响应面法用于珍珠油杏蛋白饮料稳定剂的优化

刘 畅，马鹏利，炎士珂，李 昀，2

（1.天津农学院食品科学与生物工程学院，天津 300384；2.天津市农副产品深加工技术工程中心，天津 300384）

珍珠油杏，也称石匣珍珠杏，属实生杏变异品种，具有果肉离核、核光滑、核壳薄、种仁饱满、香甜清香等特点，营养丰富，极易加工，出仁率42%。杏仁含有丰富的单不饱和脂肪酸，有益于心脏健康；含有VE等抗氧化物质，能预防疾病和早衰；并含有丰富的蛋白质等营养物质[1-2]，具有润肺、止咳、滑肠等功效。试验以珍珠油杏杏仁为原料研制蛋白饮料，既保留珍珠油杏杏仁的风味，又具有丰富营养价值，旨在对珍珠油杏进行综合利用与研究，以促进珍珠油杏综合加工产业的发展。

超高压灭菌技术是一种非热加工技术，目前饮料的灭菌多应用高温或超高温瞬时灭菌技术，在灭菌过程中营养成分会遭到破坏，低小分子物质发生变化，产生异臭物质，影响饮料的风味[3]。超高压杀菌具有灭菌均匀、瞬时、高效性等特点，可以克服热杀菌与化学杀菌的不足之处，而且不会使物料温度升高，所以超高压处理能较好地保持蛋白饮料的色泽、风味、营养成分，符合现代食品“天然、营养、安全”的发展方向，能满足消费者对“天然、健康”食品的需求，已经成为食品行业中的一项关键技术。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

珍珠油杏，扎鲁特旗神山杏现代农业有限公司提供；白砂糖，市售；稳定剂（聚甘油脂肪酸酯、碳酸氢钠、柠檬酸），市售，食品级。

1.2 仪器与设备

UV-1200型紫外可见分光光度计，上海美谱仪器有限公司产品；EX224型分析天平，青岛中和恒信电子有限公司产品；JJ-2B型打浆机，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司产品；YJGY-70-80型均质机，天津市特思达食品科技有限公司产品；离心机；超高压灭菌设备；热封口机。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

原料预处理→浸泡→脱皮→粗磨→细磨→过滤→调配→均质→脱气→热灌装→杀菌冷却→成品。

1.3.2 操作要点

（1） 原料要求。选择颗粒饱满、无腐烂变质、无虫蛀的珍珠油杏杏仁。

（2）去皮。采用常温浸泡去皮，制成的产品香味浓郁、色泽乳白，乳化能力较好[4]。

（3）浸泡。为了提高蛋白质的提取率，同时便于后续的磨浆，需将杏仁用3倍的纯净水浸泡10 h，使果仁充分吸水，组织软化。

（4）磨浆。浸泡后用打浆机打浆，加水量为杏仁质量的8倍，再经胶体磨细磨3遍，使料液颗粒细微化。

（5）过滤。采用3层纱布进行过滤，分离浆渣，去除料液中大颗粒杏渣，使产品口感更加细腻。

（6）调配。为了得到最佳的风味，需要添加白砂糖，并搅拌均匀，白砂糖添加量为蛋白饮料的8%。

（7） 均质。杏仁蛋白饮料含有蛋白质、脂肪、盐类等多种成分，在加工过程中极易发生脂肪上浮和蛋白质沉淀的现象。由于含脂肪量较高，以均质压力40 MPa，均质2次。

（8）装袋密封、杀菌。将均质的珍珠油杏蛋白饮料立即灌装到真空袋中，排气密封，在500 MPa，5 min条件下杀菌。

1.3.3 稳定剂的选择

采用响应面设计试验，运用Box-Behnken的中心组合试验设计法，以聚甘油脂肪酸酯添加量、碳酸氢钠添加量、柠檬酸添加量为自变量，以稳定系数为响应值进行三因素三水平的响应面分析试验，优化稳定剂的选择。

Box-Behnken设计水平编码见表1。

表1 Box-Behnken设计水平编码 /%

1.3.4 稳定性的测定[5]

饮料稳定性的判定指标是稳定系数测定（R），具体操作方法是在刻度离心管中准确加入饮料40 mL，用离心分离机以4 200 r/min转速离心15 min，取上清液稀释100倍后，用紫外分光光度计测吸光度A2，与离心前吸光度A1的比即为稳定系数R，计算公式为：

根据此公式，R值越大（极限为1），饮料越稳定，保存性越好。

1.3.5 数据处理

采用Design Expert 8.0.6.1和SAS 8.0软件对试验数据进行处理。

2 结果与分析

2.1 Box-Behnken试验设计及结果

杏仁饮料属植物蛋白饮料，关键要选择好稳定剂及其配比，以聚甘油脂肪酸酯添加量、碳酸氢钠添加量、柠檬酸添加量为自变量，选择稳定系数作为响应值，进行响应面优化试验。

响应面试验设计及结果见表2。

表2 响应面试验设计及结果

2.2 珍珠油杏蛋白饮料稳定系数模型的建立与分析

采用Design Expert 8.0.6.1软件对表2中的数据进行多元回归分析，得到珍珠油杏蛋白饮料复合稳定剂的各因素变量的二次回归方程为：

通过SAS 8.0软件对表2进行二次响应面回归分析，得到多元二次响应面回归方程的决定系数R2=0.993 5，表明99.35%的数据可以用此方程解释。

方差分析见表3。

从表3方差分析可以得出，模型p＜0.001，说明所建立模型达到极显著水平，失拟项p=0.062 3＞0.05，不显著，说明试验的误差很小[6]；回归方程的一次项和二次项显著，说明各具体因素对响应值的影响不是简单的一次线性关系；交互项极其显著，因此说明各因素之间的交互作用很好，整个响应面基于各因素间的交互作用构成。综上所述，所建回归模型是合理的，可以用此模型来分析复合稳定剂对珍珠油杏蛋白饮料稳定性的影响。

表3 方差分析

试验表明，柠檬酸对珍珠油杏蛋白饮料稳定性影响较大，聚甘油脂肪酸酯次之，碳酸氢钠较小。

2.3 响应面交互作用分析

聚甘油脂肪酸酯与碳酸氢钠对蛋白饮料稳定性影响的响应面见图1，聚甘油脂肪酸酯与柠檬酸对蛋白饮料稳定性影响的响应面见图2，碳酸氢钠与柠檬酸对蛋白饮料稳定性影响的响应面见图3。

图1 聚甘油脂肪酸酯与碳酸氢钠对珍珠油杏蛋白饮料稳定性影响的响应面

图1 ～图3是根据回归方程作出的响应曲面，根据拟合响应面的形状分析各自变量对珍珠油杏蛋白饮料稳定性的影响。由图1可知，随着聚甘油脂肪酸酯与碳酸氢钠添加量的增加，饮料稳定性逐渐增大，但达到一定程度后增加幅度明显变缓，方差分析结果表明，聚甘油脂肪酸酯与碳酸氢钠的交互作用对珍珠油杏蛋白饮料的稳定性的影响极显著（p＜0.01）。由图2可知，随着聚甘油脂肪酸酯与柠檬酸添加量的增加，饮料稳定性增大，方差分析结果表明，这2个因素的交互作用对珍珠油杏蛋白饮料稳定性的影响极显著（p＜0.01）。由图3可知，随着碳酸氢钠和柠檬酸添加量的增加，饮料稳定性逐渐增大，但二者交互作用对珍珠油杏蛋白饮料的稳定性影响不显著[7-8]。

图2 聚甘油脂肪酸酯与柠檬酸对珍珠油杏蛋白饮料稳定性影响的响应面

图3 碳酸氢钠与柠檬酸对珍珠油杏蛋白饮料稳定性影响的响应面

由响应面、等高线图及回归方程分析可知，珍珠油杏蛋白饮料稳定剂最佳配比为聚甘油脂肪酸酯添加量0.38%，碳酸氢钠添加量0.36%，柠檬酸添加量0.05%；按上述优化条件做验证试验，制备珍珠油杏蛋白饮料的稳定系数为0.935。

3 结论

利用响应面设计对珍珠油杏蛋白饮料的研制工艺进行优化。试验结果表明，杏仁与水之比为1∶8；白砂糖添加量8%；复合稳定剂的配比是聚甘油脂肪酸酯添加量0.38%，碳酸氢钠添加量0.36%，柠檬酸添加量0.05%；最佳均质条件为40 MPa；超高压杀菌条件为500 MPa，5 min。在该试验条件下，制得的珍珠油杏蛋白饮料稳定性最佳。回归分析表明，利用响应面分析法对蛋白饮料研制工艺优化获得的工艺参数合理。试验得到的珍珠油杏蛋白饮料色泽乳白、口感细腻、状态均匀、稳定性佳，为其工厂化生产提供了理论基础。

参考文献：

[1]杨春，卢健鸣，梁霞，等.杏仁的营养价值与开发利用 [J].山西食品工业，1999（2）：23-25.

[2]李淑芳，陈晓明，郭意如.杏仁的营养成分与功能因子 [J].农产品加工，2004（11）：23-24.

[3]赵玉生，赵俊芳.食品工业中超高压灭菌技术 [J].粮食与油脂，2006（2）：25-26.

[4]刘忆冬，魏长庆，单春会.小白杏杏仁植物蛋白饮料的研制 [J].安徽农业科学，2008，36（8）：3 354-3 355.

[5]李芳，孔令明，杨清香，等.巴旦杏蛋白饮料的工艺优化及其稳定性研究 [J].现代食品科技，2009，25（7）：786-789.

[6]韩扬，何聪芬，董银卯，等.响应面法优化超声波辅助酶法制备燕麦ACE抑制肽的工艺研究 [J].食品科学2009，30 （22）：44-49.

[7]徐莉落，石彦国，秦可欣，等.响应面法优化灵芝菌株产β-葡萄糖苷酶液体发酵培养基的研究[J].农产品加工，2016（8）：6-9，12.

[8]贺可，谷瑞瑞，吴小平，等.响应面分析法优化新鲜树莓浆酶解工艺 [J].保鲜与加工2017，17（5）：52-56.◇