采用星点设计-效应面优化五汁饮的制备工艺

游宇，张玉蝶，罗林*，汪守月，蒋佳洛，陈大义

1. 成都中医药大学（成都 611137）；2. 四川护理职业学院（成都 610000）

五汁饮出自清代吴鞠通的《温病条辨》：“太阴温病，口渴甚者，雪梨浆沃之，吐白沫不快者，五汁饮沃之”“但热不寒，或微寒多热，舌干口渴，此乃阴气先伤，阳气独发，名日瘅疟，五汁饮主之”，是温病伤阴的甘寒救液名方[1-3]。其具有清热生津、除烦止渴的功效，其以鲜藕、鲜荸荠、鲜麦冬、鲜梨和鲜芦根为原料，试验采用单因素试验和星点设计-效应面优化五汁饮的最佳配比，同时优化其澄清工艺，为五汁饮的进一步开发应用提供理论依据。

1 材料与仪器

1.1 材料

皇冠梨、藕、荸荠（产于安徽）；芦根（产于河南南阳）；麦冬（四川绵阳）；维生素C片（国药准字H42020614，华中药业股份有限公司）；果胶酶（酶活力50 000 U/g，食品级，购于和氏璧生物科技有限公司）；蒸馏水。

1.2 仪器与设备

C 21-SDHCB 16超薄电磁炉（浙江苏泊尔股份有限公司）；L2s可见分光光度计（上海仪电分析仪器有限公司制造）；SHZ-D(III)循环水式真空泵（巩义市予华仪器有限责任公司）；SF-TDL-6 A台式低速离心机（上海菲恰尔分析仪器有限公司）；JD 300-3电子天平（沈阳龙腾电子有限公司）；GZX-GF 101-2-BS-II/H电热恒温鼓风干燥箱（上海跃进医疗器械有限公司）；DZKW-S-4电热恒温水浴锅（北京市永光明医疗仪器有限公司）；JJ-2组织捣碎机（江苏正基仪器有限公司）；TU-1810紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）。

2 试验方法

2.1 因素水平筛选

以梨、藕、麦冬、荸荠和芦根添加量为考察因素，在单因素试验的基础上，采用星点设计-效应面优化法（CCD-RSM）优化五汁饮配方[4-9]，以感官评定为评价指标，对不同原料配比的五汁饮进行优化筛选。因素代码水平及对应物理量见表1。

2.2 感官评定标准

选取21位经过训练的人员形成感官评定小组，对五汁饮进行感官评定，根据色泽、气味、组织状态、口感四个方面进行感官评分，满分100分。感官评定标准见表2。

表1 因素的代码水平以及对应的物理量

表2 五汁饮感官评定标准

2.3 五汁饮的澄清工艺考察

2.3.1 五汁饮最适波长的测定

不同的色素都有其特定的最大吸收波长和透光波长，其中特定色素的最大透光率可以作为该种果汁澄清度的一种衡量指标[4]。以蒸馏水作空白对照，用TU-1810型紫外可见分光光度计扫描该样品，可得到在200～800 nm波长范围内的光谱扫描曲线。同时用L2s可见分光光度计手动扫描该样品，可获得在400～800 nm波长范围内的透光率。

2.3.2 果胶酶对五汁饮澄清效果的影响[7]

以果胶酶添加量、酶解时间和酶解温度为考察因素，以溶液透光度为指标，在单因素试验的基础上，采用正交试验L9(34)来确定五汁饮的澄清工艺，正交试验因素水平表见表3。

表3 正交试验因素与水平表

3 试验结果

3.1 五汁饮配方的单因素试验结果

3.1.1 藕添加量的确定

芦根10 g、麦冬10 g、梨10 g、荸荠10 g，藕添加量分别为10，20，30和40 g，以感官评分为考察指标，确定藕的最佳添加量，藕添加量对五汁饮的感官品质的影响见图1。由图1可知，当藕添加量较小时，五汁饮味道较淡，口感价差；当藕添加量较大时，饮料生涩味较重，带来不愉悦感，饮料易氧化。当藕添加量为30 g时，口味协调，生涩味较轻。溶液呈淡黄色，感官评分最高。

图1 藕对五汁饮品质的影响

3.1.2 荸荠添加量的确定

芦根10 g、麦冬10 g、梨10 g、藕10 g，荸荠添加量分别为10，30，50和70 g，以感官评分为考察指标，确定荸荠的最佳添加量，荸荠添加量对五汁饮的感官品质的影响见图2。如图2所示，当荸荠添加量较小时，饮料颜色较淡，果味不足，甜味偏淡；当荸荠添加量较大时，生涩感较重，甜度偏重，口感不佳。当荸荠添加量为50 g时，饮料颜色淡黄色，生涩感较轻，口感较协调，感官评分最高。

图2 荸荠对五汁饮品质的影响

3.1.3 麦冬添加量的确定

芦根10 g、荸荠10 g、梨10 g、藕10 g，麦冬添加量分别为5，8和10 g，以感官评分为考察指标，确定麦冬的最佳添加量，麦冬添加量对五汁饮的感官品质的影响见图3。如图3所示，当麦冬添加量较小时，饮料香味偏淡，口感一般；当麦冬添加量较大时，饮料香味浓郁，给人不愉快感。当麦冬添加量为8 g时，饮料带有愉悦麦冬香气，口味较协调，感官评分最高。

3.1.4 梨添加量的确定

芦根10 g、荸荠10 g、麦冬10 g、藕10 g，梨添加量分别为10，30，50和70 g，以感官评分为考察指标，确定梨的最佳添加量，梨添加量对五汁饮的感官品质的影响见图4。如图4所示，当梨添加量较少时，饮料甜味偏淡，果味偏淡；当梨添加量较多时，饮料甜味偏重，易于氧化，溶液颜色呈黄褐色。当梨添加量为50 g时，饮料甜味适宜，有淡淡果味香气，口味较协调，颜色呈淡黄色，感官评分最高。

图3 麦冬对五汁饮品质的影响

图4 梨对五汁饮品质的影响

3.1.5 芦根添加量的确定

梨10 g、荸荠10 g、麦冬10 g、藕10 g，芦根添加量分别为5，8，10和15 g，以感官评分为考察指标，确定芦根的最佳添加量，芦根添加量对五汁饮的感官品质的影响见图5。如图5所示，五汁饮感官评分随芦根添加量的增加有上升的趋势，但整体变化不大。芦根质坚硬、榨汁不便，选择煎煮浓缩方法进行有效成分的提取，其对五汁饮感官品质影响不大，从经济成本的角度考虑，选择8 g作为最佳芦根添加量。

图5 芦根对五汁饮品质的影响

3.2 星点设计-效应面优化法试验结果

采用Design-Expert 8.05进行混料设计，试验设计方案和结果见表4。利用表4的数据进行响应面分析，以感官评分（Y）为响应值分别对各因素（A，B，C，D）进行多元线性回归和二项式方程拟合，拟合模型：Y=72.88+0.19A+0.86B-1.63C+1.58D。对模型进行方差分析，结果见表5。

结果如表5所示，五汁饮感官评分模型的p＜0.05，具有显著性差异。且模型失拟项＞0.05，表示模型预测值与实际值差异不显著，模型选择合理，模型可靠。回归方程中各因素系数可直接反映各试验因子对指标值的影响程度，F值越大，表示该试验因素越重要。通过分析可得，五汁饮原料配比的因素显著性顺序为：麦冬＞梨＞荸荠＞藕。配方的最佳条件组合为：藕20 g、荸荠30 g、麦冬5 g、梨70 g、芦根8 g。原料配比的等高线及曲面图见图6。

表4 星点设计-效应面优化法试验设计及结果

表5 回归模型方差分析

图6 原料配比的等高线及曲面图

3.3 果胶酶单因素考察试验结果

3.3.1 五汁饮最大透光率的确定

以蒸馏水作空白对照，用TU-1810型紫外可见分光光度计扫描样品，五汁饮在波长为328 nm处有最大吸光度，并随着波长的增大其吸光度降低。根据吸光度与透光率成反比关系可以得出，样品的透光率随着波长的增大而不断增大。利用L2s型可见分光光度计验证，通过手动扫描的方式测定样品的透光率并绘制成曲线，结果见图7。与上述光谱扫描曲线相符。因此在可见光范围内选择680 nm作为测定五汁饮透光率波长是有意义的。

3.3.2 果胶酶添加量的确定

在基础配方中分别添加0，0.02%，0.04%，0.06%，0.08%，0.10%，0.12%，0.14%，0.16%，0.18%，0.20%，0.22%和0.24%的果胶酶溶液，在50 ℃水浴锅中静置1.5 h后，取上清液测定其透光率。不同果胶酶添加量对五汁饮透光度的影响见图8。如图8所示，当果胶酶添加量小于0.20%时，透光率随果胶酶添加量的增加而增大；当果胶酶添加量大于0.20%时，继续添加果胶酶，五汁饮透光率增加不明显。当果胶酶添加量为0.20%时，透光度最大，因此选择果胶酶添加量0.16%，0.20%和0.24%作为正交试验的3个水平。

图7 五汁饮的透光率曲线

3.3.3 酶解温度的确定

在基础配方中添加0.20%果胶酶溶液，分别在30，40，50和60 ℃水浴锅中静置120 min后，取上清液测定其透光率。不同酶解时间对五汁饮透光度的影响见图9。

如图9所示，当酶解温度小于50 ℃时，透光度随酶解温度的增加而增大；当酶解温度大于50 ℃时，透光度随酶解温度的增加而降低。当酶解温度为50 ℃时，透光度最大，因此选择45，50和55 ℃作为正交试验的3个水平。

图9 果胶酶酶解温度对五汁饮澄清效果的影响

3.3.4 酶解时间的确定

在基础配方中添加0.20%果胶酶溶液，分别在50℃水浴锅中静置40，60，80，100，120，150和180 min后，取上清液测定其透光率。不同酶解温度对五汁饮透光度的影响见图10。如图10所示，透光率随着酶解时间的增加而增大，当酶解时间大于120 min后，透光率有下降的趋势；果胶酶最适酶解时间为120 min，透光度最大。因此选择酶解时间90，120和150 min作为正交试验的3个水平。

图10 果胶酶酶解时间对五汁饮澄清效果的影响

3.3.5 果胶酶正交试验结果

在单因素试验的基础上，以果胶酶添加量、酶解温度、酶解时间为主要影响因素，五汁饮澄清效果的正交试验结果见表6。

由表6可知，影响五汁饮澄清效果的各因素主次顺序为C＞B＞A，即酶解温度＞酶解时间＞果胶酶添加量。正交试验最佳组合为A2B3C3，而透光度最高的组合A2B2C3，为对其进行验证试验，验证试验结果见表7。

表6 果胶酶正交试验设计与结果

由表7可知，A2B3C3和A2B2C3的透光度分别为98.6%和97.1%。五汁饮澄清效果最好的组合为A2B3C3，即果胶酶添加量为0.20%，酶解温度为55 ℃，酶解时间为150 min。

表7 验证试验

4 结论与讨论

通过单因素试验和星点设计-效应面优化法，确定了五汁饮最佳配方：藕20 g、荸荠30 g、麦冬5 g、梨70 g、芦根8 g。在此配方条件下加工制得的饮料呈淡黄色，溶液透明、无沉淀，有淡淡果香与麦冬清香，口味协调，酸甜适宜，口感最佳。通过单因素试验和正交试验，确定了五汁饮澄清试验的最佳工艺：果胶酶添加量为0.20%，酶解温度为55 ℃，酶解时间为150 min。在此澄清工艺下制得的五汁饮透光度为98.6%。

为了尽可能遵循原方记载，试验工艺中五种原料以鲜品为宜，但在实际操作过程中，购买的鲜芦根不易直接榨汁粉碎，以煎煮后混合，通过考察对原方口感影响不大；同时五种原料中淀粉含量较高，在澄清剂选择过程中考察了果胶酶和壳聚糖等常用澄清剂，因两者同时进行单因素试验过程中，以壳聚糖为澄清剂时，测定的透光率不稳定，因此选择果胶酶进行考察。

五种原料以鲜品入药，而五种原料的季节性较强，对比了低温保存后的原料口感和当季时的感官评定，结果表明存在一定的差异，可能会影响工艺的稳定行，试验将进一步开展五汁饮稳定剂和灭菌条件的考察以及冻干粉的研究，为进一步完善五汁饮开发奠定基础。