響應(yīng)面法優(yōu)化小球藻果醬的研制

李為康 景卓然 黃思真 劉一鳴 馬若茜 康永鋒

摘 要：小球藻富含蛋白質(zhì)、多肽等生物活性物質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)豐富均衡。目前藻類(lèi)研究集中在新能源方面，以藻類(lèi)為原料進(jìn)行食品深加工的研究不多，市場(chǎng)上的藻類(lèi)食品種類(lèi)簡(jiǎn)單，利用率不高。本文以提油后的藻渣為主要原料研制小球藻醬，以顏色、風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)、口感等感官評(píng)定為依據(jù)，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面曲面優(yōu)化，確定最佳小球藻醬配方為：糖漿比例62.23 g/100 g，黃原膠用量1.57%，β-環(huán)糊精用量0.26%。制備出的小球藻醬氣味清新，口感良好，營(yíng)養(yǎng)豐富，可為藻類(lèi)食品的開(kāi)發(fā)提供參考。

關(guān)鍵詞：小球藻;果醬;新資源食品;響應(yīng)面;配方

Abstract：Chlorella is rich in protein， polypeptide and other bioactive substances， nutrient rich and balanced. At present， algae research focuses on new energy sources. There are not many studies on the deep processing of food using algae as raw materials. The types of algae on the market are simple and the utilization rate is not high.We developed the chlorella sauce from the algae residue after oil extraction， and based on the sensory evaluation of color， flavor， texture， taste， etc.， the optimal formula of chlorella sauce was determined by single factor experiment and response surface optimization： The proportion of syrup is 62.23 g/100 g， the amount of xanthan gum is 1.57%， and the amount of β-cyclodextrin is 0.26%. The prepared chlorella sauce has a fresh smell， good taste and rich nutrition. It can be used as a reference for the development of algae food.

Key words：Chlorella; Jam; New resources food; Response surface; Formula

微藻含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、多糖、油脂、維生素和礦物元素等物質(zhì)[1-5]。國(guó)內(nèi)外研究表明，微藻及其代謝產(chǎn)物具有增強(qiáng)人體免疫力、抗腫瘤、抗病毒、保護(hù)心血管系統(tǒng)等保健功效[6-9]，這些優(yōu)勢(shì)使其成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。目前，微藻已被廣泛應(yīng)用于食品、藥品、化妝品、飼料等領(lǐng)域。小球藻（Chlorella），俗稱(chēng)綠藻，是國(guó)內(nèi)外正在大力發(fā)展和培育的微藻能源與微藻新資源食品等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的主要藻種之一，由于營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，小球藻已被聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）列為21世紀(jì)人類(lèi)綠色營(yíng)養(yǎng)源健康食品[10]，蛋白核小球藻也于2012年被我國(guó)衛(wèi)生部公布為新資源食品（關(guān)于批準(zhǔn)蛋白核小球藻等4種新資源食品的公告（2012年第19號(hào)））。小球藻因集新陳代謝、免疫調(diào)節(jié)、平衡機(jī)體等作用于一身而被推崇為完美的天然營(yíng)養(yǎng)食品。

日本、美國(guó)、以色列以及中國(guó)臺(tái)灣等地區(qū)將小球藻作為優(yōu)良飼料添加劑以及健康食品的研究和應(yīng)用已有30多年的歷史，已將微藻制成各類(lèi)復(fù)合風(fēng)味食品、乳制品、調(diào)味食品等[11]，而中國(guó)大陸對(duì)小球藻的研究和利用還處于初始階段，在此領(lǐng)域的研究比較薄弱，產(chǎn)品大多以沒(méi)有深加工的藻粉為主，或作為精片類(lèi)功能性食品，目前未見(jiàn)研究小球藻醬的報(bào)道。微藻具有令人不快的魚(yú)類(lèi)異味[12]，這也是微藻制作食品面臨的難題之一。因此，本研究以提取藻油之后的小球藻渣作為原料，以β-環(huán)糊精作為掩蔽劑改善藻醬風(fēng)味，以感官評(píng)定為依據(jù)，采用響應(yīng)面法優(yōu)化小球藻醬制備配方，研制出保留小球藻主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、風(fēng)味良好的保健藻醬食品。本研究不但能提高小球藻資源利用率，而且可以豐富小球藻食品種類(lèi)，為小球藻的開(kāi)發(fā)利用提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小球藻：臺(tái)灣遠(yuǎn)東藍(lán)藻工業(yè)股份有限公司;食用酒精：河南鑫河陽(yáng)酒精有限公司;白砂糖、黃原膠（食品級(jí)）：食全食美配料;β-環(huán)糊精（食品級(jí)）：孟州市興華生物化工有限公司。

電子天平：上海舜宇恒平儀器;JY92-2D超聲波細(xì)胞粉碎儀：寧波新芝生物科技股份有限公司;RE-52AA

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：中國(guó)上海亞榮生化儀器廠(chǎng);索氏提取器：上海壘固儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 小球藻醬制作工藝流程

小球藻粉→索氏提取→超聲破壁→蒸發(fā)濃縮→熬制糖漿→混合→加入添加物→封裝→小球藻醬

（1）索氏提取去油。取25 g藻粉用濾紙包裹，用乙醇含量為95%的食用酒精，保持80 ℃進(jìn)行1 h左右的索氏提取[13]，索氏提取結(jié)束后拆包收集藻粉。

（2）超聲破壁。以去油藻粉質(zhì)量∶水質(zhì)量=1∶10的標(biāo)準(zhǔn)配制溶液250 mL，對(duì)小球藻粉進(jìn)行超聲破碎處理，功率200 W，全程時(shí)間20 min，其中脈沖時(shí)間10 s，間隔時(shí)間4 s[14]。

（3）蒸發(fā)濃縮。將破碎好的250 mL藻液置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，保持70 ℃中速旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，除去殘留的乙醇和多余水分，待蒸餾出125 mL蒸餾水時(shí)停止旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)。

（4）熬制糖漿。將白砂糖和黃原膠原料混合均勻，以砂糖質(zhì)量∶水質(zhì)量=8∶3標(biāo)準(zhǔn)加入水，中火熬煮沸騰后轉(zhuǎn)小火，制成液體待用。

（5）混合、裝罐。根據(jù)預(yù)先單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，加入β-環(huán)糊精至濃縮藻液，小火加熱攪拌均勻。分3次將藻液加入熱糖漿，混勻后趁熱立即封裝，封裝時(shí)溫度保持在80～90 ℃范圍內(nèi)。

（6）滅菌、冷卻。封裝后，用蒸汽滅菌鍋殺菌（105 ℃，5～10 min），滅菌后，水浴分段冷卻（65 ℃—45 ℃—常溫）[15]。

1.2.2 配方優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

（1）單因素實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，考察糖漿和濃縮藻液比例、黃原膠添加量、β-環(huán)糊精添加量對(duì)小球藻醬感官評(píng)分的影響，并確定各因素的較優(yōu)值。感官評(píng)定選取10名評(píng)定人員，在確保男女比例的情況下組成評(píng)價(jià)小組，從小球藻醬的色澤、香味、質(zhì)構(gòu)、口感等方面進(jìn)行評(píng)分。具體評(píng)價(jià)指標(biāo)見(jiàn)表1[16-17]。

（2）響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行三因素三水平的Box-Behnken響應(yīng)面分析研究，對(duì)A（糖漿比例，響應(yīng)面試驗(yàn)中記為糖漿藻液混合物中糖漿的比例）、B（黃原膠添加量）、C（β-環(huán)糊精添加量）設(shè)計(jì)因素水平表，設(shè)計(jì)方案見(jiàn)表2。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 糖漿和濃縮藻液比例的確定

確定添加黃原膠0.5%，β-環(huán)糊精0.2%，選用糖漿和濃縮藻液的質(zhì)量比分別為80∶20、70∶30、60∶40、50∶50、40∶60和30∶70進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1可知，當(dāng)糖漿和濃縮藻液的比例為60∶40時(shí)，感官評(píng)定分?jǐn)?shù)最高。糖漿含量過(guò)低時(shí)色澤較深，對(duì)口感氣味均有影響，提高糖漿的比例能改善小球藻醬的質(zhì)構(gòu)、口感，但過(guò)高的糖漿比例會(huì)沖淡小球藻醬的顏色，降低營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和特殊風(fēng)味，在添加黃原膠0.5%，β-環(huán)糊精0.2%的情況下，最適合的糖漿與濃縮藻液比值為60∶40。

2.1.2 黃原膠添加量的確定

確定糖漿和濃縮藻液比為60∶40，添加0.2%的β-環(huán)糊精，分別加入0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%的黃原膠進(jìn)行單因素試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2可以看出，當(dāng)黃原膠的添加量為1.5%時(shí)，感官評(píng)定分?jǐn)?shù)最高，此時(shí)小球藻醬的膠凝效果較好，既有一定的成型又有一定的涂抹性。小球藻醬由于是糖與藻液的混合物，較難形成膠凝，需要添加黃原膠彌補(bǔ)這一缺陷。黃原膠添加過(guò)少不能很好的產(chǎn)生膠凝作用，小球藻醬依然如同液體不具備涂抹性[18]。黃原膠添加過(guò)多會(huì)使小球藻醬質(zhì)感僵硬，沒(méi)有流動(dòng)性，影響口感。在確定糖漿和濃縮藻液比為60∶40，添加0.2%的β-環(huán)糊精的情況下，最適宜的黃原膠添加量為1.5%。

2.1.3 β-環(huán)糊精添加量的確定

確定糖漿和濃縮藻液比為60∶40，添加1.5%的黃原膠，分別添加0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%和0.7%的β-環(huán)糊精進(jìn)行單因素試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3可以看出，當(dāng)β-環(huán)糊精添加量為0.2%時(shí)，感官評(píng)定分?jǐn)?shù)最高。小球藻具有獨(dú)特的藻腥味，所以設(shè)計(jì)添加β-環(huán)糊精減輕小球藻醬的藻腥氣味[19-21]，較淡的藻味能很好刺激食欲，但過(guò)量添加β-環(huán)糊精，β-環(huán)糊精配合黃原膠會(huì)使小球藻醬產(chǎn)生大量氣泡，影響觀(guān)感和口感，在生產(chǎn)攪拌時(shí)也會(huì)使小球藻醬體積膨脹溢出，過(guò)低的β-環(huán)糊精添加量則難以起到掩蓋藻腥氣味的效果，根據(jù)感官實(shí)驗(yàn)可以得出，在確定糖漿和濃縮藻液比為60∶40，添加1.5%的黃原膠情況下，最適宜的β-環(huán)糊精添加量為0.2%。

2.2 小球藻醬配方優(yōu)化的響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)表及實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。將表3所得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Design Expert 8.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，方差分析如表4所示。

本實(shí)驗(yàn)選擇三因子三水平的Box-Bohnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)優(yōu)化小球藻醬的感官評(píng)分，共有17個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，對(duì)各因素進(jìn)行回歸擬合，得到回歸方程：Y=89.89+0.97A+1.11B+0.36C+0.46AB-0.070AC+0.005BC-2.22A2-4.36B2-0.30C2由表4可知，回歸方程的模型極顯著（P<0.01），失擬項(xiàng)差異不顯著（P>0.05），說(shuō)明該方程與實(shí)際情況較符合。模型相關(guān)系數(shù)R2=0.991 9，R2（Adj）=0.981 4，因此可用此模型對(duì)小球藻感官評(píng)分進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。由表4中的F值大小可得出影響感官分?jǐn)?shù)的主次順序?yàn)锽（黃原膠用量）>A（糖漿和濃縮藻液的比例）>C（β-環(huán)糊精用量）。在實(shí)驗(yàn)中一次項(xiàng)A、B與二次項(xiàng)A2、B2對(duì)感官評(píng)分達(dá)到極顯著水平（P<0.01），一次項(xiàng)C與交互項(xiàng)AB達(dá)顯著水平（P<0.05）。通過(guò)響應(yīng)面優(yōu)化后的最佳配方為糖漿比例62.23 g/100 g，黃原膠用量1.57%，β-環(huán)糊精用量0.26%，在此條件下的小球藻醬感官評(píng)分90.18。

2.3 響應(yīng)面曲面圖分析

AB、AC與BC的交互作用見(jiàn)圖4。通過(guò)3個(gè)曲面可知，交互項(xiàng)AB（糖漿比例與黃原膠用量）、AC（糖漿比例與β-環(huán)糊精用量）、BC（黃原膠用量與β-環(huán)糊精用量）對(duì)感官評(píng)分影響顯著。A、B、C對(duì)感官評(píng)分呈拋物線(xiàn)趨勢(shì)，響應(yīng)值存在最大值。黃原膠的作用效果十分明顯，主要原因是黃原膠的添加量直接影響到小球藻醬的質(zhì)構(gòu)和口感，能通過(guò)感官分?jǐn)?shù)很好的反映出試驗(yàn)之間的差異。糖漿的影響次之，該比例對(duì)小球藻醬的顏色具有很大影響。β-環(huán)糊精由于主要作用是處理過(guò)強(qiáng)烈的藻腥味，在低濃度時(shí)，效果不顯著，影響感官評(píng)分能力有限，只有高濃度的β-環(huán)糊精能影響到小球藻醬的質(zhì)構(gòu)，產(chǎn)生氣泡，才會(huì)大幅度降低感官評(píng)分，同時(shí)少部分人對(duì)小球藻氣味并不反感，也是影響β-環(huán)糊精添加量感官評(píng)定的原因。

2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)