基于正交分析方法的椰肉高粱果冻配制工艺优化

杨巍巍, 郭 锐, 岳祺圣, 张 鑫, 魏明明

(沈阳医学院公共卫生学院， 沈阳 110034)

引 言

果冻作为一种老少皆宜的零食一直广受大家的喜爱，传统果冻一般只注重果冻的口味、外观等因素，导致果冻品种单一。但是在21世纪的今天，人们则更关注的是有关于果冻食用的安全问题，因此人们更倾向于选择那些营养健康且绿色保健的果冻[1-4]。

果冻是以卡拉胶为主要的凝胶剂，其次进行复配，如：香精、甜味剂和增稠剂、其他凝胶剂[5-8]等加工而成的胶状半固体型的食品。因为果冻的口感软滑爽口，酸甜适宜，且色泽晶莹剔透，所以深受广大消费者的喜爱[9-11]，特别是孩子及青少年。随着生活水平的提高，人们对保健意识也逐渐加强，消费者对休闲食品的要求变得越来越高，希望果冻的品质不仅能提高，还能有助于身体健康[12]。

高粱俗称二色高粱、蜀黍，属一年生高大草本植物，是人类栽培的重要谷类作物之一，其传入中国大约是在950年前的辽宋西夏时期[13]。高粱中含有多种人体所需的矿物质元素，包括铁、锌、钙、镁、硒等。近些年来，随着对高粱营养价值的深层研究，使得高粱在食品制作和加工方面的应用范围日益增大[14]。除此之外，高粱中含有的大量抗性淀粉可以降低血液中总胆固醇值的水平、降低葡萄糖浓度水平、减少胰岛素的分泌[15]。另外，高粱中还含有多种活性物质，其中多酚类化合物含量是最高的，种类也最为齐全的，这些活性物质能够很好地改善心血管疾病，还可以起到增强人体免疫力的作用，这是被大多数人们所接受的。同时，高粱的脂类中非极性或中性脂含量最为丰富，亚油酸及各类不饱和脂肪酸[16]，亚油酸可对糖尿病治疗起到帮助，因此高粱在药品中也得到了广泛利用。

椰子，别名胥余，外层为纤维壳、内层是可食性厚肉质。椰子的营养成分很丰富，同时具有良好的营养价值，特别是椰肉。椰肉是"全身宝"椰果中营养价值最为丰富的，同时也是可食用的重要部分，所以椰肉利用价值也广受关注。据测算[17]，椰肉的营养成分中，椰肉约占其鲜重总质量的50%左右，营养成分非常丰富，是食品加工利用的最主要部分。椰肉中不仅含有糖类、脂肪、蛋白质、多种维生素以及钙、镁、钠等多种元素[18]，还含有大量膳食纤维，而摄入适宜的膳食纤维不仅能够帮助肠胃蠕动促进食物的消化吸收，还可将过剩的营养排出体外。除了以上作用，膳食纤维也可以通过控制血液中的胆固醇和血糖水平让其处于平衡状态，减少血脂的形成[19]。总的来说 ,椰子是低能量、高可溶性膳食纤维的健康食物。

本次研发工艺的优化采用的是以正交试验为主的分析方法。正交试验作为工艺优化试验最常用的分析方法，设计正交试验如何进行是第一步，其主要方法是设计和测试部分因素。概率论、数理统计和实践经验作为正交试验的基础理论，用于支撑测试的进行，试验的方案以标准化的正交表进行确定，并通过计算分析得到结果，最后便可以便捷高效地确定最终优化的方案，这种方法在处理多因素优化问题的过程中极为高效简便。正交表是通过试验因素各水平间的组合以及各试验因素均匀搭配和合理安排，将试验因素各水平进行合理平均的分布，可以称之为一种多因素、多水平、既经济又高效的试验方法[20]。

本次试验通过将高粱和椰果混合制成具有保健功能且绿色的营养果冻。以吉利丁粉、柠檬酸、细砂糖、木糖醇、高粱、椰果等为原料，经加水调配、搅拌煮制、杀菌加热溶解、冷却、最后制成果冻。通过单因素试验预实验，以及正交试验确定影响椰肉高粱果冻品质的4个因素：高粱添加量、吉利丁粉、混合糖、柠檬酸，研究以上几种因素对椰肉高粱果冻的影响作用，并确定最合适的添加量，确定椰肉高粱果冻制作最佳的优化工艺配方，研制出有保健作用、绿色、且风味优良的绿色果冻，再对此进行产品营养标签的制作。总而言之，本次试验所研究的内容是具有前瞻性的，且具有巨大的意义。

1 材料与方法

1.1 材料

高粱粉、椰肉果粒、细砂糖、纯净水均为市售产品、PU塑料模具(郑州隆宇模具有限公司)；柠檬酸、吉利丁粉、木糖醇均为食品级。

1.2 仪器设备

JYC-21HEC05九阳电磁灶(杭州九阳生活电器有限公司)；套装H26K81-130苏泊尔电磁锅(浙江苏泊尔家电制造有限公司)；LCD电子天平(沈阳拓宇衡器有限公司)。

1.3 椰肉高粱果冻的制作工艺

(1) 加水配制：将高粱粉、混合糖、柠檬酸加水在电磁锅搅拌均匀。

(2) 搅拌加热溶解：将搅拌均匀的混合液110 ℃加热煮5分钟。

(3) 加料灌装：取出新鲜的椰肉果粒加入模具，倒入已煮好的混合液。

(4) 杀菌：将装有混合液的模具100 ℃消毒3分钟。

(5) 冷却成型：果冻冷却至20 ℃以下包装。

1.4 单因素试验

1.4.1 高粱添加量对果冻品质的影响

将购买的高粱进行挑拣处理，事先浸泡煮熟之后放凉干燥，放入打粉机得到试验所用的高粱粉。以水添加的总质量计，加入0.06%的柠檬酸、2.5%的吉利丁粉和10%的混合糖、20%椰果肉粒，取高粱粉质量比分别为3%、5%、7%、9%、11%做单因素试验，根据椰肉高粱的混合物的色泽、外观、气味确定高粱的最佳比例。

1.4.2 吉利丁粉添加量单因素试验

以水添加的总质量计，加入0.06%的柠檬酸、7%的高粱粉、20%椰肉果粒和10%的混合糖，单因素试验分别以添加其1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%的吉利丁粉进行，然后通过进行食品感官评价，确定吉利丁粉的最佳添加量。

1.4.3 混合糖添加量单因素试验

(1) 混合糖比例的确定

糖是果冻甜味最主要来源，基于健康和照顾高血糖病人的缘由，选择白砂糖和木糖醇混合的方式，把混合糖作为甜味剂，以水添加的总质量计，加入2.5%的吉利丁粉、7%的高粱粉、20%的椰肉果粒、0.06%的柠檬酸，然后分别添加质量比9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5的白砂糖和木糖醇(混合糖总添加量占10%)对果冻进行感官评价，并确定白砂糖和木糖醇添加的最佳比例。

(2) 混合糖总添加量的确定

以水添加的总质量计，加入0.06%的柠檬酸、2.5%的吉利丁粉、7%的高粱粉、20%的椰肉果粒，单因素试验分别以其添加6%、8%、10%、12%、14%的混合糖进行，然后通过进行食品感官评价，确定混合糖总添加量。

1.4.4 柠檬酸添加量单因素试验

果冻的风味由多种原料的添加量共同影响，其中柠檬酸的影响最为显著，果冻的酸味主要由柠檬酸提供，若柠檬酸的用量合理，既能保证其风味独特和色泽透明，又能够延长果冻的保质期。在果冻制作过程中，以水添加的总质量计，加入2.5%吉利丁粉、7%的高粱粉、20%的椰肉果粒和10%的混合糖，单因素试验分别以其加入0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%的柠檬酸进行，然后通过进行食品感官评价，确定柠檬酸最佳添加量。

1.5 椰肉高粱果冻的工艺优化

本果冻制作工艺的优化，是以单因素试验的预实验为基础，采用L9(34)正交试验分析方法设计并优化处理果冻的配方，试验的4个因素为吉利丁粉添加量、高粱添加量、混合糖添加量和柠檬酸添加量，见表1。最终以食品感官评分为评价指标，确定了椰肉高粱果冻的最佳配比。

表1 正交因素水平表

1.6 椰肉高梁杂粮果冻的感官评价指标

试验由15名来自食品专业不同年级的学生对果冻进行评价打分，取其平均分四舍五入为整数，具体感官评定的评分标准见表2。

表2 椰肉高粱果冻感官评价标准

1.7 统计分析

根据评价人员得出的分数，取其平均分，四舍五入的整数。每组分数用SPSS21.0软件进行单因素方差分析。分析结果为椰肉高粱添加量感官评分、吉利丁粉添加量感官评分、混合糖添加量感官评分p<0.05，存在统计学差异，柠檬酸添加量感官评分不存在统计学差异。

2 结 果

2.1 高梁混合物添加量的确定

如图1所示，当椰肉高梁添加量为7%时，感官评分分值较高，产品品质最佳。因进行单因素方差分析时p<0.05，感官评分分数在统计学上存在差异。故正交试验因素水平中高梁添加量确定为7%、9%、11%。

图1 椰肉高梁添加量对果冻感官品质的影响

2.2 吉利丁粉添加量的确定

如图2所示，当吉利丁粉添加量2.5%时，此时的果冻硬度较好，脆性较好，弹性也更适中，感官评分分值较高。因进行单因素方差分析时p<0.05，感官评分分数在统计学上存在差异。故正交试验因素水平中吉利丁粉添加量确定为2%、2.5%、3.5%。

图2 吉利丁粉添加量对果冻感官品质的影响

2.3 混合糖比例及添加量的确定

2.3.1 白砂糖与木糖醇的比例的确定

由表3可知：当白砂糖和木糖醇的比例为7∶3时，果冻的口感最佳，酸甜适度，结合试验结果考虑选择白砂糖与木糖醇的比例为7∶3为最佳比例，并进行接下来的试验。

2.3.2 混合糖总添加量的确定

如图3所示，当混合糖的添加总量为10%的时候感官评分最高，因进行单因素方差分析时p<0.05，感官评分分数在统计学上存在差异。故正交试验因素水平中混合糖添加量确定为8%、10%、12%。

表3 白砂糖与木糖醇配比对果冻的影响

图3 混合糖添加量对果冻感官品质的影响

2.4 柠檬酸的添加量对果冻感官品质的影响

如图4所示，柠檬酸添加量为0.06%时较为合适，此时的果冻酸甜协调，因进行单因素方差分析时p>0.05，感官评分分数在统计学上不存在差异。但综合考虑试验结果，故正交试验因素水平中柠檬酸添加量确定为0.04%、0.06%、0.08%。

图4 柠檬酸添加量对果冻感官品质的影响

2.5 正交试验

实验因素ABCD分别为柠檬酸添加量、混合糖添加量、椰肉高梁添加量、吉利丁粉添加量。按表4正交实验因素水平表实验。

表4 正交实验因素水平表

根据表5中极差R值可知，各正交试验因素对椰肉高粱果冻感官评分的影响程度大小依次为A>C>B>D，即正交试验因素水平中柠檬酸添加量对感官评分的影响程度最大，其次是椰肉高梁添加量和混合糖添加量，吉利丁粉添加量对感官评分的影响程度最小。

表5 正交试验结果

通过极差分析，可理论上得出最优组合为A2B2C3D1，对比单因素试验结果发现，两者的最佳配方之间有差异，因此将正交试验的最优组合和单因素试验中每个因素的感官评分最高得分的最佳组合放在一起进行对比试验，详细结果见表6。由表6可得：单因素试验得出的配方A2B2C2D2的感官评分略低于正交试验结果A2B2C3D1，虽然2种配方在外观形态、色泽和气味上差异不大，但从感官评定上看A2B2C2D2果冻的口味不够协调、出现酸甜不一的结果，因此选择果冻的最佳配方为A2B2C3D1，即以水的质量计，8%的高梁粉、20%椰肉果粒、2%的吉利丁粉、0.06%的柠檬酸、10%的混合糖(白砂糖与木糖醇的比例为7∶3)。

表6 验证试验

3 讨 论

果冻作为一种源于西方的甜食，其形态呈半固态胶体状，目前市面上最常见的果冻都是水果味的果冻，所以将高粱混合椰果制成果冻是创新的想法，制造健康营养的果冻将成为未来的一个趋势。苗丁月等人研究过菊粉花茶果冻制作工艺优化[21]，丁燕等人进行过紫薯红枣果冻制作工艺的研究[22]和山楂果冻制作工艺研究[23]。本次是试验紧跟当前时代的研究潮流的。国外对于高粱品质性状的研究起步于21世纪初，主要研究其营养成分的相关功能，经国外研究发现，高粱中含有二十烷醇的多酚类复合物，这可能对维持心血管的健康起到重要作用[24]。椰肉中富含粗膳食纤维，可以降低体内对于胆固醇吸收，同时加速胆固醇排出体外，有利于血脂的降低，此外还具有润肠通便，缓解便秘的功能。如果在不改变风味的情况下，在果冻中加入适量的高粱粉和椰果，将有助于身体健康。既能预防由于营养过剩导致的心脑血管疾病、糖脂代谢异常病等“富贵病”的发生，同时又可以合理利用椰肉膳食纤维的营养特点，充分发挥食物的互补作用，促进食物的吸收。由于椰肉与高粱混合制成果冻能够起到互补作用，使果冻既具有椰肉和高粱的独特口感，又起到了营养保健的作用。

正交试验是采取部分试验来代替全面试验的主要方法，选择有代表性的试验点来进行试验，通过对代表性的试验的结果进行分析，了解试验的优化情况，以实现工艺的优化。本次试验采用四种因素三个水平的正交表对果冻的最佳配方进行探索，最后得出柠檬酸对椰肉高梁的果冻的感官评分影响最大，其次对果冻的感官评分影响按顺序排序为混合糖的添加量、吉利丁粉的添加量、椰肉高梁的添加量。在本次试验中，当高梁添加量为3%时，果冻风味普通，与市面上的一般果冻几乎没有差别，就缺少了椰肉和高梁的味到。当高梁添加量为12%时，由于高梁添加量过多，高梁掩盖了果冻本身的味道，口感粗糙，味道较差。当吉利丁粉添加量为1.5%时，果冻不能成型，评分较低。当吉利丁粉添加量超过3%时，果冻的脆性和弹性，及其硬度越来越差，入口溶化性也会降低。混合糖的添加量为10%时，果冻酸甜适中，添加量过高则甜味太浓并且不利于健康，添加量偏少则口味清淡，不利于市场推广。随着柠檬酸添加量的增加，果冻的酸甜度会变得越来越酸，色泽也会加深，影响口感。

4 结束语

通过单因素试验的预实验和正交试验确定了以高粱椰肉为主要原料的果冻的最佳配比：以水添加的总质量计，分别加入9%的高梁粉、20%椰肉果粒、2%的吉利丁粉、0.06%的柠檬酸、10%的混合糖(白砂糖与木糖醇的比例为7∶3)。依据此配方制成的椰肉高粱果冻色泽晶莹剔透、风味浓郁独特，是一种营养丰富、富含膳食纤维的果冻。