沙枣沙棘复合果酱的响应面法工艺优化及储藏期预测

原 林，刘 军，吴天忠，武慧慧，刘丽燕,*

（1.新疆大学生命科学与技术学院，新疆 乌鲁木齐 830046；2.新疆林科院造林治沙研究所，新疆 乌鲁木齐 830046）

大果沙枣（Elaeagnus angustifolia Linn.）属胡颓子科胡颓子属[1-2]，适应性很强，能在盐碱、干旱、风沙等恶劣环境中生长，因此沙枣具有较高的造林潜力，且具有固氮作用[3-4]，是西北沙漠地区优良树种之一[5]。沙枣果实含有大量类黄酮和萜类化合物，如皂苷、酚酸、类胡萝卜素和维生素等，其他营养物质包括微量元素及脂肪酸、糖等[6-7]。沙枣具有抗氧化、抗癌细胞、保护血管、调节血脂的作用，其营养价值和药用价值巨大[8]。沙棘（Hippophae rhamnoides Linn.）属胡颓子科沙棘属[9]，耐旱，耐风沙，在我国西北部大量种植。沙棘果实有大约428种营养功能成分，包含蛋白质、维生素、黄酮类化合物、不饱和脂肪酸及微量元素等，营养保健价值极高，是人类补充营养的首选水果之一[10-11]。同时沙棘果实中营养成分有超过16种治疗及保健作用[12-13]，包括增强免疫、抗肿瘤、抗疲劳及抗氧化作用[14-15]，作为保健食品原材料被广泛开发利用。

随着生活水平的提高，人们对食品的高品质要求日益增加，对于果酱产品种类及功能性需求也日益增加。普通果酱风味单一[16]，亟需探索并开发新型产品。新疆地区大量种植沙枣及沙棘，其鲜果产量大，但利用率低，是制约新疆沙枣及沙棘果实产业发展的瓶颈，且目前沙枣及沙棘产品的高效利用和深加工研究还处于起步阶段。将沙棘与沙枣相结合制作新口味果酱，可为沙枣产品的深加工提供一条可取的途径，拓宽其销路。本研究旨为利用新疆特色产品沙枣及沙棘开发出一种风味独特且不添加任何防腐剂的复合果酱产品，沙棘既作为原料又代替柠檬酸作为酸味剂，该研究为果酱新产品的开发提供了理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

沙枣，采自于新疆喀什；沙棘，采自于新疆精河县。原料采后放入-18℃冰箱中冷冻保存。

果胶，上海源叶生物有限公司；白砂糖：广州华糖食品有限公司。

1.1.2 仪器与设备

WYA-2S数显阿贝折射仪，上海仪电物理光学仪器有限公司；XS204电子天平，梅特勒-托利多（上海）仪器有限公司；Specord Plus紫外可见分光光度计，德国耶拿分析仪器股份有限公司；LD-PB22N高端破壁料理机，广州隆特电子有限公司；PHS-3C酸度计，上海吴森仪器设备有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

沙枣鲜果→清洗→预煮→去核→加沙棘打浆→浓缩→灌装→封口→灭菌→冷却→包装

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 准备原料

去除沙枣及沙棘中的烂果及不符合要求的果粒，事先将0.50%的果胶（以沙枣质量为基准）溶于50 mL 60℃水中，充分混匀。

1.2.2.2 预煮

将100 g沙枣倒入不锈钢锅内（沙枣质量计为100%），加入2倍果重的超纯水，加热至沸，然后保持微沸状态20 min左右，以达到果肉煮透灭酶，使之软化兼防变色，之后剔除其中果核，保留果肉与果皮。

1.2.2.3 打浆

将预煮过的果肉和沙棘浆果按比例放入料理机打浆3 min，将果肉打成浆状。

1.2.2.4 浓缩

将果浆放入锅中煮沸后，立即转为文火浓缩。以沙枣质量为基准，添加0.50%果胶和15%白砂糖，在浓缩过程中不断搅拌，当浓缩至酱体的可溶性固形物含量达65%时即可出锅。在此过程中，不加任何护色剂及酸味剂，用沙棘本身的酸代替添加剂柠檬酸，起到护色、调酸的作用。文火浓缩避免了将沙棘中的大量维生素破坏，尽可能多地保留其营养物质。

1.2.2.5 灌装、封口

出锅后立即趁热装罐，封罐时酱体温度不低于85℃，装瓶不可过满，所留顶隙度以3 mm左右为宜。

1.2.2.6 杀菌、冷却

封罐后立即投入沸水中杀菌30 min，排气后及时手工拧紧瓶盖。瓶盖、胶圈均需预先清洗、消毒。产品分段冷却（65℃/10 min→45℃/10 min→凉水冷却至常温）后得到沙枣沙棘复合果酱。

1.2.3 单因素试验设计

1.2.3.1 沙棘添加量的筛选

选择达到制酱标准的沙枣与沙棘，以沙枣质量为基准，在白砂糖添加量15%、熬煮时间25 min条件下，分别添加7.5%、10.0%、12.5%、15.0%、17.5%的沙棘，制备复合沙枣沙棘复合果酱，通过可溶性固形物（TSS）含量及感官评分筛选沙棘的适宜添加量。

1.2.3.2 白砂糖添加量的筛选

选择达到制酱标准的沙枣与沙棘，以沙枣质量为基准，在沙棘添加量15%、熬煮时间25 min条件下，分别添加5%、10%、15%、20%、25%的白砂糖，制备沙枣沙棘复合果酱，通过TSS含量及感官评分筛选白砂糖的适宜添加量。

1.2.3.3 熬煮时间的筛选

选择达到制酱标准的沙枣与沙棘，以沙枣质量为基准，在沙棘添加量15%、白砂糖添加量15%条件下，控制熬煮时间分别为15、20、25、30、35 min，制备沙枣沙棘复合果酱，通过TSS含量及感官评分筛选适宜的熬煮时间。

1.2.4 响应面试验设计

依据沙棘添加量（A）、白砂糖添加量（B）、熬煮时间（C）的单因素试验结果，根据响应面Box-Benhnke中心试验组合设计，以TSS含量、感官评分和综合评分（综合评分=TSS×0.5+感官评分×0.5）为响应值，进行三因素三水平响应面试验分析，优化沙棘沙枣果酱的工艺参数，响应面试验因素水平见表1。

表1 果酱优化工艺因素与水平的响应面设计Table 1 Response surface design for factors and levels of jam optimization technique

1.2.5 感官评价

将制备的沙枣沙棘复合果酱在22~25℃和相对湿度50%~60%的条件下放置1周，产品符合国标要求（菌落总数＜1×104CFU/g）下进行感官评定，邀请10名经过专门感官培训指导的食品相关专业人员，根据复合果酱的色泽、滋味与口感、有无杂质、组织状态4个方面进行综合评价[17-18]，具体感官评分标准和等级见表2。

表2 沙枣沙棘复合果酱感官评分标准Table 2 Sensory evaluation criteria of Elaeagnus angustifolia and Hippophae rhamnoides compound jam

1.2.6 品质指标测定

TSS含量：使用折光仪测定；pH值：使用pH计测定；蛋白质含量：采用凯氏定氮法[19]测定；多酚含量：采用福林-酚法[20]测定；黄酮含量：采用硝酸铝-亚硝酸钠比色法[21]测定；还原糖含量：采用3,5-二硝基水杨酸法[22]测定。

1.2.7 货架期预测

应用ASLT法建立Q10模型进行货架期的预测[23]。将制作好的果酱分别放入27、37℃恒温培养箱内储藏。每7 d测定一次菌落总数、大肠杆菌数、霉菌数及pH值。Q10模型计算公式如下：

货架期预测公式如下：

式中：θT1为T1温度下的货架期；θT2为T2温度下的货架期；ΔT为T1与T2的温度差。

1.2.8 数据处理

所有试验至少重复3次，采用软件SPSS 20.0和Origin 8.0进行数据分析和图表绘制。测定结果均以表示。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 沙棘添加量对复合果酱品质的影响

由图1可知，沙棘添加量对复合果酱的TSS影响较大，随着沙棘添加量的增加，复合果酱的TSS含量逐渐升高。沙棘添加量为7.5%~12.5%时，产品的感官评分呈上升趋势；当沙棘添加量为12.5%~17.5%时，感官评分呈下降趋势。当沙棘添加量为12.5%时，果酱的感官评分最高，这是因为沙棘添加量过高会使果酱酸度增大，产生不适口感，影响果酱的品质。因此，根据单因素试验结果，确定以沙棘添加量10.0%、12.5%和15.0%进行后续复合果酱的工艺优化研究。

图1 沙棘添加量对果酱品质的影响Fig.1 Effect of seabuckthorn addition on jam quality

2.1.2 白砂糖添加量对复合果酱品质的影响

由图2可知，糖对复合果酱的TSS含量影响很大，随着白砂糖添加量的增加，复合果酱的TSS含量显著升高。白砂糖添加量为5%~15%时，产品感官评分呈上升趋势；当白砂糖添加量为15%~25%时，感官评分呈下降趋势。当白砂糖添加量为15%时，果酱的感官评分最高，这是因为白砂糖添加量高会使果酱浓度增大，影响果酱的黏稠度，流动性下降，口感过于甜腻。因此，根据单因素试验结果，确定以白砂糖添加量10%、15%和20%进行后续复合果酱的工艺优化研究。

图2 白砂糖添加量对果酱品质的影响Fig.2 Effect of sugar addition on jam quality

2.1.3 熬煮时间对复合果酱品质的影响

由图3可知，熬煮时间对复合果酱的TSS含量影响较大，随着熬煮时间的延长，复合果酱的TSS含量逐渐升高，升高速度较缓。熬煮时间为15~25 min时，产品的感官评分呈上升趋势；当熬煮时间为25~35 min时，感官评分呈下降趋势。当熬煮时间为25 min时，果酱的感官评分最高，这是因为熬煮时间延长会使果酱的黏稠度增大，甚至产生焦糊褐变，影响果酱的品质。因此，根据单因素试验结果，确定以熬煮时间20、25、30 min进行后续复合果酱的工艺优化研究。

图3 熬煮时间对果酱品质的影响Fig.3 Effect of boiling time on jam quality

2.2 响应面优化果酱工艺试验结果

表3为BBD的17组试验。通过多元回归分析对响应值TSS含量（Y1）、感官评分（Y2）和综合评分（Y3）进行拟合，可以得到下列二元多项方程式：

表3 Ben-Behnken试验设计及结果Table 3 Ben-Behnken experimental design and results

Y1=65.83+1.29A+1.97B+1.49C+0.036AB+0.61AC-0.087 5BC-1.3A2-0.178 8B2-0.033 7C2

Y2=87.97+0.042 5A-0.952 5B-7.025C-3.41AB-3.5AC-3.16BC-4.51A2-4.83B2-5.20C2

Y3=76.9+0.663 8A+0.506 9B+0.391 9C-1.53AB-1.44AC-1.62BC-2.90A2-2.51B2-2.61C2

表4为试验结果的方差分析，Y1、Y2、Y3模型F值分别为30.05、70.77、86.34，P值均小于0.000 1，表明这3个模型均极显著；失拟项P值分别为0.945 7、0.613 0、0.505 6，P值均大于0.05；R2分别为0.974 8、0.989 1、0.991 1，均大于0.95，表明回归模型描述了每个因素与响应值之间关系的一致性，与R2值很接近，说明样本的容量足够大；试验的变异系数（CV）分别为0.79%、1.07%、0.57%，表明3个模型均具有良好的可靠性与精密度，且可以实际应用[24]。

表4 回归模型方差分析Table 4 Analysis of variance of regression model

图4a显示了沙棘添加量与熬煮时间的交互作用对产品TSS含量的影响，熬煮时间的影响强于沙棘添加量，果酱样品的TSS含量随沙棘添加量和熬煮时间的增加而升高。图4b显示了沙棘添加量与熬煮时间的交互作用对产品感官评分的影响，感官评分的峰值出现在沙棘添加量11%~13%和熬煮时间24~26 min之间。图4c显示了沙棘添加量与白砂糖添加量的交互作用对产品感官评分的影响，感官评分的峰值出现在沙棘添加量11%~13%和白砂糖添加量14%~16%之间。图4d显示了熬煮时间与白砂糖添加量的交互作用对产品感官评分的影响，感官评分的峰值出现在熬煮时间24~26 min和白砂糖添加量14%~16%之间。图4e显示了沙棘添加量与白砂糖添加量的交互作用对产品综合评分的影响，综合评分的峰值出现在沙棘添加量11%~13%和白砂糖添加量14%~16%之间。图4f显示了熬煮时间与白砂糖添加量的交互作用对产品综合评分的影响，综合评分的峰值出现在熬煮时间24~26 min和白砂糖添加量14%~16%之间。图4g显示了沙棘添加量与熬煮时间的交互作用对产品综合评分的影响，综合评分的峰值出现在沙棘添加量11%~13%和熬煮时间24~26 min之间。将综合评分最大值设为最佳优化条件，得到最终结果为：沙棘添加量12.72%，白砂糖添加量15.32%，熬煮时间25.15 min，该条件下果酱产品的品质最佳。根据实际操作的可行性，将工艺配方调整为：沙棘添加量12%，白砂糖添加量15%，熬煮时间25 min。对此条件进行3次验证试验，所得沙枣沙棘复合果酱综合评分的均值为75.61，接近预测值76.95。因此，基于响应面法所得的最佳配方准确可靠，具有实际应用价值。

图4 各因素交互作用对复合果酱响应值影响的响应曲面图Fig.4 Response surface diagram of the effect of factors interaction on response values of compound jam

2.3 果酱的品质指标测定结果

对按照优化工艺配方制得的沙枣沙棘复合果酱进行部分品质指标的测定，结果表明：果酱pH值为3.80，蛋白质含量0.87%，多酚含量4.32 mg/g，黄酮含量0.67 mg/g，还原糖含量3.67%。

2.4 沙枣沙棘复合果酱的货架期预测结果

在27℃及37℃下观察91 d，沙枣沙棘复合果酱的菌落总数≤1×104CFU/g、霉菌数≤1.0×102CFU/g，均未超出国家标准[25]，且未检出任何致病菌。果酱在储藏过程中由于温度的影响其双糖或多糖会降解，导致pH值降低，因此以pH值为货架期预测的指标。果酱的pH值小于3时[26]，果酱糖酸比失衡，以此作为货架期预测终点。由表5可知，随着储藏时间的延长，pH值的降低趋势加快。37℃储藏第42天果酱严重衰败，即果酱在37℃的货架期为35 d，27℃的货架期为91 d。由公式（1）可得Q10＝91/35＝2.6。由公式（2）可得在商业储藏温度20℃的货架期为：θ20℃＝35×2.61.7=177.36 d。

表5 储藏期间果酱的pH值变化Table 5 pH changes of jam during storage

对最优生产工艺条件下的沙枣沙棘复合果酱货架期模型进行验证，根据模型方程计算储藏温度15℃、25℃下的果酱pH值得到货架期预测值，与实测值进行比较，结果见表6。

表6 不同温度下沙枣沙棘果酱的货架期预测值与实测值Table 6 Predicted value and measured value of shelf life of Elaeagnus angustifolia and Hippophae rhamnoides jam at different temperatures

由表6可知，在15℃和25℃条件下，沙枣沙棘复合果酱货架期预测值与实测值的相对误差分别为1.25%和2.69%，均小于10%，说明建立的依靠果酱pH值为判定标准的货架期预测模型可以很好地预测沙枣沙棘果酱在15~35℃的货架期。

3 结论

本研究以新疆特色产品沙枣和沙棘为原料研制复合果酱，在单因素试验的基础上，通过响应面法优化了果酱的最佳工艺配方。沙棘既作为原料，又作为酸味剂、护色剂代替柠檬酸。沙枣沙棘复合果酱的最优工艺配方为：沙棘添加量12%，白砂糖添加量15%，熬煮时间25 min。应用ASLT法建立Q10模型，预测沙棘沙枣复合果酱在不添加防腐剂的情况下，20℃条件下的货架期为177 d。