响应面优化淀粉型刺梨凝胶软糖配方工艺

许 粟，姚绍炉，刘宇泽，费 强，马风伟，陈海江，李 勇，许洁舲，肖 娟，王欣颖，陈光静,

（1.贵阳学院食品与制药工程学院，贵州贵阳 550005；2.贵阳学院生物与环境工程学院，贵州贵阳 550005；3.贵州医科大学神奇学院，贵州贵阳 550004；4.贵州初好农业科技开发有限公司，贵州六盘水 553000）

刺梨（Roxburgh rose）是一种富含维生素C（V）的野生水果，主要产自我国贵州、云南等地，除维生素C 外，刺梨还含有丰富的多糖、黄酮、超氧化物歧化酶（SOD）、有机酸、三萜类化合物及多酚（单宁）等活性物质。前期大量的试验研究表明刺梨具有解毒、抗氧化、抗动脉粥样硬化（AS）、抗肿瘤、预防糖尿病、辐射防护及抗凋亡、镇静、治疗失眠、促进消化等药理作用。近年来，随着对刺梨研究的不断深入，人们对刺梨的认识也不再停留在表面，越来越多的研究表明刺梨含有多种具有保健功能的生物活性成分，其目前已被列为贵州省重点的药食两用植物资源并被大力开发。截至2019 年，贵州省刺梨种植面积达到176 万亩，盛果期采摘面积达100 万亩以上，刺梨鲜果年产量超过6.6 万吨，全省刺梨产业鲜果销售收入达3.6 亿元，具有代表性的35 户刺梨加工企业鲜果加工能力达13.8 万吨，刺梨原汁鲜果加工能力达9.6 万吨，实现销售收入7.5 亿元。

莲藕（Gaertn），又名藕、荷梗等，是一种多年生宿根水生草本植物，是莲科莲属水生植物莲的膨大根茎块，是我国重要的蔬菜之一。莲藕含有丰富的淀粉、蛋白质、矿物质、维生素C、氨基酸等营养物质。其次，莲藕还含有许多生物活性成分，如类酚类、多糖、生物碱、膳食纤维、挥发油、生物碱、黄酮、矿物质及超氧化物歧化酶（SOD）等。莲藕及其深加工产品藕粉具有独特的香气和风味、口感清新，深受广大消费者的喜爱。其次，莲藕还具备一定的药用价值，有改善人体消化功能，促进肠道内有益菌群繁殖的生理功能。综上所述，将藕粉和刺梨原汁进行复配，研发一款新型淀粉型刺梨凝胶软糖，不仅可以改善刺梨原汁苦涩的口感，还可以增强产品的营养价值和功效。

目前，市面上的刺梨产品种类较多，包括如刺梨果酒、刺梨果醋、刺梨果脯、刺梨酸乳、刺梨糕等，但是有关刺梨软糖的研究较少。袁豆豆等有关刺梨软糖的研究结果表明制作刺梨软糖的最佳配方为：刺梨汁12%，白砂糖15%，麦芽糖浆10%，凝胶剂（琼脂:卡拉胶=1:1）1%，苹果酸0.15%；李小鑫等有关利用刺梨果渣制备软糖的研究表明刺梨果渣软糖的最佳配方为：果渣含量24.59%，复配胶凝剂（明胶、麦芽糊精、卡拉胶的质量比为7:2:1）含量9.01%，糖含量36.82%，添加0.20%柠檬酸。本研究以藕粉中的淀粉代替凝胶剂，增添产品的特殊风味，并使其具备一定的药用价值。

本试验以刺梨汁为原料，研究刺梨汁、藕粉、白砂糖含量及加热时间对淀粉型刺梨凝胶软糖综合感官品质的影响，通过单因素实验、响应面优化以及终产品品质分析来确定原料的最佳添加量及加工过程中的最适加热时间，以期研发出一款酸甜度适中，具有独特刺梨风味，且受消费者喜爱的新型淀粉型刺梨凝胶软糖。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

刺梨汁 贵州初好农业科技开发有限公司；藕粉 桂林万鑫食品有限公司；白砂糖 太古集团；纯净水 杭州娃哈哈集团有限公司；盐酸 重庆江北化工有限公司；硫酸铜、亚甲蓝、酒石酸钾钠、氢氧化钠、乙酸锌、冰乙酸、亚铁氰化钾 上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

B-260 恒温水浴锅 上海荣升生化仪器厂；YP6001电子天平 余姚市金诺天平仪器有限公司；C22-WT2203 电磁炉 广东美的生活电器制造有限公司；TA.XT plus 质构仪 超技仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 加工工艺流程

1.2.2 操作要点 根据试验配方准确称量刺梨汁、藕粉、白砂糖，依次加入容器中，称量过程中不能引入杂质，避免造成污染。用清洗干净并高温杀菌的玻璃棒进行搅拌，搅拌时始终保持顺时针或逆时针方向搅拌，确保搅拌均匀。为了确保藕粉和白砂糖的充分溶解，将原料混合物放入70 ℃的恒温水浴锅中进行预热，预热时间为12 min，每间隔2 min 搅拌一次。预热的温度不宜过高，防止刺梨汁中的有效成分因温度过高而分解，造成营养成分的损失。将预热好的原料混合物用滴管移取5 mL 至模具（食品级硅胶软糖模具，16 格，2.5 cm×2.5 cm×1.5 cm）中，并使其混合均匀。将不锈钢隔板放置于装有水的不锈钢锅中，并在电磁炉上进行加热，将模具放置于隔板上，使用水蒸汽进行加热，加热时间为20 min。将蒸汽加热后的刺梨凝胶软糖放置在室温中进行冷却，冷却时间为2 h。将制备好的产品从模具中进行脱模、包装，制得成品。

1.2.3 单因素实验 通过单因素实验研究3 种原材料（刺梨汁、藕粉、白砂糖）及加热时间对刺梨凝胶软糖综合感官评分的影响，最终确定刺梨凝胶软糖的配方及加热时间。固定藕粉添加量为26%，白砂糖添加量为20%，加热时间为20 min，分别添加不同比例的刺梨汁（34%、39%、44%、49%、54%），不足部分用纯净水补充至100%，探究刺梨汁添加量对产品综合感官评分的影响。固定刺梨汁添加量为44%，白砂糖添加量为20%，加热时间为20 min，分别添加不同比例的藕粉（18%、22%、26%、30%、34%），不足部分用纯净水补充至100%，探究藕粉添加量对产品综合感官评分的影响。固定刺梨汁添加量为44%，藕粉添加量为26%，加热时间为20 min，分别添加不同比例的白砂糖（10%、15%、20%、25%、30%），不足部分用纯净水补充至100%，探究白砂糖添加量对产品综合感官评分的影响。固定刺梨汁添加量为44%，藕粉添加量为26%，白砂糖添加量为20%，不足部分用纯净水补充至100%，调整不同的加热时间（16、18、20、22、24 min），探究加热时间对产品综合感官评分的影响。

1.2.4 响应面试验设计 在单因素实验基础上，设计四因素三水平的响应面试验优化刺梨凝胶软糖的最佳配方及加工工艺条件。以感官评分为响应值，选取刺梨汁添加量、藕粉添加量、白砂糖添加量、加热时间4 个因素作为试验因素进行优化，以-1、0、1 分别代表变量的3 个水平，试验因子编码及水平见表1。

表1 响应面四因素三水平试验设计Table 1 Four-factor and three-level response surface experimental design

1.2.5 淀粉型刺梨凝胶软糖的品质评价

1.2.5.1 刺梨凝胶软糖感官评定 淀粉型刺梨凝胶软糖的感官评价方法参照食品安全国家标准 糖果（GB 17399-2016）和糖果 凝胶糖果国内贸易行业标准（SB/T 10021-2017）中关于凝胶软糖感官评价的要求，以及杨娟等、尹乐斌等和聂小伟等发表的关于软糖感官评价的方法，结合刺梨自身在口感和风味上的特点，综合设计淀粉型刺梨凝胶软糖的感官评价方法，如表2 所示。利用感官分析系统（CSAS软件，上海瑞芬智能科技有限公司）中的定量描述分析（一页多词）方法，筛选出符合条件的年龄在15～35 岁之间的目标消费群体男女各25 名，对淀粉型刺梨凝胶软糖进行综合性的感官分析，并利用感官分析系统CSAS 软件对结果进行统计分析，得出不同配方和加工工艺条件下淀粉型刺梨凝胶软糖的综合感官评分。

表2 淀粉型刺梨凝胶软糖的感官评分细则Table 2 Sensory grading rules of starchy roxburgh rose gel soft sweet

1.2.5.2 产品质量指标测定 终产品感官、理化（干燥失重、还原糖）和微生物指标（细菌菌落总数、大肠菌群）的检测参照食品安全国家标准 糖果（GB 17399-2016）和糖果 凝胶糖果国内贸易行业标准（SB/T 10021-2017）进行。

1.3 数据处理

在单因素实验的基础上，采用响应面试验设计，按照Design Expert 11.1.0.1 软件中的Central Composite Design 模型，对试验设计各组的感官评分进行方差分析、回归分析。采用Origin 2018 软件作图，上海瑞芬CSAS 感官软件分析系统和SPSS20.0 软件对数据进行处理和分析。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 刺梨汁添加量对淀粉型刺梨凝胶软糖综合感官品质的影响 刺梨汁的添加量对淀粉型刺梨凝胶软糖综合感官评分的影响如图1 所示。由图1 可知：随着刺梨汁添加量的增加（34%～54%），淀粉型刺梨凝胶软糖的综合感官评分呈先上升后下降的变化趋势，且变化趋势较为明显，当刺梨汁的添加量达到44%时，淀粉型刺梨凝胶软糖的感官评分达到最大值90.10 分。由于刺梨汁的口感较为酸涩，因此，刺梨汁添加量过低，会导致产品甜度过高且刺梨风味较弱，难以体现出刺梨软糖的特殊口感，从而降低其综合感官评分。当刺梨汁添加量过高时，产品整体酸涩味较重，导致综合感官评分较低。因此，刺梨汁的最适添加量为44%。

图1 刺梨汁的添加量对淀粉型刺梨凝胶软糖综合感官评分的影响Fig.1 Effects of the application amount of roxburgh rose juice on the sensory evaluation of starchy roxburgh rose gel soft sweet

2.1.2 藕粉添加量对淀粉型刺梨凝胶软糖感官品质的影响 藕粉的添加量对淀粉型刺梨凝胶软糖综合感官评分的影响如图2 所示。由图2 可知：随着藕粉添加量的增加（18%～34%），淀粉型刺梨凝胶软糖的综合感官评分呈现先上升后下降的变化趋势，且变化趋势较为明显，当藕粉的添加量为26%时，淀粉型刺梨凝胶软糖的综合感官评分达到最大值82 分。当藕粉添加量过低时，由于替代凝胶的淀粉含量过低，导致产品凝聚性较差，咀嚼时无弹性且粘牙，从而导致产品综合感官评分较低。当藕粉添加量过高时，由于藕粉溶解度较低，导致产品在咀嚼时颗粒感较重且质地粗糙，从而导致产品综合感官评分较低。因此，藕粉的最适添加量为26%。

图2 藕粉的添加量对淀粉型刺梨凝胶软糖综合感官评分的影响Fig.2 Effects of the application amount of lotus root starch on the sensory evaluation of starchy roxburgh rose gel soft sweet

2.1.3 白砂糖添加量对淀粉型刺梨凝胶软糖感官品质的影响 白砂糖的添加量对淀粉型刺梨凝胶软糖综合感官评分的影响如图3 所示，由图3 可知：随着白砂糖添加量增加（10%～30%），淀粉型刺梨凝胶软糖的综合感官评分呈现先上升后下降的变化趋势，当白砂糖的添加量为20%时，淀粉型刺梨凝胶软糖的综合感官评分达到最大值88.8 分。当白砂糖添加量过低时，产品甜度较低，突显了刺梨的酸涩味，导致产品综合感官评分较低。当白砂糖添加量过高时，产品甜度较高，掩盖了刺梨的特殊酸涩味且偏甜，导致产品综合感官评分较低。因此，白砂糖的最适添加量为20%。

图3 白砂糖的添加量对淀粉型刺梨凝胶软糖综合感官评分的影响Fig.3 Effects of the application amount of sucrose on the sensory evaluation of starchy roxburgh rose gel soft sweet

2.1.4 加热时间对淀粉型刺梨凝胶软糖感官品质的影响 加热时间对淀粉型刺梨凝胶软糖综合感官评分的影响如图4 所示，由图4 可知：随着加热时间的逐渐增加（16～24 min），淀粉型刺梨凝胶软糖的综合感官评分呈现先上升后下降的变化趋势，当加热时间为20 min 时，淀粉型刺梨凝胶软糖的综合感官评分达到最大值为89.8 分。当加热时间过短时，由于淀粉还未完全糊化，导致产品凝结性较差、无嚼劲、颗粒感较重，从而导致产品综合感官评分较低。当加热时间过长时，由于产品水分含量快速下降，导致产品韧性较差且无嚼劲，从而导致产品综合感官评分较低。因此，淀粉型刺梨凝胶软糖的最适加热时间为20 min。

图4 不同加热时间对淀粉型刺梨凝胶软糖综合感官评分的影响Fig.4 Effects of the different heating time on the sensory evaluation of starchy roxburgh rose gel soft sweet

2.2 响应面优化试验结果

根据四因素三水平的响应面试验设计，进行29 组试验，结果如表3 所示，回归模型方差分析如表4 所示。

表3 响应面分析试验设计及结果Table 3 Response surface analysis test design and results

表4 回归模型方差分析表Table 4 Regression model analysis of variance

根据Design Expert 软件中的Central Composite Design 模型，对试验设计的各组综合感官评分进行回归分析，得出回归方程为：

式中：Y 为感官评分；A、B、C、D 分别为上述4 个自变量的编码值。

由表4 可知，回归模型值为0.0126＜0.05，表明回归模型显著；试验所选模型的失拟项值为0.8483＞0.05，说明失拟项差异不显著；该模型拟合程度良好，实验误差小，回归方程可以较好地描述各因素与感官评分之间的关系。根据4 个一次项回归系数绝对值的大小可以看出因素主效应关系为：白砂糖添加量＞藕粉添加量＞加热时间＞刺梨汁添加量。

2.3 响应曲面分析

根据模型的回归方程，固定两个因素的编码值在0 水平，分析另外的两个因素对淀粉型刺梨凝胶软糖综合感官评分的影响，Design Expert 软件生成响应曲面图，如图5 所示。从图5（a）～（f）可知，在41%～47%刺梨汁添加量、24%～28%藕粉添加量区域，淀粉型刺梨凝胶软糖的综合感官评分较高；在41%～47%刺梨汁添加量、17%～23%白砂糖添加量区域，淀粉型刺梨凝胶软糖的综合感官评分较高；在41%～47%刺梨汁添加量、19～21 min 加热时间区域，淀粉型刺梨凝胶软糖的综合感官评分较高；在24%～28%藕粉添加量、17%～23%白砂糖添加量区域，淀粉型刺梨凝胶软糖的综合感官评分较高。在24%～28%藕粉添加量、19～21 min 加热时间区域，淀粉型刺梨凝胶软糖的综合感官评分较高。在17%～23%白砂糖添加量、19～21 min 加热时间区域，淀粉型刺梨凝胶软糖的综合感官评分较高。

根据各因素间交互的响应面及等高线图进行分析，如图5（b）、（d）、（f）所示，随着白砂糖添加量的改变，响应面图的陡峭程度有较为显著的变化，相应的等高线图的变化也较为明显，说明白砂糖的添加量对产品的综合感官评价得分有较为显著的影响，结果与表4 中响应面的方差分析结果一致。如图5（b）所示，相比于其他因素间的交互作用，根据响应面图陡峭程度和等高线形状的变化，白砂糖添加量和刺梨汁添加量间的交互作用最为显著，说明产品的综合感官评价得分受白砂糖添加量和刺梨汁添加量比例的影响最为显著，结果与表4 中响应面的方差分析结果一致。如图5（c）、（e）、（f）所示，根据响应面图陡峭程度和等高线形状的变化，加热时间与其他三个因素间的交互作用不显著，说明加热时间的改变对产品综合感官评价得分的影响不明显。同理，如图5（a）、（d）、（e）所示，根据响应面图陡峭程度和等高线形状的变化，藕粉添加量与其他三个因素间交互作用亦不显著，说明藕粉添加量量的改变对产品综合感官评价得分的影响亦不明显。

图5 刺梨汁添加量、藕粉添加量、白砂糖添加量及加热时间交互的响应面图Fig.5 The interactive response surface diagram of the amount of roxburgh rose juice、lotus root starch、sucrose and heating time

综上所述，白砂糖添加量的变化成为主导感官评价员对产品口感评价高低的主要因素。在此款产品的配方设计中，白砂糖主要为产品提供甜味，而刺梨汁主要为产品提供酸味和涩味，由实验结果可知，感官评价员对产品的酸甜度最为敏感，因此，为了制备符合目标消费群体口感要求的产品，需要合理的控制产品的糖酸比，即白砂糖和刺梨汁添加量的比例。

2.4 淀粉型刺梨凝胶软糖配方优化

用Design Expert 11.1.0.1 软件进行响应面优化，所得到的优化的结果为：刺梨汁添加量为39%，藕粉添加量为22%，白砂糖添加量为19.36%，加热时间为19.93 min。在上述优化条件下，响应面模型所预测的感官评分最大值为91.84 分。

2.5 验证试验

对响应面法优化的结果进行验证，根据试验方法，邀请相同的感官评价员男女各25 名进行验证试验，共重复50 次，当刺梨汁添加量为39%，藕粉添加量为22%，白砂糖添加量为19.36%，加热时间为19.93 min 时，淀粉型刺梨凝胶软糖的综合感官评分为（91.3±1.62）分，与模型预测值的差值为0.59%，由此验证了淀粉型刺梨凝胶软糖模型的合理性和可靠性。

2.6 产品质量指标分析

根据最适配方刺梨汁添加量为39%，藕粉添加量为22%，白砂糖添加量为19.36%，加热时间为19.93 min，制得的淀粉型刺梨凝胶软糖如图6 所示。产品呈橘黄色，形态完整，无黏连，口感韧性良好，略有咀嚼性，无淀粉裹筋现象，具有刺梨和藕粉的香气和滋味，颗粒分布均匀。产品干燥失重17.48 g/100 g≤18.0 g/100 g，还原糖11.23 g/100 g≥10.0 g/100 g，细菌菌落总数≤10CFU/g，大肠菌群≤10 CFU/g ，致病菌未检出。与食品安全国家标准 糖果（GB 17399-2016）和糖果 凝胶糖果国内贸易行业标准（SB/T 10021-2017）进行比较，产品的感官特性、理化指标（干燥失重、还原糖含量）及微生物指标（细菌菌落总数、大肠杆菌、致病菌）均符合上述相关标准要求。

图6 淀粉型刺梨凝胶软糖成品图Fig.6 Picture of starchy roxburgh rose gel soft sweet

3 结论

通过本次试验研究，得出淀粉型刺梨凝胶软糖的最佳工艺条件：刺梨汁添加量为39%，藕粉添加量为22%，白砂糖添加量为19.36%，加热时间为19.93 min。在优化工艺条件下制备的淀粉型刺梨凝胶软糖感官评分为91.3 分，口感酸甜度适宜、具有特殊的刺梨和藕粉的香气和滋味、色泽均匀有光泽、组织形态良好。