响应面优化香蕉皮营养果冻工艺

刘晓伟，王静静，潘路路，刘何艳，赵俊杰

（长垣烹饪职业技术学院，河南 新乡 453400）

香蕉皮占果实质量的35%左右[1]，含有大量的低聚糖、果胶、纤维素、木质素、半纤维素等多种纤维素[2]，同时香蕉皮中还含有 Ca、Mg、Fe、Zn 等多种矿物质[3-8]。庹新兰等[9]发现，香蕉皮提取物可有效诱导癌细胞凋亡。赵肃清等[10]研究证明：香蕉皮黑色素有显著的抗氧化作用。香蕉皮还具有止烦渴、通血脉、消炎、增精髓等功效，香蕉皮中的香蕉素对真菌和细菌具有抑制作用[11]。目前，有关香蕉果肉的食品工艺研究比较多[12-15]，但是对同样具有营养和保健功能的香蕉皮的食品加工工艺研究还比较少见。为了提高果冻的营养价值[16]，本文尝试加入香蕉皮制作香蕉皮营养果冻，在丰富果冻品种的同时，实现对香蕉皮的综合利用。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

香蕉、白砂糖，购于当地万德隆购物广场；卡拉胶、黄原胶、羧甲基纤维素钠（CMC）、抗坏血酸，均为江苏祥晟生物科技有限公司生产的食品级添加剂。

1.1.2 仪器与设备

JJ-2B型组织捣碎机，PHS-3C型酸度计，FA1204B(M)型电子分析天平，SW-CJ-2D型超净工作台，XFH-50MA型灭菌锅，HZ-100型夹层锅，A02型灌装机，BG-40A型压模封口机，过滤袋（120目）。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 操作要点

将香蕉皮洗干净、切块、漂烫处理，按照预试验的添加比例称取一定量的香蕉皮，加入蒸馏水后，用组织捣碎机高速打碎，使香蕉皮和水混合均匀、混合浆组织细腻为止。按照试验方案将称量好的卡拉胶、黄原胶和CMC倒入事先加入200 mL蒸馏水的烧杯（500 mL）中，充分混匀后在电热炉上进行加热，于70℃条件下持续搅拌15 min，使混合胶充分溶胀。将白砂糖和香蕉皮浆加入至溶解好的混合胶中，浓缩至300 mL，经过滤袋后进行灌装和封口，在80～90℃下杀菌处理10～15 min，最后进行冷却定型。

1.2.3 单因素试验设计

1.2.3.1 复合凝胶比例的确定

在香蕉皮添加量10%、复合凝胶剂添加量1.6%、白砂糖添加量16%条件下，卡拉胶、黄原胶和CMC复合比例（1∶1∶3、1∶2∶2、1∶3∶1、2∶1∶2、2∶2∶1、3∶1∶1）对果冻感官品质的影响，确定复合凝胶比例。

1.2.3.2 香蕉皮添加量的确定

在复合凝胶剂添加量1.6%、卡拉胶∶黄原胶∶CMC=2∶2∶1、白砂糖添加量16%条件下，研究香蕉皮添加量（6%、8%、10%、12%、14%）对果冻感官品质的影响，确定香蕉皮添加量。

1.2.3.3 复合凝胶添加量的确定

在香蕉皮添加量 10%、卡拉胶∶黄原胶∶CMC=2∶2∶1、白砂糖添加量16%条件下，研究复合凝胶剂添加量（1.0%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%）对果冻感官品质的影响，确定复合凝胶添加量。

1.2.3.4 白砂糖用量的确定

在香蕉皮添加量为10%、复合凝胶剂添加量1.6%、卡拉胶∶黄原胶∶CMC=2∶2∶1 条件下， 研究白砂糖添加量（10%、12%、14%、16%、18%、20%）对果冻感官品质的影响，确定白砂糖用量。

1.2.4 响应面优化试验设计

在单因素试验基础上，选择香蕉皮添加量、复合凝胶剂添加量、白砂糖添加量为影响香蕉皮果冻感官品质的主要因素，然后采用Box-Behnken模型进行响应面优化设计，试验因素水平与自变量因素编码见表1。

表1 试验自变量因素水平表Table 1 Factors and levels of the experiment %

1.2.5 香蕉皮营养果冻感官品质评价标准

由食品工程系挑选15名学生与5名教师组成感官品质评定小组，对香蕉皮营养果冻的色泽（20分）、口感（30分）、风味（20分）、组织形态（30分）4个方面进行感官评定，按照百分制进行打分，并对结果取平均值（保留整数）。香蕉皮营养果冻感官品质评分标准见表2。

表2 香蕉皮营养果冻产品感官评价标准Table 2 Sensory evaluation standards of banana skin nutritional jelly

1.2.6 数据处理

采用Microsoft Excel 97-2003进行数据处理和分析，通过方差分析，采用Design-Epert 8.0.6.1软件进行试验设计、数据分析和二次模型建立，回归方程分析和响应面分析得到了最佳因子水平，用F值考察模型和因子的显著性（P＜0.05）。所有试验重复3次，结果取平均值。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 复合凝胶剂配比的确定

由图1可以看出，复合凝胶剂（卡拉胶、黄原胶和CMC）的不同配比对香蕉皮营养果冻感官品质有影响。当卡拉胶、黄原胶和CMC的比例为2∶2∶1时，产品的感官评分最高。因此，确定后续的试验选用卡拉胶、黄原胶和 CMC 的比例为 2∶2∶1。

图1 复合凝胶剂比例对果冻感官品质的影响Fig.1 Effect of proportion of complex gels on sensory quality of jelly

2.1.2 香蕉皮添加量的确定

适当的原料添加量会使果冻具有诱人的外观和特有的风味。由图2可以看出，香蕉皮添加量对产品的整体感官品质评分有显著影响（P＜0.05），随着香蕉皮添加量的增加，果冻的感官得分呈先升高后降低的趋势。当香蕉皮添加量为10%时，果冻的感官得分最高，为87分。当香蕉皮添加量小于10%时，产品的色泽和风味不佳；当香蕉皮添加量大于10%时，影响产品的质地和颜色。因此，确定香蕉皮添加量8%、10%、12%进行后续响应面优化试验。

图2 香蕉皮添加量对果冻感官品质的影响Fig.2 Effect of adding amount of banana skin on sensory quality of jelly

2.1.3 复合凝胶剂添加量的确定

由图3可见，复合胶添加量对产品的感官评分有显著影响（P＜0.05）。随着复合凝胶剂添加量的增大，产品的感官得分不断升高；当复合胶添加量加入量为1.6%时，产品的感官评分最高，为89分；继续增加复合凝胶剂添加量，产品的感官得分反而降低。因此，确定选择复合凝胶剂添加量1.4%、1.6%、1.8%进行后续响应面优化试验。

图3 复合凝胶剂添加量对果冻感官品质的影响Fig.3 Effect of adding amount of complex gels addition on sensory quality of jelly

2.1.4 白砂糖添加量的确定

加入一定量的白砂糖可显著改善复合胶的口感。由图4可以看出，随着白砂糖添加量的增加，产品的感官评分呈先升高后降低的趋势。当白砂糖添加量为16%时，产品的感官品质最优。因此，确定选择白砂糖添加量12%、16%、20%进行后续响应面优化试验。

图4 白砂糖添加量对果冻感官品质的影响Fig.4 Effect of adding amount of white sugar on sensory quality of jelly

2.2 响应面法优化香蕉皮营养果冻工艺试验结果

2.2.1 响应面回归模型的建立与分析

根据Box-Behnken设计原则，在上述单因素试验结果的基础上，选择以香蕉皮添加量、复合凝胶添加量和白砂糖添加量作为自变量，感官评分作为响应值设计试验。试验设计与结果如表3所示。

表3 Box-Behnken试验设计与结果Table 3 Design and results of Box-Behnken

采用Design-Expert 8.0.6.1软件对响应面试验结果进行回归拟合，得到香蕉皮果冻感官得分与香蕉皮添加量（A）、复合凝胶剂添加量（B）和白砂糖添加量（C）的回归方程：Y=92.40+2.13A-1.63B-2.25C-6.00AB+4.75AC-9.75BC-8.20A2-14.20B2-6.45C2。

由表4可以看出，回归模型的P值小于0.000 1，说明该模型的回归效果极显著；模型的决定系数R2＝0.997 0，说明利用该模型预测的数值与实际情况拟合良好；模型的校正系数，说明该模型能够解释99.32%的响应值变化，符合要求；失拟项P=0.060 7＞0.05，符合模型要求，该试验得到的二次回归方程能用于香蕉皮果冻感官品质判定。

表4显示：一次项A、B、C均达到极显著水平（P＜0.01）；由F值可以看到，三因素中对香蕉皮果冻感官品质影响顺序是C＞A＞B；二次项中A2、B2、C2和交互项AB、AC、BC的P值均小于0.01，说明这几个因素对香蕉皮果冻感官品质的影响不是简单的线性关系，模型响应面响应值极显著（P＜0.01）。

表4 回归模型方差分析Table 4 Variance analysis for regression model

2.2.2 响应面交互作用分析

根据回归方程得出各因素交互作用对香蕉皮营养果冻感官得分影响的响应面图，见图5～7。

由图5可见，当白砂糖添加量一定时，香蕉皮营养果冻的感官得分先随着香蕉皮质量分数的增加影响突出，达到最大值后降低，香蕉皮添加量与复配凝胶剂添加量交互作用极显著。当香蕉皮添加量为10%左右、复配凝胶剂添加量为1.6%左右时，产品的感官得分达到最大值。香蕉皮添加量和复配凝胶剂添加量的交互作用对果冻感官品质得分的影响主要反映在组织形态上，香蕉皮中一些离子可能会影响果冻的凝胶结构，当二者添加量适宜时才能得到最佳效果。

图5 香蕉皮添加量与复合凝胶剂添加量交互作用对果冻感官得分影响的响应面图Fig.5 Response surface diagram of effect of interaction between banana peel addition and compound gel addition on sensory score of jelly

图6 香蕉皮添加量与白砂糖添加量交互作用对果冻感官得分影响的响应面图Fig.6 Response surface diagram of effect of interaction between banana peel addition and white sugar addition on sensory score of jelly

图7 复合凝胶剂添加量与白砂糖添加量交互作用对果冻感官得分影响的响应面图Fig.7 Response surface diagram of effect of interaction between compound gel addition and white granulated sugar addition on the sensory score of jelly

由图6可见，随着香蕉皮添加量与白砂糖添加量的增加，香蕉皮营养果冻的感官得分先缓慢增加，达到最高值后迅速降低，香蕉皮添加量与白砂糖添加量交互作用极显著。当复配凝胶剂添加量一定时，香蕉皮添加量为10%左右，白砂糖添加量为16%左右时，产品的感官得分达到最大值。

由图7可见，随着复配凝胶剂添加量与白砂糖添加量的增加，香蕉皮营养果冻的感官得分先增高，起初感官得分受复合凝胶剂质量分数影响较大，后期产品感官品质受白砂糖质量分数影响更突出，复配凝胶剂添加量与白砂糖添加量交互作用极显著。当香蕉皮添加量一定时，复配凝胶剂添加量为1.6%左右，白砂糖添加量为16%左右时，产品的感官得分达到最大值。

2.3 工艺参数优化及验证试验

根据回归分析结果及响应面分析，得到香蕉皮营养果冻的最佳工艺条件为：香蕉皮添加量10.25%，复合凝胶剂添加量1.59%，白砂糖添加量15.64%，在此条件下的果冻感官得分理论值为92.67分。根据实际情况，将工艺条件调整为：香蕉皮添加量10%，复合凝胶剂添加量1.6%，白砂糖添加量16%，在此条件下，平行试验三次，果冻的感官得分均值是93分，说明采用响应面优化试验是可靠的。

3 结论

在单因素试验的基础上，以香蕉皮果冻感官品质为响应值，通过响应面法优化香蕉皮果冻工艺参数，最终得到香蕉皮营养果冻最优工艺为：香蕉皮添加量10%，复合凝胶剂添加量1.6%（卡拉胶∶黄原胶∶CMC=2∶2∶1），白砂糖添加量 16%，产品感官得分为 93 分，该产品质地均匀，弹性足，酸甜适宜，色泽诱人。