响应面法优化百香果果脯微波渗糖工艺

卢珍兰，覃心怡，余森艳， 李致宝，李语炎

（1.广西民族师范学院化学与生物工程学院，广西崇左 532200；2.广东海洋大学食品科技学院，广东湛江 524000）

0 引言

百香果也称为西番莲果实、鸡蛋果等[1-2]，属热带、亚热带植物呼吸跃变类型的果实，贮藏期很短。百香果果实呈卵形，果壳坚硬，汁液颜色呈黄色或橙色，为小浆果。由于百香果气味芳香，具有多种果实浓郁的香气而被人们称为“百香果”，获得“果汁之王”的美称[3-4]。

百香果果汁富含多种天然生物活性成分，具有护肤美容、润肠通便、抗癌抗衰老、解毒降脂等多种保健功能[5-6]，还具有消减浮躁、缓解不良情绪和减轻压力的作用，并能益气生津、养血宁神及增强食欲、促进消化的功效[7-8]。

百香果果皮占果实质量的50%～55%，干物质含量为15%～20%[9]，在其加工过程中取果汁果肉丢弃果皮的行为不仅会造成很大的资源浪费，还会造成环境的污染，所以百香果果皮的高值化利用是百香果加工的燃眉之急[10]。且百香果果皮也富含高抗氧化活性物质和多种有益活性成分，具有降血糖血脂、预防心血管疾病、改善肠道等保健功效[11]。

果脯是日常生活中常见的休闲食品，因带有水果的香气，且口感软糯、酸甜适中，颇受消费者青睐。果脯主要以水果为原料，经预处理后再经过渗糖、烘干、成型等加工工艺而制成[12]。近年来，随着百香果种植面积的扩大和产量的增加，造成了丰产不丰收的现象，而将百香果全果制成果脯能够有效地缓解不耐贮藏农副产品或者产品滞销的问题。以百香果果皮为主要原材料，以百香果汁和糖浆作为渗透汁液，采用微波渗糖技术，制作出具有百香果特征风味的果脯，解决百香果饮料加工产业浪费果皮资源的问题，以期为百香果全果制备果脯的工业化生产提供一定的理论和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

新鲜紫皮百香果、食品级柠檬酸、一级白砂糖、精制食盐，均为市售；氢氧化钠、无水硫酸铜、纯亚甲基蓝均为分析纯，成都市隆化学品有限公司提供；亚铁氰化钾、邻苯二甲酸氢钾均为分析纯，成都市科龙化工试剂厂提供；酒石酸钾钠为分析纯，由广东省化学试剂工程技术研究开发中心提供；酚酞为分析纯，天津市光复科技发展有限公司提供。

1.2 试验仪器设备

YS-002 型多功能破壁料理机，深圳市龙华区金尼能电器区产品；C21-WK21O2 型多功能电磁炉，广东美的生活电器制造有限公司（广东省佛山市）产品；G90F25CN3L-C2(G1)型微波炉，格兰仕微波生活电器有限公司产品；FA-2004 型电子分析天平，上海力辰邦西仪器科技有限公司产品；DHG-91436S型微电脑智能化控制恒温鼓风干燥箱，宁波杨辉仪器有限公司产品；TMS-PILO 型质构仪，北京盈盛恒泰科技有限责任公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

百香果果脯制备工艺流程：原料选择→清洗→取汁（去核）→对果皮进行热烫、护色（食盐）→漂洗→去蜡质层→配制果浆糖液→微波渗糖→糖渍→烘干整形→包装→质量检测→成品。

1.3.2 操作要点

（1）百香果果皮块的制备。选择无病害、新鲜成熟、果皮无生硬结块、无腐败的红紫色百香果，清洗干净后，提取果肉果汁备用，再整理好果皮，并尽量去掉果皮内部所附着的筋络层，保存备用。根据杜丽娟等人[13]的果皮处理方法，把经过处理后的果皮放入0.8%的盐水中热烫30～40 min，然后捞起并用清水漂洗3 遍后，去掉果皮中的海绵层并切成1～2 cm 宽的小片，置于洁净的器皿中备用。

（2）百香果原汁和糖混合液（果浆糖液）的制备。将百香果果浆用3 层纱布过滤，除去果籽，放容器中备用。取一定量的凉白开，用于溶解柠檬酸、白砂糖，然后与百香果原汁混合均匀，配制成一定质量分数的果浆糖液。

（3）百香果果脯的制备。将百香果果皮块浸泡到果浆糖液里面，在微波炉功率为900 W，一定的时间下进行微波渗糖，渗糖结束后，移入冰箱冷藏层中浸渍12 h，即百香果果皮块继续留在果浆糖液中浸渍，浸渍结束后烘干整形（温度65 ℃，时间6～8 h），即获得果脯成品。

1.4 果脯感官评定标准

邀请10 名食品专业人员分别进行评分，采用综合评分的方法，对百香果果脯的色泽及光度、硬度、黏牙、酸甜度及风味、杂质进行感官评分。

百香果果脯的感官评分标准见表1。

表1 百香果果脯的感官评分标准

1.5 百香果果脯单因素试验

以感官评分为指标，分别考查柠檬酸质量浓度（0.25，0.50，0.75，1.00，1.25 g/L）、百香果原汁添加量（5%，10%，15%，20%，25%）、糖液质量分数（9%，12%，15%，18%，21%）、微波渗糖时间（15，20，25，30，35 min）对百香果果脯品质的影响，以期获得最适的工艺参数。

1.6 百香果果脯响应面法试验

利用单因素试验的结果，以柠檬酸质量浓度（A）、百香果原汁添加量（B）、糖液质量分数（C）、微波渗糖时间（D）为自变量，百香果果脯感官评分为响应值，采用Box-behnken 试验设计进一步优化单因素的取值和交互作用对响应值的影响，探究百香果果脯的最优工艺参数。

响应面试验因素与水平设计见表2。

表2 响应面试验因素与水平设计

1.7 理化指标测定

百香果果脯的总酸测定采用GB 12456—2021 中的酸碱指示剂滴定法；果脯水分含量采用GB 5009.3—2016 的直接干燥法测定；果脯总糖含量采用GB/T 10782—2021 斐林试剂测定；果脯的质构分析，即果脯的硬度、黏附性、内聚性、弹性、黏胶性、咀嚼性的测定，参考袁芳等人[12]的质构分析法并略做修改，即使用TMS-PILO 质构仪，设定力量感应元量程为250 N，回升样品表面高度为30 mm，形变百分量为50%，检测速度为120 mm/min，设起始力最小为0.375 N，测试用的圆柱形探头的半径为5 mm，平行3 次测定结果取平均值。

2 结果与分析

2.1 百香果果脯单因素试验结果与分析

2.1.1 不同柠檬酸质量浓度对果脯品质的影响

柠檬酸作为酸味剂可以平衡果脯的酸甜度[14]，很贴合水果本身的酸味特征，柠檬酸还可以促进蔗糖变成转化糖[15]，降低总糖的含量，还可以防止果脯中的糖分出现返砂现象，在一定程度上确保了果脯产品品质，是食用酸味剂添加在果脯产品的适宜选择之一。此外，柠檬酸质量浓度还会影响果脯的颜色和光泽。

不同柠檬酸质量浓度对感官评分的影响见图1。

图1 不同柠檬酸质量浓度对感官评分的影响

由图1 可知，当柠檬酸质量浓度为0.50～0.75 g/L时，百香果果脯的感官评分呈现大幅度上升的趋势；在0.75 g/L 时果脯品质评分达到最高，为86.7 分，此时果脯的颜色为红色，有光泽；而当继续增加柠檬酸质量浓度时，果脯的感官分值明显下降，这是因为柠檬酸添加过多导致果脯味道逐渐偏酸，掩盖了甜味，使其风味失调。因此，确定质量浓度0.75 g/L 的柠檬酸为最适酸味剂质量浓度。

2.1.2 不同百香果原汁添加量对果脯品质的影响

不同百香果原汁添加量对感官评分的影响见图2。

图2 不同百香果原汁添加量对感官评分的影响

由图2 可知，在5%～15%范围，随着百香果原汁添加量的增加，果脯的感官评分呈上升趋势；当百香果原汁添加量为15%时，果脯的感官评分最高，为79.29 分；当低于15%添加量时，果脯无光泽且呈果皮本身的暗紫色，口感也一般；当超过15%时，果脯呈淡黄色，原因可能是百香果原汁中含有大量呈黄色的类胡萝卜素和叶黄素，而品质也呈下降趋势，果脯口感偏酸，风味不佳。因此，选择百香果原汁添加量为15%。

2.1.3 不同糖液质量分数对果脯品质的影响

不同糖液质量分数对感官评分的影响见图3。

图3 不同糖液质量分数对感官评分的影响

由图3 可知，当糖液质量分数为9%～15%时，果脯的感官评分呈上升的趋势；当糖液质量分数为15%时，果脯感官评分最高，为84.7 分；当糖液质量分数超过15%之后，果脯的品质开始下降，这是因为糖液质量分数过高，果脯口感偏甜，掩盖了百香果原有的酸甜风味，过多的糖分会给食用者带来甜腻齁鼻的感觉。此外，糖液的渗入量过高会导致果脯变得黏牙、发硬和甚至结晶返砂的现象[16]，从而影响果脯品质。因此，选择糖液质量分数为15%。

2.1.4 不同微波渗糖时间对果脯品质的影响

不同微波渗糖时间对感官评分的影响见图4。

图4 不同微波渗糖时间对感官评分的影响

由图4 可知，当微波渗糖的时间为15～25 min时，果脯的感官评分呈现上升趋势；在25 min 时感官评分达到最高值88.5 分，当继续延长微波渗糖时间时，果脯的感官评分明显下降，原因可能微波渗糖的时间过长、温度较高，附在果脯中的糖分部分产生焦糖化反应使果脯产品产生微苦味，再加上柠檬酸有转化糖的作用，糖分渗入过多，会让果脯口感偏软偏甜，且更易粘黏，而且还会导致果脯出现流糖的现象[17]，从而影响果脯产品的品质。因此，确定果脯最佳的微波渗糖时间是25 min。

2.2 响应面法优化试验结果与分析

2.2.1 响应面优化复合澄清条件

在百香果果脯单因素试验的基础上，以柠檬酸质量浓度（A）、百香果原汁添加量（B）、糖液质量分数（C）、微波渗糖时间（D）为自变量，百香果果脯感官评分为响应值，研究自变量及各因素间的交互作用对百香果果脯品质的影响。

百香果果脯响应面试验结果见表3。

表3 百香果果脯响应面试验结果

用软件Dsign Expert 12 对表3 中的试验数据进行二项式拟合和多元线性回归，获得百香果果脯感官评分的数学模型如下方程：

为了检验回归模拟方程的可行性，对百香果果脯感官评分分值模拟方程进行方差分析。

回归模型显著性结果见表4。

表4 回归模型显著性结果

由表4 可知，模型的F 值为94.03，p 值小于0.000 1，说明方程在0.001 水平极显著，表明所得的回归模型对百香果果脯感官评价有很好的预测性。模型的相关系数为0.991 0，进一步说明百香果果脯感官评分模型具有较好的可信度。失拟项的p 值为0.854 7，大于0.05，得出失拟项与纯误差相比不显著（即p＞0.05），误差小，说明该二次多元回归模型对试验拟合情况良好[18]。综上所述，推测出可以在试验拟合当中应用该模型。

通过分析拟合统计信息，预测相关系数Pre-R2=0.958 1 和调整后相关系数R2Adj=0.980 4 合理一致（即差异小于0.2），由此可证明模型具有高度拟合度和可信度，可以很好地反映真实值[19-20]，可以用于百香果果脯感官评分，从而应用于百香果果脯微波渗糖工艺条件的分析和预测。试验当中的感官评分拟合CV=0.786 5%＜5%，该值可以反映试验的精确度，CV 值越高，说明该试验响应的可靠性就越差，其偏离平均值就越大。经过以上分析可得知，该回归模型拟合性较好，试验本身所存在的误差也较小，所以可以对百香果果脯感官评分进行分析和预测。

由表4 可知，A，B，C，AB，AC，BD，CD，A2，B2，D2，D2都是重要的模型项，达到极显著的水平（p＜0.01），A，AD，BC 项对响应值没有显著影响（p＞0.05）。

2.2.2 因素交互作用分析

各因素交互作用对感官评分的影响见图5。

图5 各因素交互作用对感官评分的影响

由图5 可知，响应面可视化分析方法（RSM）的图形是特定的响应值（感官评分）对应的因素A，B，C，D 所组成的一个三维图和二维平面上的等高图，能够很形象地反映各要素对响应值的作用。若是响应面曲线很陡峭，且等高线密度明显比较大的情况下，则说明较其他因子对百香果果脯感官评定得分作用较明显。而对比各因子的相互影响，从等高线的形态变化也就能够直接看出交互作用的强烈程度，趋向椭圆形则反映出两个因子的交互影响较强，而趋向于圆形则说明交互影响较弱，而响应效应面曲线很陡峭也表示相互影响较强烈。由图5 可知，除了AD，BC 曲面较平缓且等高线不呈明显椭圆形，即作用不显著之外，其他各因素之间交互作用显著，由图5 可知4 个因素对果脯感官评分影响顺序为C＞A＞B＞D，与表4 的方差分析结果相符合。

2.3 最佳工艺条件的验证

根据Design Expert 12 软件对数据进行响应面分析，得出最佳的百香果果脯微波渗糖工艺条件参数值分别为柠檬酸质量浓度0.739 g/L，百香果原汁添加量15.491%，糖液质量分数15.688%，微波渗糖时间25.077 min，其感官评分为92.395 分。为了验证优化结果是否合理，综合考虑各种实际操作情况后，将参数进行部分调整，取柠檬酸质量浓度为0.75 g/L，百香果原汁添加量为15%，糖液质量分数为15%，微波渗糖时间为25 min 进行验证试验3 次，获得果脯感官评分为93 分，与试验理论的预测值很接近，表明该模型方程可用于预测响应值。

2.4 感官和理化指标

2.4.1 感官指标

所制得的百香果果脯颜色为玫红色，透亮无杂质，软硬度、酸甜度均适中，微黏牙，具有百香果浓郁的风味特征，品质和口感达到最佳，感官评分为93 分。此感官指标符合GB 14884—2016《食品安全国家标准·蜜饯》 和GB/T-10782—2021《蜜饯质量通则》中的感官要求。

2.4.2 理化指标

经理化指标检测分析，总酸（以柠檬酸计）为0.239 1 g/100 g，总糖（以葡萄糖计）为78.3 g/100 g，水分为12.75 g/100 g，均符合相应的国家标准。

经质构检测分析，硬度为5.539 N，黏附性为0.190 51，内聚性为0.139 Ratio，弹性为0.457 mm，胶黏性0.739 N，咀嚼性0.532 m，百香果果脯硬度及口感软硬适中。

3 结论

以百香果果皮为主要原料，百香果汁和糖浆作为渗透汁液，以感官评分为响应值，通过单因素试验和响应面试验确定果脯微波渗糖的最佳工艺条件为柠檬酸质量浓度0.75 g/L，百香果原汁添加量15%，糖液质量分数15%，微波渗糖时间25 min，此时的果脯感官评分为93 分。在此最优工艺条件下制成的百香果果脯颜色为玫红色，透亮无杂质，软硬度、酸甜度都适中，微黏牙，具有百香果浓郁的风味特征，是一款具有丰富营养价值和一定保健功能的美味休闲食品。