响应面法优化天麻脯制作工艺及其品质分析

舒亚非，吴仕敏,2，李瑞琳，冯绍彪，田琴，朱苗，李刚凤*

（1.铜仁学院材料与化学工程学院，贵州 铜仁 554300；2.中国农业科学院茶叶研究所，浙江 杭州 310008）

天麻（Gastrodia elata），一种药食两用的兰科天麻属与密环菌特殊共生的多年生草本植物[1]，它不仅属于国家三级保护物种[2]，还是一种地理标志产品[3]。现代药理研究已经表明，天麻不仅有增智健脑、清除自由基、延缓衰老等作用，而且对老年性痴呆有一定疗效[4]。天麻含有天麻素及其苷元、天麻多糖、生物碱、有机酸、香草醇等成分，其中天麻素和天麻多糖是天麻的主要成分[5]和主要活性成分[6]，大量研究发现天麻素有镇静催眠[7]、抗偏头痛[8]、抗肝硬化[9]的作用。在临床应用上还发现天麻素有扩张血管、降低外周阻力、改善微循环、保护脑细胞和损伤的血管内皮细胞以及改善记忆力等功能[10]。现今随着天麻栽培技术的发展，天麻产量逐渐增加，使开发天麻加工产品成为可能。

果脯是用新鲜水果经过去皮、取核、糖制、浸泡、烘干和整理包装等主要工序制成的食品，是我国传统食品中蜜饯的一种，有色泽明亮、表面干燥、稍有黏性等特点，同时还要求含水量在20%以下[11]。目前，有关果脯的研究较多，根据原料不同可分为猕猴桃果脯[12-13]、苹果脯[14]、南瓜脯[15]、紫薯脯[16]等，但有关天麻脯的研究较少。

随着生活水平的提高，人们对食品在营养保健方面的需求也更高，饮食习惯逐渐呈现低糖、低盐、低脂肪的“三低化”趋势[17]，由于摄入糖含量较高的食品易导致糖尿病、肥胖症及心血管疾病等，因此人们越来越要求食品具备甜味低、原果味浓、安全、卫生、营养价值高的特性[18]。木糖醇在体内的代谢与胰岛素无关[19]，可预防糖尿病、肥胖症及心血管疾病等的发生，故适合糖尿病患者食用。基于此，本试验用木糖醇代替白砂糖，同时为遮盖天麻独特风味，在渗糖过程中加入绿茶[20]和陈皮[21]，制作天麻脯。以期为天麻新产品开发及天麻脯工业化生产提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

天麻：贵州省德江县康奇药植开发有限责任公司；柠檬酸（食品级）：天津市博迪化工有限公司；氯化钙（食品级）：河南万邦实业有限公司；抗坏血酸（食品级）：河南糖柜食品有限公司；木糖醇（食品级）：浙江华康药业股份有限公司；冰糖、蜂蜜、绿茶、陈皮、食盐、鲜柠檬：市售。

1.2 仪器与设备

HG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱：常州普天仪器制造有限公司；MAX-A3003型电子天平：深圳市无限量衡器有限公司；YXQ-LS-100G型高压蒸汽灭菌锅：广州步步宏科学仪器设备有限公司；C21-PK2106型多功能电磁炉：美的生活电器制造有限公司；JP-030S型超声波清洗仪：深圳市洁盟清洗设备有限公司；HH-2型数显恒温水浴锅：国华电器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 天麻脯制作工艺流程

选料→清洗→去皮→切条→漂烫→硬化→渗糖→干燥→冷却→回软→包装→杀菌→成品。

1.3.2 操作要点

选择块茎大小均一、无病虫害、无变软腐烂的新鲜天麻，自来水清洗掉淤泥杂质，清洗时应注意避免果皮破裂、汁液流失，手法必须轻柔。然后用不锈钢刀将天麻表皮刮去，使表面光滑，切成4 cm×1 cm×1 cm的条状，备用。称取100 g条状天麻，置于一定温度的水中烫漂一定时间，捞出，置于水中冷却至约30℃，将漂烫好的天麻加入至一定量的护色硬化液（护色硬化液由柠檬酸0.8%、氯化钙0.5%、抗坏血酸0.8%组成）中25℃浸泡2 h，达到硬化目的。以100 g天麻为基准，称取绿茶3%和陈皮5%，先用100 mL 80℃水浸泡30 s后，再用100 mL 25℃水浸泡30 min，过滤，滤液备用；在滤液中加入一定量的木糖醇、5%冰糖、3%蜂蜜、1%食盐、1 mL柠檬汁，混匀，制成糖渍液备用。将已经硬化的天麻放入制备好的糖渍液中渗糖一定时间，起糖渍作用。接着将糖渍好的天麻先于55℃干燥5 h，再于45℃条件干燥18 h（使水分含量低于20%）。将干燥好的天麻脯置于30℃下回软24 h。待冷却后，用阻气性、阻湿性好的复合膜材料进行包装，釆用蒸汽杀菌处理5 min，即得天麻脯成品。

1.3.3 天麻脯的感官评定

由经过专业感官评审训练的10名食品科学与工程专业学生组成感官评审小组，对天麻脯的滋味、色泽、口感、外观4个方面进行感官评分，评价标准见表1。

表1 天麻脯感官评价标准Table 1 Sensory evaluation criteria of preserved Gastrodia elata

1.3.4 单因素试验

分别考察漂烫温度（80、85、90、95、100 ℃）、漂烫时间（1、2、3、4、5 min）、木糖醇添加量（10%、15%、20%、25%、30%）和渗糖时间（10、11、12、13、14 h）对天麻脯品质的影响。

1.3.5 响应面试验设计

基于单因素试验结果，利用Design-Expert V8.0.6软件中的Box-Behnken中心组合试验设计原理，以漂烫温度、漂烫时间、木糖醇添加量、渗糖时间为试验影响因素，设计四因素三水平的响应面试验，因素水平见表2。

表2 响应面分析因素及水平Table 2 Factors and levels of response surface methodology analysis

1.3.6 天麻脯理化指标测定

天麻脯含糖量测定参照GB/T 10782—2006《蜜饯通则》中的斐林试剂法；水分含量测定参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》中的直接干燥法；蛋白质含量测定参照文献[22]中的考马斯亮蓝法；总酸含量测定参照GB/T 12456—2008《食品中总酸的测定》；维生素C含量测定参照GB 5009.86—2016《食品安全国家标准食品中抗坏血酸的测定》中的2，6-二氯靛酚滴定法；黄酮含量测定参照李欣燃等[23]的硝酸铝显色法；多酚含量测定参照GB/T 8313—2018《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》。

1.4 数据处理与分析

通过Design-Expert V8.0.6软件中的Box-Benhnken进行试验设计，采用Origin8.5.1作图，利用Spss19.0对数据进行统计分析与处理。

2 结果与分析

2.1 漂烫温度对天麻脯品质的影响

漂烫温度对天麻脯品质的影响见图1。

图1 漂烫温度对天麻脯品质的影响Fig.1 Effect of blanching temperature on the quality of preserved Gastrodia elata

漂烫处理能排除果肉组织内空气，可抑制或破坏酶活性，增加细胞通透性，利于渗糖。由图1可知，随着漂烫温度升高，天麻脯含糖量和感官评分也随之增加，当漂烫温度为95℃时，感官评分达到最高，此时天麻脯呈淡黄色，甜味适中，天麻独特风味适中，表面无结晶，外形饱满，无明显凹陷、“返砂”现象；当漂烫温度低于95℃时，甜味较低，天麻独特风味过于浓郁，原因是温度过低，漂烫不彻底，导致糖液无法渗透；当漂烫温度高于95℃时，温度过高，天麻脯组织过软，糖液渗透过快，含糖量过高，导致天麻独特风味被掩盖。整体上看，漂烫温度对天麻脯感官评分和含糖量影响显著。综上，选择漂烫温度90、95、100℃进行后续试验。

2.2 漂烫时间对天麻脯品质的影响

漂烫时间对天麻脯品质的影响见图2。

图2 漂烫时间对天麻脯品质的影响Fig.2 Effect of blanching time on the quality of preserved Gastrodia elata

漂烫时间长短不仅影响灭酶的彻底程度，而且影响天麻脯质地。由图2可知，当漂烫时间为3 min时，天麻脯感官评分最高，此时天麻脯呈淡黄色，甜味适中，天麻独特风味适中，表面无结晶，外形饱满，无明显凹陷、“返砂”现象；当漂烫时间小于3 min时，漂烫时间过短，灭酶不彻底，漂烫不彻底，导致天麻脯色泽发暗，甜度不够；当漂烫时间大于3 min时，漂烫时间过长，漂烫过度，导致天麻脯组织较软，色泽呈深黄色，且此时天麻脯含糖量过高。整体上看，漂烫时间对天麻脯感官评分和含糖量影响显著。综上，选择漂烫时间2、3、4 min 进行后续试验。

2.3 木糖醇添加量对天麻脯品质的影响

木糖醇添加量对天麻脯品质的影响见图3。

图3 木糖醇添加量对天麻脯品质的影响Fig.3 Effect of xylitol addition on the quality of preserved Gastrodia elata

如图3所示，木糖醇添加量为20%时，天麻脯感官评分最高，此时天麻脯呈淡黄色，甜味适中，天麻独特口感较好，表面无结晶，外形饱满，无明显凹陷、“返砂”现象；当木糖醇添加量低于20%时，天麻脯甜味较低，略有绿茶和陈皮的苦涩味，天麻脯稍硬且口感较差，原因是糖液浓度低，糖分不易渗入，无法中和绿茶和陈皮苦涩味；当木糖醇添加量高于20%时，天麻脯过甜，无天麻独特风味，原因是糖液浓度过高，掩盖了天麻独特风味。整体上看，木糖醇添加量对天麻脯感官评分和含糖量影响显著。综上，选择木糖醇添加量15%、20%、25%进行后续试验。

2.4 渗糖时间对天麻脯品质的影响

渗糖时间对天麻脯品质的影响见图4。

图4 渗糖时间对天麻脯品质的影响Fig.4 Effect of sugar infiltration time on the quality of preserved Gastrodia elata

如图4所示，渗糖时间为12 h时感官评分最高，此时天麻脯呈淡黄色，甜味适中，天麻独特风味适中，表面无结晶，外形饱满，无明显凹陷、“返砂”现象；当渗糖时间少于12 h时，天麻脯甜味较低，天麻独特风味过于浓郁，原因是渗糖时间较短，糖液渗透不足，导致天麻脯甜味较低；当渗糖时间大于12 h时，天麻脯过甜，几乎无天麻独特风味，原因是渗糖时间过长，糖液渗入过多，导致天麻脯过甜，掩盖了天麻独特风味，且天麻脯表面容易出现“返砂”现象。整体上看，渗糖时间对天麻脯感官评分和含糖量影响显著。综上，选择渗糖时间11、12、13 h进行后续试验。

2.5 响应面优化试验

2.5.1 响应面优化试验设计与结果

以漂烫温度、漂烫时间、木糖醇添加量、渗糖时间为考察因素，以感官评分为响应值，响应面试验设计和结果见表3。

表3 响应面试验设计及结果Table 3 Design and results of response surface methodology

续表3 响应面试验设计及结果Continue table 3 Design and results of response surface methodology

2.5.2 数学模型的建立与方差分析

利用Design-Expert V8.0.6统计软件进行二次多项回归拟合，得到回归方程：Y=83.80-0.67A+1.58B+1.50C+1.08D-0.50AB-0.50AC-0.50AD+1.00BC-0.25BD-2.00CD-2.19A2-3.82B2-5.69C2-2.82D2。对二次多项方程进行方差分析，结果见表4。

表4 回归方程方差分析Table 4 Variance analysis of regression equations

由表4可知，各因素对感官评分的影响不是简单的线性关系。一次项 B、C 以及二次项 A2、B2、C2、D2都存在极显著影响（P＜0.01），一次项D以及交互项CD影响显著（P＜0.05）。该模型F值为9.14、P值＜0.000 1，说明有极显著差异。模型的失拟项P=0.058 5＞0.05，相关系数R2=0.901 4，表明模型拟合程度良好且相关性较好。各因素对天麻脯感官评分的影响程度依次为漂烫时间＞木糖醇添加量＞渗糖时间＞漂烫温度。

2.5.3 交互作用分析

各因素交互作用对天麻脯感官评分影响的响应曲面如图5所示。

图5 各因素交互作用对天麻脯感官评分影响的响应曲面Fig.5 Response surface of the effects of interaction of various factors on sensory score of preserved Gastrodia elata

由图5可知，当木糖醇添加量和渗糖时间处于低水平时，感官评分先增加后减小，其交互作用的响应曲面坡度较陡，等高线呈椭圆形，表明对响应值有显著影响，与方差分析结果一致。

2.5.4 最优条件组合

通过软件分析，得到天麻脯最优工艺条件：漂烫温度94.79℃，漂烫时间为3.23 min，木糖醇添加量20.14%，渗糖时间12.15 h，感官评分预测值84.24。为了便于试验操作，调整工艺参数为漂烫温度95℃，漂烫时间3 min，木糖醇添加量20%，渗糖时间12 h。最终通过5组验证性试验，得到天麻脯的感官评分为84.55，与预测值接近。制得的天麻脯颜色呈淡黄色，甜味适中，天麻独特风味适中，表面无结晶，外形饱满，无明显凹陷、“返砂”现象。

2.6 天麻脯理化指标测定结果分析

天麻脯的理化指标测定结果见表5。

表5 天麻脯的理化指标Table 5 Physicochemical indicators of preserved Gastrodia elata

水分含量是影响天麻脯贮藏的一个重要指标，水分含量低于20%时利于天麻脯贮藏，由表5可知，天麻脯水分含量为13.42 g/100 g，符合果脯贮藏要求。李立郎等[24]测得贵州乌天麻蛋白质含量为5.6 g/100 g～5.8 g/100 g、维生素C含量为3.84 g/100 g～9.97 g/100 g；康明等[25]测得德江天麻的蛋白质含量为5.54 g/100 g、维生素C含量为5.53 mg/100 g；而本研究中经过加工的天麻脯的蛋白质和维生素C含量相对较低，可能原因是加工过程会造成部分营养成分的损失。但天麻脯中黄酮、多酚含量较高。由此说明，本试验制得的天麻脯能较好地保留天麻中有效成分。天麻脯含糖量为30.47%，符合国家标准[26]。综上所述，本制作工艺能较好保留天麻营养成分，且配方中用木糖醇代替白砂糖，可供糖尿病患者食用。

3 结论

通过单因素试验和响应面法优化天麻脯最佳制作工艺，并对天麻脯基本理化指标进行分析。天麻脯最佳工艺条件：漂烫温度95℃、漂烫时间3 min、木糖醇添加量20%、渗糖时间12 h。此条件下制得的天麻脯呈淡黄色，甜味适中，天麻独特风味适中，表面无结晶，外形饱满，无明显凹陷、“返砂”现象，感官评分为84.55，与预测值84.24接近。试验制得的天麻脯质地稳定，食用方便，黄酮和多酚含量较高，能较好保留天麻营养成分，为天麻脯的加工生产提供参考依据。