響應(yīng)面法優(yōu)化苦菜蛋白飲料生產(chǎn)工藝

馮談林，賀瑩，楊秦玉，韓淑雅

呂梁學(xué)院生命科學(xué)系（呂梁 033000）

苦菜，又名叫老鸛菜、苦荬，常見于田地、荒地或道路旁，以根和籽兒繁殖，有著很強(qiáng)的生長能力。在我國分布較廣，資源非常豐富[1]。此類植物分布較廣泛，具有較高的藥用品質(zhì)和增強(qiáng)自身免疫力的作用[2]?？嗖说幕瘜W(xué)成分主要包括黃酮類、倍半萜類、香豆素類、木脂素類，據(jù)《神農(nóng)本草經(jīng)》的記載，苦菜具有疏散風(fēng)熱、益氣養(yǎng)血、有利于腸胃吸收、健脾、消食之功效，臨床用于醫(yī)治腸道疾病、痔瘡等一系列紅腫熱痛的問題?？嗖司哂忻廊蒺B(yǎng)顏、護(hù)肝、降三高、抑腫瘤、調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)、消炎、殺菌等作用，對人體有諸多益處，能夠有效地調(diào)節(jié)機(jī)能代謝[3]。

苦菜蛋白飲品符合蛋白飲品向著排毒養(yǎng)顏、增強(qiáng)免疫力、抑腫瘤等保健方向的發(fā)展。苦菜蛋白飲料對廣大人民的身體健康有利，是蛋白飲料未來發(fā)展的一大突破，很有發(fā)展空間，有一定的市場價(jià)值，是今后飲料行業(yè)發(fā)展的主題[4]。試驗(yàn)研究的目的是將單一的苦菜蛋白與多種甜味劑進(jìn)行搭配，制作出比較酸甜適口的飲品，并保留苦菜中的營養(yǎng)價(jià)值，滿足人們?nèi)粘Ｉ畹幕拘枨骩5]。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

苦菜，采于山西呂梁田間；蜂蜜、白砂糖；檸檬酸，市售；酚酞、氯化鈉，分析純，天津鳳船化學(xué)試劑科技有限公司。

L550型離心機(jī)（金壇市恒豐儀器制造有限公司）；LDZX-50KBS高壓蒸汽滅菌鍋、F-020S超聲波清洗儀（上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）；BSA224S電子天平、PHS-3E pH計(jì)（上海精密化學(xué)儀器有限公司）。

1.2 試驗(yàn)研究方案

1.2.1 苦菜蛋白飲料生產(chǎn)工藝流程

1.2.2 操作要點(diǎn)

1.2.2.1 苦菜蛋白的制備

采用超聲波輔助提取法提取苦菜蛋白，取20 g干苦菜，按液料比（水-苦菜）40∶1（mL/g）進(jìn)行超聲波輔助提取，自然晾干得到苦菜蛋白[6]。

1.2.2.2 蜂蜜漿制備

將蜂蜜加飲用水煮沸5 min，液料比為1∶4（mL/g），這樣不僅可以使蛋白質(zhì)沉淀，祛除上浮的白色泡沫，使不良?xì)馕渡l(fā)，還可以抑制酶活性。

1.2.2.3 調(diào)配

按合適的配比依序加入苦菜蛋白、檸檬酸、蜂蜜漿、蛋白糖、白砂糖，用飲用水定容至160 mL，得到苦菜蛋白飲料調(diào)配液。

1.2.2.4 殺菌

將調(diào)配液進(jìn)行一次殺菌，采用巴氏滅菌法，趁熱灌裝。對罐裝后飲料進(jìn)行二次殺菌，二次殺菌采用90℃、15 min的條件[7]。

1.2.3 苦菜蛋白飲料的單因素試驗(yàn)

1.2.3.1 檸檬酸添加量對飲料品質(zhì)的影響

苦菜蛋白添加量為35%，蛋白糖添加量為0.03%，蜂蜜添加量為3%，白砂糖添加量為3%，分別添加0.05%，0.1%，0.15%，0.2%和0.25%的檸檬酸進(jìn)行試驗(yàn)，將飲料定容至160 mL，對配制好的飲料進(jìn)行感官評價(jià)[8]。

1.2.3.2 白砂糖添加量對飲料品質(zhì)的影響

檸檬酸添加量為0.1%，苦菜蛋白添加量為35%、蜂蜜添加量為3%，蛋白糖添加量0.03%，依次添加1%，2%，3%，4%和5%的白砂糖進(jìn)行試驗(yàn)，將飲料定容至160 mL，對配制好的飲料進(jìn)行感官評價(jià)。

1.2.3.3 苦菜蛋白添加量對飲料品質(zhì)的影響

檸檬酸添加量為0.1%，蛋白糖添加量為0.03%，蜂蜜添加量為3%，白砂糖添加量3%，依次添加25%，30%，35%，40%和45%的苦菜蛋白進(jìn)行試驗(yàn)，將飲料定容至160 mL，對配制好的飲料進(jìn)行感官評價(jià)[9-10]。

1.2.4 苦菜蛋白飲料響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素確定苦菜蛋白飲料配方最佳范圍的基礎(chǔ)上，采用其中三個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化。通過Design-Expert 8.0軟件，分析出最佳工藝方案。最后得到最佳試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行試驗(yàn)檢驗(yàn)[11-12]。響應(yīng)面分析試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 響應(yīng)面分析試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì) 單位：%

1.2.5 苦菜蛋白飲料感官評定

優(yōu)選10名評級員組成感官評定小組，對苦菜蛋白飲料進(jìn)行品嘗，然后評分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 苦菜蛋白飲料感官評分標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 苦菜蛋白飲料的單因素試驗(yàn)

2.1.1 不同檸檬酸添加量對飲料感官品質(zhì)的影響

由圖1可知：當(dāng)無水檸檬酸添加量在0.05%~0.1%之間時(shí)，苦菜蛋白飲料的感官評分隨著無水檸檬酸添加量的增加而升高；當(dāng)無水檸檬酸添加量在0.1%~0.3%之間時(shí)，苦菜蛋白飲料的感官評分隨著無水檸檬酸添加量的增加而下降；當(dāng)無水檸檬酸添加量為0.1%時(shí)，苦菜蛋白飲料的感官評分最高。因此無水檸檬酸添加量選定0.05%~0.15%，進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

圖1 不同檸檬酸添加量對飲料感官品質(zhì)的影響

2.1.2 不同白砂糖添加量對飲料感官品質(zhì)的影響

由圖2可知：當(dāng)白砂糖添加量在1%~4%時(shí)，苦菜蛋白飲料的感官評分隨著白砂糖添加量的增加而上升；當(dāng)白砂糖添加量在4%~5%之間時(shí)，苦菜蛋白飲料的感官評分隨著白砂糖添加量的增加而下降；當(dāng)白砂糖添加量為4%時(shí)，苦菜蛋白飲料的感官評分最高。因此白砂糖添加量選定2%~4%，進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

圖2 不同白砂糖添加量對飲料感官品質(zhì)的影響

2.1.3 不同苦菜蛋白添加量對飲料感官品質(zhì)的影響

由圖3可知：當(dāng)苦菜蛋白添加量在25%~35%之間時(shí)，苦菜蛋白飲料的感官評分隨著苦菜蛋白添加量的增加而上升；當(dāng)苦菜蛋白添加量在35%~45%之間時(shí)，苦菜蛋白飲料的感官評分隨著苦菜蛋白添加量的增加而下降；當(dāng)苦菜蛋白添加量為35%時(shí)，苦菜蛋白飲料的感官評分最高。因此白砂糖添加量選定25%~35%，進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

圖3 不同苦菜蛋白添加量對飲料感官品質(zhì)的影響

2.2 苦菜蛋白飲料配方響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

2.2.1 響應(yīng)面優(yōu)化方差分析

根據(jù)Box-Benhnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)了17組試驗(yàn)，以進(jìn)一步優(yōu)化試驗(yàn)方案。試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表3。

表3 苦菜蛋白飲料最佳工藝響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

使用Design-Expert 8.0對表3試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元回歸方程擬合，以各自因素為自變量，感官評分為響應(yīng)值，得出苦菜蛋白飲料的回歸模型方程：

響應(yīng)面結(jié)果方差分析結(jié)果見表4。

由表4可知：感官評價(jià)F=273.26（p＜0.01），說明感官評分建立的回歸方程模型極其顯著，模型的失擬項(xiàng)p=0.659 1（p＞0.05）不顯著，殘差均由隨機(jī)誤差引起；其中R2=0.997 2，說明響應(yīng)值感官評分的實(shí)際值與預(yù)測值之間具有良好的擬合度，Radj2=0.993 5，表明模型擬合度較好，可用于預(yù)測苦菜蛋白飲料的最佳組合實(shí)際情況。

表4 感官評價(jià)方差分析結(jié)果

由表4可知：因素A、B、C和二次項(xiàng)A2、B2、C2的p值均小于0.000 1，說明無水檸檬酸添加量、白砂糖添加量、苦菜蛋白添加量對苦菜蛋白飲料的感官評分有極其顯著的影響；交互項(xiàng)AB的p=0.047 9（p＜0.05），說明它的影響是顯著的；AC的p=0.817 7（p＞0.05），影響不顯著；BC的p=0.002 0（p＜0.01），說明它的影響是極其顯著的。根據(jù)各因素F值的大小可得，影響苦菜蛋白飲料感官評分的主次為白砂糖添加量＞無水檸檬酸添加量＞苦菜蛋白添加量。

2.2.2 響應(yīng)面曲面分析

響應(yīng)面曲面的坡度可反映該因素對苦菜蛋白飲料感官評價(jià)影響的大小程度。等高線圖的形狀表明變量間的交互作用是否顯著，橢圓等高線表明變量間的交互作用顯著，圓形等高線表明交互作用不顯著。

從圖4可以看出，當(dāng)白砂糖的添加量為3.62%、檸檬酸添加量為0.09%時(shí)，苦菜蛋白飲料的感官評分最高，檸檬酸相對于白砂糖來說對苦菜蛋白飲料的感官評分的影響不太顯著。由等高線分析可知，當(dāng)檸檬酸添加量不變時(shí)，沿著檸檬酸添加量變化的方向看，白砂糖添加量的等高線較密，說明白砂糖添加量對苦菜蛋白飲料感官評分的影響較顯著。

圖4 白砂糖添加量和檸檬酸添加量的交互作用對感官評分影響的響應(yīng)面及等高線圖

從圖5可以看出：當(dāng)苦菜蛋白的添加量為29.72%、無水檸檬酸添加量為0.09%時(shí)，苦菜蛋白飲料的感官評分最高，苦菜蛋白相對于無水檸檬酸來說對苦菜蛋白飲料的感官評分的影響不太顯著；由等高線分析可知，當(dāng)無水檸檬酸添加量不變時(shí)，沿著苦菜蛋白添加量變化的方向看，無水檸檬酸添加量的等高線較密，說明檸檬酸添加量對苦菜蛋白飲料感官評分的影響較顯著。

圖5 苦菜蛋白添加量和檸檬酸添加量的交互作用對感官評分影響的響應(yīng)面及等高線圖

從圖6可以看出：當(dāng)白砂糖的添加量為3.63%、苦菜蛋白添加量為29.72%時(shí)，苦菜蛋白飲料的感官評分最高，苦菜蛋白相對于白砂糖來說對苦菜蛋白飲料的感官評分的影響不太顯著；由等高線分析可知，當(dāng)白砂糖添加量不變時(shí)，沿著苦菜蛋白添加量變化的方向看，白砂糖添加量的等高線密集，說明白砂糖添加量對苦菜蛋白飲料感官評分的影響較顯著。

圖6 白砂糖添加量和苦菜蛋白添加量的交互作用對感官評分影響的響應(yīng)面及等高線圖

2.2.3 苦菜蛋白飲料的最佳配方

根據(jù)軟件的響應(yīng)面法得到苦菜蛋白飲料的最佳配方：檸檬酸添加量0.09%、苦菜蛋白添加量29.72%、白砂糖添加量3.62%。在此條件下，感官評分為90.98分?？紤]到工藝的易操作性，將苦菜蛋白飲料的最佳配方確定為檸檬酸添加量0.1%、苦菜蛋白添加量30%、白砂糖添加量4%，為了驗(yàn)證預(yù)測值與真實(shí)值之間的有效性，在最佳添加量的條件下進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，感官評分為89.9分，與理論值90.89分相接近，表明采用響應(yīng)面法優(yōu)化的苦菜蛋白飲料最佳工藝模型是可靠的。

3 結(jié)論

通過響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)得出苦菜蛋白飲料的最佳配方：檸檬酸添加量0.1%、苦菜蛋白添加量30%、白砂糖添加量4%。在最佳添加量的條件下，感官評分為89.9分。用此配方制得的苦菜蛋白飲料色澤呈淺棕色，口味酸甜可口，風(fēng)味獨(dú)特，具有苦菜香味和蜂蜜的香味，二者氣味協(xié)調(diào)濃郁，且含有一定量的蛋白質(zhì)，具有一定的市場開發(fā)前景。