響應(yīng)面法優(yōu)化芹菜黃瓜復(fù)合粉工藝的研究

張莉，胡婕，范榮波，姜新杰

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 海都學(xué)院，山東 萊陽 265200)

果蔬粉是利用先進(jìn)的加工技術(shù)和設(shè)備，經(jīng)過打漿、均質(zhì)、干燥等加工工藝制成具有速溶性并且能夠保存果蔬原有風(fēng)味的粉末狀固體，常用的干燥方法有噴霧干燥、熱風(fēng)干燥等[1]。將新鮮的果蔬直接加工成果蔬粉，既延長了儲存期，降低了貯存、運(yùn)輸、包裝等費(fèi)用，又拓展了果蔬的加工范圍，能夠滿足人們對果蔬制品多樣化和高檔化發(fā)展趨勢的需求，具有廣闊的研發(fā)前景[2]。

芹菜是一種具有高營養(yǎng)價值的蔬菜，富含維生素、鐵、鈣、鈉、磷等多種營養(yǎng)素[3]，其富含的芹菜素具有抗腫瘤、抗氧化、降血壓等作用[4,5]。芹菜還具有清熱解毒、清腸利便、利尿消腫的功效[6]。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，芹菜葉相較于芹菜莖具有更高的營養(yǎng)價值[7]，并且西芹的纖維含量比中國本地芹菜纖維含量少[8]，因此試驗(yàn)采用帶葉西芹，制得的芹菜粉可以保留芹菜更多的營養(yǎng)和色澤。黃瓜是我國種植范圍最廣泛的蔬菜之一[9]，富含游離氨基酸、維生素、磷、鐵、鈣等多種人體必需的營養(yǎng)素[10]，還含有多種功效成分，其中黃酮類化合物及黃瓜多糖等具有預(yù)防冠心病、糖尿病和抗衰老等功能[11]。芹菜和黃瓜產(chǎn)量巨大，但深加工研究相對較少，除了作為菜品食用外，其他領(lǐng)域很少涉及[12]。試驗(yàn)以西芹和黃瓜為原料，配以白砂糖、檸檬酸、麥芽糊精等輔料，利用噴霧干燥方法研制即食芹菜黃瓜復(fù)合粉，既增加了市場上果蔬粉的種類，又為芹菜和黃瓜的深加工拓展了新的渠道，提高了其經(jīng)濟(jì)價值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

芹菜、黃瓜：購于萊陽市農(nóng)貿(mào)市場；氯化鈣(CaCl2)、纖維素酶：食品級，河南萬邦實(shí)業(yè)有限公司；無水檸檬酸：食品級，濰坊英軒實(shí)業(yè)有限公司；白砂糖：山東榮光實(shí)業(yè)有限公司；羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)：食品級，上海申光食用化學(xué)品有限公司；麥芽糊精：山東西王糖業(yè)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

YM-015噴霧干燥機(jī) 上海豫明儀器有限公司；JM型膠體磨 溫州市七星乳品設(shè)備廠；二列四孔電熱恒溫水浴鍋 龍口市先科儀器公司；JS-30F型電子天平 成都普瑞遜電子有限公司；TD10002G型電子天平 天津天馬恒基儀器有限公司；MJ-25BM06A型打漿機(jī) 廣東美的精品電器制造有限公司；C21-WK2102型多功能電磁爐 廣東美的生活電器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點(diǎn)

1.3.2.1 芹菜汁的制備

原料的選擇：選擇無爛、黃、老葉和無蟲的綠色新鮮西芹。

原料的預(yù)處理：剔除掉蟲害、發(fā)黃及腐爛的芹菜，留下新鮮的帶葉芹菜，用清水沖洗泥沙和異物，洗凈后將帶葉芹菜切成約3 cm的段。

護(hù)色：將切好的帶葉芹菜段立即放進(jìn)CaCl2溶液中護(hù)色10 min。

預(yù)煮：將護(hù)好色的帶葉芹菜段置于90～95 ℃的熱水中，預(yù)煮2 min，撈出備用。

破碎打漿：按料液比(芹菜∶純凈水)4∶1放入榨汁機(jī)中打漿。

微粉碎：將芹菜漿液放入膠體磨中均質(zhì)5 min。

酶解：將0.06%纖維素酶加入均質(zhì)好的芹菜漿液中，在40 ℃恒溫水浴鍋中酶解1.5 h，得到酶解漿液。

過濾：將酶解芹菜漿液用200目濾布進(jìn)行過濾，得到芹菜清汁備用。

1.3.2.2 黃瓜汁的制備

原料的選擇：選擇新鮮、無損壞、無斑、綠色、外形完整的黃瓜。

原料的預(yù)處理：用清水沖去泥沙和異物，洗凈后將黃瓜切成丁。

熱燙：將切好的黃瓜丁立刻置于沸水中熱燙1 min。

破碎打漿：撈出經(jīng)熱燙的黃瓜丁，用流動的凈水冷卻至室溫后按料液比4∶1打漿。

過濾：將黃瓜漿液用200目濾布過濾，得到黃瓜清汁備用。

1.3.2.3 調(diào)配與均質(zhì)

將芹菜汁與黃瓜汁按照一定比例(m/m)混合均勻，加入一定量的白砂糖、檸檬酸、麥芽糊精及0.1% CMC-Na進(jìn)行調(diào)配，再經(jīng)過膠體磨進(jìn)一步均質(zhì)。

1.3.2.4 噴霧干燥

噴霧干燥時設(shè)置進(jìn)口熱風(fēng)溫度為200 ℃，蠕動泵蠕動速率為30%。

1.3.3 感官評定

由10名專業(yè)人員組成感官評價小組[13]，對復(fù)合粉從組織狀態(tài)、色澤、氣味、口感、溶解性5個方面(滿分100分)進(jìn)行感官評定，具體評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 芹菜黃瓜復(fù)合粉感官評定標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standard of celery and cucumber composite powder

1.3.4 單因素試驗(yàn)設(shè)計

1.3.4.1 芹菜與黃瓜配比的確定

在護(hù)色液CaCl2溶液濃度為0.8%、白砂糖添加量為0.8%、檸檬酸添加量為0.03%、麥芽糊精添加量為0.5%(全部為質(zhì)量百分比)的條件下，探究芹菜與黃瓜的配比(芹菜汁∶黃瓜汁，m/m)分別為1.5∶1、2∶1、2.5∶1、3∶1、3.5∶1時對復(fù)合粉感官評價的影響，從而確定芹菜與黃瓜的最佳配比。

1.3.4.2 護(hù)色液CaCl2濃度的確定

在芹菜和黃瓜配比(芹菜汁∶黃瓜汁，m/m)為2∶1、白砂糖添加量為0.8%、檸檬酸添加量為0.03%、麥芽糊精添加量為0.5%的條件下，探究CaCl2濃度為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%時對復(fù)合粉感官評價的影響，從而確定CaCl2的最適濃度。

1.3.4.3 白砂糖添加量的確定

在芹菜和黃瓜配比(芹菜汁∶黃瓜汁，m/m)為2∶1、CaCl2濃度為0.8%、檸檬酸添加量為0.03%、麥芽糊精添加量為0.5%的條件下，探究白砂糖添加量為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%時對復(fù)合粉感官評價的影響，從而確定白砂糖的最適添加量。

1.3.4.4 檸檬酸添加量的確定

在芹菜和黃瓜配比(芹菜汁∶黃瓜汁，m/m)為2∶1、CaCl2濃度為0.8%、白砂糖添加量為0.8%、麥芽糊精添加量為0.5%的條件下，探究檸檬酸添加量為0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%時對復(fù)合粉感官評價的影響，從而確定檸檬酸的最適添加量。

1.3.4.5 麥芽糊精添加量的確定

在芹菜和黃瓜配比(芹菜汁∶黃瓜汁，m/m)為2∶1、CaCl2濃度為0.8%、白砂糖添加量為0.8%、檸檬酸添加量為0.03%的條件下，探究麥芽糊精添加量為0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%時對復(fù)合粉感官評價的影響，從而確定麥芽糊精的最適添加量。

1.3.5 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計

采用響應(yīng)面設(shè)計軟件Design-Expert V8.0.6中的Box-Behnken進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計，主要試驗(yàn)因素為芹菜和黃瓜配比(A)、檸檬酸添加量(B)、麥芽糊精添加量(C)，評價指標(biāo)即響應(yīng)值為感官評價分?jǐn)?shù)(Y)，進(jìn)行三因素三水平設(shè)計[14]，響應(yīng)面分析試驗(yàn)因素和水平見表2。

表2 響應(yīng)面分析試驗(yàn)因素和水平Table 2 The factors and levels of response surface analysis test

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 芹菜和黃瓜配比的確定

圖1 芹菜和黃瓜配比對復(fù)合粉感官評分的影響Fig.1 Effect of ratio of celery and cucumber on sensory score of composite powder

芹菜與黃瓜的風(fēng)味存在明顯的差異，因此二者的配比對復(fù)合粉的口感、風(fēng)味及最終的質(zhì)量和感官評價有重要影響。由圖1可知，當(dāng)芹菜與黃瓜的配比為2∶1時，復(fù)合粉的綜合感官評分最高，產(chǎn)品風(fēng)味純正，口感滑潤。隨后，產(chǎn)品綜合感官評分隨著芹菜添加量的增加而降低，復(fù)合粉中芹菜味加重，導(dǎo)致風(fēng)味下降、口感不佳。因此，芹菜和黃瓜的最佳配比為2∶1。

2.1.2 護(hù)色液CaCl2濃度的確定

圖2 CaCl2濃度對復(fù)合粉感官評分的影響Fig.2 Effect of CaCl2 concentration on sensory score of composite powder

芹菜制汁時易發(fā)生褐變，從而導(dǎo)致復(fù)合粉顏色發(fā)生不良變化。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，致使芹菜發(fā)生褐變的關(guān)鍵酶是多酚氧化酶(PPO)[15]， CaCl2對PPO有明顯的抑制作用，可控制芹菜制汁后發(fā)生褐變。由圖2可知，隨著護(hù)色液CaCl2濃度的增大，復(fù)合粉的感官品質(zhì)越來越好，當(dāng)CaCl2濃度為0.8%時，復(fù)合粉的感官評分最高，之后再增加CaCl2濃度，護(hù)色效果與之前相比差別不大，并且苦味加大，復(fù)合粉的感官評分也不再有大的變化。因此，確定CaCl2的最佳濃度為0.8%。

2.1.3 白砂糖添加量的確定

圖3 白砂糖添加量對復(fù)合粉感官評分的影響Fig.3 Effect of sugar additive amount on sensory score of composite powder

由圖3可知，隨著白砂糖添加量的增加，復(fù)合粉的綜合感官評分逐漸升高，當(dāng)白砂糖添加量為0.8%時，復(fù)合粉的感官評分最高，甜度適中，口感最佳。之后隨著白砂糖添加量的增加，復(fù)合粉綜合評分呈現(xiàn)降低的趨勢，這是因?yàn)榘咨疤翘砑恿窟^多，復(fù)合粉甜味偏大，導(dǎo)致口感變差。因此，確定白砂糖最適添加量為0.8%。

2.1.4 檸檬酸添加量的確定

圖4 檸檬酸添加量對復(fù)合粉感官評分的影響Fig.4 Effect of citric acid additive amount on sensory score of composite powder

由圖4可知，復(fù)合粉感官評分隨著檸檬酸添加量的增大而升高，在檸檬酸添加量為0.03%時得分最高，此時復(fù)合粉酸甜適宜，口感最佳。隨著添加的檸檬酸越來越多，復(fù)合粉酸度過大，影響風(fēng)味，感官評分逐漸降低。因此，確定檸檬酸最適添加量為0.03%。

2.1.5 麥芽糊精添加量的確定

麥芽糊精對復(fù)合粉的作用：一是作為穩(wěn)定劑，二是解決粘壁現(xiàn)象。由于物料在噴霧干燥過程中會出現(xiàn)粘結(jié)在干燥室內(nèi)壁及旋風(fēng)分離器表面的現(xiàn)象，因此可加入大分子添加劑(麥芽糊精、淀粉、果葡糖漿等)來解決該問題，其中麥芽糊精因?yàn)槿芙舛鹊汀r格低，是解決粘壁現(xiàn)象最常用的載體[16]。

圖5 麥芽糊精添加量對復(fù)合粉感官評分的影響Fig.5 Effect of maltodextrin additive amount on sensory score of composite powder

由圖5可知，當(dāng)麥芽糊精添加量為0.5%時，粉末疏松干燥，幾乎不粘壁，溶解度最大，色澤明亮，風(fēng)味最佳。之后，復(fù)合粉的感官評分隨著麥芽糊精添加量的增加呈下降趨勢，這是因?yàn)殡S著麥芽糊精添加量的增多，復(fù)合粉的色澤發(fā)白、溶解度下降。因此，確定麥芽糊精的最適添加量為0.5%。

2.2 響應(yīng)面結(jié)果與分析

2.2.1 回歸模型分析

響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計方案及感官評分見表3，回歸方程的方差分析見表4。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Response surface test results

續(xù) 表

表4 響應(yīng)面試驗(yàn)回歸方程方差分析結(jié)果Table 4 Analysis results of variance of regression equation in response surface test

由表4可知，試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷腜值<0.0001，表現(xiàn)為極顯著；失擬項P值=0.1284>0.05，表現(xiàn)為不顯著；同時，其確定系數(shù)R2=0.9924，調(diào)整確定系數(shù)RAdj2=0.9826，表明此模型擬合度良好，可以很好地反映出芹菜和黃瓜復(fù)配比例、檸檬酸添加量及麥芽糊精添加量與感官評分之間的關(guān)系，可作為分析芹菜和黃瓜復(fù)合粉最佳工藝參數(shù)的理論依據(jù)。

Y=90.62-0.050A-0.41B+0.94C+0.13AB-5.02AC-2.30BC-4.04A2-3.16B2-9.21C2為該模型的回歸方程。從回歸方程各項系數(shù)的顯著性可以得出結(jié)論：麥芽糊精添加量(C)對感官評定分?jǐn)?shù)(Y)影響顯著，芹菜和黃瓜配比(A)、檸檬酸添加量(B)的影響不顯著；3個主因素對復(fù)合粉感官評定分?jǐn)?shù)影響的強(qiáng)弱為C>B>A。各個主因素中的交互項AC、BC對響應(yīng)值影響極顯著，二次項(A2、B2、C2)對響應(yīng)值(Y)影響表現(xiàn)為極顯著。

2.2.2 交互作用分析

圖6 芹菜和黃瓜配比與檸檬酸添加量對復(fù)合粉感官評分影響的響應(yīng)面及等高線圖Fig.6 Response surface and contour diagram of the effect of celery and cucumber ratio and citric acid additive amount on sensory score of composite powder

圖7 檸檬酸添加量與麥芽糊精添加量對復(fù)合粉感官評分影響的響應(yīng)面及等高線圖Fig.7 Response surface and contour diagram of the effect of citric acid additive amount and maltdextrin additive amount on sensory score of composite powder

圖8 芹菜和黃瓜配比與麥芽糊精添加量對復(fù)合粉感官評分影響的響應(yīng)面及等高線圖Fig.8 Response surface and contour diagram of the effect of celery and cucumber ratio and maltdextrin additive amount on sensory score of composite powder

每個自變量對響應(yīng)值(Y)的影響可以通過響應(yīng)面分析圖直接反映，各因素間交互效應(yīng)的強(qiáng)弱也可以通過等高線反映[17]。由圖6～圖8可知，芹菜和黃瓜配比與檸檬酸添加量交互作用的響應(yīng)面坡度趨于平緩，等高線接近圓形，二者交互作用不顯著；芹菜和黃瓜配比與麥芽糊精添加量交互作用的響應(yīng)面坡度最為陡峭，即交互作用最顯著，這與響應(yīng)面回歸方程分析是一致的。

2.2.3 芹菜黃瓜復(fù)合粉工藝優(yōu)化及驗(yàn)證

利用回歸模型預(yù)測芹菜黃瓜復(fù)合粉的最佳工藝參數(shù)為：芹菜黃瓜配比為1.97∶1，檸檬酸添加量為0.03%，麥芽糊精添加量為0.52%，感官評分為90.7。考慮到可操作性，將最佳工藝參數(shù)調(diào)整為：芹菜和黃瓜配比為2∶1，檸檬酸添加量為0.03%，麥芽糊精添加量為0.52%，在此條件下進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，所得復(fù)合粉感官評分為92.4，接近模型預(yù)測值，說明響應(yīng)面優(yōu)化的芹菜和黃瓜復(fù)合粉加工工藝是可行的。

3 結(jié)論

經(jīng)單因素試驗(yàn)及響應(yīng)面分析，確定芹菜黃瓜復(fù)合粉的最佳加工工藝為：將新鮮的帶葉西芹清洗切段后放入濃度為0.8% 的CaCl2溶液中護(hù)色10 min，在90～95 ℃的沸水中預(yù)煮2 min，按料液比4∶1打漿得到芹菜漿液在膠體磨中均質(zhì)5 min，用0.06%纖維素酶在40 ℃恒溫水浴鍋中酶解1.5 h；同時將新鮮黃瓜切丁置于沸水中熱燙1 min后，按料液比4∶1打漿；將芹菜漿液與黃瓜漿液分別用200目濾布過濾得到清汁進(jìn)行復(fù)配。芹菜和黃瓜配比(芹菜汁∶黃瓜汁，m/m)為2∶1，添加0.8%白砂糖、0.03%檸檬酸、0.1% CMC-Na和0.52%麥芽糊精。復(fù)配好的汁液經(jīng)膠體磨均質(zhì)后，在進(jìn)口熱風(fēng)溫度為200 ℃，蠕動泵蠕動速率為30%條件下進(jìn)行噴霧干燥，成功制得溶解度較好、色澤清亮、口感滑潤、具有獨(dú)特風(fēng)味的芹菜黃瓜復(fù)合粉。