响应面法优化琯溪红肉蜜柚果酱配方设计

刘静娜，庄远红，刘攀

（闽南师范大学生物科学与技术学院，福建漳州363000）

琯溪红肉蜜柚是由福建省农科院果树研究所及漳州市平和县农业局于1998 年在平和琯溪蜜柚园中发现的芽变株系培育而成的，与普通柚子相比，主要不同之处在于，其果肉色泽紫红，果大无核，多汁柔软，酸甜可口。琯溪红肉蜜柚具有很高的营养价值，不仅含有普通柚子所具有的糖类、有机酸、维生素和磷、钾、钙等矿物质[1]，还含有天然色素等具有保健作用的成分。红肉蜜柚果肉中富含的番茄红素和β-胡萝卜素是蜜柚呈现紫红色的原因[2]，具有抗氧化作用，有助于清除人体内的自由基，能起到提高免疫力、延缓衰老的作用[3]。红肉蜜柚具有很强的季节性和地域性，耐贮藏能力差。以鲜食为主的市场现状，导致每年都有大量次果以超低价出售或干脆被废弃，造成严重的资源浪费及环境污染。因此加大红肉蜜柚产品开发程度对于提高产业附加值具有深远意义。但目前以红柚为原料的产品及相关报道并不多，主要涉及果酒[4]、饮料[5]、果汁[6]、果粉[7]、果冻[8]等。

果酱是一种常见的水果制品，能促进消化，增强食欲，不仅可直接食用如用于涂抹面包、装裱糕点、制作沙拉等，还可以作为原辅料用于果冻[9]、果丹皮等产品的加工。在果酱制作过程中，甜味剂、酸味剂以及增稠剂等食品添加剂的选择和使用是影响产品口感和稳定性的主要因素，如多种增稠剂对果酱硬度、黏聚性、组织状态和感官评价值都有重要影响[10]，而选择合适的种类进行复配使用效果更佳[11]。目前尚未有关于红肉蜜柚果酱的报道，因此本研究选用琯溪红肉蜜柚为原料研制果酱，探讨配料的配比对产品品质的影响，以期为红肉蜜柚深加工提供一种途径，为工业化生产红肉蜜柚果酱提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

琯溪红肉蜜柚、白砂糖：市售；柠檬酸：食品级，山东潍坊昌乐有限公司；琼脂：食品级，福建省绿麒食品胶体有限公司；β-环糊精：食品级，孟州市华兴生物化工有限责任公司。

1.2 试验仪器

CT3-10K 质构仪：美国Brookfleld 公司；JJ-2 组织破碎机：金坛市国旺实验仪器厂；FR224CN 型电子天平：奥豪斯仪器（上海）有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 红肉蜜柚果酱生产工艺流程

柚果挑选→清洗、沥干→去皮、去囊衣→打浆→调配→浓缩→装瓶、封盖→杀菌→冷却检查→成品

挑选充分成熟、柚香浓郁、优质无霉变的琯溪红肉蜜柚为原料，在0.1%氯化钠溶液中刷洗后清水洗净以免污染果肉，去皮、分离囊瓣，酸碱浸泡法去囊衣，即在25 ℃下先用1%的HCl 溶液将囊瓣浸泡30 min左右，然后用清水漂洗至中性后再于50 ℃下用1%的NaOH 溶液浸泡至囊衣去除干净后，最后再用清水漂洗干净。果肉于组织破碎机中打浆2 min，纱布过滤后分别取100 g 果浆加入一定量的白砂糖、柠檬酸、琼脂和β-环糊精，搅拌均匀后于60 ℃加热熬煮进行浓缩，固形物含量达到40 %后迅速趁热装入已经过清洗消毒并烘干的100 mL 玻璃瓶中（玻璃瓶温度保持在40 ℃左右），封盖后置于100 ℃沸水中杀菌15 min，再逐级降温直至25 ℃，冷藏。

1.3.2 单因素试验

以100 g 果浆为计算基准，分别取白砂糖添加量为30%、40%、50%、60%、70%，柠檬酸添加量为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，琼脂添加量为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，β-环糊精添加量为0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%进行单因素试验，以感官评分和质构特性为指标，探讨白砂糖和3 种添加剂的添加量对果酱品质的影响。

1.3.3 响应面试验

根据单因素试验结果，选取白砂糖添加量、柠檬酸添加量、琼脂添加量和β-环糊精添加量4 个因素为自变量，以感官评分值为响应值，根据Box-Behnken中心组合设计原理，设计响应面分析试验，确定琯溪红肉蜜柚果酱的最佳配方设计，试验因素水平设置见表1。

表1 试验因素水平编码表Table 1 Encode table of factors and levels

1.3.4 感官评价

参考文献[12]并结合具体产品制定感官评价标准，对果酱从组织状态、口感、香味、色泽及涂抹性5 个方面进行综合评价，样品提供给15 名食品专业品评师，进行打分，取平均分作为感官评分。感官评分标准见表2。

表2 红肉蜜柚果酱感官评分标准Table 2 Standards for sensory evaluation of red flesh pomelo jam

1.3.5 质构特性测定

果酱的质构采用直径12.7 mm、长度35 mm、圆柱状的TA10 探头。测试距离为10 mm，触发点负载为0.2 g，循环次数为2，测试速度为1.0 mm/s，返回速度为1.0 mm/s，测试参数为黏力、黏性、内聚性、胶着性。

1.3.6 数据处理

响应面试验采用Design-Expert V8.0.6 软件进行Box-Behnken 中心组合试验设计及后续数据分析处理。所有试验均进行3 次平行试验，试验数据以means±SD 表示。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 白砂糖添加量对果酱品质的影响

固定柠檬酸添加量为0.3%（以100 g 果浆计，下同），琼脂添加量为0.3%，β-环糊精添加量为0.7%，分别取白砂糖添加量为30%、40%、50%、60%、70%进行试验，以感官评分和质构性质为指标，分析白砂糖添加量对果酱品质的影响，试验结果见图1 和表3。

图1 白砂糖添加量对果酱感官品质的影响Fig.1 Effect of sugar addition on the sensory of jam

表3 白砂糖添加量对果酱质构性质的影响Table 3 Effect of sugar addition on the texture of jam

由图1 可知，白砂糖添加量为60%时，感官评分具有最大值为87 分。白砂糖添加量低于60%时，果酱的感官评分随白砂糖添加量的增加而增加，高于60%时，则反之。白砂糖的添加可以调节果酱的酸甜、增加粘稠度，改善果酱的口感和风味。白砂糖添加量较少时，果酱的酸度偏高，甜度不够；随着添加量的增加，甜度和黏度都随之增加；超过60%时果酱太甜，在浓缩过程中，会产生较浓的糖浆味，完全掩盖了柚子特有的香气，同时由于美拉德反应的发生导致果酱颜色太深。由表3 可见，当白砂糖添加量逐渐增加时，其黏力、黏性、内聚性以及胶着性变化不大都呈现增长趋势。因此，白砂糖的最佳添加量为60%。

2.1.2 柠檬酸添加量对果酱品质的影响

固定白砂糖添加量为60%，琼脂添加量为0.3%，β-环糊精添加量为0.7 %，分别取柠檬酸添加量为0.1 %、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%进行试验，以感官评分和质构性质为指标，分析柠檬酸添加量对果酱品质的影响，试验结果见图2 和表4。

图2 柠檬酸添加量对果酱感官品质的影响Fig.2 Effect of citric acid addition on the sensory of jam

表4 柠檬酸添加量对果酱质构性质的影响Table 4 Effect of citric acid addition on the texture of jam

由图2 可以看出，柠檬酸添加量为0.2%时，果酱感官评分最高为89 分；当柠檬酸添加量大于0.2%之后，感官评分开始下降。柠檬酸在果酱中的主要作用是调节果酱的糖酸比和风味，适当加入柠檬酸的果酱酸甜适中，风味宜人。但是，当柠檬酸添加量过高时，果酱的糖酸比失调，酸度过高，难以让人接受，且使果酱中的大分子物质如多糖发生降解导致黏稠度下降。由表4 可知，随着柠檬酸添加量的逐渐加大，果酱的黏力、黏性、胶着性逐渐降低。因此，柠檬酸的最佳添加量为0.2%。

2.1.3 琼脂添加量对果酱品质的影响

固定白砂糖添加量为60%，柠檬酸添加量为0.2%，β-环糊精添加量为0.7%，分别取琼脂添加量为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%进行试验，以感官评分和质构性质为指标，分析琼脂添加量对果酱品质的影响，试验结果见图3 和表5。

图3 琼脂添加量对果酱感官品质的影响Fig.3 Effect of agar addition on the sensory of jam

表5 琼脂添加量对果酱质构性质的影响Table 5 Effect of agar addition on the texture of jam

由图3 可以看出，随着琼脂添加量的不断增加，果酱的感官评分整体呈现先增高后降低的趋势。当琼脂添加量为0.3%时，果酱具有最高感官评分为84 分。琼脂在果酱中起着增稠剂的作用，用以调节果酱的黏稠度，对果酱的品质具有明显影响。琼脂添加量太低时，果酱的黏稠度不够，易流散；添加量太高时，果酱过于黏稠，不易涂抹。由表5 可知，琼脂添加量的加大会导致果酱黏力增加，但浓度过高时胶着性会有所下降。因此，琼脂的最佳添加量为0.3%。

2.1.4 β-环糊精添加量对果酱品质的影响

固定白砂糖添加量为60%，柠檬酸添加量为0.2%，琼脂添加量为0.3%，分别取β-环糊精添加量为0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%进行试验，以感官评分和质构特性为指标，分析β-环糊精添加量对果酱品质的影响，试验结果见图4 和表6。

由图4 可以看出，一定添加量范围内，果酱的感官评分随β-环糊精添加量的增加而提高，当添加量达到0.7%时，果酱的感官评分具有最高分93 分，之后，感官评分随β-环糊精添加量的增加而降低。柚子产品在生产加工过程中容易产生令人难以接受的苦味，严重影响产品的风味及口感。β-环糊精具有包络各种化合物分子、消除异味、无毒性、可食性等特点[11]，一定量范围内能有效地增加苦味阈值，降低消费者对苦味的敏感性。当β-环糊精过高时，会出现苦味复现现象。由表6 可知，β-环糊精的添加对果酱的质构特性影响很小，仅在添加量达0.8%时黏性、胶着性等有所增加。因此，β-环糊精的最佳添加量为0.7%。

图4 β-环糊精添加量对果酱感官品质的影响Fig.4 Effect of β-cyclodextrin addition on the sensory of jam

表6 β-环糊精添加量对果酱质构性质的影响Table 6 Effect of β-cyclodextrin addition on the texture of jam

2.2 响应面试验优化红肉蜜柚果酱配方设计

在单因素试验结果的基础上，通过响应面试验优化红肉蜜柚果酱的配方设计，试验结果见表7。

表7 响应面试验设计及结果Table 7 Design and results of response surface test

续表7 响应面试验设计及结果Continue table 7 Design and results of response surface test

对表7 中的数据进行回归拟合，得到二次回归模型为：

Y=88.60+1.58A-0.083B-1.83C+2.17D-0.25AB-0.25AC-1.25AD+1.00BC-2.00BD-1.25CD-4.34A2-4.59B2-11.22C2-9.22D2

回归模型显著性检验及方差分析见表8。

表8 回归模型方差分析Table 8 Significant test and variance analysis for the regression model

续表8 回归模型方差分析Continue table 8 Significant test and variance analysis for the regression model

由表8 可知，回归项中模型极显著（P＜0.01），失拟项不显著（P=0.053 2＞0.05），说明能够反映红肉蜜柚果酱的感官评分与各因素之间的关系；R2=0.986 3 及R2adj=0.972 7，说明方程拟合效果好，误差小，可以用来预测红肉蜜柚果酱的感官评分。A、C、D、BD、A2、B2、C2、D2的影响极显著，说明对红肉蜜柚果酱的感官评分影响极大；AD、CD 的影响显著，说明对评分影响较大；B、AB、AC、BC 对评分影响不显著。比较F 值大小可知，4个因素对果酱的影响β-环糊精添加量＞琼脂添加量＞白砂糖添加量＞柠檬酸添加量。

各因素显著项（P＜0.05）交互作用的响应面图见图5～图7。

图5 白砂糖与β-环糊精添加量交互作用Fig.5 Interaction of sugar and β-cyclodextrin addition

由图5 可知，在所选范围内是存在极点的，响应面坡度比较陡峭、等高线呈椭圆形，说明白砂糖与β-环糊精、柠檬酸与β-环糊精、琼脂与β-环糊精各配料添加量之间的交互作用显著，对结果影响较大。

应用响应面软件分析得到琯溪红肉蜜柚果酱的最佳配方为：白砂糖添加量61.70%，柠檬酸添加量0.20%，琼脂添加量0.29%，β-环糊精添加量0.71%，感官评分理论预测值为88.95。为了在实际生产中便于操作，将上述结果修正为：白砂糖添加量60 %，柠檬酸添加量0.2%，琼脂添加量0.3%，β-环糊精添加量0.7%，按此配比制作果酱，3 次平行，感官评分分别为89、89、89，平均为89，与理论预测值非常接近，说明该模型可行性高，能较真实地反映出选择的各因素对果酱品质的影响，具有实际应用价值。

图6 柠檬酸与β-环糊精添加量交互作用Fig.6 Interaction of citric acid and β-cyclodextrin addition

图7 琼脂与β-环糊精添加量交互作用Fig.7 Interaction of agar and β-cyclodextrin addition

3 结论

以琯溪红肉蜜柚为原料，辅之以白砂糖、柠檬酸、琼脂和β-环糊精分别作为甜味剂、酸味剂、增稠剂、脱苦剂，以感官评价为指标，在单因素试验的基础上采用响应面试验对果酱配方进行了优化，得出琯溪红肉蜜柚果酱的最优生产配方为：白砂糖添加量60%，柠檬酸添加量0.2%，琼脂添加量0.3%，β-环糊精添加量0.7%。按此最优配方生产出来的果酱凝胶性好，无糖、水析出，均匀不流散，酸甜适中，口感细腻，具有淡淡的柚子特有的苦涩味，柚果清香明显，色泽鲜红，容易涂抹，涂层均匀光滑。