響應(yīng)面法優(yōu)化贛南臍橙全果果醬微波制作工藝

楊 穎，潘兆平，李綺麗，單 楊，付復(fù)華*

（1 湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 長(zhǎng)沙410125 2 湖南大學(xué)研究生院隆平分院 長(zhǎng)沙410125 3 果蔬加工與質(zhì)量安全國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室 長(zhǎng)沙410125 4 果蔬貯藏加工與質(zhì)量安全湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 長(zhǎng)沙410125）

柑橘是世界第一大水果，我國(guó)2017年柑橘種植面積達(dá)2 439.02 khm2，柑橘產(chǎn)量3 816.78 萬t[1]，是世界上主要的柑橘生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)[2]。研究發(fā)現(xiàn)，柑橘果實(shí)富含糖類、有機(jī)酸、維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維、果膠、類黃酮、酚類、精油等營(yíng)養(yǎng)和生物活性物質(zhì)[3-4]，具有抗氧化、抗炎、降低膽固醇、預(yù)防心血管疾病等多重功效[5-9]。大部分功能性成分，如果膠、膳食纖維、類黃酮、單萜類、香精油等存在于柑橘果皮之中。然而，富含生物活性物質(zhì)的柑橘果皮在加工中未被利用，廢棄的柑橘果皮以及果渣無論是掩埋還是焚燒均造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，增加工廠廢棄物處理成本。柑橘全果加工工藝不僅可以實(shí)現(xiàn)柑橘的全利用、無廢棄，還能緩解鮮果滯銷問題，提高柑橘類加工產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，具有重要意義。

臍橙營(yíng)養(yǎng)豐富，風(fēng)味獨(dú)特，深受廣大消費(fèi)者的喜愛。然而，現(xiàn)有儲(chǔ)藏庫設(shè)備簡(jiǎn)陋，導(dǎo)致臍橙貯藏期短、腐爛率高，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。果醬口味香甜怡人，具有保質(zhì)期長(zhǎng)、易保存等特點(diǎn)，是果品深加工的一種有效途徑。隨著快餐文化的興起，果醬在日常的飲食生活中扮演著重要角色。將贛南臍橙全果加工成果醬不僅有效減少贛南臍橙的腐爛損失，而且加工過程中無任何廢棄果渣產(chǎn)生，屬于環(huán)境友好型工藝。由于贛南臍橙果皮中含有豐富的果膠，因此全果原漿果膠含量高，漿體黏稠度高，加工過程中無需添加任何增稠劑即可使之濃縮成醬，簡(jiǎn)化了加工過程。利用微波加熱工藝取代傳統(tǒng)的水浴加熱工藝，能有效縮短加熱濃縮時(shí)間，提高加工效率，改善果醬產(chǎn)品的顏色，得到風(fēng)味更佳的贛南臍橙全果果醬。本試驗(yàn)采用響應(yīng)面法研究糖添加量、微波加熱時(shí)間和微波加熱功率對(duì)贛南臍橙全果果醬微品質(zhì)的影響，以期提供一種最佳的生產(chǎn)工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮柑橘，品種為贛南臍橙，產(chǎn)自江西省贛州市；白砂糖，市售；柑橘果醬1、柑橘果醬2、柑橘果醬3，均購自長(zhǎng)沙大潤(rùn)發(fā)超市；營(yíng)養(yǎng)瓊脂、孟加拉紅瓊脂，廣東環(huán)凱微生物有限公司。

Nathox LAB 3 高壓均質(zhì)機(jī)，諾澤流體科技（上海）有限公司；JYZ-C581 型打漿機(jī)，九陽股份有限公司；TARE-ZERO 電子天平，上海光正醫(yī)療儀器有限公司；DHR-2 型流變儀，美國(guó)TA 公司；LYT-380 折光儀，上海淋譽(yù)公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 贛南臍橙全果果醬微波制作工藝

1.2.1.1 工藝流程 參考文獻(xiàn)[10-13]制作贛南臍橙全果果醬，具體工藝流程如下：選料→清洗→切塊→磨漿→均質(zhì)→調(diào)配→微波加熱→裝罐→滅菌→冷卻→包裝。

1.2.1.2 操作要點(diǎn)

1）選料 選擇新鮮飽滿，色澤較好，無腐爛的贛南臍橙。

2）切片 將鮮果切成體積不大于1 cm3正方體的塊狀物。

3）磨漿 用打漿機(jī)將切好的全果搗碎，重復(fù)3 次。

4）均質(zhì) 將搗碎的贛南臍橙全果原漿進(jìn)行高壓均質(zhì)處理。高壓均質(zhì)處理?xiàng)l件：調(diào)節(jié)壓力為50 MPa，循環(huán)3 次。

5）調(diào)配 在經(jīng)過高壓均質(zhì)之后的贛南臍橙全果原漿中加入一定量的白砂糖，攪拌均勻。

6）微波加熱 將調(diào)配好的原料進(jìn)行微波加熱濃縮，設(shè)置一定的微波加熱功率和加熱時(shí)間。

7）裝罐 微波加熱濃縮達(dá)到終點(diǎn)后立即裝罐，醬體與瓶口留1～2 cm 的空隙，同時(shí)嚴(yán)防醬體沾染瓶口和外壁，裝罐后應(yīng)立即密封。

8）滅菌 在100 ℃的沸水中殺菌10 min[14-15]。

9）冷卻 殺菌后采用分段冷卻，防止裝果醬的玻璃瓶因驟冷而爆裂。

1.2.2 單因素試驗(yàn)

1.2.2.1 糖添加量單因素試驗(yàn) 按照贛南臍橙全果果醬微波制作工藝，固定微波加熱時(shí)間180 s，加熱功率為630 W 的條件下，對(duì)糖添加量進(jìn)行單因素試驗(yàn)。將糖的添加量分別設(shè)定為25%，30%，35%，40%，45%添加于原料制成果醬，對(duì)果醬進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，表2為參考標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.2.2 微波加熱時(shí)間單因素試驗(yàn) 按照贛南臍橙全果果醬的制作工藝，固定糖的添加量為35%，微波加熱功率為630 W 的條件下，對(duì)微波加熱時(shí)間進(jìn)行單因素試驗(yàn)。將微波加熱時(shí)間分別設(shè)定為120，150，180，210，240 s 制成果醬，對(duì)果醬進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，表2為參考標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.2.3 微波加熱功率單因素試驗(yàn) 按照贛南臍橙全果果醬的制作工藝，固定糖的添加量為35%，微波加熱時(shí)間為180 s 的條件下，對(duì)微波加熱功率進(jìn)行單因素試驗(yàn)。將微波加熱功率分別設(shè)定為210，350，490，630，770 W 制成果醬，對(duì)果醬進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，表2為參考標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)方案 在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用Box-behnken 響應(yīng)面優(yōu)化技術(shù)設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，以糖的添加量、微波加熱時(shí)間和微波加熱功率為考察變量，以感官評(píng)分為響應(yīng)值，采用3 因素3 水平的響應(yīng)面法進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)見表1[16]。

表1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)因素水平表Table 1 Independent variables and their levels used in the response surface design

1.2.4 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及方法 組織10 名預(yù)先經(jīng)過培訓(xùn)的專業(yè)人員組成評(píng)分小組，于湖南省食品測(cè)試分析中心的感官評(píng)價(jià)室對(duì)各果醬樣品進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。正式的感官評(píng)價(jià)開始之前，組織各小組成員制定評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。首先，向小組成員提供一份通常用來描述水果和果醬的清單，小組成員也可提出自己的描述，最后進(jìn)行集體討論，選擇組織狀態(tài)、口感、香味、色澤和涂抹性5 個(gè)關(guān)鍵特征對(duì)果醬進(jìn)行感官評(píng)定[17-19]。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)表見表2。

樣品密封放置于100 mL 棕色玻璃罐中（進(jìn)行顏色感官評(píng)價(jià)的樣品放置于透明玻璃罐中），每罐樣品50 mL，統(tǒng)一放置于20 ℃的感官評(píng)價(jià)室中。進(jìn)行感官評(píng)定時(shí)，由上述10 名專業(yè)人員對(duì)26 名評(píng)價(jià)人員進(jìn)行培訓(xùn)，共同組成感官評(píng)價(jià)小組，先進(jìn)行差別檢驗(yàn)，然后再完成多項(xiàng)評(píng)分問卷。準(zhǔn)備30%，40%的蔗糖溶液為一組，礦泉水和純凈水為另一組，進(jìn)行隨機(jī)編碼并打亂順序；每個(gè)感官評(píng)價(jià)員依次品嘗，每次品嘗后須用水漱口，等待1 min 后再品嘗下一個(gè)樣品，全部品嘗完之后區(qū)分出2 組樣品，若答案正確即可進(jìn)行多項(xiàng)評(píng)分問卷，若選擇錯(cuò)誤則無法參加本次感官評(píng)分[20]。

表2 贛南臍橙果醬感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards of Gannan navel orange jam

1.2.5 咀嚼黏度測(cè)定 參考文獻(xiàn)[21]測(cè)定贛南臍橙全果果醬的咀嚼黏度。采用旋轉(zhuǎn)測(cè)試模式，設(shè)定溫度37 ℃（模擬人體口腔溫度），剪切速率36.44 s-1（模擬人體口腔咀嚼食物時(shí)舌頭的攪拌速率），運(yùn)行時(shí)間120 s，每隔2 s 取一點(diǎn)，測(cè)定果醬的咀嚼黏度（取平均值）。

1.2.6 理化指標(biāo)和微生物指標(biāo)測(cè)定 水分、灰分、蛋白質(zhì)、總糖分別參照GB 5009.3－2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定》、GB 5009.4－2016 《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中灰分的測(cè)定》、GB 5009.5-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》、GB 5009.7－2016 《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中還原糖的測(cè)定》進(jìn)行定量檢測(cè)；可溶性固形物的測(cè)定：將糖度計(jì)校準(zhǔn)后，取1～2 滴果醬滴于手持糖度計(jì)上，直接觀察讀數(shù)。菌落總數(shù)、大腸菌群、霉菌、致病菌分別參照GB 4789.2－2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測(cè)定》、GB 4789.3－2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 大腸菌群計(jì)數(shù)》、GB 4789.15－2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 霉菌和酵母計(jì)數(shù)》、GB 29921－2013《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中致病菌限量》進(jìn)行定量檢測(cè)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用Origin 8.0 軟件作圖，采用 SAS 8.0 （SAS 8.0，Institute Inc.，Cary，NC，USA）統(tǒng)計(jì)軟件Duncan 法進(jìn)行顯著性分析（顯著水平設(shè)為P＜0.05）。所有試驗(yàn)均進(jìn)行3 次重復(fù)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”形式表示。采用Design Expert 8.06 軟件設(shè)計(jì)響應(yīng)面，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 糖添加量對(duì)贛南臍橙全果果醬感官評(píng)分的影響 由圖1可知，糖添加量對(duì)贛南臍橙全果果醬的感官評(píng)分有顯著影響。糖添加量為25%時(shí)，感官評(píng)分最低；糖添加量為30%時(shí)，感官評(píng)分最高。在相同的微波加熱時(shí)間和功率下，糖添加量低影響果醬的黏稠度，導(dǎo)致果醬黏稠度低、涂抹性差。由于贛南臍橙全果原漿是果肉與果皮的混合體，含有檸檬苦素和橙皮苷等苦味因子，低糖難以覆蓋原漿中的苦澀味，所以低糖的情況下果醬口感較差，感官評(píng)分較低。當(dāng)糖添加量超過30%，果醬的黏稠度顯著升高，流動(dòng)性差；贛南臍橙的味道完全被甜味覆蓋，影響了果醬的口感。

2.1.2 微波加熱時(shí)間對(duì)贛南臍橙全果果醬感官評(píng)分的影響 由圖2可知，隨著微波加熱時(shí)間的增加，贛南臍橙全果果醬的感官評(píng)分呈先增加后減少的趨勢(shì)，當(dāng)微波加熱時(shí)間為240 s 時(shí)，感官評(píng)分最高。微波加熱時(shí)間決定果漿能否成醬，微波加熱時(shí)間短，黏稠度低，無法成醬；微波加熱時(shí)間長(zhǎng)，黏稠度過高，果醬易發(fā)生焦糖化反應(yīng)發(fā)生褐變。

2.1.3 微波加熱功率對(duì)贛南臍橙全果果醬感官評(píng)分的影響 由圖3可知，微波加熱功率在210～630 W 范圍內(nèi)，贛南臍橙全果果醬感官評(píng)分隨著微波加熱功率的增加而升高；當(dāng)微波加熱功率為630 W 時(shí)，感官評(píng)分達(dá)到最高；微波功率在630～770 W 范圍內(nèi)，隨著微波加熱功率的增加感官評(píng)分反而下降。在糖添加量和微波加熱時(shí)間不變的條件下，微波加熱功率低，果漿難以成醬；微波加熱功率高，果醬易褐變，黏稠度、流動(dòng)性、涂抹性以及口感均會(huì)受到影響。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析 在單因素的基礎(chǔ)上，以感官評(píng)分為響應(yīng)值，選取對(duì)贛南臍橙全果果醬感官評(píng)分有顯著影響的糖添加量、微波加熱時(shí)間和微波加熱功率進(jìn)行3 因素3 水平的響應(yīng)面分析試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果與分析見表3。

通過Design Expert 8.06 軟件共設(shè)計(jì)17 組試驗(yàn)，其中12 組為析因試驗(yàn)，5 組為中心試驗(yàn)，用以估計(jì)整個(gè)試驗(yàn)的純?cè)囼?yàn)誤差。對(duì)表3的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到二次響應(yīng)面回歸模型為：

感官評(píng)分=76.59+1.15A+5.21B+5.48C+1.83AB+3.08AC+4.27BC+2.85A2+2.46B2-3.52C2

進(jìn)一步對(duì)該回歸模型進(jìn)行顯著性分析，響應(yīng)曲面數(shù)據(jù)的方差分析結(jié)果見表4。由表4可知，回歸方程因變量與自變量之間的線性關(guān)系明顯，該模型回歸極顯著（P ＜0.001），失擬項(xiàng)P 值為0.0567＞0.05，表明該模型失擬不顯著，說明其它因素對(duì)模型的干擾程度低，試驗(yàn)結(jié)果與回歸模型擬合程度良好。回歸方程的可信度分析顯示，該模型的R2=99.24%，R2Adj=98.26%，變異系數(shù)CV=1.13%，說明預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值相關(guān)性較好，試驗(yàn)誤差較小，可用此模型分析和預(yù)測(cè)贛南臍橙全果果醬的加工工藝。比較F 值大小可知，影響贛南臍橙全果果醬感官評(píng)分的因素順序?yàn)椋篊 （微波加熱功率）＞B（微波加熱時(shí)間）＞A（糖添加量）。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，模型中B，C，BC，C2對(duì)感官評(píng)分的影響極顯著（P＜0.001），AC，A2，B2均為高度顯著（P＜0.01）。

圖1 糖添加量與感官評(píng)分的關(guān)系Fig.1 Relationship between sugar addition content and sensory score

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果Table 3 Response surface test design results

表4 回歸模型方差分析表Table 4 Regression model variance analysis table

2.2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)圖形分析 圖4為各因素間交互作用的響應(yīng)面三維曲面圖和等高圖。圖4a，4c，4e 能直觀反映各試驗(yàn)因素的交互作用情況，響應(yīng)面越平緩，表明該因素對(duì)感官評(píng)分影響越小；響應(yīng)面越陡峭，說明該因素對(duì)感官評(píng)分影響越顯著[22-23]。圖4a 較為平緩，圖4c，4e 相對(duì)陡峭，因此糖添加量對(duì)感官評(píng)分的影響相對(duì)較小，微波加熱時(shí)間和微波加熱功率對(duì)感官評(píng)價(jià)的影響顯著。圖4b，4d，4f 為感官評(píng)分對(duì)應(yīng)各因素構(gòu)成的一個(gè)三維空間在二維平面上的等高圖，能客觀反映各因素的交互作用及其對(duì)響應(yīng)值的影響[24]。圖4b 接近圓形，表示兩因素交互作用不顯著，即糖添加量對(duì)感官評(píng)分的影響不顯著，與上述結(jié)論一致。

圖4 各因素間交互作用的響應(yīng)面及等高線圖Fig.4 Response surface and contour plot of interaction between various factors

2.2.3 最優(yōu)工藝參數(shù)確定及驗(yàn)證 利用響應(yīng)面分析方法對(duì)回歸模型進(jìn)行分析，得到贛南臍橙全果果醬加工最優(yōu)條件：糖添加量34.3%，微波加熱時(shí)間264.9 s，微波加熱功率739.2 W，此條件下感官評(píng)分預(yù)測(cè)值為93.9。在響應(yīng)面分析法求得的最優(yōu)工藝條件下，即糖添加量35%，微波加熱時(shí)間260 s，微波加熱功率770 W，進(jìn)行3 次平行試驗(yàn)，分別進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，得到感官評(píng)分值為91.67，91.70，92.05，平均值為91.81，與預(yù)測(cè)值無顯著性差異，重復(fù)性好，說明該響應(yīng)面法得到的贛南臍橙全果果醬加工工藝條件真實(shí)可靠，具有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。

2.3 理化指標(biāo)和微生物指標(biāo)分析

以贛南臍橙為原料，經(jīng)過均質(zhì)、調(diào)配、微波加熱濃縮和高溫殺菌制成的贛南臍橙全果果醬，醬體呈亮黃色，均勻一致，涂抹連貫，口感舒適，酸甜適中，且具有濃郁的柑橘香氣。表5和表6分別是贛南臍橙全果果醬的理化指標(biāo)和微生物指標(biāo)，結(jié)果表明贛南臍橙全果果醬總糖含量為43.60%，可溶性固形物含量為48.00%，屬于低糖果醬；菌落總數(shù)、霉菌、大腸菌群和致病菌限量均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 22474-2008 之原料類果醬要求[25]。

表5 贛南臍橙全果果醬的理化指標(biāo)Table 5 Physical and chemical indicators of Gannan navel orange whole fruit jam

表6 贛南臍橙全果果醬的微生物指標(biāo)Table 6 Microbial indicators of Gannan navel orange whole fruit jam

2.4 贛南臍橙全果果醬與市售柑橘果醬對(duì)比結(jié)果分析

2.4.1 果醬咀嚼黏度對(duì)比結(jié)果分析 由圖5可知，4 種柑橘果醬中柑橘果醬3 的咀嚼黏度最高，可能是由于柑橘果醬3 中含有些許果肉果粒；柑橘果醬2 最低，因此柑橘果醬2 口感最為順滑，但涂抹性不佳；贛南臍橙全果果醬與柑橘果醬1 咀嚼黏度相近，口感較為順滑，涂抹性好，說明不加增稠劑制作出的柑橘全果果醬也有較好的咀嚼黏度。

2.4.2 果醬感官評(píng)價(jià)對(duì)比結(jié)果分析 圖6為各柑橘果醬的感官評(píng)價(jià)圖，從顏色、味道、氣味、稠度和涂抹性5 個(gè)方面對(duì)果醬進(jìn)行了感官評(píng)價(jià)。根據(jù)結(jié)果可知，贛南臍橙全果果醬的顏色以及氣味得分均最高，味道、稠度和涂抹性也都在可接受范圍，說明未添加任何增稠劑的新型加工工藝制作出來的果醬與市售果醬無明顯差異，基本能為消費(fèi)者接受認(rèn)可。

3 結(jié)論

圖5 柑橘果醬咀嚼黏度Fig.5 Citrus jam chewing viscosity

圖6 各柑橘果醬感官評(píng)價(jià)圖Fig.6 Sensory evaluation of each citrus jam

本試驗(yàn)以贛南臍橙為原料，對(duì)不添加增稠劑的新型微波加工工藝配方進(jìn)行研究，在單因素的基礎(chǔ)上進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化，結(jié)果表明，當(dāng)糖的添加量35%，微波加熱時(shí)間260 s，微波加熱功率770 W 時(shí)，贛南臍橙全果果醬感官評(píng)分最高。根據(jù)最優(yōu)配方制作出的果醬醬體呈亮黃色，均勻一致，涂抹連貫，口感舒適，酸甜適中，并且具有濃郁的柑橘香氣。其總糖含量43.6%，可溶性固形物含量48.00%，屬于低糖果醬，并且微生物指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。新型贛南臍橙全果果醬與市售柑橘果醬進(jìn)行對(duì)比得出，自制果醬在顏色與氣味上均優(yōu)于市售果醬，味道、稠度和涂抹性也都在可接受范圍內(nèi)，說明微波工藝能較好地保存果醬顏色與香氣成分。