响应面法优化桑葚-石榴复合型果茶的工艺研究

布海丽且姆·阿卜杜热合曼，南贝贝，何志平，秦晓艳

（新疆理工学院 食品科学与工程学院，新疆阿克苏 843000）

桑葚味甘性寒，富含维生素、类黄酮以及多种免疫活性物质，其营养价值是葡萄的4倍，具有防癌抗癌、软化血管以及提高人体免疫力等功效，是一种药食同源的草本植物，被誉为“保健果品”[1-4]。 新疆地区的果桑产量大开发小，相关产业受重视程度也不够高，故出现桑果落地无人摘的现象[5]。

石榴味甘性温，富含氨基酸以及多酚类物质[6]，总抗氧化能力是绿茶或葡萄酒的3倍[7]，具有抗癌[8]、降血糖[9]以及抑制致病菌生长[10]等功效，被誉为“九州名果”[11]。因新疆地区石榴产品深加工开发力度不够，使得石榴相关产品发展受限[12]。

本文以桑葚和石榴为果茶原材料，添加金银花和红茶浸提液进行调味，通过单因素实验及响应面实验探索桑葚-石榴复合型果茶的最优配方，研制一款绿色健康的果茶饮品，为新型复合型果茶饮料的研制提供科学的参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器设备

桑葚、石榴、白砂糖，市售；红茶，光山县鸡公山茶厂；金银花，光山县韩氏茶叶有限责任公司。

ATG16-WS高速离心机，常州市金坛友联仪器研究所；HWS-24恒温水浴锅，上海精密仪器仪表有限公司；FA1204B分析天平，上海佑科仪器仪表有限公司；MJ-LZ25Easy121美的搅拌机，广东美的生活电器制造有限公司；FJ200-SH高剪切乳化剂，常州乐足机械科技有限公司。

1.2 果茶加工工艺流程设计

①桑葚汁加工工艺为新鲜桑葚→挑选→清洗→浸泡→破碎→榨汁→过滤→离心→桑葚汁备用。②石榴汁加工工艺为新鲜石榴→挑选→清洗→浸泡→破碎→榨汁→过滤→离心→石榴汁备用。③成品加工工艺为混合搅拌（桑葚汁+石榴汁）→调配（金银花、红茶浸提液+白砂糖）→均质→灌装→封口→杀菌→冷却→成品。

1.3 实验方法

1.3.1 桑葚汁的制备

采用新疆本地所产黑桑葚，剔除存在腐烂、机械破损的桑果，将合格的黑桑葚果实进行称量清洗，放入浓度为5%的食盐溶液中浸泡5 min，随后将其与水按一定比例进行破碎榨汁，在4000 r/min的离心机转速下，离心5 min取上清液，用160 mm筛网对桑葚汁进行过滤，得到新鲜的桑葚汁备用。

1.3.2 石榴汁的制备

采用新疆本地所产石榴，挑选皮薄粒大水分多的石榴作为实验原材料，将挑选合格的石榴进行清洗去皮保留完整的石榴籽，随后将石榴籽与水按一定比例进行破碎榨汁，在4000 r/min的离心机转速下，离心5 min取上清液，用160 mm筛网进行过滤，得到新鲜的石榴汁备用。

1.3.3 金银花、红茶浸提液的制备

称取一定量金银花和红茶，金银花按1∶50（g∶mL）比例加入85 ℃热水，红茶按1∶100（g∶mL）比例加入85 ℃热水，放入水浴锅内浸提45 min，浸提液过80 mm筛网进行过滤，得到现制的金银花浸提液备用。

1.3.4 桑葚-石榴复合型果茶制备和调配流程

加入适量金银花、红茶浸提液以及白砂糖对混合液进行调味，将样品放入高压均质机均质2次，温度为50 ℃，压力为20～25 MPa，使混合液质地均匀，组织细腻顺滑[13]。将均质后的果茶饮料加热至85 ℃，立即进入灌装封口环节[14]；利用沸水浴在100 ℃下杀菌15～20 min后，在温水中自然冷却至室温即可[15]。

1.3.5 单因素实验

设计金银花浸提液添加量分别为20%、25%、30%、35%和40%，红茶浸提液添加量分别为15%、20%、25%、30%和35%，白砂糖添加量分别为0.6%、0.8%、1.0%、1.2%和1.4%，桑葚汁与石榴汁体积比分别为1∶2、1∶1、2∶1、3∶1和4∶1条件下制作桑葚-石榴复合型果茶，考察以上4个因素对桑葚-石榴复合型果茶制作工艺的影响。

1.3.6 响应面实验设计

通过Design-Expert软件，结合单因素实验结果，以感官评分（Y）为评价指标，设计响应面实验，见表1，得到果茶制作的最优工艺条件。

表1 响应面实验设计因素与水平

1.3.7 果茶感官评定

桑葚-石榴复合型果茶的感官评价标准设定参照《食品安全国家标准 饮料》（GB 7101—2015），并结合本产品的特征，由20名食品专业相关人员组成感官评价小组，对各个样品从色泽、气味、滋味以及组织状态4方面进行评分，实行百分制，取均值作为最终分数。评分标准如表2所示。

表2 桑葚-石榴复合型果茶的感官评分标准

1.3.8 数据处理

采用Excel统计分析软件对单因素结果进行分析作图，得到各个单因素的最佳添加量，再利用Design Expert 13.0软件设计桑葚-石榴复合型果茶响应面实验，并且建立回归方程，观察各因素间的相互作用情况。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果分析

2.1.1 金银花浸提液添加量对果茶感官评分的影响

由图1可知，当金银花浸提液添加量在20%～40%，果茶的感官评分呈现先上升后下降的趋势。当添加量为30%时，果茶的感官评分出现最大值，此时果茶酸甜协调，最大限度地保留了桑葚和石榴本身特有的果香味。随着金银花浸提液的增加，果茶的感官评分有所降低。其中，色泽和滋味的变化尤为明显。

图1 金银花浸提液添加量对果茶感官评分的影响

2.1.2 白砂糖添加量对果茶感官评分的影响

由图2可知，白砂糖的添加量对果茶的口感有协调增效的作用。当白砂糖添加量在0.6%～1.4%时，感官分数呈现先上升后下降的趋势。当白砂糖的添加量小于1.0%时，果茶的整体口感偏酸，果茶甜味不明显；当白砂糖添加量为1.0%时，果茶酸甜协调，口感最佳。继续增加白砂糖用量，甜味过重，会掩盖其他原料的酸度，且过腻。此外，还会导致美拉德反应程度增大，使果茶颜色加深，无光泽。

图2 白砂糖添加量对果茶感官评分的影响

2.1.3 红茶浸提液添加量对果茶感官评分的影响

由图3可知，当红茶浸提液添加量为20%时，果茶感官评分出现最大值，此时果茶口感均衡，无其他怪味，果茶色泽明亮。当红茶浸提液添加量在20%以下时，果茶的茶味偏淡，甜味增加，口感降低；红茶浸提液添加量在20%以上，果茶出现茶味偏重，苦味增加，口感较差。

图3 红茶浸提液添加量对果茶感官评分的影响

2.1.4 桑葚汁与石榴汁体积比对果茶感官评分的影响

由图4可知，桑葚汁与石榴汁体积比对果茶的感官评分影响较大，当桑葚汁与石榴汁体积比为3∶1时，果茶因桑葚汁的添加出现酸甜协调，口感顺滑的现象，同时存在浓郁的桑果味和淡淡的石榴清香味，此时感官评分最高。

图4 桑葚汁与石榴汁体积比对果茶感官评分的影响

2.2 响应面实验结果分析

在单因素实验结果基础上进行响应面设计，结果如表3所示，回归模型方差分析结果见表4。

表3 响应面实验结果

（续表3）

由响应面设计软件进行二次响应面回归分析，得到方程式为Y=96.60-0.2500A+0.1667B-1.00C-0.0833D-0.5000AB+1.75AC+0.5000AD-1.75BC-1.25BD-2.00CD-6.05A2-4.67B2-6.43C2-5.80D2。

由表4可知，模型值P＜0.0001，失拟项值P=0.0667＞0.05，回归方程相关系数R2=0.9744；综合以上数据，说明本实验模型的拟合度较好。通过对 桑葚-石榴复合型果茶的工艺优化实验分析，得到一次项红茶浸提液添加量(C)对结果影响为极显著 （P＜0.01）；交互项BD对结果影响为显著（P＜0.05）；交互项AC、BC、CD对结果影响为极显著（P＜0.01）。通过判断以上4个因素的P值，可得到对桑葚-石榴复合型果茶感官评分的影响程度依次为红茶浸提液添加量（C）＞金银花浸提液添加量（A）＞白砂糖添加量（B）＞桑葚汁与石榴汁的体积比（D）。

表4 回归模型方差分析

2.3 响应面曲线图分析

由图5（a）可知，金银花浸提液的添加量与红茶浸提液的添加量对感官评分具有极其显著的影响，且等高线图趋近于椭圆形。由图5（b）可知，红茶浸提液添加量与白砂糖添加量对感官评分也具有极其显著的影响，且等高线图趋近于椭圆形。同理可得，图5（c）中红茶浸提液添加量和桑葚汁与石榴汁体积比对感官评分也具有极其显著的影响。

图5 各因素对产品综合评分影响的响应面及等高线图

2.4 最优配方的验证实验

根据Design Expert 13.0软件分析得出桑葚-石榴复合果茶的最佳工艺条件为金银花浸提液添加量为25.843%，白砂糖添加量为1.064%，红茶浸提液添加量为20.863%，桑葚汁∶石榴汁（体积比）为2.934∶1，按照上述工艺要求最终制作的桑葚-石榴复合果茶的感官评分为91.677分。考虑到实际操作要求，将最佳工艺参数调整为金银花浸提液添加量为26%，白砂糖添加量为1.1%，红茶浸提液添加量为21%，桑葚汁与石榴汁的体积比为3∶1。为保证模型的准确性，将上述最优工艺条件进行验证实验，确定最终桑葚-石榴复合果茶的感官评分为92.5分，结果与回归模型的预测值大致相同，反映了回归模型的准确性。

3 结论

本实验研究表明桑葚-石榴复合型果茶的最佳工艺条件为金银花浸提液添加量为26%，白砂糖添加量为1.1%，红茶浸提液添加量为21%，桑椹汁与石榴汁的体积比为3∶1。同时，经响应面实验结果反映各个因素对桑葚-石榴复合型果茶的感官评分影响顺序依次为红茶浸提液添加量＞金银花浸提液添加量＞白砂糖添加量＞桑葚汁与石榴汁的体积比。此次实验研究不仅拓宽了复合型水果茶的现有种类，也将带动新疆地区所产的桑葚和石榴产业 发展。