基于超高压技术的响应面优化猕猴桃果肉饮料

卢亚婷 高欣羽 王凌云 罗仓学

摘要  研究超高压处理条件下的猕猴桃果肉饮料配比，以强化分层率为指标，通过单因素试验和响应面法对配比进行优化，结果表明：猕猴桃原浆添加量47%，蔗糖添加量12%，增稠剂添加量0.14%。在超高压技术处理后，产品的强化分层率达到 47%。对优化后的产品测定色泽和粒径，结果显示L为38，产品色泽明亮；ΔE均小于2，产品色泽均一；颗粒的体积平均粒径D［4，3］为214 μm，稳定性好。

关键词  超高压处理；猕猴桃；果肉饮料；响应面优化；稳定性

中图分类号  TS275.5  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）09-0135-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.09.031

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Optimization of Kiwi Fruit Pulp Beverage by Response Surface Methodology Based on Ultra-high Pressure Processing Technology

LU Ya-ting，GAO Xin-yu，WANG Ling-yun et al

（School of Food Science & Engineering，Shaanxi University of Science & Technology，Xian，Shaanxi 710021）

Abstract  In order to optimize the formula of kiwi fruit pulp beverage based on ultra-high pressure treatment，the forced stratification rate was used as an indicator in this study，single factor tests and response surface experiments were performed to optimiz the formula.The results showed that the amount of kiwi fruit puree was 47%，the addition of sucrose was 12%，and the thickener was 0.14%.After ultra-high-tech treatment，the forced delamination rate can reach to a good ratio of 47%.The color and particle size of the optimized products indicated that L value was 38 and ΔE was less than 2，the color of the product was bright and uniform.The particle size of volume average D［4，3］ was 214 μm.The product showed good stability.

Key words  Ultra-high pressure processing;Kiwi fruit;Pulp beverage;Optimization of response surface method;Stability

基金项目  陕西省重点研发计划项目（2020NY-133）；大学生创新创业训练计划项目（2022007）。

作者簡介  卢亚婷（1979—），女，陕西西安人，高级实验师，硕士，从事果蔬资源深加工及生物质综合利用研究。

收稿日期  2023-06-27

猕猴桃因口感细腻，清香多汁，富含VC而深受消费者的喜爱，被誉为“VC之王”［1］。市售产品以果脯、果酱、复合果汁等为主［2］。实践表明，传统的加工技术极易破坏猕猴桃原有的清香风味和热敏性营养成分［3］。而超高压处理技术是一个纯物理过程，对色素、维生素和风味物质等化合物几乎没有影响［4-7］。处理后的食品能较好保持原有的风味、色泽和营养价值，进而超高压技术因其“非热处理”的独特优势而成为研究焦点。研究的果蔬物料主要集中在草莓汁、苹果汁、葡萄汁、草莓酱、番茄酱［8-17］、猕猴桃汁等。方亮等［15-16］分别研究了中华猕猴桃汁的超高压应用，王颖［16］研究了猕猴桃汁的超高压处理工艺；方亮［15］对猕猴桃汁相关酶活随温度的变化、果汁的一般性品质等进行了研究。王凌云等［17］对猕猴桃果肉饮料杀菌工艺及效果进行了研究。邓红等［18-19］对比分析了前处理工艺及不同杀菌方式对猕猴桃汁品质的影响。从以上研究可以看出，目前，研究多以果汁、果酱产品为主，有关猕猴桃果肉饮料研究较少。研究内容主要围绕超高压工艺的优化以及产品品质的影响。这表明超高压技术在不同食品原料中的工艺优化仍是研究重点。其原因在于，不同的食品基质，即便是相同的处理条件，达到的效果也会不同［20］。因此，针对猕猴桃这一特殊果品，开展基于超高压处理技术的果肉饮料研究可为丰富产品多样性和猕猴桃超高压处理技术的推广提供技术参考。

1  材料与方法

1.1  材料与仪器

徐香猕猴桃：市购（产于陕西周至）；白砂糖（食品级）；羧甲基纤维素（食品级）；琼脂（食品级）。手持式打浆机（OKHB-1099B），佛山市顺德区欧科电器有限公司；双室真空包装机（DZ-5002S），郑州星火包装机械有限公司；超高压处理设备（HPP.L3-600/3），天津市华泰森淼生物工程技术有限责任公司；BS323S电子天平，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；CT15RT台式高速冷冻离心机，天美仪拓实验室设备（上海）有限公司；CM-5色差仪，柯尼卡美能达北京分公司。

1.2  试验方法

1.2.1  猕猴桃果肉饮料制备工艺。

取无虫害的猕猴桃，清洗泥沙后去皮，切块，破碎打浆，根据试验设计调配，脱气灌装，真空封口后在300 Mpa下10 min超高压处理，4 ℃冷藏备用。

1.2.2  猕猴桃果肉饮料组分单因素试验。

在预试验的基础上，分别研究原浆含量、蔗糖添加量和稳定剂添加量对猕猴桃果肉饮料强化稳定性的影响。当蔗糖含量为12%，增稠剂（质量比1∶1的羧甲基纤维素与琼脂）含量为0.1%，研究原浆含量分别为25%、35%、45%、55%时产品的稳定性。当原浆含量为45%，增稠剂含量为0.1%时，蔗糖含量分别为6%、9%、12%、15%时产品的稳定性。当原浆含量为45%，白砂糖含量为12%，研究增稠剂含量分别为0.05%、0.10%、0.15%、0.20%时产品的稳定性。

1.2.3  猕猴桃果肉饮料配方响应面优化。

在单因素试验的基础上，选择原浆含量、蔗糖添加量和增稠剂添加量进行响应面优化试验。试验设计见表1。

1.2.4  测定指标与方法。

1.2.4.1  强化分层率测定。

产品的稳定性用强化分层率表示，取10 mL样品置于25 mL离心管内，在3 500 r/min下离心10 min，测定上清液体积与总体积的百分比。百分比越大，分层率越小，表示该体系越稳定。强化分层率按下式计算：

分层率（%）=V/10×100%

式中，V为果肉饮料离心后上清液体积，mL。

1.2.4.2  色泽测定。

采用 CM-5色差仪，在反射模式下，将质量约20 g的猕猴桃果肉饮料置于直径为5.5 cm的玻璃培养皿中，样品均匀覆盖平皿。评估样品色泽的参数有L* （亮度）、a* （绿～红）  和 b* （黄～蓝）。总色差ΔE*是一个对比参照样品的整体色差的参数。黄色指数（YI）用公式计算；褐变指数（BI）表示褐变程度，是酶促或非酶褐变过程的重要参数。

ΔE*=ΔL*2+Δα*2+Δb*2

YI=142.86 b*/L*

BI=［100×（x×0.31）］/0.172

其中，x=（α*+1.75L*）/（5.645L*+α*-3.012b*）

1.3  数据处理

试验数据采用SPSS 17.0统计软件分析，采用Duncan进行多重比较，表中数值以平均值±标准差表示，以P<0.05作为差异显著性判断标准。数据采用Orgin 2018、Design exper 13.1作图。

2  结果与分析

2.1  猕猴桃果肉饮料单因素试验结果

2.1.1  原浆添加量对猕猴桃果肉饮料强化分层率的影响。

从图1可见，随着原浆添加量的增大，产品的强化分层率增大，表明产品稳定性增强，果汁添加量对强化分层率具有正向促进作用。在添加量45%时，稳定性增量趋于减少，因此选择原浆添加量45%作为后续研究基础较为适宜。

2.1.2  蔗糖添加量对猕猴桃果肉饮料强化分层率的影响。

从图2可见，蔗糖添加量对强化分层率的提升具有正向作用，当蔗糖添加量在9%～15%时，强化分层率增量相对稳定，因此取蔗糖添加量12%作为后续研究基础。

2.1.3  增稠剂添加量对猕猴桃果肉饮料强化分层率的影响。

由图3可见，随着增稠剂添加量增大，强化分层率先增大后减小，增稠剂添加量在0.15%时，稳定性出现转折，表明增稠剂添加量在一定范围内对强化分层率具有促进作用，超过一定量具有削弱强化分层率的作用。因此，初选增稠剂添加量0.10%～0.15%作为后续研究基础。

2.2  猕猴桃果肉饮料配比响应面优化

2.2.1  响应面结果。

采用3因素3水平的 Box-Behnken 响应面模型，试验设计及结果见表2。用 Design-expert 软件对试验数据进行多项式回归拟合，并进一步优化影响稳定性因素，做响应面图。多元回归拟合，得到强化分层率与各因素的二次方程模型为Y=0.490 0+0.014 0A-0.007 9B+0.011 0C+0.013 0AB-0.020 0AC+0.020 0BC-0.120 0A2-0.140 0B2-0.068 0C2。

2.2.2  回归方程方差分析。由表3可知，建立的回归模型对猕猴桃果肉饮料强化分层率达显著水平（P<0.05），说明回归方程具有高度拟合性，模型合适，可以很好地体现各影响因素和响应值之间的联系。因变量与自变量之间的相关系数R2=0.996 1，模型调整决定系数R2Adj=0.990 2，说明该模型具有99.61%响应值的变化，方程拟合度较高；模型的预测系数R2Pred=0.986 8，说明考察值和模型预测值之间存在较

高的相关性。这表明该回归方程可代替试验真值，可用于分析和预测猕

猴桃果肉饮料强化分层率，并对各因素回归系数进行显著性检验。一次项中原浆添加量（A ）、增稠剂添加量（C）及二次项中原浆添加量与增稠剂添加量（AC）、蔗糖添加量与增稠剂添加量（BC）的P值均小于 0.05，说明原漿添加量、增稠剂添加量以及增稠剂添加量与原浆添加量、增稠剂添加量与蔗糖添加量的交互项对猕猴桃果肉饮料强化分层率有显著影响，蔗糖添加量（B）、原浆添加量和蔗糖添加量（AB）的交互项影响差异不显著（P>0.05）。 在所选的各因素水平范围内，各因素对稳定系数的影响表现为增稠剂添加量>原浆添加量>蔗糖添加量。这一结果与单因素试验结果相似。

2.2.3  响应面分析。

如图4所示，在其他因素不变的情况下，猕猴桃果肉饮料的稳定性随着各因素值的升高先上升后下降。原浆添加量与增稠剂添加量、增稠剂添加量与蔗糖添加量的响应面更加陡峭，等高线表现出曲率较大，且沿两轴向步长较均等，表明两者相互作用较为明显。沿原浆添加量和蔗糖添加量轴向的响应面较平坦，且等高线曲率较小，且不均，表明两两交互作用较小。

2.3  猕猴桃果肉饮料配比的优化验证

2.3.1  验证试验。

在单因素和中心组合试验设计的基础上，确定稳定性较好的产品稳定性在0.43～0.50。以稳定性回归方程为模型，得到优化后预测的猕猴桃果肉饮料相关因素添加量为原浆添加量47%，蔗糖添加量12%，增稠剂添加量0.14%，预测产品强化分层率为49%。模型验证：以优化后的添加量参数做验证试验3次，试验结果见表4。由验证试验结果可以看出，实际值与预测值相对误差均在5%以内，说明优化的参数可信度高，采用回归分析法建立的模型拟合度好，能很好地预测稳定性。

2.3.2  产品色泽及粒径测定。

原浆添加量47%，蔗糖添加量12%，增稠剂添加量0.14%，制备果肉饮料后测定产品色泽，结果见表5。由表5可知，a*均为负值，表明以绿色为主，ΔE＜2，表明产品色泽均一。制备的果肉饮料产品粒径分布结果见图5。从图5可见，在200 μm附近有1个峰，它的体积平均粒径D［4，3］为214 μm。

3  结论

通过单因素试验和响应面法对配比进行了优化，结果表明，猕猴桃原浆添加量为47%，蔗糖添加量12%，增稠剂添加量0.14%。在超高压技术处理后，强化分层率达到 47%。产品亮度值L*为38，ΔE均小于2，产品色泽均一；颗粒的体积平均粒径D［4，3］为214 μm，产品稳定性好。

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