響應(yīng)面法優(yōu)化低糖甘薯果脯制作工藝

隋勇，施建斌，蔡沙，熊添，周德順，梅新*

1. 湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所（武漢 430064）；2. 湖北根聚地農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司（黃岡 438408）

甘薯（Ipomoea batatasLam.）屬于旋花科甘薯屬，是一種一年或多年生蔓生草本植物。我國是甘薯種植和消費(fèi)大國，年產(chǎn)量約8 000萬 t，占世界總產(chǎn)量65%以上，以鮮薯消費(fèi)為主，甘薯加工主要生產(chǎn)甘薯淀粉、甘薯粉絲等產(chǎn)品[1-2]。甘薯不僅清甜適口、風(fēng)味獨(dú)特，且富含膳食纖維、果膠、多酚等活性成分，使其具有改善腸道功能、緩解肥胖、預(yù)防心血管疾病、抗癌等多種生理功能[3-6]，是深受消費(fèi)者喜愛的健康食品。

果脯是我國的一種傳統(tǒng)特色食品，以水果為主要原料，經(jīng)糖漬、干燥等工藝制得，具有光澤、飽滿、半通明等特點(diǎn)[7]。傳統(tǒng)的果脯都屬于高硫高糖食品，不符合當(dāng)今消費(fèi)者對營養(yǎng)健康的追求，開發(fā)無硫低糖的果脯是現(xiàn)代果脯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。黃梓浩等[8]以百香果皮原料，采用響應(yīng)面法優(yōu)化了糖液濃度、檸檬酸濃度、煮制時(shí)間等工藝條件，在最佳工藝條件下，產(chǎn)品感官評分高，含糖量為45.89%。馬艷弘等[9]優(yōu)化了明膠添加量、微波滲糖等工藝，制得的低糖藍(lán)莓果脯感官品質(zhì)好，且含糖量僅為35.14%。采用木糖醇替代蔗糖制備牡丹花脯[10]、空心李果脯[11]，結(jié)合工藝條件優(yōu)化，制得的低糖果脯產(chǎn)品也具有良好的感官和質(zhì)構(gòu)特性。

研究以甘薯為原料，采用檸檬酸和抗壞血酸無硫復(fù)合護(hù)色劑護(hù)色，木糖醇替代部分蔗糖降低甘薯果脯的含糖量，并通過單因素和響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化低糖甘薯果脯制作工藝條件，為開發(fā)符合消費(fèi)者營養(yǎng)健康需求的低糖果脯提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

甘薯，由湖北根聚地農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司提供；蔗糖，山東雅匯糖業(yè)有限公司；木糖醇，南京甘汁園糖業(yè)有限公司；檸檬酸、抗壞血酸、氯化鈣（食品級），山東優(yōu)索化工科技有限公司；斐林試劑、濃鹽酸、氫氧化鈉、甲基紅等分析純試劑，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

2SC-50真空浸漬罐，艾莉特食品機(jī)械有限公司；DHG-9240A電熱恒溫鼓風(fēng)干箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；C21-WK2102電磁爐，廣東美的生活電器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 低糖甘薯果脯制作工藝流程

選取表面光滑、無病蟲害、無腐蝕、大小均勻的甘薯，清洗去皮，切成4～6 mm片狀；將切好的甘薯片放入0.4%檸檬酸、0.05%抗壞血酸和0.5%氯化鈣溶液中，進(jìn)行護(hù)色和硬化處理；按料液比1：3（g/mL）加入配制的糖液，大火煮沸15 min后，進(jìn)行真空滲糖；瀝干表面糖液，在60～65 ℃烘干至水分含量為10%～15%。

1.3.2 低糖甘薯果脯感官評分表

表1 甘薯果脯感官評分標(biāo)準(zhǔn)

1.3.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在其他條件保持不變的情況下，分別研究護(hù)色硬化時(shí)間（10，15，20，25和30 min）、糖液濃度（20%，30%，40%，50%和60%）、木糖醇替代量（0，10%，20%，30%和40%）、真空滲糖時(shí)間（20，30，40，50和60 min）對甘薯果脯感官評分的影響。

1.3.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken試驗(yàn)，以護(hù)色硬化時(shí)間、糖液濃度、木糖醇替代量、真空滲糖時(shí)間為自變量，低糖甘薯果脯感官評分為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)四因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn)，因素與水平如表2所示。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平

1.3.5 水分和總糖含量測定

低糖甘薯果脯的水分含量測定參照GB 5009.3—2016，采用直接干燥法。

黨的基層組織是確保黨的路線方針政策和決策部署貫徹落實(shí)的基礎(chǔ)，是黨全部工作和戰(zhàn)斗力的基礎(chǔ)。黨的領(lǐng)導(dǎo)在高校能不能有效實(shí)現(xiàn)，取決于高校黨的組織體系健不健全，黨組織和黨員的作用發(fā)揮好不好，黨組織的組織力強(qiáng)不強(qiáng)，歸根到底取決于黨的建設(shè)抓得好不好。

低糖甘薯果脯的總糖含量測定采用斐林試劑法，以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)品。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 護(hù)色硬化時(shí)間對低糖甘薯果脯感官評分的影響

如圖1所示，低糖甘薯果脯感官評分隨著護(hù)色硬化時(shí)間的延長，呈現(xiàn)先明顯增加后顯著減小的趨勢。護(hù)色硬化能夠賦予果脯良好的質(zhì)地和果實(shí)均勻的色澤，是保證果脯品質(zhì)的關(guān)鍵工藝[9]。當(dāng)護(hù)色硬化時(shí)間低于20 min時(shí)，護(hù)色硬化不足，導(dǎo)致低糖甘薯果脯肉質(zhì)不緊密，口感偏軟，亮黃色不均勻，影響感官品質(zhì)；當(dāng)護(hù)色硬化時(shí)間高于20 min時(shí)，硬化過度，導(dǎo)致低糖甘薯果脯質(zhì)地偏硬，韌性過強(qiáng)，影響口感和組織形態(tài)。綜合考量，護(hù)色硬化時(shí)間為20 min時(shí)，低糖甘薯果脯感官品質(zhì)較好。

圖1 護(hù)色硬化時(shí)間對低糖甘薯果脯感官評分的影響

2.1.2 糖液濃度對低糖甘薯果脯感官評分的影響

如圖2所示，低糖甘薯果脯感官評分隨著糖液濃度的增加，呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。當(dāng)糖液濃度低于40%時(shí)，糖分不易滲透，導(dǎo)致低糖甘薯果脯甜度低，質(zhì)地偏硬，影響口感品質(zhì)；當(dāng)糖液濃度高于40%時(shí)，甘薯果脯內(nèi)水分快速析出，導(dǎo)致產(chǎn)品甜膩，果肉飽滿度降低，口感偏硬，感官品質(zhì)下降[12]。綜合考量，糖液濃度為40%時(shí)，低糖甘薯果脯感官品質(zhì)較好。

圖2 糖液濃度對低糖甘薯果脯感官評分的影響

2.1.3 木糖醇替代量對低糖甘薯果脯感官評分的影響

如圖3所示，低糖甘薯果脯感官評分隨著木糖醇替代量的增加，呈現(xiàn)先緩慢增加后明顯減小的趨勢。木糖醇是一種優(yōu)良的蔗糖替代品，不僅具有預(yù)防齲齒和改善腸道功能的作用，而且具有一定的吸濕性，能夠維持產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)特性[13]。當(dāng)木糖醇替代量高于20%時(shí)，低糖甘薯果脯吸濕性太強(qiáng)，導(dǎo)致果脯肉質(zhì)軟化，韌性降低，影響口感品質(zhì)；當(dāng)木糖醇替代量低于20%時(shí)，對低糖果脯感官評分影響不大，但考慮制備低糖果脯的目的，故確定木糖醇替代量為20%。

圖3 木糖醇替代量對低糖甘薯果脯感官評分的影響

2.1.4 真空滲糖時(shí)間對低糖甘薯果脯感官評分的影響

如圖4所示，低糖甘薯果脯感官評分隨著真空滲糖時(shí)間的延長，呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。真空滲糖能夠加快果脯滲糖速度，是保證果脯品質(zhì)的關(guān)鍵工藝[14]。當(dāng)真空滲糖時(shí)間低于30 min時(shí)，低糖甘薯果脯滲糖不充分，導(dǎo)致甜度不足，質(zhì)地偏硬，影響口感品質(zhì)；當(dāng)真空滲糖時(shí)間高于30 min時(shí)，糖滲入過量，導(dǎo)致果脯易返砂，入口偏甜，影響色澤和口感品質(zhì)。綜合考量，滲糖時(shí)間為30 min時(shí)，低糖甘薯果脯感官品質(zhì)較好。

圖4 真空滲糖時(shí)間對低糖甘薯果脯感官評分的影響

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化低糖甘薯果脯制作工藝

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

應(yīng)用Design-Expert軟件設(shè)計(jì)四因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)，采用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共29個(gè)試驗(yàn)，其中5個(gè)中心試驗(yàn)，24個(gè)析因試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

2.2.2 回歸模型和方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)分析

如表4所示，模型p＜0.000 1，表明回歸方程達(dá)到極顯著水平；模型的校正決定系數(shù)R2Adj=0.934 5，表明該模型實(shí)測值與預(yù)測值之間具有高度的相關(guān)性；失擬項(xiàng)p=0.239 5＞0.05，表明失擬因素不顯著。綜上分析，該模型與實(shí)際情況擬合較好，能夠用于低糖甘薯果脯感官評分值的分析和預(yù)測。經(jīng)回歸擬合，得到預(yù)測方程：

對4個(gè)因素對低糖甘薯果脯感官評分值的影響進(jìn)行分析，一次項(xiàng)B和D對感官評分有極顯著影響，A也有顯著影響，C無顯著影響，影響順序?yàn)镈＞B＞A＞C；響應(yīng)面圖中曲面坡度的陡峭程度反應(yīng)了交互作用對響應(yīng)值的影響大小[15]，如圖5所示，護(hù)色硬化時(shí)間和糖液濃度交互作用的響應(yīng)面更為陡峭，表明二者交互作用較大，但統(tǒng)計(jì)分析顯示各交互項(xiàng)對感官評分均無顯著影響；二次項(xiàng)對感官評分均有極顯著影響，影響順序?yàn)镈2＞B2＞A2＞C2。

表4 回歸模型和方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)分析

圖5 不同因素交互作用對感官評分影響的響應(yīng)面圖

2.2.3 條件優(yōu)化和驗(yàn)證試驗(yàn)

通過對二次多元回歸模型進(jìn)行優(yōu)化處理，得到最優(yōu)試驗(yàn)方案：護(hù)色硬化時(shí)間20.43 min，糖液濃度42.03%，木糖醇替代量18.41%，真空滲糖時(shí)間32.24min，此時(shí)感官評分的預(yù)測值為92.47分。為驗(yàn)證該條件的可靠性，在該條件下進(jìn)行試驗(yàn)，重復(fù)3次，制得的低糖甘薯果脯經(jīng)感官評分為90.56分，與理論值的相對誤差為2.07%，說明該模型與實(shí)際情況擬合較好，結(jié)果可靠。

2.3 低糖甘薯果脯水分含量和含糖量

如表5所示，根據(jù)響應(yīng)面最優(yōu)條件，制作低糖甘薯果脯，測得其水分含量為13.56%，總糖含量為44.79%，符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10782—2006《蜜餞通則》中對果脯類產(chǎn)品的要求，且遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)≤85%總糖含量（葡萄糖計(jì)），屬于低糖果脯。

表5 低糖甘薯果脯水分和總糖含量

3 結(jié)論

以甘薯為原料，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用Design-Expert軟件設(shè)計(jì)四因素三水平的Box-Behnken試驗(yàn)，以感官評分為響應(yīng)值，優(yōu)化了低糖甘薯果脯制作工藝條件：護(hù)色硬化時(shí)間20.43 min，糖液濃度42.03%，木糖醇替代量18.41%，真空滲糖時(shí)間32.24min。在此條件下，低糖甘薯果脯的感官評分理論值為92.47分。經(jīng)3次重復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，按照最優(yōu)工藝條件制作的低糖甘薯果脯感官評分為90.56分，相對誤差僅為2.07%，所得產(chǎn)品水分含量為13.56%，總糖含量為44.79%，產(chǎn)品色澤均勻、肉質(zhì)緊密、甜度和硬度適中，具有甘薯特有的風(fēng)味。