均勻設(shè)計(jì)法對(duì)荷葉飲料配方的優(yōu)化研究

侯溫甫，王 博，王宏勛，趙國(guó)嬌

（武漢工業(yè)學(xué)院 食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430023）

隨著人們生活水平的提高，肥胖的人數(shù)日益增多。降脂減肥不僅僅是高血脂、脂肪肝、肥胖型高血壓等病人的需求，而是越來(lái)越多的普通人群，尤其是久坐不動(dòng)、缺乏時(shí)間鍛煉人群的渴求。利用自然資源來(lái)防病治病越來(lái)越受到重視和青睞。荷葉自古以來(lái)就是一種藥、食兩用植物，目前我國(guó)對(duì)荷葉已進(jìn)行了初步的利用，應(yīng)用上最廣泛的還是荷葉茶及其飲料的開(kāi)發(fā)[1]。荷葉茶不僅風(fēng)味獨(dú)特，而且含有豐富的荷葉黃酮和生物堿，較低的脂肪、人體必需的8種氨基酸，又富含維生素、多糖類(lèi)、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分，還有如高分子多糖體、三萜類(lèi)物質(zhì)等生理活性成分，以荷葉為主要原料的飲料對(duì)人體有多種保健作用[2-3]。對(duì)于飲食頻繁、腸胃負(fù)擔(dān)過(guò)重的人，可以用荷葉茶來(lái)幫助消化，清理脂肪，代謝身體中超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的廢物[4]。荷葉飲料的研制，即充分利用資源，又可以為消費(fèi)者提供一種附加值較高、食用方便并具有保健功能的新型產(chǎn)品。長(zhǎng)期飲用荷葉茶汁，具有降脂減肥、預(yù)防動(dòng)脈硬化等作用[5]。另外，山楂也有清脂和加速排解體內(nèi)廢物的功能，陳皮則可以改善消化不良，調(diào)氣健脾。本研究在荷葉茶的基礎(chǔ)上添加了山楂、陳皮加強(qiáng)其保健功能，并且加入了菠蘿汁改善其口感，采用均勻設(shè)計(jì)法對(duì)荷葉飲料的配方進(jìn)行優(yōu)化，以期獲得一款新型的荷葉飲料。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

荷葉：產(chǎn)自湖北洪湖，以顏色碧綠塊型整齊為佳；菠蘿：超市購(gòu)新鮮菠蘿；山楂和陳皮：藥店售干山楂和陳皮；蜂蜜選擇超市售蜂蜜。

打漿機(jī)：上海飛利浦有限公司；WFT7200型分光光度計(jì)：龍尼柯（上海）儀器有限公司；HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋國(guó)華電器有限公司；TGL-16G高速離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠；FA2104N 電子天平：上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司；AR2140電子分析天平：奧豪斯國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 新型荷葉飲料的研制

荷葉汁的制備[6]：用自來(lái)水沖去荷葉表面的泥沙雜質(zhì)，瀝干水分；將清洗后的荷葉剪碎成小碎片；提取水量為鮮荷葉重的30倍，加入提取溫度80℃，提取時(shí)間1.5h；在保溫狀態(tài)下用紗布過(guò)濾去渣；浸提液冷卻至室溫后，將其放于4℃左右的環(huán)境中冷藏24h，使沉淀自然析出，濾去沉淀得澄清液。

菠蘿汁的制取[7]：將菠蘿去皮、清洗、切碎、置于打漿機(jī)中榨汁，過(guò)濾得菠蘿原汁；濾渣中加入渣重的0.5倍去離子水，攪拌均勻，過(guò)濾，合并2次的濾液，經(jīng)離心分離得清液，貯藏備用。

山楂和陳皮汁的制?。焊缮介?0g，陳皮10g，放入清水中浸泡2min，再用清水沖凈。鍋中倒入500mL清水，放入山楂干和陳皮，用大火煮開(kāi)后，改成小火煮10min關(guān)火，放置冷卻備用。

1.2.2 正交試驗(yàn)法優(yōu)化飲料配方

不同的荷葉汁、山楂陳皮汁、菠蘿汁、蜂蜜添加量對(duì)荷葉飲料的風(fēng)味均有一定的影響，為了選擇最佳的配比調(diào)配方案，本試驗(yàn)采用4因素3水平正交試驗(yàn)進(jìn)行初步優(yōu)選。

1.2.3 均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)法優(yōu)化飲料配方

本試驗(yàn)按U12（12*63）設(shè)計(jì)試驗(yàn)，對(duì)荷葉飲料的配方進(jìn)一步優(yōu)化，以期得到口感良好的荷葉飲料產(chǎn)品。其因素水平設(shè)置見(jiàn)表1。

表1 均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)法因素水平Table 1 Factors and levels of uniform design of lotus leaf drinks

1.2.4 感官評(píng)分方法

感官評(píng)定人員由本實(shí)驗(yàn)室同學(xué)及老師共10人組成，男女各半，對(duì)飲料的口感、香氣、滋味和組織狀態(tài)3項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)打分，結(jié)果取其平均值，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

1.2.5 總黃酮含量的測(cè)定

采用NaNO2-Al（NO3）3-NaOH 體系絡(luò)合化學(xué)吸光法，在510nm處測(cè)定其吸光值，以蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品做工作曲線，計(jì)算飲料中總黃酮的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

荷葉飲料的基本配方包括荷葉汁、山楂陳皮汁、菠蘿汁和蜂蜜4種成分，對(duì)這4種主要成分別做單因素試驗(yàn)，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，荷葉汁、山楂陳皮汁、蜂蜜的較合適的添加量分別在60%、20%和8%。菠蘿汁的添加量越高，評(píng)分越高，但評(píng)分總體差別較小，口感與滋味方面區(qū)別也較小，綜合經(jīng)濟(jì)成本考慮，菠蘿汁的添加量初步定為2%。

表2 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standard of lotus leaf drinks

圖1 荷葉飲料配方單因素試驗(yàn)結(jié)果Fig.1 Results of single factor experiment

2.2 正交試驗(yàn)法對(duì)配方的優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)方案，對(duì)配方的優(yōu)化結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，各因素對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量影響為D＞A＞B＞C，即蜂蜜＞荷葉汁＞山楂陳皮汁＞菠蘿汁。各因素的最佳方案為A1B1C3D3。即荷葉汁的添加量為50%，山楂陳皮汁添加量為10%，菠蘿汁添加量為3%，蜂蜜添加量為10%。

2.3 均勻試驗(yàn)法對(duì)配方的優(yōu)化

參考單因素試驗(yàn)結(jié)果設(shè)置均勻試驗(yàn)的因素水平，荷葉汁、山楂陳皮汁、蜂蜜及菠蘿汁的試驗(yàn)水平分別設(shè)置在46%～68%、10%～35%、1%～6%及5%～10%，見(jiàn)表1。根據(jù)均勻設(shè)計(jì)方案表進(jìn)行飲料的配制，評(píng)價(jià)人員根據(jù)感官評(píng)價(jià)表對(duì)飲料的口感、香氣、滋味和組織狀態(tài)3項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定和打分，再根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，其結(jié)果見(jiàn)表4～7。

表3 正交試驗(yàn)方案及結(jié)果分析Table 3 Design and analysis of orthogonal test results

表4 均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)法方案及結(jié)果Table 4 Design and analysis of uniform design results

對(duì)表4的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，所得的感官評(píng)分隨荷葉汁添加量（X1）、山楂陳皮汁添加量（X2）、菠蘿汁添加量（X3）、蜂蜜添加量（X4）4因素變化的四元二次回歸方程（1）如下：

回歸方程（1）的方差分析結(jié)果見(jiàn)表5、表6。

表5 回歸方程的方差分析Table 5 Variance analysis of regression equation

表6 回歸統(tǒng)計(jì)Table 6 Results of regression statistics

由表5可得：回歸方程模型顯著（p＜0.05），回歸方程的決定系數(shù)=0.9203，即方程可以解釋92.03%的感官評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)變異，方程的擬合性好。因此可以用該回歸方程對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。

表7 回歸系數(shù)方差分析結(jié)果Table 7 Variance analysis of regression coefficient

表7為回歸方程（2）回歸系數(shù)的方差分析結(jié)果。由表7可見(jiàn)：在試驗(yàn)所選的范圍內(nèi)，試驗(yàn)各因素對(duì)功能荷葉飲料的感官評(píng)分影響的主次順序?yàn)椋荷介惼ぶ砑恿浚╔2）＞蜂蜜添加量（X4）＞荷葉汁添加量（X1）＞菠蘿汁添加量（X3）。其中蜂蜜添加量以及山楂陳皮汁的添加量對(duì)功能荷葉飲料的配方結(jié)果影響顯著（p＜0.05）；荷葉汁添加量、菠蘿汁添加量對(duì)結(jié)果影響不顯著（p＞0.05）；但荷葉汁的添加量p值＜0.25，因此荷葉汁的添加量對(duì)荷葉飲料的結(jié)果仍存在較強(qiáng)程度的作用，此項(xiàng)應(yīng)當(dāng)保留。一次項(xiàng)和二次項(xiàng)中菠蘿汁的添加量對(duì)感官評(píng)分影響均不顯著，原因可能是由于菠蘿汁的添加主要是用來(lái)在飲料冷卻放置過(guò)程中起到澄清的作用[7]，而對(duì)風(fēng)味和口感的貢獻(xiàn)不大，正交試驗(yàn)的結(jié)果也表明了這一點(diǎn)，故此項(xiàng)可以除去，方程（1）可以修正為：

通過(guò)對(duì)回歸方程（2）求解可以得出采用均勻設(shè)計(jì)法優(yōu)化功能荷葉飲料的最佳配方為：荷葉汁56.35%，山楂陳皮汁10%，蜂蜜10%。另外，根據(jù)正交試驗(yàn)的結(jié)果及感官評(píng)價(jià)的實(shí)際經(jīng)濟(jì)成本考慮，菠蘿汁的添加量可設(shè)置在3%～6%之間。

2.4 荷葉飲料最佳配方驗(yàn)證及飲料中總黃酮含量的測(cè)定

根據(jù)均勻設(shè)計(jì)法優(yōu)化的最佳配方做驗(yàn)證性試驗(yàn)，配置成的飲料酸甜適口，口感好，具有濃郁協(xié)調(diào)的荷葉、菠蘿等特有清香，氣味協(xié)調(diào)，色澤淺橙褐色。因此，經(jīng)均勻設(shè)計(jì)法優(yōu)化的最佳配方為：荷葉汁56.35%、山楂陳皮汁10%、蜂蜜10%、菠蘿汁6%。

圖2 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.2 Standard curve of rutin

飲料置于冰箱中靜止放置2d后進(jìn)行觀察有無(wú)渾濁、沉淀情況，結(jié)果表明由本試驗(yàn)優(yōu)化的配方制作的飲料，澄清度好，呈半透明狀態(tài)，不渾濁，無(wú)沉淀。根據(jù)NaNO2-Al（NO3）3-NaOH 體系絡(luò)合化學(xué)吸光法測(cè)定飲料中的總黃酮含量，結(jié)合圖2標(biāo)準(zhǔn)曲線，測(cè)得飲料里黃酮含量為5.8mg/100mL。

3 結(jié)論與討論

1）通過(guò)正交試驗(yàn)法及U12（12*63）均勻設(shè)計(jì)法對(duì)飲料配方中各因素進(jìn)行優(yōu)化，得到的最佳的荷葉飲料配方為：荷葉汁56.35%，山楂陳皮汁10%，蜂蜜10%；根據(jù)最佳配方研制的飲料酸甜適口，口感好，具有濃郁協(xié)調(diào)的荷葉、菠蘿等特有清香，色澤淺橙褐色，口感氣味好，呈半透明狀態(tài)，不渾濁，無(wú)沉淀；飲料中總黃酮含量為5.8mg/100mL。

2）本款飲料中，菠蘿汁的添加主要在飲料冷卻放置過(guò)程中起到了澄清的作用，根據(jù)正交試驗(yàn)及均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果以及感官評(píng)定的實(shí)際結(jié)果可知，菠蘿汁的添加確實(shí)對(duì)本飲料的風(fēng)味和口感的貢獻(xiàn)不大，因此菠蘿汁的添加量可以設(shè)置在3%～6%之間。

3）荷葉的眾多化學(xué)成分中具有明顯生物活性和生理功能的是黃酮類(lèi)化合物和生物堿這兩大類(lèi)物質(zhì)[8]。其中黃酮類(lèi)化合物主要有荷葉苷、槲皮素、異槲皮素等，有較好的降脂、減肥、降血壓和防止動(dòng)脈粥樣硬化等藥、食療功效[9-13]。本試驗(yàn)經(jīng)優(yōu)化配方后配置的飲料中荷葉總黃酮類(lèi)物質(zhì)含量達(dá)到了5.8mg/100mL，因此是一種具有良好保健功能的飲料。

4）對(duì)多因素、多水平的試驗(yàn)，正交試驗(yàn)需要做很多次試驗(yàn)，周期長(zhǎng)，投入大。在均勻設(shè)計(jì)中只考慮試驗(yàn)點(diǎn)的“均勻分散”性，即讓試驗(yàn)點(diǎn)均衡地分布在試驗(yàn)范圍內(nèi)，使每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)有充分的代表性，因而大大減少了試驗(yàn)次數(shù)。在配方的優(yōu)化中，均勻設(shè)計(jì)法不失為一種有效的手段[14-16]。本研究在正交試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)飲料的配方進(jìn)行優(yōu)化，獲得了理想的飲料配方。

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