响应面法优化原味圣女果罐头工艺

白建，沈辉，苏喜君

1. 吕梁学院生命科学系（吕梁 033001）；2. 石楼县冠通食品有限公司（石楼 032500）

圣女果又被称为樱桃番茄[1]。圣女果富含番茄红素、维生素、矿物质等多种营养成分，具有生津止渴、健胃消食、清热解毒、凉血平肝、补血养血和增进食欲等功效[2]。圣女果中含有的番茄红素是一种抗氧化剂，对美容养颜、增强抵抗力有很大的功效[3-4]。

罐头食品是将符合要求的原料经处理、分选、修整、装罐（包括马口铁罐、玻璃罐、复合薄膜袋或其他包装材料容器）、密封、杀菌、冷却而制成的具有一定真空度的罐藏食品[5]。罐头食品采用商业无菌技术，故能常温下较长期存放。

试验以圣女果为主要原料，结合文献[6-7]，不添加任何防腐剂，研制出即食原味圣女果罐头，为圣女果的开发利用提供理论依据和实践指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

圣女果，来自山西省吕梁市离石区石楼县龙尚庄自种旱地；氯化钙、羧甲基纤维素钠，购于河南万邦化工科技有限公司。

1.2 主要试验仪器与设备

EB-4A电磁炉（格妮思电器有限公司）；GT7C 720高压杀菌锅（滑县红太阳医疗器械有限公司）；FA114A电子秤（广东豪晟科学仪器有限公司）；TMS-PILOT质构仪（北京盈盛恒泰科技有限公司）。

1.3 工艺流程[8]

旱地圣女果→挑选、清洗→漂烫去皮→固化液处理→漂洗→装罐→脱气→封罐→杀菌→冷却→成品

1.3.1 挑选、清洗挑选果实饱满、没有裂痕的圣女果，用流动水冲洗其表面杂质并去除蒂梗。

1.3.2 烫漂去皮将清洗好的圣女果放入105 ℃水中持续1 min。将烫漂好的圣女果迅速放入冷水中冷却，剥去外皮，并对果实外表进行修整，剔除在加工过程中被破坏且不美观的果实。

1.3.3 固化液处理

将去皮后的圣女果放入0.5%氯化钙硬化5 min。

1.3.4 漂洗圣女果硬化处理后，用流动冷水进行漂洗，除去残留的氯化钙。

1.3.5 装罐

圣女果装罐量为净重的62%。加入3%羧甲基纤维素钠，用纱布过滤，汤汁温度保持在95 ℃以上。圣女果装罐后灌入汤汁，并按规定留出1 cm左右顶隙。

1.3.6 脱气、封罐、杀菌

排气过程与杀菌同时进行。采用热力法对装罐后的产品进行排气，当罐中心温度达到85 ℃时，用杀菌过的瓶盖迅速密封。

1.3.7 冷却

将封盖后的玻璃罐头倒置，采用分段冷却方法使玻璃罐头迅速冷却至室温。

温度降到100 ℃以下，可以用60 ℃左右的温水来降温；温度降到80 ℃以下，可以用40 ℃左右的温水来降温；温度降到60 ℃以下，相对比较安全，可以用20 ℃左右的凉水来降温；一般产品冷却到40 ℃以下就可以算冷却完成。

1.3.8 成品

冷却后进行感官评分，检验合格即为成品。

1.4 原味圣女果罐头的感官评价

由10名受过培训的食品品评师组成评估小组进行打分，评分标准见表1。

表1 原味圣女果罐头感官评分标准[9]

1.5 单因素试验

以感官评价为指标，参考文献[10-11]，对圣女果罐头加工工艺进行改进。分别选取圣女果添加量（58%，60%，62%，64%和66%）、氯化钙添加量（0.3%，0.4%，0.5%，0.6%和0.7%）、羧甲基纤维素钠添加量（1%，2%，3%，4%和5%）进行单因素试验，每组因素添加量的中间值为固定添加量。

1.6 响应面试验

按单因素试验，选择圣女果添加量、氯化钙添加量和羧甲基纤维素钠添加量作为自变量，将所得感官评分作为响应值Y，再根据Box-Benhnken对原味圣女果罐头进行优化试验，试验设计见表2。

表2 试验设计 单位：%

1.7 数据处理

采用Graph Pad Prism 8绘制单因素测试图，采用Design-Expert 8.0.6软件对响应面进行优化分析。

2 结果分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 圣女果添加量对罐头的影响

由图1可知，圣女果罐头的感官评分随着圣女果添加量的增加而增大，添加量在62%时分值最大，说明固形物含量适当时，在保藏期内形状不会发生改变，圣女果罐头整体美观。固形物过少时，圣女果间隔太大不美观。添加量在62%～70%之间，感官评分逐渐降低，由于固形物过多，圣女果受到挤压，形状发生改变，且灌注液少不利于保存，所以感官评分降低。故选择58%，62%和66%的圣女果添加量，以62%作为响应面设计中心点。

图1 圣女果添加量对感官评分的影响

2.1.2 氯化钙添加量对罐头的影响

由图2可知，圣女果罐头的感官评分随着氯化钙添加量的增加先增大后减小，添加量在0.5%时评分分值最大，说明0.5%氯化钙硬化剂硬化效果最佳。当添加量小于0.5%时，圣女果表面柔软，质量下降。相反，当添加量大于0.5%时，会生成过多的果胶酸钙或部分纤维素钙化，使产品质地粗糙，影响罐头的视觉。故选择0.4%，0.5%和0.6%的氯化钙添加量，以0.5%作为响应面设计中心点。

图2 氯化钙添加量对感官评分的影响

2.1.3 羧甲基纤维素钠添加量对罐头的影响

由图3可知，圣女果罐头的感官评分随着羧甲基纤维素钠添加量的增加先增大后减小，添加量在3%时评分分值最大，说明3%羧甲基纤维素钠增稠剂使原汁色泽均匀。当添加量小于3%时，果实沉淀严重。当添加量大于3%时，灌注液浑浊不美观。故选择2%，3%和4%的羧甲基纤维素钠添加量，以3%作为响应面设计中心点。

图3 羧甲基纤维素钠添加量对感官评分的影响

2.2 响应面优化结果

通过Design-Expert.V 8.0.6软件，对表3中的试验数据进行分析，拟合得出原味圣女果罐头的感官评分（Y）关于圣女果添加量（A）、氯化钙添加量（B）、CMC-Na添加量（C）的多元二次回归方程：

表3 Box-Behnken试验设计及结果

Y=-2 585.201 12+15.026 80A+101.233 75B+12.808 10C+0.040 750AB-0.048 200AC-0.072 750BC-0.229 44A2-1.120 87B2-0.201 04C2

由表4可知，回归模型p＜0.000 1，表明此模型具有显著性，具有一定的意义。失拟项0.301 9＞0.05，具有不显著性，表明此模型拟合度好，误差较小。模型相关性R2=0.994 9，说明相关度很好，具有可信度，能用于配方优化的预测。

表4表明，对圣女果罐头的感官评分结果有极显著影响（p＜0.01）的因素是一次项A、C，交互项AC，以及平方项A2、B2、C2。而对该圣女果罐头感官评分有显著影响（p＜0.05）的因素是一次项B与交互项BC。按影响感官评分结果排序：CMC-Na添加量（C）＞圣女果添加量（A）＞氯化钙添加量（B）。

表4 Box-Behnken试验方差分析

2.3 多因素交互作用结果

利用Design-Expert. V 8.0.6响应面软件分别对各因素两两分析，见图4～图6。由图4可知，等高线的形状呈圆形，表明因素A（圣女果添加量）与因素B（氯化钙添加量）相互作用不显著。3D图颜色变化缓慢，表示曲线坡度平缓，能看出A和B对响应值Y（感官评分）无显著影响。

图4 因素A和因素B交互作用的3D曲面图和等高线图

由图5可知，等高线的形状呈椭圆形，表明因素A（圣女果添加量）与因素C（CMC-Na添加量）相互作用极显著。3D图颜色变化特别快，表示曲线坡度很大，能看出A和C对响应值Y（感官评分）具有极显著影响。

图5 因素A和因素C交互作用的3D曲面图和等高线图

由图6可知，等高线的形状呈椭圆形，表明因素B（氯化钙添加量）与因素C（CMC-Na添加量）相互作用显著。3D图颜色变化较快，表示曲线坡度大，能看出B和C对响应值Y（感官评分）影响显著。

图6 因素B和因素C交互作用的3D曲面图和等高线图

2.4 验证试验

由响应面软件处理数据后得到最优试验配方：圣女果添加量61.88%、氯化钙添加量0.51%、CMC-Na添加量2.91%，在此条件下感官评分为86.23分。根据实际情况，将最佳原味圣女果罐头配方调整为圣女果添加量62%、氯化钙添加量0.5%、CMC-Na添加量3%。为了验证模型的可靠性与准确性，在此情况中进行3次平行试验，得到的感官评分结果为86.20分，与预测值86.23分相比，相对误差为0.03%。表明原味圣女果罐头的最优工艺是相当可靠的。

3 结论

在单因素试验的基础上，经过多次的感官检验，并利用响应面法对原味圣女果罐头进行分析后，得出影响原味圣女果罐头的感官评分的顺序：CMC-Na添加量＞圣女果添加量＞氯化钙添加量。原味圣女果罐头的最优工艺配方为圣女果添加量62%、氯化钙添加量0.5%、CMC-Na添加量3%。在此条件下制作的原味圣女果罐头清澈透明，颜色鲜艳。该试验为圣女果的综合利用增添了一种途径，具有一定的生产经济价值。