯感官評分的影響Table 3 Effect of sweeteners on sensory score of preserved passion fruit peel

2.1.2 白砂糖、葡萄糖和蜂蜜糖漿的比例對果脯品質(zhì)的影響 在甜味劑添加量、檸檬酸添加量、糖煮時間、烘干時間不變的情況下，研究白砂糖、葡萄糖和蜂蜜糖漿的不同比例對百香果皮果脯品質(zhì)感官評分影響，篩選出合適的糖配比（表4）。

影響果脯品質(zhì)的重要因素之一是白砂糖、葡萄糖和蜂蜜糖漿的比例，其比例會直接影響果脯的口感以及儲存期，白砂糖添加量過少時，會使得果脯的黏度增大，容易粘牙，其成品口感略差；反之，白砂糖添加量太多時，一方面會出現(xiàn)果脯反砂的情況，一方面還會導致果脯硬度變強，這樣一來，無論是果脯的口感還是色澤，亦或是咀嚼性等都會有一定的影響，因此白砂糖的添加量需要適中，不宜過量或少量，需另外兩者與其相復配使用中合口感。從表4 中可知當白砂糖、葡萄糖和蜂蜜糖漿的配比為2:2:1 時，百香果皮果脯的感官評分最高，用這個比例制成的果脯口感最佳，柔軟適中，甜酸平衡，不返砂，不黏牙，因此，確定實驗最優(yōu)糖配比為2:2:1。

表4 糖配比對百香果果皮果脯感官評分的影響Table 4 Effect of sugar ratio on sensory score of preserved passion fruit peel

2.1.3 甜味劑添加量對果脯品質(zhì)的影響 在糖配比、檸檬酸添加量、糖煮時間、烘干時間不變的條件下，研究甜味劑不同添加量對百香果果脯品質(zhì)感官評分和總糖含量的影響，篩選出合適的甜味劑添加量。由圖1 可知百香果果皮果脯的感官評分隨著甜味劑用量的增加呈現(xiàn)先增加上升后下降的趨勢，總糖含量由于甜味劑的增加而趨于呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，當果脯甜味劑的添加量控制在25.0%左右時，其獲得了最高的感官評分，具有合適的酸甜度，有明顯的糖衣形成，且糖衣透亮有光澤，果脯無結(jié)晶返砂現(xiàn)象。而當甜味劑添加量過少時，甜酸比不平衡，果脯過酸口感不佳，而甜味劑添加量過多時則會使得果脯口感過甜，發(fā)硬，黏牙，產(chǎn)生結(jié)晶返砂現(xiàn)象。因此，甜味劑添加量為25.0%時，百香果皮果脯的品質(zhì)最佳。

圖1 甜味劑添加量對百香果果皮果脯感官評分的影響Fig.1 Effect of sweetener addition on sensory score of preserved passion fruit peel

2.1.4 檸檬酸添加量對果脯品質(zhì)的影響 在甜味劑用量、糖配比、烘干時間、糖煮時間不變的條件下，探討分析添加的檸檬酸對百香果果脯品質(zhì)感官評分和總糖含量的影響，并最終確定理想的檸檬酸添加量。

在全部的有機酸當中，檸檬酸的優(yōu)勢表現(xiàn)為，其酸味是最為可口的，并且也是最緩和的，因此檸檬酸被廣泛應用于各行各業(yè)。由圖2 可知，檸檬酸的添加劑量，不僅會影響到產(chǎn)品的酸甜度，還會對其色澤等產(chǎn)生直接的影響，除此之外，還可以降低產(chǎn)品的甜度，提升產(chǎn)品的儲藏性以及優(yōu)化產(chǎn)品風味等多種效果。但是，如果檸檬酸濃度過高，則可能對果脯的品質(zhì)產(chǎn)生負面的影響，例如造成果脯口味不夠，甜度或者酸度超標。通過分析圖2 可知，檸檬酸添加量控制在0.8%時，能夠獲得最高的感官評價。其原因是，檸檬酸能夠?qū)毎ね感赃M行一定的改變，導致果脯的含糖總量在一定范圍內(nèi)有所下降，因此其糖酸比的數(shù)值是先上升后下降的。

圖2 檸檬酸添加量對百香果皮果脯感官評分的影響Fig.2 Effect of citric acid addition on sensory score of preserved passion fruit peel

2.1.5 糖煮時間對果脯品質(zhì)的影響 在甜味劑添加量、糖配比、烘干時間、檸檬酸添加量不變的條件下，研究不同糖煮時間對百香果果脯品質(zhì)感官評分和總糖含量的影響，篩選出合適的糖煮時間。

糖煮時間也能夠?qū)Ξa(chǎn)品的還原糖含量和風味產(chǎn)生最為直接的影響。通常情況下，糖煮時間過長的話，會導致果脯風味受到負面影響，降低口感，同時因為轉(zhuǎn)化糖比例有所上升，極易發(fā)生“流糖”現(xiàn)象。相反，如果糖煮時間過短，那么將會導致糖無法完全轉(zhuǎn)化，同樣也會對果脯口感產(chǎn)生負面影響。通過分析圖3 可以得知，糖煮時間控制在90 min 時，能夠獲得最高的感官評分，可能是在這段時間果脯中產(chǎn)生的還原糖最高，口感酸甜均一，能使糖液充分滲入，所以此時間煮制成的果脯不會過軟過爛。因此糖煮時間為90 min 是制作百香果果脯的最適糖煮時間。

圖3 糖煮時間對百香果果皮果脯感官評分的影響Fig.3 Effect of sugar cooking time on sensory score of preserved passion fruit peel

2.1.6 烘干時間對果脯品質(zhì)的影響 在檸檬酸添加量、甜味劑添加量、糖煮時間不變的條件下，探索分析烘干時間的長短對百香果果脯品質(zhì)感官評分和水分含量的影響，基于此選擇最適宜的烘干時間。

百香果皮果脯的軟硬度受到烘烤時長的直接影響，水分含量會隨著烘烤時長的增加而不斷的減少，最終到導致果脯硬度不斷增加，果脯的軟硬程度直接影響了果脯的口感。由圖4 可知，當烘干時間達到12 h 時，感官評分最高，此時果脯中百香果風的味濃郁，軟硬適中，酸甜比平衡，口感最佳。而當烘干時間過短時，百香果皮果脯水分過多，影響口感；而烘干時間過長時，百香果果脯無彈性，硬度過大。因此在烘干時間為12 h 時果脯的口感最佳。

圖4 不同烘干時間對百香果果皮果脯感官評分的影響Fig.4 Effect of different drying time on sensory score of preserved passion fruit peel

2.2 響應面試驗設(shè)計及其結(jié)果

2.2.1 響應面優(yōu)化及結(jié)果 以單因素和中心組合試驗為基礎(chǔ)，選擇應用Design Expert 軟件完成相關(guān)的分析，將感官評分（Y）設(shè)置為響應值，選取甜味劑添加量（X）、糖煮時間（X）、烘干時間（X）三個因素，采用響應面試驗對百香果皮果脯加工工藝進行優(yōu)化。試驗設(shè)計及結(jié)果見表5。

表5 響應面分析方案及結(jié)果Table 5 Response surface analysis scheme and results

2.2.2 模型建立及顯著性檢驗 對表6 進行多元回歸擬合處理之后，分別獲取到百香果皮果脯感官評分值（Y）、甜味劑添加量（X）、糖煮時間（X）、烘干時間（X）的二次方程模型為：Y=93.56+0.51X-0.25X+1.29X-1.02XX-0.50XX-1.03XX-4.71X-2.63X-2.11X回歸模型的方差分析結(jié)果見表6。

表6 回歸模型方差分析表Table 6 Regression model analysis of variance table

觀察表6 可以得知，該試驗的感官評分回歸模型顯著性檢驗＜0.01，由此可知，該二次多元回歸模型極顯著，其失擬性檢驗=0.5604，的取值大于0.05，代表著該二次多元回歸模型不顯著，綜上所述，可以在實驗擬合當中應用該模型。分析該回歸模型可知，相關(guān)系數(shù)=0.9873，信噪比Adeqprecisior=20.679，由此可以判斷，模型具有高度的擬合度和可信度，因此可將其在百香果果脯感官評價中應用。CV 代表著離散系數(shù)，指的是標準值和均值的比值，在本實驗中，感官評分擬合CV=0.52%。CV 可以反饋實驗精度，其值越高，響應的可靠性越差，偏離均值也就越大。經(jīng)過上述分析可以得知，回歸模型擬合程度比較好，并且實驗本身至存在比較小的誤差，可以對百香果果皮果脯的感官評分進行較為準確的分析和估算，具有實踐意義。

根據(jù)上圖可以得知，可以通過響應面和等高線的變化情況來直接全面的了解百香果皮果脯感官評分中甜味劑添加量（X）、糖煮時間（X）、烘干時間（X）所產(chǎn)生的影響。圖5 顯示的內(nèi)容是，兩個因素交互作用的強弱以及其對響應值所產(chǎn)生的影響情況。通過觀察值可以得知，在百香果果脯的感官評分過程當中，影響由大到小分別是烘干時間（X）＞甜味劑添加量（X）＞糖煮時間（X）。將所有因素控制在實驗范圍內(nèi)，各個因素交互都具有其最佳作用點，對其進行優(yōu)化升級之后，可以獲取都該產(chǎn)品的最佳工作配方，各個參數(shù)的值分別是：甜味劑添加量為20%，糖煮和烘干時間分別為90 min 和12.3 h，此時獲取到的感官評分是93.7638 分。本文在對相關(guān)的設(shè)備參數(shù)以及產(chǎn)品的實際操作進行綜合考慮之后，對該產(chǎn)品的最優(yōu)工藝配方再次進行了3 次試驗，將各個參數(shù)的值進行了調(diào)整，即甜味劑添加量為25%，糖煮和烘干時間分別為90 min 和12 h，此時獲取到的感官評分是94.2±1.4 分，接近理論預測值。

圖5 響應曲面圖及等高線圖。Fig.5 Response surface and contour plots

2.3 百香果皮果脯微生物指標

根據(jù)檢測結(jié)果可以得知，優(yōu)化工作制作得到的百香果皮果脯產(chǎn)品不論是其理化指標，還是其微生物檢測都能夠達到相應標準中對于果脯的規(guī)定。其微生物指標檢測情況詳見表7。

表7 百香果皮果脯微生物指標Table 7 Microbial indicators of preserved passion fruit peel

3 結(jié)論

最佳百香果果皮果脯工藝配方：甜味劑當中的白砂糖、葡萄糖和蜂蜜糖漿三者應當按照2:2:1 的最佳配比進行搭配，甜味劑和檸檬酸的添加劑量分別為25%和0.8%，糖煮和烘干的時間分別為90 min和12 h，按照這一配比進行加工制取的百香果果皮果脯不僅能夠?qū)⑵錉I養(yǎng)和風味進行較為完整的保留，同時產(chǎn)品的品相也非常完美，不僅顏色鮮艷并且產(chǎn)品的形態(tài)非常飽滿，味道也十分的可口，較好的保留了百香果的水果香氣，除此之外，百香果果皮果脯的所有理化和微生物指標都達到了國家標準。為了更好的推動百香果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，本文通過制作百香果果皮果脯來幫助當?shù)剞r(nóng)民或者企業(yè)盡可能的降低成本消耗，推動農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)濟發(fā)展，有助于百香果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進步。