响应面法优化桑葚甜橙复合饮料制作工艺

马菲菲， 刘俊杰， 翟立公, 杜传来

(安徽科技学院 食品工程学院，安徽 凤阳 233100)

桑葚因功能性物质丰富,被称为“口服的皮肤化妆品”。桑葚中白黎芦醇、黄酮等多种功能性物质,可以帮助人们有效的预防癌症,还可以起到阻止机体衰老、抗病毒、调节血管的作用,常吃桑葚还能明显地提高我们的免疫力。

甜橙是芸香科柑橘属植物。甜橙味甘性凉,果肉中含有丰富的氨基酸和维生素,还具有很多种人体所需要的微量元素,食用后可以促进机体新陈代谢,同时起到生津止渴、清热去火的作用。研究表明,甜橙会通过清除体内有害的自由基来抑制癌细胞的生长,发挥抵抗癌症、杀菌及化痰消炎的功效。若女性多吃甜橙,还有美容养颜的功能。

目前,生活水平正逐渐提高,工作节奏飞快,人们对营养丰富、具有保健功能,且方便食用的食品产生很大的需求。因此,本试验以桑葚与甜橙为原材料制成的复合饮料,一方面结合了它们有益成分的价值,另一方面也解决了桑葚不易贮藏的问题,为进一步开发功能性复合饮料奠定了一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设备

螺旋榨汁机(汉隆机械); JM-A电子天平(绍兴市银河机械仪器有限公司;LYT-320手持折光仪(上海淋誉有限公司);PHS-3C精密pH计(常州德普科技有限公司);桑葚、甜橙、白砂糖、维生素C、黄原胶、果胶酶,均为食用级,市售。

1.2 试验方法

1.2.1 桑葚汁、甜橙汁的制作工艺 原料→挑拣→清洗→护色、热烫→榨汁→灭酶→澄清→过滤→灭菌→原汁→装桶→封存备用。

1.2.2 桑葚甜橙复合饮料的制作工艺及操作要点 桑葚原汁、甜橙原汁(一定比例)→加入白砂糖、维生素C、黄原胶→混合、加热→均质→杀菌→脱氧处理→灌装→成品。其操作要点如下：

(1)选择原料:挑拣一些成熟度适宜、没有病虫害、未腐烂、形状正常的桑葚,并将枝叶除掉;甜橙要遴选香味浓、表皮颜色光鲜,同样没有病虫害、未腐烂、形状正常的新鲜果子,并将皮和核去除。

(2)护色、热烫:用Vc溶液进行护色10 min,再将饮料转入60 ℃的水中,并保持20 min。

(3)榨汁:将原料放入榨汁机中取汁,为了避免汁液不充分,可以将剩余的果渣倒入适量的无菌水中拌匀后,再经榨汁机取汁一次,将两次压榨汁进行混合,得到原汁。

(4)灭酶:由于桑葚中酚类物质含量高,为使饮料稳定,在榨成汁液后利用加热对饮料进行灭酶。

(5)澄清:加入0.2%～0.3%果胶酶破坏其细胞壁,提高出汁率,放置1～2 h,并不断搅动。

(6)过滤:桑果中含有果胶,汁液很黏,先滤去其中的微粒及籽粒,再离心除去果渣,制得原汁。

(7)灭菌:首先将汁液升温,再放入灭菌仪器中处理,汁液变凉之后,密封保存。

(8)均质:将混合后的产品进行均质,防止出现沉淀或分层的现象。

1.2.3 桑葚甜橙复合饮料的单因素实验 通过预实验,确定以桑葚汁与甜橙汁配比、白砂糖、维生素C以及黄原胶的添加量为主要影响元素,以感官评价得分为测试标准,确定因素及水平。

桑葚汁与甜橙汁配比的确定:固定白砂糖添加量为6%,维生素C添加量为0.06%,黄原胶添加量为0.2%,设置V(桑葚汁)∶V(甜橙汁)为2∶1、3∶2、1∶1、2∶3、1∶2五个梯度。

白砂糖添加量的确定:固定桑葚汁与甜橙汁配比为3∶2,维生素C添加量为0.06%,黄原胶添加量为0.2%,设置白砂糖添加量为2%、4%、6%、8%、10%五个梯度。

维生素C添加量的确定:固定桑葚汁与甜橙汁配比为3∶2,白砂糖添加量为6%,黄原胶添加量为0.2%,设置维生素C添加量为0.03%、0.06%、0.09%、0.12%、0.15%五个梯度。

黄原胶添加量的确定:固定桑葚汁与甜橙汁配比为3∶2,白砂糖添加量为6%,维生素C添加量为0.06%,设置黄原胶添加量为0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%五个梯度,并依据感官评价标准。

1.2.4 响应面法优化试验设计 在上述试验的基础上,采用Design-Expert 8.0软件,选取桑葚汁与甜橙汁配比(A)、白砂糖添加量(B)、维生素C添加量(C)、黄原胶添加量(D)4个对桑葚甜橙复合饮料制作工艺具有显著影响的元素,进行四因素三水平的响应面试验的工艺优化试验,各因素水平如表1所示。

表1 响应面因素和水平Table 1 Factors and levels of response surface test

1.2.5 感官评价指标 选出10人组成感官评价小组,各成员对桑葚甜橙复合饮料进行打分并记录,最终的感官得分由打分结果的平均值决定。具体感官评分标准见表2。

表2 桑葚甜橙复合饮料的感官评分标准Table 2 Sensory score criteria of mulberry sweet orange complex beverage

1. 2.6 理化指标的测定 pH值采用pH计进行测定;可溶性固形物含量采用手持折光仪测定;总酸按照GB/T 12456-2008《食品中总酸的测定》中的滴定法测定。

1.3 数据处理

由Design-Expert 8.0软件对本次试验数据进行分析处理,并借助Origin软件进行绘图处理,所有试验重复3次。

2 结果与分析

2.1 单因素筛选

2.1.1 桑葚汁与甜橙汁配比对复合饮料的感官影响 如图1所示,桑葚汁与甜橙汁的比例对复合饮料的影响较大,桑葚甜橙复合饮料感官的评分呈现一个先升后降的趋势,经过试验证明,桑葚汁与甜橙汁配比在3∶2时,饮料的酸度与甜度适宜,色泽美观,几乎无沉淀,此时感官的评分最高。随着甜橙汁比例的增大,桑葚汁香气不足,风味欠佳,若桑葚汁比例过高,也会有桑葚汁气味掩盖甜橙汁气味的现象出现。因此,桑葚汁与甜橙汁配比为3∶2时为最优方案。

图1 桑葚汁与甜橙汁配比对复合饮料的感官影响Fig.1 The sensory effects of the ratio of mulberry juice and sweet orange juice on compound beverages

2.1.2 白砂糖添加量对复合饮料的感官影响 如图2所示,白砂糖的添加量不同,评分也各不相同,当白砂糖不断的增多时,复合饮料的甜度也变得越来越大,当白砂糖添加到6%时,饮料糖分程度适宜,得分明显高于其他水平。随着白砂糖继续增多,饮料的糖分程度太高,因此,白砂糖添加量在6%的时候为最优方案。

图2 白砂糖添加量对复合饮料的感官影响Fig.2 The sensory effect of white sugar addition on compound beverages

2.1.3 维生素C添加量对复合饮料的感官影响 如图3所示,维生素C小于0.06%时,对评分的影响不显著,当维生素C为0.06%时,分数高达96分,此时的饮料饮后清爽,有种酸酸甜甜的余味留在口中。随着维生素C含量的增加,饮料的酸度会越来越大,掩盖了桑葚汁和甜橙汁的香甜,因此,维生素C添加量在0.06%时为最优方案。

图3 维生素C添加量对复合饮料的感官影响Fig.3 The sensory effect of vitamin C addition on compound beverage

2.1.4 黄原胶添加量对复合饮料的感官影响 如图4所示,当加入一段时间后,饮料静置一会出现浑浊感,而随着黄原胶的继续增加,饮品上层开始出现未完全融化的固体,评分开始降低,因此,当添加量为0.2%时,饮料在短时间内完好无损,具有良好的稳定性。因此,黄原胶添加量为0.2%时为最优方案。

图4 黄原胶添加量对复合饮料的感官影响Fig.4 The sensory effect of xanthan gum addition on compound beverage

2.2 响应面法优化

2.2.1 响应面设计及方差分析 通过对单因素测试结果进行分析,将桑葚汁与甜橙汁配比(A)、白砂糖添加量(B)、维生素C添加量(C)为自变量,感官评分(Y)为因变量进行响应面试验,通过Box-Behnken进行测试与设计,数据见表3,方差分析结果见表4。

表3 桑葚甜橙复合饮料响应面试验设计及结果Table 3 Response surface design and results of mulberry and sweet orange complex beverage

表4 响应面试验方差分析Table 4 Variance analysis of response surface methodology

从表4可知,得到的回归模型非常显著(

P

<0.01),则该试验误差较小,拟合程度较好,可以用来预想各种变量条件下的响应值。由均方可得出影响感官评价大小的顺序是:桑葚汁与甜橙汁配比>白砂糖添加量>维生素C添加量。利用回归模型预测的最优工艺是桑葚汁与甜橙汁配比为1.51,白砂糖的添加量为5.84%,维生素C添加量为0.08%,感官评分的预测值为95.119 1。

2.2.2 各因素响应面交互作用分析 为进一步研究各因素之间交互作用的强弱,可以通过对模型进行分析从而拟合出两两因素之间相互作用的响应面图。由图5A可所示,响应面形状陡峭,随着各因素逐渐增长,感官评分均呈现先增后降的趋势,则说明白砂糖添加量和桑葚汁与甜橙汁配比之间交互作用显著;由图5B所示,响应面形状较为平缓,则说明桑葚汁与甜橙汁配比和维生素C添加量之间交互作用不显著;由图5C所示,随着维生素C添加量的增多升高缓慢,响应面形状较为平缓,白砂糖和维生素C的添加量之间互动意义不大。

图5 复合饮料感官评分的响应面图Fig.5 The response surface plot of the interaction on the sensory score of compound beverages

2.2.3 验证实验 由Design-Expert 8.0软件得出桑葚甜橙复合饮料的最优工艺是桑葚汁与甜橙汁配比为1.51,白砂糖添加量为5.84%,维生素C添加量为0.08%,感官评分的预测值为95.119 1。为便于实际操作,将最佳工艺修改为桑葚汁与甜橙汁配比为1.5,即3∶2,白砂糖添加量为5.8%,维生素C添加量为0.08%,得出桑葚甜橙复合饮料的感官评分实测值为95分。因此本次测得的数据为最佳工艺。

2.3 理化指标测定

由试验测得最佳工艺下该饮料的pH为4.44，可溶性固形物为14.20%，总酸为3.08 g/L。

3 结论

桑葚汁味道甘甜略带酸味,且伴有一定的不愉悦的味道,而甜橙汁甘甜、清爽且有明显的橙子清香味。当桑葚汁和甜橙汁的体积比例为3∶2时,桑葚汁中不愉悦的气味被甜橙的清香味遮盖,使复合饮料风味更协调,而苑园园等研究采用了红枣来遮盖桑葚汁中的不愉悦味道,红枣浓郁的香味也起到一定中和作用。此外,添加的白砂糖和维生素C用量不能太多,否则饮料会偏甜或偏酸,进而影响口感。黄原胶作为一种稳定剂,被广泛使用于饮料,可以起到增稠悬浮作用、使饮料口感滑爽自然。

综上所述,通过单因素试验和响应面法优化后的最佳工艺为:桑葚汁与甜橙汁配比为3∶2、白砂糖添加量为5.8%,维生素C添加量为0.08%。在此条件下,产品感官评分达95分,产品呈现透亮的淡红色,其酸甜适口,风味独特,组织状态匀称且无杂质和分层。该工艺下产品的pH为4.44,可溶性固形物为14.20%,总酸为3.08 g/L。本研究为进一步开发营养丰富、具有保健功效的饮料产品提供参考依据。