響應(yīng)面法優(yōu)化低糖保健棗醬的制作工藝研究

劉紫韞，李文瀚，朱剛，湯堯，李喜宏*

(1.天津科技大學(xué) 食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津 300457；2.寧夏中璽棗業(yè)股份有限公司， 銀川 751400；3.天津捷盛東輝保鮮科技有限公司，天津 300300)

靈武長棗產(chǎn)于“水果之鄉(xiāng)”的寧夏靈武市，其果實(shí)口感酥脆多汁，果肉呈白綠色，營養(yǎng)及藥用價(jià)值極高。此外，含有大量維生素及皂類物質(zhì)，具有降血糖、降血脂、保持血管通暢、提高免疫力的功效[1]。靈武長棗因抗逆性強(qiáng)、商業(yè)價(jià)值高，被廣泛種植，是寧夏人民最寶貴的資源[2]。

但是靈武長棗干棗因水分較低、棗皮較厚、棗肉密度低等原因?qū)е驴诟胁患裑3]，若能將其制作成棗醬可大大提高靈武長棗的價(jià)值。另外，傳統(tǒng)棗醬常伴有含糖量高、食品添加劑濫用等問題，故而本研究致力于研制出一種低糖保健型的健康靈武長棗果醬，不僅可以提高食品的營養(yǎng)價(jià)值和食品安全性，而且可以提高感官品質(zhì)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益。在多次預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以靈武長棗為主要原材料，利用單因素試驗(yàn)結(jié)合響應(yīng)面分析的方法對(duì)果醬加工工藝中各原輔料的添加量進(jìn)行優(yōu)化，最終得出最優(yōu)配方，為靈武長棗精深加工提供了參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

靈武長棗干棗：寧夏中璽棗業(yè)研究有限公司；天然魔芋粉：云南大姚產(chǎn)；紅糖：食用級(jí)，購于天津市濱海新區(qū)華潤購物超市；檸檬酸：食品級(jí)，購于湖南聚碩生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

C21-WK2102電磁爐 廣東美的廚房電器制造有限公司；JJ-1000精密型電子天平 常熟雙杰測試儀器廠；FSH勻漿機(jī) 常州恒隆儀器有限公司；XZ-10打漿機(jī) 中山市欣澤電器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 靈武長棗棗醬制作工藝[4]

1.3.2 操作要點(diǎn)[5]

對(duì)含水量35%左右的優(yōu)質(zhì)靈武長棗進(jìn)行篩選，選出品質(zhì)上佳的長棗作為原料，用清水反復(fù)清洗干凈，加水后常溫靜置4～5 h后取出，用去核機(jī)將長棗去核切碎后進(jìn)行預(yù)煮，再經(jīng)打漿得到組織細(xì)膩的棗漿。

其次，將棗漿與白砂糖、檸檬酸、魔芋粉(與水加熱溶化，煮沸配成20%的溶液，過濾)共同置于攪拌罐中進(jìn)行攪拌，待其均勻后注入罐裝機(jī)中進(jìn)行罐裝，并在超高壓條件下殺菌7 min。

利用生物化學(xué)方法對(duì)棗醬成品進(jìn)行生物化學(xué)檢測，檢定合格后采用風(fēng)味評(píng)價(jià)方法進(jìn)行感官評(píng)定。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

在預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上以棗醬的感官綜合評(píng)分為考核指標(biāo)，在其他原輔料不變的情況下，分別考察單一因素：靈武長棗添加量、紅糖添加量、檸檬酸添加量和魔芋粉添加量對(duì)棗醬的影響，按照表1進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

表1 單因素試驗(yàn)因素水平Table 1 Factors and levels of single-factor experiments %

1.3.4 響應(yīng)面試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)確定出4個(gè)因素中影響較大的3個(gè)因素作為響應(yīng)面試驗(yàn)中的自變量進(jìn)行重點(diǎn)研究，即將靈武長棗添加量(%)、檸檬酸添加量(%)及魔芋粉添加量(%)這3個(gè)因素作為自變量，棗醬的感官評(píng)分作為響應(yīng)值，根據(jù)Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理，進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面分析試驗(yàn)，優(yōu)化出靈武長棗棗醬的最佳工藝配方，因素與水平見表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平Table 2 Factors and levels of response surface experiments %

1.4 感官評(píng)價(jià)

參照GB/T 22474-2008《果醬》，制定出低糖棗醬綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，見表3。感官評(píng)價(jià)員由20名身體健康、具有分辨能力的食品專業(yè)學(xué)生組成，從組織、口感、氣味、色澤4個(gè)方面對(duì)靈武長棗醬進(jìn)行評(píng)定，評(píng)定過程中嚴(yán)格遵守規(guī)范要求，評(píng)定結(jié)果去掉一個(gè)最高分，去掉一個(gè)最低分，且重復(fù)進(jìn)行3次評(píng)分取其平均值后即為感官評(píng)價(jià)結(jié)果[6]。

表3 棗醬的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Sensory evaluation standard of jujube jam

1.5 相關(guān)衛(wèi)生指標(biāo)的測定

對(duì)靈武長棗果醬的成品進(jìn)行微生物指標(biāo)的檢測，檢測方法參照GB 11671-2003。

1.6 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Design Expert 8.0軟件進(jìn)行分析，并采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行整理及制圖表。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 靈武長棗添加量對(duì)棗醬感官評(píng)價(jià)的影響

圖1 靈武長棗添加量對(duì)果醬感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of Lingwu long jujube additive amount on sensory quality of jujube jam

由圖1可知，靈武長棗添加量對(duì)棗醬的感官評(píng)分具有一定影響，當(dāng)靈武長棗添加量由30%升高至最高點(diǎn)40%時(shí)，感官評(píng)分達(dá)到最高值87分；當(dāng)靈武長棗添加量超過40%時(shí)，感官評(píng)分逐漸下降。在棗醬的制作過程中，靈武長棗的添加量可能會(huì)影響其組織、氣味、口感等。當(dāng)添加量過高時(shí)，會(huì)影響原輔料攪拌的均勻程度；當(dāng)添加量過低時(shí)，產(chǎn)品流動(dòng)性過大，靈武長棗特征香氣減弱，無法體現(xiàn)產(chǎn)品特色。綜合分析，靈武長棗的最佳添加量為40%[7]。

2.1.2 紅糖添加量對(duì)棗醬感官評(píng)價(jià)的影響

圖2 紅糖添加量對(duì)棗醬感官評(píng)價(jià)的影響Fig.2 Effect of brown sugar additive amount on sensory quality of jujube jam

由圖2可知，隨著紅糖添加量的增加，棗醬的感官評(píng)分緩慢上升直至最高點(diǎn)后呈現(xiàn)下降的趨勢，當(dāng)紅糖添加量為10%時(shí)，感官評(píng)分最高，為85分。說明紅糖添加量的改變對(duì)棗醬的感官評(píng)分影響略小，考慮為紅糖自身口感較重的原因，故而當(dāng)添加量過高時(shí)，會(huì)影響產(chǎn)品的感官評(píng)分。綜合分析，紅糖的最佳添加量為10%[8]。

2.1.3 檸檬酸添加量對(duì)棗醬感官評(píng)價(jià)的影響

圖3 檸檬酸添加量對(duì)棗醬感官評(píng)價(jià)的影響Fig.3 Effect of citric acid additive amount on sensory quality of jujube jam

由圖3可知，檸檬酸對(duì)棗醬的感官品質(zhì)有著極強(qiáng)的輔助作用。隨著檸檬酸添加量的增加，感官評(píng)分先上升至最高值88分后，才略有緩慢下降趨勢。在棗醬的制作過程中，檸檬酸可能起到改善成膠性、提升感官品質(zhì)等作用。但當(dāng)添加量過高(超過0.7%)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)酸味過重、無棗香味的現(xiàn)象，從而降低食用口感[9]；當(dāng)添加量過低(0.6%)時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)棗醬析水的現(xiàn)象，從而影響棗醬品質(zhì)。綜合分析，檸檬酸的最佳添加量為0.7%。

2.1.4 魔芋粉添加量對(duì)棗醬感官評(píng)價(jià)的影響

圖4 魔芋粉添加量對(duì)棗醬感官評(píng)價(jià)的影響Fig.4 Effect of konjaku flour additive amount on sensory quality of jujube jam

由圖4可知，棗醬的感官評(píng)分隨著魔芋粉的增加而穩(wěn)步上升直至最高點(diǎn)后略有下降，且當(dāng)魔芋粉添加量為4%時(shí)，感官評(píng)分達(dá)到最高值86分。在棗醬的制作過程中，魔芋粉的添加對(duì)產(chǎn)品的黏稠度有直接的影響[10]，會(huì)明顯影響果醬的風(fēng)味和口感，故而當(dāng)添加量過低時(shí)，棗醬的成膠性差。綜合分析，魔芋粉的最佳添加量為4%。

2.2 響應(yīng)面分析試驗(yàn)結(jié)果

通過Design Expert 8.0軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸擬合，反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)后得到回歸方程：Y=96.15+0.018A+0.023B+0.047C-0.013AB-0.017AC-0.013BC-1.33A2-1.19B2-1.02C2。響應(yīng)面分析試驗(yàn)結(jié)果見表4，具體方差分析見表5。

表4 響應(yīng)面分析試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Result of response surface design

表5 ANOVA分析結(jié)果Table 5 Results of ANOVA analysis

注：“+”表示差異顯著(p<0.05)，“++”表示差異極顯著(p<0.01)，“-”表示差異不顯著(p>0.05)。

經(jīng)過對(duì)表5數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可知，p<0.0001表明此回歸模型具有高度顯著性；失擬項(xiàng)p=0.92>0.05，表明此回歸模型具有相對(duì)較高的可信度；決定系數(shù)R2=0.9998，表明此模型擬合度很好；信噪比為143.819>4，表明該試驗(yàn)精度很高。因此該回歸模型可以將靈武長棗添加量、檸檬酸添加量以及魔芋粉添加量3個(gè)因素對(duì)棗醬感官評(píng)價(jià)的影響較準(zhǔn)確地模擬出來，其中一次項(xiàng)C、二次項(xiàng) A2、B2、C2極顯著，一次項(xiàng)A、B顯著，交互相AB、AC、BC不顯著，各因素影響棗醬感官評(píng)價(jià)的大小依次為C(魔芋粉添加量)>B(檸檬酸添加量)>A(靈武長棗添加量)。

通過對(duì)回歸方程以及表4、圖5～圖7的綜合分析，可得最佳工藝參數(shù)為：靈武長棗添加量40.03%、檸檬酸添加量0.7%、魔芋粉添加量4.02%，在最優(yōu)工藝條件下制作的棗醬感官評(píng)價(jià)的預(yù)測值為96.15分。經(jīng)修正后的最優(yōu)工藝條件為：靈武長棗添加量40%、檸檬酸添加量0.7%、魔芋粉添加量4%[11-13]。

圖5 靈武長棗和檸檬酸添加量交互作用的響應(yīng)面Fig.5 Response surface of interaction effect of Lingwu long jujube and citric acid additive amount

圖6 靈武長棗和魔芋粉添加量交互作用的響應(yīng)面Fig.6 Response surface of interaction effect of Lingwu long jujube and konjaku flour additive amount

圖7 檸檬酸和魔芋粉添加量交互作用的響應(yīng)面Fig.7 Response surface of interaction effect of citric acid and konjaku flour additive amount

2.3 衛(wèi)生指標(biāo)的測定結(jié)果

微生物指標(biāo)的測定結(jié)果見表6。

表6 微生物指標(biāo)的測定結(jié)果Table 6 Determination results of microbial indicators

3 結(jié)論

在預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用單因素試驗(yàn)結(jié)合響應(yīng)面分析的方法對(duì)靈武長棗棗醬的工藝配方進(jìn)行了優(yōu)化，最終確定出棗醬的最佳工藝條件為：靈武長棗添加量40%、紅糖添加量10%、檸檬酸添加量0.7%、魔芋粉添加量4%，在此條件下制作出的靈武長棗醬的感官評(píng)分為96.15分。從而研制出成膠效果最佳、涂層均勻且具有典型的靈武長棗香氣及口感的棗醬，經(jīng)檢驗(yàn)，該產(chǎn)品質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)，為促進(jìn)靈武長棗精深加工提供了思路，促進(jìn)了靈武長棗醬的工業(yè)化生產(chǎn)，提高了經(jīng)濟(jì)效益。