響應(yīng)面優(yōu)化香蕉皮營(yíng)養(yǎng)果凍工藝

劉曉偉，王靜靜，潘路路，劉何艷，趙俊杰

（長(zhǎng)垣烹飪職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453400）

香蕉皮占果實(shí)質(zhì)量的35%左右[1]，含有大量的低聚糖、果膠、纖維素、木質(zhì)素、半纖維素等多種纖維素[2]，同時(shí)香蕉皮中還含有 Ca、Mg、Fe、Zn 等多種礦物質(zhì)[3-8]。庹新蘭等[9]發(fā)現(xiàn)，香蕉皮提取物可有效誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡。趙肅清等[10]研究證明：香蕉皮黑色素有顯著的抗氧化作用。香蕉皮還具有止煩渴、通血脈、消炎、增精髓等功效，香蕉皮中的香蕉素對(duì)真菌和細(xì)菌具有抑制作用[11]。目前，有關(guān)香蕉果肉的食品工藝研究比較多[12-15]，但是對(duì)同樣具有營(yíng)養(yǎng)和保健功能的香蕉皮的食品加工工藝研究還比較少見(jiàn)。為了提高果凍的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[16]，本文嘗試加入香蕉皮制作香蕉皮營(yíng)養(yǎng)果凍，在豐富果凍品種的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)香蕉皮的綜合利用。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

香蕉、白砂糖，購(gòu)于當(dāng)?shù)厝f(wàn)德隆購(gòu)物廣場(chǎng)；卡拉膠、黃原膠、羧甲基纖維素鈉（CMC）、抗壞血酸，均為江蘇祥晟生物科技有限公司生產(chǎn)的食品級(jí)添加劑。

1.1.2 儀器與設(shè)備

JJ-2B型組織搗碎機(jī)，PHS-3C型酸度計(jì)，F(xiàn)A1204B(M)型電子分析天平，SW-CJ-2D型超凈工作臺(tái)，XFH-50MA型滅菌鍋，HZ-100型夾層鍋，A02型灌裝機(jī)，BG-40A型壓模封口機(jī)，過(guò)濾袋（120目）。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作要點(diǎn)

將香蕉皮洗干凈、切塊、漂燙處理，按照預(yù)試驗(yàn)的添加比例稱取一定量的香蕉皮，加入蒸餾水后，用組織搗碎機(jī)高速打碎，使香蕉皮和水混合均勻、混合漿組織細(xì)膩為止。按照試驗(yàn)方案將稱量好的卡拉膠、黃原膠和CMC倒入事先加入200 mL蒸餾水的燒杯（500 mL）中，充分混勻后在電熱爐上進(jìn)行加熱，于70℃條件下持續(xù)攪拌15 min，使混合膠充分溶脹。將白砂糖和香蕉皮漿加入至溶解好的混合膠中，濃縮至300 mL，經(jīng)過(guò)濾袋后進(jìn)行灌裝和封口，在80～90℃下殺菌處理10～15 min，最后進(jìn)行冷卻定型。

1.2.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.3.1 復(fù)合凝膠比例的確定

在香蕉皮添加量10%、復(fù)合凝膠劑添加量1.6%、白砂糖添加量16%條件下，卡拉膠、黃原膠和CMC復(fù)合比例（1∶1∶3、1∶2∶2、1∶3∶1、2∶1∶2、2∶2∶1、3∶1∶1）對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響，確定復(fù)合凝膠比例。

1.2.3.2 香蕉皮添加量的確定

在復(fù)合凝膠劑添加量1.6%、卡拉膠∶黃原膠∶CMC=2∶2∶1、白砂糖添加量16%條件下，研究香蕉皮添加量（6%、8%、10%、12%、14%）對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響，確定香蕉皮添加量。

1.2.3.3 復(fù)合凝膠添加量的確定

在香蕉皮添加量 10%、卡拉膠∶黃原膠∶CMC=2∶2∶1、白砂糖添加量16%條件下，研究復(fù)合凝膠劑添加量（1.0%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%）對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響，確定復(fù)合凝膠添加量。

1.2.3.4 白砂糖用量的確定

在香蕉皮添加量為10%、復(fù)合凝膠劑添加量1.6%、卡拉膠∶黃原膠∶CMC=2∶2∶1 條件下， 研究白砂糖添加量（10%、12%、14%、16%、18%、20%）對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響，確定白砂糖用量。

1.2.4 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇香蕉皮添加量、復(fù)合凝膠劑添加量、白砂糖添加量為影響香蕉皮果凍感官品質(zhì)的主要因素，然后采用Box-Behnken模型進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)，試驗(yàn)因素水平與自變量因素編碼見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)自變量因素水平表Table 1 Factors and levels of the experiment %

1.2.5 香蕉皮營(yíng)養(yǎng)果凍感官品質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

由食品工程系挑選15名學(xué)生與5名教師組成感官品質(zhì)評(píng)定小組，對(duì)香蕉皮營(yíng)養(yǎng)果凍的色澤（20分）、口感（30分）、風(fēng)味（20分）、組織形態(tài)（30分）4個(gè)方面進(jìn)行感官評(píng)定，按照百分制進(jìn)行打分，并對(duì)結(jié)果取平均值（保留整數(shù)）。香蕉皮營(yíng)養(yǎng)果凍感官品質(zhì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 香蕉皮營(yíng)養(yǎng)果凍產(chǎn)品感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards of banana skin nutritional jelly

1.2.6 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 97-2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，通過(guò)方差分析，采用Design-Epert 8.0.6.1軟件進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析和二次模型建立，回歸方程分析和響應(yīng)面分析得到了最佳因子水平，用F值考察模型和因子的顯著性（P＜0.05）。所有試驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 復(fù)合凝膠劑配比的確定

由圖1可以看出，復(fù)合凝膠劑（卡拉膠、黃原膠和CMC）的不同配比對(duì)香蕉皮營(yíng)養(yǎng)果凍感官品質(zhì)有影響。當(dāng)卡拉膠、黃原膠和CMC的比例為2∶2∶1時(shí)，產(chǎn)品的感官評(píng)分最高。因此，確定后續(xù)的試驗(yàn)選用卡拉膠、黃原膠和 CMC 的比例為 2∶2∶1。

圖1 復(fù)合凝膠劑比例對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of proportion of complex gels on sensory quality of jelly

2.1.2 香蕉皮添加量的確定

適當(dāng)?shù)脑咸砑恿繒?huì)使果凍具有誘人的外觀和特有的風(fēng)味。由圖2可以看出，香蕉皮添加量對(duì)產(chǎn)品的整體感官品質(zhì)評(píng)分有顯著影響（P＜0.05），隨著香蕉皮添加量的增加，果凍的感官得分呈先升高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)香蕉皮添加量為10%時(shí)，果凍的感官得分最高，為87分。當(dāng)香蕉皮添加量小于10%時(shí)，產(chǎn)品的色澤和風(fēng)味不佳；當(dāng)香蕉皮添加量大于10%時(shí)，影響產(chǎn)品的質(zhì)地和顏色。因此，確定香蕉皮添加量8%、10%、12%進(jìn)行后續(xù)響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

圖2 香蕉皮添加量對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of adding amount of banana skin on sensory quality of jelly

2.1.3 復(fù)合凝膠劑添加量的確定

由圖3可見(jiàn)，復(fù)合膠添加量對(duì)產(chǎn)品的感官評(píng)分有顯著影響（P＜0.05）。隨著復(fù)合凝膠劑添加量的增大，產(chǎn)品的感官得分不斷升高；當(dāng)復(fù)合膠添加量加入量為1.6%時(shí)，產(chǎn)品的感官評(píng)分最高，為89分；繼續(xù)增加復(fù)合凝膠劑添加量，產(chǎn)品的感官得分反而降低。因此，確定選擇復(fù)合凝膠劑添加量1.4%、1.6%、1.8%進(jìn)行后續(xù)響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

圖3 復(fù)合凝膠劑添加量對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of adding amount of complex gels addition on sensory quality of jelly

2.1.4 白砂糖添加量的確定

加入一定量的白砂糖可顯著改善復(fù)合膠的口感。由圖4可以看出，隨著白砂糖添加量的增加，產(chǎn)品的感官評(píng)分呈先升高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)白砂糖添加量為16%時(shí)，產(chǎn)品的感官品質(zhì)最優(yōu)。因此，確定選擇白砂糖添加量12%、16%、20%進(jìn)行后續(xù)響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

圖4 白砂糖添加量對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of adding amount of white sugar on sensory quality of jelly

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化香蕉皮營(yíng)養(yǎng)果凍工藝試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面回歸模型的建立與分析

根據(jù)Box-Behnken設(shè)計(jì)原則，在上述單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，選擇以香蕉皮添加量、復(fù)合凝膠添加量和白砂糖添加量作為自變量，感官評(píng)分作為響應(yīng)值設(shè)計(jì)試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果如表3所示。

表3 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 3 Design and results of Box-Behnken

采用Design-Expert 8.0.6.1軟件對(duì)響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸擬合，得到香蕉皮果凍感官得分與香蕉皮添加量（A）、復(fù)合凝膠劑添加量（B）和白砂糖添加量（C）的回歸方程：Y=92.40+2.13A-1.63B-2.25C-6.00AB+4.75AC-9.75BC-8.20A2-14.20B2-6.45C2。

由表4可以看出，回歸模型的P值小于0.000 1，說(shuō)明該模型的回歸效果極顯著；模型的決定系數(shù)R2＝0.997 0，說(shuō)明利用該模型預(yù)測(cè)的數(shù)值與實(shí)際情況擬合良好；模型的校正系數(shù)，說(shuō)明該模型能夠解釋99.32%的響應(yīng)值變化，符合要求；失擬項(xiàng)P=0.060 7＞0.05，符合模型要求，該試驗(yàn)得到的二次回歸方程能用于香蕉皮果凍感官品質(zhì)判定。

表4顯示：一次項(xiàng)A、B、C均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）；由F值可以看到，三因素中對(duì)香蕉皮果凍感官品質(zhì)影響順序是C＞A＞B；二次項(xiàng)中A2、B2、C2和交互項(xiàng)AB、AC、BC的P值均小于0.01，說(shuō)明這幾個(gè)因素對(duì)香蕉皮果凍感官品質(zhì)的影響不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，模型響應(yīng)面響應(yīng)值極顯著（P＜0.01）。

表4 回歸模型方差分析Table 4 Variance analysis for regression model

2.2.2 響應(yīng)面交互作用分析

根據(jù)回歸方程得出各因素交互作用對(duì)香蕉皮營(yíng)養(yǎng)果凍感官得分影響的響應(yīng)面圖，見(jiàn)圖5～7。

由圖5可見(jiàn)，當(dāng)白砂糖添加量一定時(shí)，香蕉皮營(yíng)養(yǎng)果凍的感官得分先隨著香蕉皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加影響突出，達(dá)到最大值后降低，香蕉皮添加量與復(fù)配凝膠劑添加量交互作用極顯著。當(dāng)香蕉皮添加量為10%左右、復(fù)配凝膠劑添加量為1.6%左右時(shí)，產(chǎn)品的感官得分達(dá)到最大值。香蕉皮添加量和復(fù)配凝膠劑添加量的交互作用對(duì)果凍感官品質(zhì)得分的影響主要反映在組織形態(tài)上，香蕉皮中一些離子可能會(huì)影響果凍的凝膠結(jié)構(gòu)，當(dāng)二者添加量適宜時(shí)才能得到最佳效果。

圖5 香蕉皮添加量與復(fù)合凝膠劑添加量交互作用對(duì)果凍感官得分影響的響應(yīng)面圖Fig.5 Response surface diagram of effect of interaction between banana peel addition and compound gel addition on sensory score of jelly

圖6 香蕉皮添加量與白砂糖添加量交互作用對(duì)果凍感官得分影響的響應(yīng)面圖Fig.6 Response surface diagram of effect of interaction between banana peel addition and white sugar addition on sensory score of jelly

圖7 復(fù)合凝膠劑添加量與白砂糖添加量交互作用對(duì)果凍感官得分影響的響應(yīng)面圖Fig.7 Response surface diagram of effect of interaction between compound gel addition and white granulated sugar addition on the sensory score of jelly

由圖6可見(jiàn)，隨著香蕉皮添加量與白砂糖添加量的增加，香蕉皮營(yíng)養(yǎng)果凍的感官得分先緩慢增加，達(dá)到最高值后迅速降低，香蕉皮添加量與白砂糖添加量交互作用極顯著。當(dāng)復(fù)配凝膠劑添加量一定時(shí)，香蕉皮添加量為10%左右，白砂糖添加量為16%左右時(shí)，產(chǎn)品的感官得分達(dá)到最大值。

由圖7可見(jiàn)，隨著復(fù)配凝膠劑添加量與白砂糖添加量的增加，香蕉皮營(yíng)養(yǎng)果凍的感官得分先增高，起初感官得分受復(fù)合凝膠劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響較大，后期產(chǎn)品感官品質(zhì)受白砂糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響更突出，復(fù)配凝膠劑添加量與白砂糖添加量交互作用極顯著。當(dāng)香蕉皮添加量一定時(shí)，復(fù)配凝膠劑添加量為1.6%左右，白砂糖添加量為16%左右時(shí)，產(chǎn)品的感官得分達(dá)到最大值。

2.3 工藝參數(shù)優(yōu)化及驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)回歸分析結(jié)果及響應(yīng)面分析，得到香蕉皮營(yíng)養(yǎng)果凍的最佳工藝條件為：香蕉皮添加量10.25%，復(fù)合凝膠劑添加量1.59%，白砂糖添加量15.64%，在此條件下的果凍感官得分理論值為92.67分。根據(jù)實(shí)際情況，將工藝條件調(diào)整為：香蕉皮添加量10%，復(fù)合凝膠劑添加量1.6%，白砂糖添加量16%，在此條件下，平行試驗(yàn)三次，果凍的感官得分均值是93分，說(shuō)明采用響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)是可靠的。

3 結(jié)論

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以香蕉皮果凍感官品質(zhì)為響應(yīng)值，通過(guò)響應(yīng)面法優(yōu)化香蕉皮果凍工藝參數(shù)，最終得到香蕉皮營(yíng)養(yǎng)果凍最優(yōu)工藝為：香蕉皮添加量10%，復(fù)合凝膠劑添加量1.6%（卡拉膠∶黃原膠∶CMC=2∶2∶1），白砂糖添加量 16%，產(chǎn)品感官得分為 93 分，該產(chǎn)品質(zhì)地均勻，彈性足，酸甜適宜，色澤誘人。