響應(yīng)曲面法優(yōu)化鮮果豆丁制備工藝及其品質(zhì)評價(jià)*

武 杰，王子玥，張 琳，李穎，李云冰，曾建華，朱秀清,

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院/黑龍江省普通高校食品科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/黑龍江省谷物食品與綜合加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150076； 2.黑龍江省綠色食品科學(xué)研究院，哈爾濱 150028）

隨著生活水平的提高和保健意識的增強(qiáng)，對休閑食品的品質(zhì)、食味和營養(yǎng)素含量要求越來越高，不僅要美味可口、安全衛(wèi)生，而且還需要有一定的營養(yǎng)價(jià)值及保健功能[1]。大豆是我國傳統(tǒng)作物，富含優(yōu)質(zhì)植物蛋白、多種氨基酸以及維生素等營養(yǎng)成分[2]。布丁是一種常見的半固體狀甜品，作為一種休閑食品越來越受到消費(fèi)者的喜愛[3-4]。創(chuàng)新布丁食品的生產(chǎn)工藝，是目前國內(nèi)外休閑食品研究中的熱點(diǎn)問題。目前關(guān)于布丁的研究大多以雞蛋、牛奶動物蛋白源作為主要原料[5]，采用植物蛋白源大豆代替雞蛋、牛奶作為蛋白質(zhì)組分添加入布丁，目前國內(nèi)研究較少，李天驕等對大豆牛奶布丁配方進(jìn)行了研究[6]，趙蘭等研究了瓊膠對大豆牛奶布丁貨架期的影響[7]。但對大豆全替代做布丁休閑食品，其食味、質(zhì)構(gòu)及品質(zhì)研究還未見報(bào)道。

將大豆與鮮果的優(yōu)勢結(jié)合，以布丁為載體制成一種新型高營養(yǎng)低熱量的休閑食品，不僅可以補(bǔ)充膳食纖維、維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，而且高植物蛋白對人體健康有重要作用。以黑龍江省的優(yōu)質(zhì)大豆和新鮮水果為原料，采用響應(yīng)曲面法優(yōu)化鮮果布丁的配方，確定加工工藝，制備富含大豆蛋白的新型水果豆丁食品，為鮮果豆丁的生產(chǎn)加工提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

芒果、白砂糖、大豆、明膠、瓊脂、檸檬酸，市售；硫酸銅，天津市雙船化學(xué)試劑廠；硫酸鉀，西隴化學(xué)工業(yè)股份有限公司；濃硫酸，天津市大陸化學(xué)工業(yè)試劑廠；鹽酸，哈爾濱市化學(xué)工業(yè)試劑廠；氫氧化鈉，哈爾濱市化學(xué)工業(yè)試劑廠；硼酸，西隴化學(xué)工業(yè)股份有限公司；甲基紅，天津市天新精細(xì)化工研究開發(fā)中心；試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

FDM-Z100磨漿機(jī)，鎮(zhèn)江新區(qū)大港晶晶食品機(jī)械廠；DHG-9240A型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上?？茖W(xué)技術(shù)有限公司；AL204型分析天平，賽多利斯科學(xué)技術(shù)有限公司；HYP-2消化爐，上海纖檢科技有限公司；凱氏定氮儀，上海纖檢科技有限公司；HH-S電熱恒溫水浴鍋，天津市歐諾儀器有限公司；C21-SDHCB51電磁爐，廣東美的生活電器有限公司；Glutograph-E質(zhì)構(gòu)儀，英國Stable Micro System公司。

1.3 工藝流程

1.4 操作要點(diǎn)

（1）浸泡：冷水浸泡10～12 h，剔除壞豆、雜質(zhì)等，按照豆水比1∶3進(jìn)行浸泡。

（2）磨漿過濾：在試磨正常后，用豆?jié){機(jī)以正常速度磨碎，保證磨漿粗細(xì)適當(dāng)，稀稠合適，并使用80～100目尼龍濾網(wǎng)，過濾2～3次。

（3）煮漿：保持5 min左右，趁熱加入復(fù)合膠，不斷攪拌。

（4）二次過濾：使用100目濾網(wǎng)緩慢過濾，濾去膠狀固體和氣泡。

（5）調(diào)配：加入果肉，進(jìn)行緩慢混合。

（6）水浴滅菌：于90℃的水浴中保持10 min進(jìn)行殺菌。

（7）灌裝：將均質(zhì)后的布丁液裝入滅菌后的布丁杯中，用多功能封蓋機(jī)進(jìn)行封口。

1.5 實(shí)驗(yàn)方法

1.5.1 豆?jié){濃度的選擇

按照復(fù)合膠添加量明膠2.5%、瓊脂0.5%、木糖醇14%、檸檬酸0.3%，取不同豆水比進(jìn)行磨漿，在室溫下，分別取豆水比為1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7五個(gè)濃度梯度，制成豆?jié){，進(jìn)行感官評價(jià)、質(zhì)構(gòu)評價(jià)及蛋白質(zhì)提取率的檢測。

1.5.2 復(fù)合膠（明膠、瓊脂）添加量的選擇

按照豆水比1∶5、木糖醇14%、檸檬酸0.3%的添加量，復(fù)合膠的添加量分為5個(gè)不同配比[8]，處理1明膠添加1.5%、瓊脂0.5%；處理2明膠添加2.0%、瓊脂0.5%；處理3明膠添加2.5%、瓊脂0.5%；處理4明膠添加3.0%、瓊脂0.5%；處理5明膠添加3.5%、瓊脂0.5%，并進(jìn)行感官及質(zhì)構(gòu)評價(jià)。

1.5.3 木糖醇添加量的選擇

按照豆水比1∶5制得豆?jié){，復(fù)合膠添加為明膠2.5%、瓊脂0.5%后，檸檬酸添加量為0.3%，木糖醇的添加量分別為10%、12%、14%、16%、18%5個(gè)水平制備大豆布丁，進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測試及感官評價(jià)。

1.5.4 檸檬酸添加量的選擇

按照豆水比1∶5制得豆?jié){，復(fù)合膠添加為明膠2.5%、瓊脂0.5%，檸檬酸添加量為0.3%的條件下，木糖醇的添加量14%、檸檬酸添加量分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，對制得的布丁產(chǎn)品進(jìn)行感官評定。

1.5.5 果肉添加形式及添加量

根據(jù)配方：2.5%明膠、0.5%瓊脂，14%白砂糖，0.2%檸檬酸，按照加入量10%、12%、14%、16%、18%加入果肉制備鮮果豆丁，進(jìn)行感官評價(jià)。

1.5.6 響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)復(fù)配膠添加量、木糖醇添加量、檸檬酸添加量，采用Box-Behnken模型，對復(fù)配膠添加量（A）、木糖醇添加量（B）和檸檬酸添加量（C）進(jìn)行響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)自變量因素編碼及水平見表1。

表1 響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)自變量因素編碼及水平

1.5.7 大豆布丁質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的測定

參照李美麗等的方法稍作改進(jìn)[9]，用質(zhì)構(gòu)儀TAP模式進(jìn)行測定。用直徑為2 cm的取樣器在大豆布丁中部取樣，樣品長5 cm、寬5 cm、高2 cm，選擇直徑為2 cm的探頭，測試前速度為1 mm/s，測試速度1 mm/s，測試后速度1 mm/s，下壓距離50%，測定指標(biāo)為彈性、回復(fù)性。

1.5.8 大豆布丁感官評分標(biāo)準(zhǔn)

組織感官評定人員共10人，按照外觀、氣味、口感和風(fēng)味4個(gè)項(xiàng)目對產(chǎn)品感官品質(zhì)進(jìn)行評價(jià)[10]，結(jié)果取平均值。產(chǎn)品感官評分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 鮮果豆丁感官評分標(biāo)準(zhǔn)

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用SPSS進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Origin軟件進(jìn)行繪圖。對單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理分析，根據(jù)最佳項(xiàng)，選取中心點(diǎn)，采用Design-Expert 8.0軟件進(jìn)行響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析和二次模型的建立，通過對回歸方程的解析以及響應(yīng)曲面的分析獲得最佳變量水平，通過F值考察（P＜0.05）模型及因素的顯著性。Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對結(jié)果進(jìn)行分析、驗(yàn)證，從而確定最佳配方。

2 結(jié)果與分析

2.1 豆?jié){濃度對布丁品質(zhì)的影響

蛋白質(zhì)含量是評價(jià)大豆食品的重要指標(biāo)[11]，豆水比直接影響著豆丁的蛋白質(zhì)含量。由圖1可知，隨著豆水比的增加，豆丁中蛋白質(zhì)含量先增加后減小。豆?jié){濃度較高時(shí)，蛋白質(zhì)并不能完全結(jié)合在豆丁中，豆?jié){濃度較低時(shí)，蛋白質(zhì)含量較少，即使完全結(jié)合，豆丁中蛋白質(zhì)含量依然較低。在豆水比1∶5時(shí)豆丁中蛋白質(zhì)含量達(dá)到最大，為4.58%。蛋白質(zhì)含量越高，鮮果豆丁的營養(yǎng)價(jià)值越高，豆水比1∶5是蛋白質(zhì)含量最高的經(jīng)濟(jì)比例。感官評價(jià)得到的數(shù)據(jù)繪制點(diǎn)線圖，由圖1可知豆水比1∶5制得的豆丁成型較好、口感細(xì)膩、彈性適中且大豆香味濃郁，感官評價(jià)得分明顯高于其他組。選取彈性和回復(fù)性為主要指標(biāo)對豆丁的質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行評價(jià)，結(jié)果如圖2所示，由圖2可得，豆水比1∶5濃度下得到的豆丁，回復(fù)性明顯高于其他濃度，且彈性適宜，故選此豆水比為最佳濃度，進(jìn)行后續(xù)單因素實(shí)驗(yàn)。

圖1 豆?jié){濃度對豆丁中蛋白質(zhì)含量及感官品質(zhì)的影響

圖2 豆?jié){濃度對豆丁質(zhì)構(gòu)特性的影響

2.2 復(fù)合膠（明膠、瓊脂）添加量對布丁品質(zhì)的影響

明膠、瓊脂是果凍、布丁類食品中重要的凝固劑，選擇幾種不同的凝固劑進(jìn)行復(fù)配，可使產(chǎn)品具備更好的凝膠性[12]。如圖3、圖4所示根據(jù)質(zhì)構(gòu)特性和感官得分進(jìn)行分析，當(dāng)瓊脂添加量為0.5%，隨著明膠添加量的逐漸增加，豆丁的感官評分先升高后降低，明膠添加量過高豆丁口感偏硬，彈性較低，效果較差。明膠添加量為1.5%時(shí)，豆丁彈性較差，感官上偏軟，有一定的流動性，成型效果差；明膠添加量為2.0%時(shí)，質(zhì)構(gòu)測試豆丁的彈性一定程度上提升，彈性基本符合，能成型，有較好的形狀，而口感偏軟、回復(fù)性較差；明膠添加量為2.5%時(shí)，結(jié)合質(zhì)構(gòu)特性和感官評分來看，豆丁成型效果最好，彈性、回復(fù)性適中，符合布丁食品口感以及形狀要求；明膠添加量為3.0%時(shí)，彈性變化不大，但回復(fù)性變差，口感偏硬；當(dāng)明膠添加量為3.5%時(shí)，豆丁成型較好，但口感偏硬、感官評分較低。故選取明膠添加量為2.5%為響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中心點(diǎn)。

2.3 木糖醇添加量對布丁品質(zhì)的影響

木糖醇作為甜味劑，有著優(yōu)越的性能和較廣泛的應(yīng)用[13-14]。木糖醇的添加對風(fēng)味影響較明顯，從風(fēng)味上進(jìn)行感官評價(jià)，由圖5可得添加量為10%時(shí)，甜味不明顯，豆香味過于濃郁；添加量為12%時(shí)有一些甜味；當(dāng)添加量為14%時(shí)，甜度適中，具有較好的豆香味，口味適中；當(dāng)添加量為16%，稍有甜膩感，甜度過量，掩蓋了豆香風(fēng)味；當(dāng)添加量為18%時(shí)，甜膩感明顯，口味不宜。所以選取添加量為14%作為響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的中心點(diǎn)。

圖3 復(fù)合膠添加量對豆丁質(zhì)構(gòu)特性的影響

2.4 檸檬酸添加量對布丁品質(zhì)的影響

檸檬酸是一種重要的食品添加劑，可以調(diào)節(jié)食物風(fēng)味，增加酸度，有利于增加食欲。酸性物質(zhì)的添加會對大豆蛋白的溶解度和凝膠狀態(tài)產(chǎn)生影響[15]。由圖6可得當(dāng)檸檬酸添加量為0.1%時(shí)酸味不明顯，風(fēng)味影響??；添加量為0.2%時(shí)，有一些酸味。添加量為0.3%，酸味適中，有一定的風(fēng)味；添加量為0.4%時(shí)，酸味略重；添加量為0.5%，酸味重，且口感苦澀，風(fēng)味較差。從感官評價(jià)得分上看，0.3%的添加量感官評分最高，選0.3%為響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中心點(diǎn)。

圖4 復(fù)合膠添加量對豆丁感官品質(zhì)的影響

2.5 果肉添加形式及添加量對布丁品質(zhì)的影響

果肉的彈性與豆丁的彈性差異，可以增加食物的口感，并且水果富含維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，增加豆丁的營養(yǎng)價(jià)值。果肉添加量較小時(shí)，不能達(dá)到預(yù)期的口感，且果香味不明顯；果肉添加量過大，則會掩蓋大豆鮮果布丁的獨(dú)特豆香風(fēng)味。根據(jù)圖7可以看出當(dāng)添加量為14%時(shí)，口感最好，豆丁的彈性與果肉彈性的差距感適中。選取添加量14%作為響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中心點(diǎn)。

2.6 響應(yīng)曲面法優(yōu)化分析

圖5 木糖醇添加量對豆丁感官品質(zhì)的影響

圖6 檸檬酸添加量對豆丁感官品質(zhì)的影響

圖7 果肉添加量感官對豆丁感官品質(zhì)的影響

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以復(fù)合膠添加量、木糖醇添加量、檸檬酸添加量3個(gè)因素為自變量，以感官得分作為響應(yīng)值，使Design-Expert8.0軟件對表3實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸擬合得出回歸方程：Y=92.00-2.38×A-0.63×B1.25×C+0.25×A×C-0.25×B×C-8.00×A2-10.50×B2-6.25×C2?；貧w模型高度顯著（P＜0.0001），失擬項(xiàng)不顯著（P=1.25＞0.05），確定系數(shù)R2=0.998 8，校正系數(shù)R2adj=0.997 3，說明該模型對實(shí)驗(yàn)擬合度好，對鮮果豆丁進(jìn)行預(yù)測評估由表4可知，一次項(xiàng)A、C均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），B達(dá)到顯著水平（P＜0.05），由F值可知，各因素對產(chǎn)品感官得分的影響主次順序依次為A＞C＞B，即復(fù)合膠添加量＞檸檬酸添加量＞木糖醇添加量；A2、B2、C2對產(chǎn)品的感官得分有極顯著的影響（P＜0.01）；因素AC、BC對產(chǎn)品感官得分的影響不顯著（P＞0.05）。

表3 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

響應(yīng)曲面圖如圖8所示，分析復(fù)合膠添加量、木糖醇添加量、檸檬酸添加量對鮮果豆丁品質(zhì)的影響?？梢钥闯?因素的交互作用，對豆丁的影響。圖8（a）可以看出復(fù)合膠添加量對豆丁的顯著作用，當(dāng)添加量逐漸增加時(shí)，感官評分先增高達(dá)到最高點(diǎn)，在逐漸下降，最高點(diǎn)復(fù)合膠的添加量為2.5%。圖8（b）復(fù)合膠與檸檬酸添加量的交互對感官影響略有影響，由圖8（b）可知在復(fù)合膠添加量為2.5%時(shí)檸檬酸對感官影響較小，檸檬酸添加量為0.3%時(shí)為最佳點(diǎn)。由圖8（c）可得檸檬酸與木糖醇添加量對感官評分的影響，木糖醇添加量的影響略大，最佳點(diǎn)為檸檬酸添加量為0.3%，木糖醇添加量為14%感官評分最高。

表4 回歸模型方差分析

圖8 各因素交互作用對產(chǎn)品感官得分的影響

結(jié)合以上數(shù)據(jù)，響應(yīng)面法優(yōu)化最佳配方為復(fù)合膠添加量為明膠2.5%+瓊脂0.5%，木糖醇添加量為14%，檸檬酸0.3%，模型預(yù)測感官得分為92。采用最佳配方進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，得出感官得分為93，與預(yù)測值接近，表明模型擬合程度較好，可用該配方制作鮮果豆丁。

2.7 大豆布丁品質(zhì)分析

按照最佳配方制備大豆鮮果布丁，從蛋白質(zhì)含量、質(zhì)構(gòu)特性及感官評價(jià)3個(gè)方面與市售布丁產(chǎn)品進(jìn)行對比可得數(shù)據(jù)見表5。

從表5數(shù)據(jù)可以看出，大豆鮮果布丁蛋白質(zhì)含量為4.58%，明顯高于市售布丁產(chǎn)品，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值。在質(zhì)構(gòu)特性方面，大豆鮮果布丁的彈性、回復(fù)性均略高于市售布丁，具有較好的質(zhì)構(gòu)特性。另外，大豆鮮果布丁口感好，具有豆香風(fēng)味，感官得分略高于市售布丁產(chǎn)品。綜上，最佳配方制備的鮮果豆丁明顯優(yōu)于市售布丁產(chǎn)品，具有較好的市場前景。

表5 鮮果豆丁與市售布丁產(chǎn)品比較

3 結(jié)論

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)曲面法優(yōu)化鮮果豆丁工藝。以產(chǎn)品感官得分為響應(yīng)值，得到鮮果豆丁的最佳配方為：豆水比1∶5，復(fù)合膠的添加量為明膠2.5%、瓊脂0.5%，木糖醇添加量14%，檸檬酸添加量為0.3%。在此最優(yōu)條件下制備的大豆牛奶布丁蛋白質(zhì)含量為4.58%，彈性為0.88，回復(fù)性為1.31，感官得分為93，優(yōu)于市售布丁產(chǎn)品，具有良好的外觀、風(fēng)味和口感。