响应面法优化低糖甘薯果脯制作工艺

隋勇，施建斌，蔡沙，熊添，周德顺，梅新*

1. 湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所（武汉 430064）；2. 湖北根聚地农业发展股份有限公司（黄冈 438408）

甘薯（Ipomoea batatasLam.）属于旋花科甘薯属，是一种一年或多年生蔓生草本植物。我国是甘薯种植和消费大国，年产量约8 000万 t，占世界总产量65%以上，以鲜薯消费为主，甘薯加工主要生产甘薯淀粉、甘薯粉丝等产品[1-2]。甘薯不仅清甜适口、风味独特，且富含膳食纤维、果胶、多酚等活性成分，使其具有改善肠道功能、缓解肥胖、预防心血管疾病、抗癌等多种生理功能[3-6]，是深受消费者喜爱的健康食品。

果脯是我国的一种传统特色食品，以水果为主要原料，经糖渍、干燥等工艺制得，具有光泽、饱满、半通明等特点[7]。传统的果脯都属于高硫高糖食品，不符合当今消费者对营养健康的追求，开发无硫低糖的果脯是现代果脯产业的发展趋势。黄梓浩等[8]以百香果皮原料，采用响应面法优化了糖液浓度、柠檬酸浓度、煮制时间等工艺条件，在最佳工艺条件下，产品感官评分高，含糖量为45.89%。马艳弘等[9]优化了明胶添加量、微波渗糖等工艺，制得的低糖蓝莓果脯感官品质好，且含糖量仅为35.14%。采用木糖醇替代蔗糖制备牡丹花脯[10]、空心李果脯[11]，结合工艺条件优化，制得的低糖果脯产品也具有良好的感官和质构特性。

研究以甘薯为原料，采用柠檬酸和抗坏血酸无硫复合护色剂护色，木糖醇替代部分蔗糖降低甘薯果脯的含糖量，并通过单因素和响应面试验优化低糖甘薯果脯制作工艺条件，为开发符合消费者营养健康需求的低糖果脯提供一定的理论依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

甘薯，由湖北根聚地农业发展股份有限公司提供；蔗糖，山东雅汇糖业有限公司；木糖醇，南京甘汁园糖业有限公司；柠檬酸、抗坏血酸、氯化钙（食品级），山东优索化工科技有限公司；斐林试剂、浓盐酸、氢氧化钠、甲基红等分析纯试剂，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

2SC-50真空浸渍罐，艾莉特食品机械有限公司；DHG-9240A电热恒温鼓风干箱，上海精宏实验设备有限公司；C21-WK2102电磁炉，广东美的生活电器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 低糖甘薯果脯制作工艺流程

选取表面光滑、无病虫害、无腐蚀、大小均匀的甘薯，清洗去皮，切成4～6 mm片状；将切好的甘薯片放入0.4%柠檬酸、0.05%抗坏血酸和0.5%氯化钙溶液中，进行护色和硬化处理；按料液比1：3（g/mL）加入配制的糖液，大火煮沸15 min后，进行真空渗糖；沥干表面糖液，在60～65 ℃烘干至水分含量为10%～15%。

1.3.2 低糖甘薯果脯感官评分表

表1 甘薯果脯感官评分标准

1.3.3 单因素试验设计

在其他条件保持不变的情况下，分别研究护色硬化时间（10，15，20，25和30 min）、糖液浓度（20%，30%，40%，50%和60%）、木糖醇替代量（0，10%，20%，30%和40%）、真空渗糖时间（20，30，40，50和60 min）对甘薯果脯感官评分的影响。

1.3.4 响应面试验设计

在单因素试验结果的基础上，采用Box-Behnken试验，以护色硬化时间、糖液浓度、木糖醇替代量、真空渗糖时间为自变量，低糖甘薯果脯感官评分为响应值，设计四因素三水平的响应面试验，因素与水平如表2所示。

表2 响应面试验因素与水平

1.3.5 水分和总糖含量测定

低糖甘薯果脯的水分含量测定参照GB 5009.3—2016，采用直接干燥法。

党的基层组织是确保党的路线方针政策和决策部署贯彻落实的基础，是党全部工作和战斗力的基础。党的领导在高校能不能有效实现，取决于高校党的组织体系健不健全，党组织和党员的作用发挥好不好，党组织的组织力强不强，归根到底取决于党的建设抓得好不好。

低糖甘薯果脯的总糖含量测定采用斐林试剂法，以葡萄糖为标准品。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 护色硬化时间对低糖甘薯果脯感官评分的影响

如图1所示，低糖甘薯果脯感官评分随着护色硬化时间的延长，呈现先明显增加后显著减小的趋势。护色硬化能够赋予果脯良好的质地和果实均匀的色泽，是保证果脯品质的关键工艺[9]。当护色硬化时间低于20 min时，护色硬化不足，导致低糖甘薯果脯肉质不紧密，口感偏软，亮黄色不均匀，影响感官品质；当护色硬化时间高于20 min时，硬化过度，导致低糖甘薯果脯质地偏硬，韧性过强，影响口感和组织形态。综合考量，护色硬化时间为20 min时，低糖甘薯果脯感官品质较好。

图1 护色硬化时间对低糖甘薯果脯感官评分的影响

2.1.2 糖液浓度对低糖甘薯果脯感官评分的影响

如图2所示，低糖甘薯果脯感官评分随着糖液浓度的增加，呈现先增加后减小的趋势。当糖液浓度低于40%时，糖分不易渗透，导致低糖甘薯果脯甜度低，质地偏硬，影响口感品质；当糖液浓度高于40%时，甘薯果脯内水分快速析出，导致产品甜腻，果肉饱满度降低，口感偏硬，感官品质下降[12]。综合考量，糖液浓度为40%时，低糖甘薯果脯感官品质较好。

图2 糖液浓度对低糖甘薯果脯感官评分的影响

2.1.3 木糖醇替代量对低糖甘薯果脯感官评分的影响

如图3所示，低糖甘薯果脯感官评分随着木糖醇替代量的增加，呈现先缓慢增加后明显减小的趋势。木糖醇是一种优良的蔗糖替代品，不仅具有预防龋齿和改善肠道功能的作用，而且具有一定的吸湿性，能够维持产品的质构特性[13]。当木糖醇替代量高于20%时，低糖甘薯果脯吸湿性太强，导致果脯肉质软化，韧性降低，影响口感品质；当木糖醇替代量低于20%时，对低糖果脯感官评分影响不大，但考虑制备低糖果脯的目的，故确定木糖醇替代量为20%。

图3 木糖醇替代量对低糖甘薯果脯感官评分的影响

2.1.4 真空渗糖时间对低糖甘薯果脯感官评分的影响

如图4所示，低糖甘薯果脯感官评分随着真空渗糖时间的延长，呈现先增加后减小的趋势。真空渗糖能够加快果脯渗糖速度，是保证果脯品质的关键工艺[14]。当真空渗糖时间低于30 min时，低糖甘薯果脯渗糖不充分，导致甜度不足，质地偏硬，影响口感品质；当真空渗糖时间高于30 min时，糖渗入过量，导致果脯易返砂，入口偏甜，影响色泽和口感品质。综合考量，渗糖时间为30 min时，低糖甘薯果脯感官品质较好。

图4 真空渗糖时间对低糖甘薯果脯感官评分的影响

2.2 响应面法优化低糖甘薯果脯制作工艺

2.2.1 响应面试验设计与结果

应用Design-Expert软件设计四因素三水平响应面试验，采用Box-Behnken试验设计，共29个试验，其中5个中心试验，24个析因试验，结果如表3所示。

表3 响应面试验设计与结果

2.2.2 回归模型和方程系数显著性检验分析

如表4所示，模型p＜0.000 1，表明回归方程达到极显著水平；模型的校正决定系数R2Adj=0.934 5，表明该模型实测值与预测值之间具有高度的相关性；失拟项p=0.239 5＞0.05，表明失拟因素不显著。综上分析，该模型与实际情况拟合较好，能够用于低糖甘薯果脯感官评分值的分析和预测。经回归拟合，得到预测方程：

对4个因素对低糖甘薯果脯感官评分值的影响进行分析，一次项B和D对感官评分有极显著影响，A也有显著影响，C无显著影响，影响顺序为D＞B＞A＞C；响应面图中曲面坡度的陡峭程度反应了交互作用对响应值的影响大小[15]，如图5所示，护色硬化时间和糖液浓度交互作用的响应面更为陡峭，表明二者交互作用较大，但统计分析显示各交互项对感官评分均无显著影响；二次项对感官评分均有极显著影响，影响顺序为D2＞B2＞A2＞C2。

表4 回归模型和方程系数显著性检验分析

图5 不同因素交互作用对感官评分影响的响应面图

2.2.3 条件优化和验证试验

通过对二次多元回归模型进行优化处理，得到最优试验方案：护色硬化时间20.43 min，糖液浓度42.03%，木糖醇替代量18.41%，真空渗糖时间32.24min，此时感官评分的预测值为92.47分。为验证该条件的可靠性，在该条件下进行试验，重复3次，制得的低糖甘薯果脯经感官评分为90.56分，与理论值的相对误差为2.07%，说明该模型与实际情况拟合较好，结果可靠。

2.3 低糖甘薯果脯水分含量和含糖量

如表5所示，根据响应面最优条件，制作低糖甘薯果脯，测得其水分含量为13.56%，总糖含量为44.79%，符合国家标准GB/T 10782—2006《蜜饯通则》中对果脯类产品的要求，且远小于标准≤85%总糖含量（葡萄糖计），属于低糖果脯。

表5 低糖甘薯果脯水分和总糖含量

3 结论

以甘薯为原料，在单因素试验的基础上，采用Design-Expert软件设计四因素三水平的Box-Behnken试验，以感官评分为响应值，优化了低糖甘薯果脯制作工艺条件：护色硬化时间20.43 min，糖液浓度42.03%，木糖醇替代量18.41%，真空渗糖时间32.24min。在此条件下，低糖甘薯果脯的感官评分理论值为92.47分。经3次重复试验验证，按照最优工艺条件制作的低糖甘薯果脯感官评分为90.56分，相对误差仅为2.07%，所得产品水分含量为13.56%，总糖含量为44.79%，产品色泽均匀、肉质紧密、甜度和硬度适中，具有甘薯特有的风味。