均匀设计法优化浑浊型白果饮料中的复配稳定剂

石 瑞，史垠垠，曹福亮

(南京林业大学森林资源与环境学院，江苏南京 210037)

均匀设计法优化浑浊型白果饮料中的复配稳定剂

石 瑞，史垠垠，曹福亮

(南京林业大学森林资源与环境学院，江苏南京 210037)

以白果为原料，采用均匀组合设计方法，选定卡拉胶、羧甲基纤维素钠(CMC)、瓜尔胶和刺瑰豆胶为实验因素，以白果饮料的粘度为目标建立数学模型，通过实验结果进行方差分析及对数学模型进行优化得到浑浊型白果饮料的优化条件。实验结果表明，CMC为 0.05g/100mL、卡拉胶为 0.09g/100mL、瓜尔胶为 0.09g/100mL、刺槐豆胶为0.04g/100mL时，粘度值达到最佳值137mPa·s，所得的浑浊白果饮料更加稳定。结果证明均匀设计方法适用于浑浊型白果饮料复配稳定剂的多因素实验设计，而且简便易行。

均匀设计，白果饮料，粘度值，稳定剂

白果(Semen Ginkgo)为银杏科银杏属植物银杏的果实，是药食同源物质。白果品味甘美，口感香糯，口味清新，作为食疗、滋补、保健食品已有1000多年的历史［1］。已有学者对白果饮料进行了初步的研究，但是，至今尚无利用白果开发成饮料进军市场的产品［2］。目前，饮料的加工工艺的优化主要采取正交实验设计，当欲考察的因素数较多，特别是因素水平数较多时，实验工作量仍然很大，而用均匀设计表安排实验，则实验工作量大大地减少［3－4］。均匀设计通过计算机对实验结果进行多元统计处理，求得一个定量的回归方程，经方程分析各因素对实验的影响，定量地预测优化条件［5］。本研究中，采用均匀实验设计的方法，不考虑实验数据的整齐可比性，而让实验点在实验范围内充分地均衡分散，这样每个实验点就可以有更好的代表性，实验点的数目也可大幅度地减少［6］。与正交实验设计相比，均匀实验设计突出的优点是实验工作量少，但其实验结果仍能反映分析体系的基本特征［7－8］。用均匀设计法进行多因素多水平实验的设计，在减少实验次数的同时，还可预测优化实验条件和结果，具有方便、适用、预测性好的特点［9］。本实验旨在利用均匀设计的优点，对浑浊型白果饮料进行研制，以提高饮料的粘度值为指标，优化浑浊型白果饮料的加工工艺，为今后浑浊型白果饮料的研制提供参考价值和一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

白果 购于江苏泰州，品种为大佛指，颗粒饱满，大小均匀，无虫蛀;羧甲基纤维素钠 上海申光食用化学品厂;卡拉胶 滕州市海藻工程技术有限责任公司;刺槐豆胶 天津安文水溶胶科技有限公司;瓜尔豆胶 南京同建食品科技有限公司;以上试剂均为食品级。

高压均质机GYB30－6D 上海东华高压均质机厂;胶体磨50AB 沈阳航天新光超微粉碎机械有限公司;旋转式粘度计NDJ－7 上海精密科学仪器有限公司;电热真空干燥箱ZK－82B 上海实验仪器厂有限公司;立式压力蒸汽灭菌锅YSQ－LS－50SII 上海博迅实业有限公司医疗设备厂。

1.2 实验方法

1.2.1 浑浊型白果汁的工艺流程［10－11］原料白果→挑选→清洗→脱壳、去内种皮→预煮→打浆→胶体磨→均质→稳定剂、乳化剂→调配→均质→脱气→灌装→杀菌→冷却→成品

1.2.2 粘度值的测定 采用NDJ－7型旋转式粘度计，转筒因子0.4，30 r/m in，在常温下(25℃)测定液体粘度(mPa·s)。

1.2.3 均匀设计实验 在单因素实验基础上［12］，根据均匀设计实验方法，选取对白果浆液的粘度值影响较大的CMC(X1)、卡拉胶(X2)、瓜尔胶(X3)、刺槐豆胶(X4)4个因素，每个因素确定9个水平，因素水平见表1。

表1 因素水平(g/mL)Table 1 Factors and levels(g/mL)

2 结果与讨论

2.1 均匀设计的结果与回归分析

选取U9(94)进行实验设计(表2)。在实验设计的9个处理中，每次实验均取6%去壳鲜白果按规定的工艺，添加不同比例的稳定剂，分别测定其粘度值。采用数据处理系统(DPS)对实验数据进行分析处理，p＜0.05则表示差异显著，p＜0.01则表示极显著，所有实验均平行3次，取其平均值。

表2 U9(94)表的设计实验及结果Table 2 Test data of table U9(94)by uniform design

采用数据处理系统(DPS)对实验数据进行设计实验和多元线性回归分析，得到粘度值与CMC、卡拉胶、瓜尔胶、和刺槐豆胶的回归方程为:Y= 77.9652795－ 3.354065504X3+ 0.5413243494X22－ 1.9676967235X24－3.0764876391X1X2+2.7713538139X1X4+0.4582163867X2X3+1.5520800187X2X4。第一自由度F1=7，第二自由度 F2=1，查表得 F0.01(7，1)= 593，计算得 F=1613.89，F＞F0.01(7，1)，其中，p= 0.0192，复相关系数R=0.998，调整决定系数Ra= 0.9996，剩余标准差S=0.5092。则方差分析结果表明，建立的回归方程具有统计学意义。

根据以上回归方程式可以看出，粘度值 Y与X1CMC、X2卡拉胶、X3瓜尔胶和X4刺槐豆胶都有关系，而且X1X2、X1X4、X2X3、X2X4之间有明显的交互作用，其中，X1X4、X2X3和X2X4有正交互作用、X1X2之间有负交互作用。根据回归方程分析，在兼顾效率、降低原料消耗的考虑下，选择其最优组合为X1=1、X2=9、X3=9、X4=4，即CMC为0.05g/100m L、卡拉胶为0.09g/100m L、瓜尔胶为 0.09g/100mL、刺槐豆胶为0.04g/100m L。

表3 二次多项式逐步回归法处理的数据结果Table 3 Result of data processing by quadratic polynomial

从表3中不同因素的显著性检验p值的大小，可以知道对浑浊型白果饮料粘度值的影响大小为X2X4＞X1X2＞X1X4＞X2X3，即卡拉胶和刺槐豆胶 ＞CMC和卡拉胶＞CMC和刺槐豆胶＞卡拉胶和瓜尔胶。从回归的结果可知，因素之间存在交互作用，其原因是不同稳定剂对浑浊型白果饮料的稳定效果不同，并且受各个稳定剂的添加量和灭菌温度等因素的综合影响。

2.2 验证实验

按上述优化的条件进行实验，结果粘度值为137mPa·s，与预测值136.53mPa·s很接近，说明优化条件重现性好。在此条件下制备的白果浑浊型饮料，颜色淡黄，且在瓶中常温放置3个月后，目测外观色泽保持不变，浊度均匀、稳定性良好。

3 结论

3.1 采用均匀设计实验方法，以白果为原料研制浑浊型饮料，建立了影响浑浊型白果饮料粘度值的条件优化模型。对该回归模型的分析可知，瓜尔胶为影响浑浊型白果饮料浑浊效果的主要因素，CMC和卡拉胶、CMC和刺槐豆胶、卡拉胶和瓜尔胶、卡拉胶和刺槐豆胶之间有明显的交互作用。

3.2 本研究证明均匀设计方法适用于浑浊型白果饮料复配稳定剂的多因素实验设计。通过DPS计算所得回归方程对浑浊型白果饮料粘度值的预测值与按优化条件进行的实验测定值极为接近。与正交实验相比，极大地减少了工作量和实验成本，而且简便易行。

［1］檀艳红.白果的合理应用［J］.首都医药，2007(1):52.

［2］段蕊.银杏制品的发展现状［J］.食品与发酵工业，2002 (8):57－61.

［3］赵桂玲，侯兰芳.苦瓜汁、杏汁复合饮料的研制［J］.食品研究与开发，2008，29(10):70－73.

［4］Hamed Mirhosseini，Chin Ping Tan，Nazimah S A Hamid，et al.Effect of Arabic gum，xanthan gum and orange oil on flavor release from diluted orange beverage emulsion［J］.Food Chemistry，2008，107(3):1161－1172.

［5］沈雪梅，李勇，何伟.均匀设计法优选莪术挥发油提取工艺的研究［J］.齐鲁药事，2006，25(4):246－248.

［6］高向东，盛海林，潘秋文，等.均匀设计和球面对称设计在螺旋藻多糖最佳工艺研究中的应用比较［J］.中国药科大学学报，1997，28(3):173－175.

［7］杨朝福，霍阿丽，陆刚.均匀设计优化水冬瓜果实油脂的提取工艺［J］.中国粮油学报，2009，24(3):75－78.

［8］M R Bakhtiari，M G Faezi，M Fallahpour，et al.Medium optimization by orthogonal array designs for urease production by Aspergillus niger PTCC5011［J］.Process Biochemistry，2006，41 (3):547－551.

［9］王艳，周林，张蓝之，等.均匀设计法优化乳酸氧化酶提取工艺［J］.食品研究与开发，2006，26(10):72－75.

［10］张军合，刘俊红，李晓芳.喷雾干燥速溶天然无核枣粉的研制［J］.食品研究与开发，2009，30(8):54－59.

［11］史垠垠，石瑞，曹福亮.酶法澄清白果汁工艺的研究［J］.南京林业大学学报:自然科学版，2010，34(3):11－14.

［12］史垠垠.白果饮料加工工艺及稳定性研究［D］.南京:南京林业大学，2010.

Optim ization of the com pound stabilizers in cloudy ginkgo juice by uniform design method

SHIRui，SHIYin－yin，CAO Fu－liang
(College of Forest Resources and Environment，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China)

Based on the p rincip le of uniform design method，the p rocessing technic to dealw ith ginkgo juice was stud ied in this paper.The material of the experim ent was ginkgo seed.The four stabilizers，which were carrageenan，sodium carboxymethylcellulose(CMC)，guar gum and soybean g lue，were considered in the experiment.The mathem aticalmodel was estab lished taking aim at the viscosity of ginkgo juice.Variance of the experimental result was analysed.And the mathematical model was op tim ized in order to find the op timum conditions to get the better cloudy ginkgo juice.The resultof the experiment showed thatw ith the condition of CMC (0.05g/100m L)，carrageenan(0.09g/100m L)，guar gum(0.09g/100m L)and soybean g lue(0.04g/100m L)，the viscosity num berwould be the bestw ith 137m Pa·s，and the ginkgo juice would bemore stab le.This illustrated that uniform design m ethod is fit to the multip lex test design of com pound stabilizers in c loudy g inkgo juice，and it is also simp le and availab le.

uniform design;ginkgo juice;viscosity number;stabilizer

TS255.6

B

1002－0306(2012)19－0222－03

2012－04－01

石瑞(1966－)，男，博士，副教授，研究方向:食品生物技术。

国家科技支撑课题(2012BAD21B04)。