均勻設(shè)計(jì)法優(yōu)化渾濁型白果飲料中的復(fù)配穩(wěn)定劑

石 瑞，史垠垠，曹福亮

(南京林業(yè)大學(xué)森林資源與環(huán)境學(xué)院，江蘇南京 210037)

均勻設(shè)計(jì)法優(yōu)化渾濁型白果飲料中的復(fù)配穩(wěn)定劑

石 瑞，史垠垠，曹福亮

(南京林業(yè)大學(xué)森林資源與環(huán)境學(xué)院，江蘇南京 210037)

以白果為原料，采用均勻組合設(shè)計(jì)方法，選定卡拉膠、羧甲基纖維素鈉(CMC)、瓜爾膠和刺瑰豆膠為實(shí)驗(yàn)因素，以白果飲料的粘度為目標(biāo)建立數(shù)學(xué)模型，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析及對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化得到渾濁型白果飲料的優(yōu)化條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CMC為 0.05g/100mL、卡拉膠為 0.09g/100mL、瓜爾膠為 0.09g/100mL、刺槐豆膠為0.04g/100mL時(shí)，粘度值達(dá)到最佳值137mPa·s，所得的渾濁白果飲料更加穩(wěn)定。結(jié)果證明均勻設(shè)計(jì)方法適用于渾濁型白果飲料復(fù)配穩(wěn)定劑的多因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，而且簡(jiǎn)便易行。

均勻設(shè)計(jì)，白果飲料，粘度值，穩(wěn)定劑

白果(Semen Ginkgo)為銀杏科銀杏屬植物銀杏的果實(shí)，是藥食同源物質(zhì)。白果品味甘美，口感香糯，口味清新，作為食療、滋補(bǔ)、保健食品已有1000多年的歷史［1］。已有學(xué)者對(duì)白果飲料進(jìn)行了初步的研究，但是，至今尚無(wú)利用白果開(kāi)發(fā)成飲料進(jìn)軍市場(chǎng)的產(chǎn)品［2］。目前，飲料的加工工藝的優(yōu)化主要采取正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，當(dāng)欲考察的因素?cái)?shù)較多，特別是因素水平數(shù)較多時(shí)，實(shí)驗(yàn)工作量仍然很大，而用均勻設(shè)計(jì)表安排實(shí)驗(yàn)，則實(shí)驗(yàn)工作量大大地減少［3－4］。均勻設(shè)計(jì)通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)處理，求得一個(gè)定量的回歸方程，經(jīng)方程分析各因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，定量地預(yù)測(cè)優(yōu)化條件［5］。本研究中，采用均勻?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)的方法，不考慮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整齊可比性，而讓實(shí)驗(yàn)點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)充分地均衡分散，這樣每個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)就可以有更好的代表性，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)目也可大幅度地減少［6］。與正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相比，均勻?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)突出的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)工作量少，但其實(shí)驗(yàn)結(jié)果仍能反映分析體系的基本特征［7－8］。用均勻設(shè)計(jì)法進(jìn)行多因素多水平實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，在減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)的同時(shí)，還可預(yù)測(cè)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件和結(jié)果，具有方便、適用、預(yù)測(cè)性好的特點(diǎn)［9］。本實(shí)驗(yàn)旨在利用均勻設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)渾濁型白果飲料進(jìn)行研制，以提高飲料的粘度值為指標(biāo)，優(yōu)化渾濁型白果飲料的加工工藝，為今后渾濁型白果飲料的研制提供參考價(jià)值和一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

白果 購(gòu)于江蘇泰州，品種為大佛指，顆粒飽滿，大小均勻，無(wú)蟲(chóng)蛀;羧甲基纖維素鈉 上海申光食用化學(xué)品廠;卡拉膠 滕州市海藻工程技術(shù)有限責(zé)任公司;刺槐豆膠 天津安文水溶膠科技有限公司;瓜爾豆膠 南京同建食品科技有限公司;以上試劑均為食品級(jí)。

高壓均質(zhì)機(jī)GYB30－6D 上海東華高壓均質(zhì)機(jī)廠;膠體磨50AB 沈陽(yáng)航天新光超微粉碎機(jī)械有限公司;旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)NDJ－7 上海精密科學(xué)儀器有限公司;電熱真空干燥箱ZK－82B 上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司;立式壓力蒸汽滅菌鍋YSQ－LS－50SII 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 渾濁型白果汁的工藝流程［10－11］原料白果→挑選→清洗→脫殼、去內(nèi)種皮→預(yù)煮→打漿→膠體磨→均質(zhì)→穩(wěn)定劑、乳化劑→調(diào)配→均質(zhì)→脫氣→灌裝→殺菌→冷卻→成品

1.2.2 粘度值的測(cè)定 采用NDJ－7型旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)，轉(zhuǎn)筒因子0.4，30 r/m in，在常溫下(25℃)測(cè)定液體粘度(mPa·s)。

1.2.3 均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上［12］，根據(jù)均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法，選取對(duì)白果漿液的粘度值影響較大的CMC(X1)、卡拉膠(X2)、瓜爾膠(X3)、刺槐豆膠(X4)4個(gè)因素，每個(gè)因素確定9個(gè)水平，因素水平見(jiàn)表1。

表1 因素水平(g/mL)Table 1 Factors and levels(g/mL)

2 結(jié)果與討論

2.1 均勻設(shè)計(jì)的結(jié)果與回歸分析

選取U9(94)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(表2)。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的9個(gè)處理中，每次實(shí)驗(yàn)均取6%去殼鮮白果按規(guī)定的工藝，添加不同比例的穩(wěn)定劑，分別測(cè)定其粘度值。采用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(DPS)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，p＜0.05則表示差異顯著，p＜0.01則表示極顯著，所有實(shí)驗(yàn)均平行3次，取其平均值。

表2 U9(94)表的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)及結(jié)果Table 2 Test data of table U9(94)by uniform design

采用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(DPS)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和多元線性回歸分析，得到粘度值與CMC、卡拉膠、瓜爾膠、和刺槐豆膠的回歸方程為:Y= 77.9652795－ 3.354065504X3+ 0.5413243494X22－ 1.9676967235X24－3.0764876391X1X2+2.7713538139X1X4+0.4582163867X2X3+1.5520800187X2X4。第一自由度F1=7，第二自由度 F2=1，查表得 F0.01(7，1)= 593，計(jì)算得 F=1613.89，F(xiàn)＞F0.01(7，1)，其中，p= 0.0192，復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.998，調(diào)整決定系數(shù)Ra= 0.9996，剩余標(biāo)準(zhǔn)差S=0.5092。則方差分析結(jié)果表明，建立的回歸方程具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

根據(jù)以上回歸方程式可以看出，粘度值 Y與X1CMC、X2卡拉膠、X3瓜爾膠和X4刺槐豆膠都有關(guān)系，而且X1X2、X1X4、X2X3、X2X4之間有明顯的交互作用，其中，X1X4、X2X3和X2X4有正交互作用、X1X2之間有負(fù)交互作用。根據(jù)回歸方程分析，在兼顧效率、降低原料消耗的考慮下，選擇其最優(yōu)組合為X1=1、X2=9、X3=9、X4=4，即CMC為0.05g/100m L、卡拉膠為0.09g/100m L、瓜爾膠為 0.09g/100mL、刺槐豆膠為0.04g/100m L。

表3 二次多項(xiàng)式逐步回歸法處理的數(shù)據(jù)結(jié)果Table 3 Result of data processing by quadratic polynomial

從表3中不同因素的顯著性檢驗(yàn)p值的大小，可以知道對(duì)渾濁型白果飲料粘度值的影響大小為X2X4＞X1X2＞X1X4＞X2X3，即卡拉膠和刺槐豆膠 ＞CMC和卡拉膠＞CMC和刺槐豆膠＞卡拉膠和瓜爾膠。從回歸的結(jié)果可知，因素之間存在交互作用，其原因是不同穩(wěn)定劑對(duì)渾濁型白果飲料的穩(wěn)定效果不同，并且受各個(gè)穩(wěn)定劑的添加量和滅菌溫度等因素的綜合影響。

2.2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

按上述優(yōu)化的條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果粘度值為137mPa·s，與預(yù)測(cè)值136.53mPa·s很接近，說(shuō)明優(yōu)化條件重現(xiàn)性好。在此條件下制備的白果渾濁型飲料，顏色淡黃，且在瓶中常溫放置3個(gè)月后，目測(cè)外觀色澤保持不變，濁度均勻、穩(wěn)定性良好。

3 結(jié)論

3.1 采用均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法，以白果為原料研制渾濁型飲料，建立了影響渾濁型白果飲料粘度值的條件優(yōu)化模型。對(duì)該回歸模型的分析可知，瓜爾膠為影響渾濁型白果飲料渾濁效果的主要因素，CMC和卡拉膠、CMC和刺槐豆膠、卡拉膠和瓜爾膠、卡拉膠和刺槐豆膠之間有明顯的交互作用。

3.2 本研究證明均勻設(shè)計(jì)方法適用于渾濁型白果飲料復(fù)配穩(wěn)定劑的多因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。通過(guò)DPS計(jì)算所得回歸方程對(duì)渾濁型白果飲料粘度值的預(yù)測(cè)值與按優(yōu)化條件進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)測(cè)定值極為接近。與正交實(shí)驗(yàn)相比，極大地減少了工作量和實(shí)驗(yàn)成本，而且簡(jiǎn)便易行。

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Optim ization of the com pound stabilizers in cloudy ginkgo juice by uniform design method

SHIRui，SHIYin－yin，CAO Fu－liang
(College of Forest Resources and Environment，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China)

Based on the p rincip le of uniform design method，the p rocessing technic to dealw ith ginkgo juice was stud ied in this paper.The material of the experim ent was ginkgo seed.The four stabilizers，which were carrageenan，sodium carboxymethylcellulose(CMC)，guar gum and soybean g lue，were considered in the experiment.The mathem aticalmodel was estab lished taking aim at the viscosity of ginkgo juice.Variance of the experimental result was analysed.And the mathematical model was op tim ized in order to find the op timum conditions to get the better cloudy ginkgo juice.The resultof the experiment showed thatw ith the condition of CMC (0.05g/100m L)，carrageenan(0.09g/100m L)，guar gum(0.09g/100m L)and soybean g lue(0.04g/100m L)，the viscosity num berwould be the bestw ith 137m Pa·s，and the ginkgo juice would bemore stab le.This illustrated that uniform design m ethod is fit to the multip lex test design of com pound stabilizers in c loudy g inkgo juice，and it is also simp le and availab le.

uniform design;ginkgo juice;viscosity number;stabilizer

TS255.6

B

1002－0306(2012)19－0222－03

2012－04－01

石瑞(1966－)，男，博士，副教授，研究方向:食品生物技術(shù)。

國(guó)家科技支撐課題(2012BAD21B04)。