响应面法优化番石榴菠萝皮银耳茶果酱配方研究

刘旸旸，刘 博，唐 玲，单木艺

（1.沈阳医学院公共卫生学院，辽宁 沈阳 110034；2.中华人民共和国沈阳海关，辽宁 沈阳 110179）

果酱是将水果果浆、糖以及酸度调节剂组成的混合物通过超过100 ℃高温熬制得到的酱状水果制品。通过深加工将新鲜果品制成各种果酱是一种提升果品附加值、保存果品风味和营养的有效途径[1-3]。随着人们生活方式的转变和消费水平的提升，传统果酱已经无法满足市场需求，开发低糖、高营养、多风味复合果酱成为果品深加工和食品产业发展的新趋势[4-9]。

番石榴又名芭乐，富含蛋白质、维生素等营养成分。因其果实风味独特、口感爽脆可口、香气浓郁而深受消费者的喜爱。但番石榴属于呼吸跃变型水果，收获后因自身的生命代谢活动导致衰老或腐败，加之果实果皮较薄，极易受到机械损伤，导致其货架期短，不耐贮藏与运输[10]。番石榴除了鲜食外，也大量用于食品加工行业，其可作为VC 添加剂的替代品，用于果汁、果冻等产品的开发与生产[11-12]。菠萝皮占菠萝总质量的29%～40%，在食用和加工过程中，菠萝皮的利用率低于50%，大量废弃的菠萝皮渣不仅给环境造成污染，同时也造成原料资源的浪费[13-14]。研究表明，菠萝皮中含有多种微量元素，其中锌、铁、锰等元素含量高于果实中含量[15]。菠萝皮中还含有丰富的膳食纤维、多酚类化合物等营养物质[16-18]，具有较好的抗氧化性能[19-21]，菠萝皮中的低酯果胶还可作为天然果胶原料被用于食品生产加工[13]。

银耳是银耳属传统药食两用真菌。银耳子实体富含多种功能活性物质[22]，在抗衰老、抗肿瘤、降血糖、降血压方面均有一定的功效[23]。在食品生产中银耳可作为食品添加剂的有效替代品。红茶因其独特的发酵工艺和风味，成为世界上消费量最大的茶叶品种，同时红茶的保健功效也被消费者广泛认可[24-25]。

本试验选用番石榴、菠萝皮、银耳、红茶为原料进行果酱配方研发，番石榴浆和菠萝皮汁决定果酱的风味，银耳作为增稠剂，茶水代替单一的水使果酱的口感层次更丰富。在单因素试验的基础上，以感官评分为响应值，通过响应面优化试验确定果酱最优配方，旨在研发一款风味独特、可直接食用也可冲泡的果酱产品，为新型果酱的研发提供理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

新鲜番石榴、菠萝：当天购买于农贸市场；银耳：方家铺子（莆田）绿色食品有限公司；红茶：谢裕大红茶有限公司；白砂糖：广州福正东海食品有限公司。

1.1.2 仪器与设备

C21S-C3150型电磁炉、JYL-C022E型榨汁机：杭州九阳生活电器有限公司；WK17-CB15K匀浆机：盐城市岂特实验仪器有限公司；MP-ZG26Z02不锈钢水煮锅：美的集团股份有限公司；BXM-30R型立式压力蒸汽灭菌锅：上海博迅实业有限公司；30目滤网：沈阳百客商贸有限公司；WAY-2W型阿贝折光仪：上海神光仪器有限公司；JY5002型电子天平，LH-B55型糖度计：上海双旭电子有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 菠萝皮汁的制备

在压力300 MPa、温度30 ℃、保压10 min 的条件下，对菠萝皮进行高压处理，之后榨汁过滤，备用。

1.2.2.2 番石榴浆的制备

选择新鲜完整的番石榴，用自来水冲洗干净，沥干水分后放入匀浆机中打成匀浆，向每100 g 番石榴匀浆中添加0.7 g食盐，搅拌均匀后静置3～4 h。

1.2.2.3 茶汤的制备

称取适量的茶叶，用热水进行漂烫，然后过滤，再加入适量沸水浸泡10 min，弃去茶叶，取上清液。

1.2.2.4 银耳浆的制备

银耳泡发，清洗干净，去除根部并剪成小朵，冷水入锅，煮沸15 min，表面呈黏稠状态捞出，冷却后将其打浆处理，打浆时间10 s。

1.2.2.5 加热浓缩

将番石榴浆、菠萝皮汁、茶汤、银耳浆混匀倒入不锈钢水煮锅中，熬煮过程中不断搅拌防止糊底，其间分3 次加入白砂糖，浓缩至可溶性固形物含量达65%且有挂壁现象时即浓缩完成[26]。

1.2.2.6 灌装、封口

将玻璃瓶洗净进行杀菌处理，趁热将浓缩好的果酱装入玻璃瓶中，立即密封，使玻璃瓶中形成一定的真空度。

1.2.2.7 灭菌、冷却

将灌装封口的果酱置于灭菌锅内，于112 ℃条件下杀菌5 min[27]，灭菌完毕后用分段冷却法得到成品。

1.2.3 单因素试验设计

基础配方：番石榴菠萝皮浆（番石榴浆与菠萝皮汁质量比25∶1）添加量40 g，茶汤（水与茶质量比为40∶1）添加量30 g，银耳浆添加量21 g，白砂糖添加量9 g。

在基础配方下进行单因素试验，分别考察水与茶质量比（20∶1、30∶1、40∶1、50∶1、60∶1）、番石榴浆与菠萝皮汁质量比（15∶1、20∶1、25∶1、30∶1、35∶1）、银耳浆添加量（15、18、21、24、27 g）、白砂糖添加量（7、8、9、10、11 g）对番石榴菠萝银耳茶果酱感官品质的影响。

1.2.4 响应面试验设计

根据单因素试验结果，采用Box-Behnken 模型，对水与茶质量比（A）、番石榴浆与菠萝皮汁质量比（B）、银耳浆添加量（C）、白砂糖添加量（D）4 个因素进行响应面试验，以感官评价分数为响应值，通过Design-Expert 11 软件进行分析，优化番石榴菠萝皮银耳茶果酱配方。响应面试验因素水平见表1。

表1 响应面试验因素水平表Table 1 Factors and levels of the response surface test

1.2.5 测定项目与方法

1.2.5.1 感官评价

选取通过专业培训的不同性别、年龄的20 名感官评价工作人员，在相互独立且互不干扰的情况下，依据GB/T 22474—2008[28]中感官检验方法，以色泽、口感、风味和组织状态作为综合感官评价指标进行打分，总分设为100 分，结果取平均值。番石榴菠萝银耳茶果酱的感官评分标准见表2。

表2 番石榴菠萝皮银耳茶果酱感官评分标准Table 2 Sensory evaluation criteria of guava pineapple peel tremella and tea compound jam

1.2.5.2 可溶性固形物含量

参照GB/T 10786—2006[29]中的方法进行测定。

1.2.6 数据处理

采用Excel 2011 和Design-Expert 11 软件对数据进行处理分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 水茶质量比对番石榴菠萝皮银耳茶果酱感官品质的影响

由图1 可知，随着水与茶质量比逐渐升高，茶汤味道和颜色逐渐变淡，番石榴菠萝皮银耳茶果酱的感官评分逐渐升高。当水与茶质量比为40∶1 时，果酱的感官评分最高；随着水与茶质量比的继续增大，果酱颜色变淡，茶香不明显。因此，水与茶质量比为40∶1 时，果酱的口感和色泽最佳，茶香和果香混合，果酱呈现亮粉色偏红，酸甜适口，为最适配比。

图1 水与茶质量比对番石榴菠萝皮银耳茶果酱感官品质的影响Fig.1 Effect of the mass ratio of water to tea on sensory quality of guava pineapple peel tremella and tea compound jam

2.1.2 番石榴浆与菠萝皮汁质量比对番石榴菠萝皮银耳茶果酱感官品质的影响

由图2可知，随着番石榴浆与菠萝皮汁质量比的升高，番石榴菠萝皮银耳茶果酱的感官评分不断升高。当番石榴浆与菠萝皮汁质量比为25∶1 时，果酱富有茶香与果香，酸甜适口，感官评分最高。当番石榴浆与菠萝皮汁质量比达到30∶1 时，果酱的口感反而下降，变得粗糙，回味不明显。当番石榴浆与菠萝皮汁质量比为35∶1时，由于番石榴浆占比升高，使果酱中的番石榴果香更浓郁，感官评分又有所升高。但由于番石榴添加量过多，果酱颗粒感过重，影响果酱感官品质。因此，番石榴浆与菠萝皮汁质量比为25∶1 时，果酱风味最佳，果香浓郁，酸甜适中，为最适配比。

图2 番石榴浆和菠萝皮汁质量比对番石榴菠萝皮银耳茶果酱感官品质的影响Fig.2 Effect of the mass ratio of guava pulp to peel of pineapple on sensory quality of guava pineapple peel tremella and tea compound jam

2.1.3 银耳浆添加量对番石榴菠萝皮银耳茶果酱感官品质的影响

由图3可知，随着果酱中银耳浆添加量的不断增加，果酱黏度逐渐升高，感官评分不断升高。当银耳浆添加量为21 g 时，果酱的口感和组织状态达到最好，口感细腻爽滑，酱体凝胶均匀。随着银耳浆添加量的继续增加，感官评分不断下降。因此，确定银耳浆添加量21 g为最佳添加量。

图3 银耳浆添加量对番石榴菠萝皮银耳茶果酱感官品质的影响Fig.3 Effect of tremella pulp adding amount on sensory quality of guava pineapple peel tremella and tea compound jam

2.1.4 白砂糖添加量对番石榴菠萝皮银耳茶果酱感官品质的影响

由图4 可知，当果酱中白砂糖添加量为7、8、9 g时，产品感官评分相对较高，并且分数较接近，此时果酱甜度适宜，入口回甜。继续增加白砂糖添加量，则产品甜度过大，入口感觉甜腻，影响果酱的整体评分。因此，当白砂糖添加量为8 g时，果酱的风味佳、酸甜适宜，为最适添加量。

图4 白砂糖添加量对番石榴菠萝皮银耳茶果酱感官品质的影响Fig.4 Effect of white granulated sugar adding amount on sensory quality of guava pineapple peel tremella and tea compound jam

2.2 响应面试验结果

2.2.1 试验结果与方差分析

在单因素试验的基础上，运用Design-Expert 11软件，以水与茶质量比（A）、番石榴浆与菠萝皮汁质量比（B）、银耳添加量（C）、白砂糖添加量（D）为自变量，以感官评分（Y）为响应值，进行Box-Behnken四因素三水平响应面试验，结果见表3。

表3 响应面试验结果与分析Table 3 The results and analysis of response surface test

应用Design-Expert 11 软件对模型进行分析，得到番石榴菠萝皮银耳茶果酱的感官评分以及所选4个因素编码值的回归方程为:

Y=91.32+1.61A+1.77B+2.66C+1.00D-0.100 0AB-0.825 0AC-1.90AD-1.60BC-2.15BD+0.950 0CD-7.62A2-4.78B2-5.62C2-5.68D2

对该回归模型进行方差分析，结果见表4。

表4 响应面回归模型及方差分析Table 4 Response surface regression model and variance analysis

由表4可知，回归模型P＜0.000 1，说明达到极显著水平，且失拟项P=0.947 2＞0.05，不显著，说明残差均由随机误差引起，模型拟合性好。模型的决定系数R2=0.991 2，校正决定系数R2adj=0.988 0，说明响应值稳定可靠，该模型可用于对番石榴菠萝皮银耳茶果酱配方的优化。A、B、C、D、AC、AD、BC、BD、CD、A2、B2、C2、D2对产品感官评分的影响均为极显著（P＜0.01）。从F值大小得出4 个因素对产品感官评分的影响大小为：C（银耳添加量）＞B（番石榴浆与菠萝皮汁质量比）＞A（水与茶质量比）＞D（白砂糖添加量）。

2.2.2 响应面分析与最佳工艺配方的确定

利用Design-Expert 11软件绘制了番石榴菠萝皮银耳茶果酱各因素之间两两交互作用的响应面图和等高线图，具体见图5～图10。在响应面图中，若图形趋于陡峭，则说明两者交互作用的影响越显著，反之说明影响不显著。在等高线图中，若图形趋于椭圆，则说明两者交互作用明显，反之说明不明显。由图5可见，等高线图接近圆形且响应曲面图较为平缓，说明AB交互作用不显著；由图6～图10可知，等高线图均趋于椭圆形且响应曲面图较为陡峭，说明因素AC、AD、BC、BD、CD的交互作用均显著，与方差分析结果一致。

图5 水与茶质量比和番石榴浆与菠萝皮汁质量比的交互作用对番石榴菠萝皮银耳茶果酱感官评分影响的响应面和等高线图Fig.5 Response surface diagram and contour plot of the effects between the mass ratio of water to tea and the mass ratio of guava pulp to pineapple peel interaction on the sensory score of guava pineapple peel tremella and tea compound jam

图6 水与茶质量比和银耳浆添加量的交互作用对番石榴菠萝皮银耳茶果酱感官评分影响的响应面和等高线图Fig.6 Response surface diagram and contour plot of the effects between the mass ratio of water to tea and tremella pulp addition interaction on the sensory score of guava pineapple peel tremella and tea compound jam

图7 水与茶质量比和白砂糖添加量的交互作用对番石榴菠萝皮银耳茶果酱感官评分影响的响应面和等高线图Fig.7 Response surface diagram and contour plot of the effects between the mass ratio of water to tea and white granulated sugar addition interaction on the sensory score of guava pineapple peel tremella and tea compound jam

图8 番石榴浆与菠萝皮汁质量比和银耳浆添加量的交互作用对番石榴菠萝皮银耳茶果酱感官评分影响的响应面和等高线图Fig.8 Response surface diagram and contour plot of the effects between the mass ratio of guava pulp to pineapple peel and tremella pulp addition interaction on the sensory score of guava pineapple peel tremella and tea compound jam

图9 番石榴浆与菠萝皮汁质量比和白砂糖添加量的交互作用对番石榴菠萝皮银耳茶果酱感官评分影响的响应面和等高线图Fig.9 Response surface diagram and contour plot of the effects between the mass ratio of guava pulp to pineapple peel and whitegranulated sugar addition interaction on the sensory score of guava pineapple peel tremella and tea compound jam

图10 银耳浆添加量和白砂糖添加量的交互作用对番石榴菠萝皮银耳茶果酱感官评分影响的响应面和等高线图Fig.10 Response surface diagram and contour of the effects of tremella pulp addition and white granulated sugar addition interaction on the sensory score of guava pineapple peel tremella and tea compound jam

对拟合的方程进行最优求解，得到番石榴菠萝皮银耳茶果酱的最佳配方为：水与茶质量比40.8∶1，番石榴浆与菠萝皮汁质量比25.7∶1，银耳添加量21.7 g，白砂糖添加量8.1 g。在该配方下，果酱的感官评分为（91.83±2.35）分。结合生产实际，为了便于称量计算，将最优配方调整为：水与茶质量比40∶1（添加量30 g），番石榴浆与菠萝皮汁质量比25∶1（添加量为40 g），银耳添加量22 g，白砂糖添加量8 g。根据以上配方进行3次平行试验，得到产品的感官评分平均值为（92.1±1.81）分，与预测的结果相近，可见该模型拟合度高，具有较好的应用价值。

2.3 产品相关指标分析

在最佳配方下制作的果酱呈亮粉色偏红，色泽均匀，有光泽，无杂色，入口细腻爽滑，回味浓厚，酸甜适宜，无苦涩味和异味，兼具茶香和果香风味，无液体析出，黏度适中，具有较好的流动性，可溶性固形物含量为68.23%±0.97%。

3 结论

本研究首次以番石榴、菠萝皮为主要原料，研制了无防腐剂复合风味果酱。通过单因素试验，应用响应面法得到了番石榴菠萝皮银耳茶果酱的最佳配方：茶汤（水与茶质量比40∶1）30 g，番石榴菠萝皮浆（番石榴浆和菠萝皮汁质量比25∶1）40 g，银耳浆22%，白砂糖8 g。由该配方制成的果酱，番石榴和菠萝的复合果香浓郁，质地均匀，兼有红茶的清香，感官评分为（92.1±1.81）分。此果酱配方不仅满足了广大消费者对健康营养的追求，还赋予了果酱独特的风味，同时也可减小番石榴产业货架期短的压力，利用废弃的菠萝皮，降低成本，加入红茶后，茶香与果香结合，果味的香甜减少了茶本身的苦涩感，茶的清香使果酱甜而不腻，且红茶的加入使果酱既可直接食用也可冲泡饮用，为下一步新型风味果酱的生产开发提供了新思路和参考。