響應(yīng)面法優(yōu)化紅茶菌萊陽梨發(fā)酵飲料的工藝

張莉，陳爍，石磊，李文新，范榮波

1. 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院食品系（萊陽 265200）；2. 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院（青島 266109）

紅茶菌別名“胃寶”，是由醋酸菌、乳酸菌以及酵母菌構(gòu)成的一種生物薄膜[1-2]，可由白砂糖、紅茶水經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)生多種有益于人體健康的物質(zhì)。紅茶菌菌液呈橘黃色，澄清透明，甜中透酸、極為爽口[3]。紅茶菌發(fā)酵液中所含有的茶堿、多糖類、茶多酚等物質(zhì)具有減少腸道腐敗物和致癌物的功能，從而促進人體免疫力[4-5]；含有的醋酸、乳酸及檸檬酸不但能夠防止病毒和致病菌對人體的攻擊，還可以協(xié)助人體清理腸胃以防便秘[6-8]。紅茶菌發(fā)酵液還含有各種維生素及礦物質(zhì)，其生理功能極為突出，是一種純天然的療效食品[9-11]。

萊陽梨又稱茌梨，萊陽市特產(chǎn)，是國家地理標志產(chǎn)品，其果肉色澤雪白，梨汁豐富，肉質(zhì)細嫩，口感清脆爽甜[12]，果香純正且濃郁，是梨中上品，含糖量較高，達到14%左右，并含有各類維生素及有機酸等多種營養(yǎng)成分。萊陽梨具有清肺潤嗓及止咳化痰的作用，深受人們喜愛。

紅茶菌大多是自制自飲的家用飲品，未能工業(yè)化大批量生產(chǎn)，紅茶菌功能性食品品種極少，市場化程度很低[13-14]。試驗將古老的紅茶菌與具有地方特色的萊陽梨汁進行復(fù)配，研究其最優(yōu)發(fā)酵工藝條件，獲得的產(chǎn)品既具有萊陽梨特有的清香，又有紅茶菌發(fā)酵的獨特風(fēng)味，對于開展紅茶菌發(fā)酵飲料的研究和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展能夠起到顯著推動作用。

1 材料與方法

1.1 材料

紅茶菌（青島農(nóng)業(yè)大學(xué)食品與科學(xué)工程學(xué)院實驗室）；萊陽梨（市售，要求新鮮無腐爛，果香純正且濃郁）；紅茶（市售）；白砂糖（市售，食品級）。

1.2 儀器與設(shè)備

JS-30F型電子天平（成都普瑞遜電子有限公司）；MJ-25BM06A型榨汁機（廣東美的精品電器制造有限公司）；二列四孔電熱恒溫水浴鍋（龍口市先科儀器公司）；電熱恒溫培養(yǎng)箱（龍口市先科儀器公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 萊陽梨預(yù)處理

選取新鮮無霉爛的萊陽梨，要求皮薄，果實較大，果香純正且濃郁；將選好的萊陽梨進行清洗，去除果皮之后，將果實對半切開，挖掉果心，將萊陽梨切成大小0.3～0.5 cm3果塊。

1.3.2.2 壓榨、過濾

將切好的果塊進行榨汁，用孔徑48 μm的濾布過濾掉殘渣，得萊陽梨汁備用。

1.3.2.3 茶湯配制

將清水煮沸，按一定比例加入紅茶及白砂糖，攪拌至無顆粒狀態(tài)，保持水溫85～90 ℃，浸泡時間15 min，濾去茶渣得到紅茶汁，冷卻備用。

1.3.2.4 接種、發(fā)酵

將上述茶湯與萊陽梨汁按一定比例混合后，接入一定量紅茶菌，用4層紗布封住瓶口，放置在恒溫培養(yǎng)箱，于30 ℃下靜置發(fā)酵7 d，得到紅茶菌發(fā)酵液。

1.3.3 單因素試驗設(shè)計

1.3.3.1 紅茶添加量的確定

在白砂糖添加量9%、梨汁添加量50%、紅茶菌膜接種量8%、發(fā)酵溫度30 ℃、發(fā)酵時間7 d的條件下，考察紅茶添加量0.3%，0.4%，0.5%，0.6%和0.7%對紅茶菌萊陽梨發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響。

1.3.3.2 白砂糖添加量的確定

在紅茶添加量0.5%、梨汁添加量50%、紅茶菌膜接種量8%、發(fā)酵溫度30 ℃、發(fā)酵時間7 d的條件下，考察白砂糖添加量8.0%，8.5%，9.0%，9.5%和10.0%對紅茶菌萊陽梨發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響。

1.3.3.3 紅茶菌接種量的確定

在白砂糖添加量9%、紅茶添加量0.5%、梨汁添加量50%、發(fā)酵溫度30 ℃、發(fā)酵時間7 d的條件下，考察紅茶菌膜接種量6%，7%，8%，9%和10%對紅茶菌萊陽梨發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響。

1.3.3.4 梨汁添加量的確定

在紅茶添加量0.5%、白砂糖添加量9%、紅茶菌膜接種量8%、發(fā)酵溫度30 ℃、發(fā)酵時間7 d的條件下，考察梨汁添加量30%，40%，50%，60%和70%對紅茶菌萊陽梨發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響。

1.3.4 感官評分標準

試驗從產(chǎn)品的色澤、氣味、滋味、組織狀態(tài)4個方面，選擇10人根據(jù)感官評定標準對紅茶菌萊陽梨發(fā)酵飲料進行綜合感官評分，滿分為100分。感官評分標準見表1。

表1 紅茶菌萊陽梨發(fā)酵飲料感官評分標準

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果分析

2.1.1 紅茶添加量對紅茶菌萊陽梨發(fā)酵飲料感官品質(zhì)的影響

由圖1可知，紅茶添加量0.5%時，產(chǎn)品的感官評分最高，此時的產(chǎn)品呈橙黃色，色澤均勻，澄清透明，酸甜適中。紅茶添加量較低時，產(chǎn)品感官評分較低，這是由于紅茶添加量過低而使紅茶菌發(fā)酵液色澤較淡，酸味不突出；隨著紅茶添加量升高，產(chǎn)品的感官評分逐漸下降，這是因為紅茶用量較多，導(dǎo)致發(fā)酵液顏色過重，澀味，酸味過重，口感不佳。綜上所述，最佳紅茶添加量為0.5%。

圖1 紅茶添加量對紅茶菌萊陽梨發(fā)酵飲料感官品質(zhì)的影響

2.1.2 白砂糖添加量對紅茶菌萊陽梨發(fā)酵飲料感官品質(zhì)的影響

由圖2可知，白砂糖添加量9%時，紅茶菌萊陽梨發(fā)酵液的感官評分最高，此時的產(chǎn)品既有紅茶菌發(fā)酵之后的酸甜，又有萊陽梨的清香，口感細膩，酸甜適中。白砂糖添加量較少時，產(chǎn)品感官評分較低，因糖液的濃度較低，紅茶菌萊陽梨發(fā)酵液過于酸澀將萊陽梨原有的清香掩蓋；白砂糖添加量過多時，產(chǎn)品的感官評分逐漸下降，這是因較高的糖液濃度導(dǎo)致發(fā)酵液過于甜膩，沒有清爽的口感。綜上所述，最佳白砂糖添加量為9%。

圖2 糖添加量對紅茶菌萊陽梨發(fā)酵飲料感官品質(zhì)的影響

2.1.3 紅茶菌接種量對紅茶菌萊陽梨發(fā)酵飲料感官品質(zhì)的影響

由圖3可知，紅茶菌接種量8%時，紅茶菌萊陽梨發(fā)酵液的感官評分最高，此時的產(chǎn)品口感清爽，酸甜適中。紅茶菌接種量較低時，產(chǎn)品感官評分較低，產(chǎn)品的酸甜味不突出，菌膜形成的時間長，較??；紅茶菌接種量較高，產(chǎn)品感官評分呈下降趨勢，較高的接種量導(dǎo)致發(fā)酸過度，菌液酸度較高。綜上所述，最佳紅茶菌接種量為8%。

圖3 紅茶菌接種量對紅茶菌萊陽梨飲料感官品質(zhì)的影響

2.1.4 梨汁添加量對紅茶菌萊陽梨發(fā)酵飲料感官品質(zhì)的影響

由圖4可知，梨汁添加量50%時，紅茶菌萊陽梨發(fā)酵液的感官評分最高，此時的產(chǎn)品既有紅茶菌發(fā)酵之后的酸甜，又有萊陽梨的清香，口感細膩，酸甜適中。梨汁添加量較低時，產(chǎn)品感官評分較低，產(chǎn)品的梨香味不突出，沒有顯示出產(chǎn)品的特色；梨汁添加量較高，產(chǎn)品感官評分呈下降趨勢，梨汁添加量較高，使得酸味不明顯，口感不清爽。綜上所述，最適梨汁添加量為50%。

圖4 梨汁添加量對紅茶菌萊陽梨飲料感官品質(zhì)的影響

2.2 響應(yīng)面試驗設(shè)計與結(jié)果分析

2.2.1 響應(yīng)面試驗設(shè)計

根據(jù)響應(yīng)面法中的Box-Behnken組合試驗設(shè)計原理[15]，以單因素試驗結(jié)果為依據(jù)，選擇A梨汁添加量、B白砂糖添加量、C紅茶添加量3個因素為自變量，每個因素取3個水平，以感官評分為響應(yīng)面值，采用Design-Expert. V8.0.6軟件進行三因素三水平試驗設(shè)計。因素水平見表2。

表2 響應(yīng)面試驗設(shè)計因素及水平 單位：%

2.2.2 響應(yīng)面試驗設(shè)計結(jié)果及分析

試驗結(jié)果采用Design-Expert.V 8.0.6軟件對表3中所得數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，得到各因素與感官評分的二次多項回歸方程模型：Y=90.29+4.23A-1.41B-0.55C-0.96AB-0.76AC-1.36BC-7.28A2-4.13B2-3.29C2。

表3 Box-Behnken試驗設(shè)計及結(jié)果

對模型進行顯著性檢驗，由回歸模型的方差分析表4可知，模型的F值為103.4，p＜0.0001，說明模型因子是有顯著性意義的。F值越大，表明該因素對紅茶菌萊陽梨發(fā)酵飲料的感官評價的影響越顯著，3個因素對發(fā)酵飲料感官評價的影響大小依次為A梨汁添加量＞B白砂糖添加量＞C紅茶添加量。

表4 響應(yīng)面試驗回歸方程方差分析結(jié)果

回歸方程相關(guān)系數(shù)R2=0.9856，擬合度較好，表明試驗數(shù)據(jù)能夠較好地反映出與感官評分之間關(guān)系。

2.2.3 各因素交互作用結(jié)果及分析

根據(jù)模型，繪制三維曲面圖，可直觀地看出各因素的交互作用對紅茶菌萊陽梨發(fā)酵飲料感官評價的影響。若曲線越陡，則可以說明該因素對紅茶菌萊陽梨發(fā)酵飲料感官評價的影響越大，相應(yīng)表現(xiàn)為響應(yīng)值變化的大小。

2.2.3.1 梨汁添加量和白砂糖添加量對發(fā)酵飲料感官評價的影響

通過圖5可看出，發(fā)酵飲料的感官評分因梨汁和白砂糖添加量增多呈先上升后降低趨勢，梨汁添加量和白砂糖添加量交互作用的響應(yīng)面曲面坡度較陡，說明二者對產(chǎn)品感官具有較大影響。

圖5 梨汁添加量和白砂糖添加量對發(fā)酵飲料感官評價影響的曲面圖與等高線

2.2.3.2 梨汁添加量和紅茶添加量對發(fā)酵飲料感官評價的影響

通過圖6可看出，發(fā)酵飲料的感官評分因梨汁和紅茶添加量的增多呈先上升后降低趨勢，響應(yīng)面曲面坡度較陡，說明梨汁添加量和紅茶添加量對產(chǎn)品感官具有較大影響。等高線呈圓形，說明梨汁添加量和紅茶添加量的交互作用不顯著。

圖6 梨汁添加量和紅茶添加量對發(fā)酵飲料感官評價影響的曲面圖與等高線

2.2.3.3 白砂糖添加量和紅茶添加量對發(fā)酵飲料感官評價的影響

通過圖7可看出，發(fā)酵飲料的感官評分因白砂糖和紅茶添加量增多呈先上升后降低趨勢，響應(yīng)面曲面坡度較為陡峭，說明白砂糖添加量和紅茶添加量對產(chǎn)品感官影響較大。響應(yīng)面等高線呈橢圓形，說明白砂糖添加量和紅茶添加量的交互作用顯著。

圖7 白砂糖添加量和紅茶添加量對發(fā)酵飲料感官評價影響的曲面圖與等高線

2.2.4 驗證試驗

通過響應(yīng)面優(yōu)化試驗，預(yù)測得到紅茶菌萊陽梨發(fā)酵飲料的最優(yōu)工藝條件為紅茶添加量0.49%、白砂糖添加量8.90%、梨汁添加量53.06%，此條件下，發(fā)酵飲料的感官評分為91.1004分。考慮到試驗操作的可行性，調(diào)整為紅茶添加量0.5%、白砂糖添加量8.9%、梨汁添加量53%，進行3次平行驗證試驗，產(chǎn)品最終感官評分為90.37分，接近預(yù)測值，說明響應(yīng)面法優(yōu)化得到的紅茶菌萊陽梨發(fā)酵飲料的最佳工藝條件合理。

3 結(jié)論

在單因素試驗結(jié)果基礎(chǔ)上，通過響應(yīng)面法優(yōu)化得到紅茶菌萊陽梨發(fā)酵飲料的最優(yōu)工藝條件為紅茶添加量0.5%、白砂糖添加量8.9%、梨汁添加量53%，紅茶菌接種量8%，在30 ℃下進行發(fā)酵，發(fā)酵時間7 d。獲得的產(chǎn)品色澤均勻一致，呈橙黃色，具有紅茶菌發(fā)酵特有的風(fēng)味和萊陽梨的清香，酸甜適宜，口感醇厚，質(zhì)地細膩。