響應(yīng)面法優(yōu)化原味圣女果罐頭工藝

白建，沈輝，蘇喜君

1. 呂梁學(xué)院生命科學(xué)系（呂梁 033001）；2. 石樓縣冠通食品有限公司（石樓 032500）

圣女果又被稱為櫻桃番茄[1]。圣女果富含番茄紅素、維生素、礦物質(zhì)等多種營(yíng)養(yǎng)成分，具有生津止渴、健胃消食、清熱解毒、涼血平肝、補(bǔ)血養(yǎng)血和增進(jìn)食欲等功效[2]。圣女果中含有的番茄紅素是一種抗氧化劑，對(duì)美容養(yǎng)顏、增強(qiáng)抵抗力有很大的功效[3-4]。

罐頭食品是將符合要求的原料經(jīng)處理、分選、修整、裝罐（包括馬口鐵罐、玻璃罐、復(fù)合薄膜袋或其他包裝材料容器）、密封、殺菌、冷卻而制成的具有一定真空度的罐藏食品[5]。罐頭食品采用商業(yè)無(wú)菌技術(shù)，故能常溫下較長(zhǎng)期存放。

試驗(yàn)以圣女果為主要原料，結(jié)合文獻(xiàn)[6-7]，不添加任何防腐劑，研制出即食原味圣女果罐頭，為圣女果的開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

圣女果，來(lái)自山西省呂梁市離石區(qū)石樓縣龍尚莊自種旱地；氯化鈣、羧甲基纖維素鈉，購(gòu)于河南萬(wàn)邦化工科技有限公司。

1.2 主要試驗(yàn)儀器與設(shè)備

EB-4A電磁爐（格妮思電器有限公司）；GT7C 720高壓殺菌鍋（滑縣紅太陽(yáng)醫(yī)療器械有限公司）；FA114A電子秤（廣東豪晟科學(xué)儀器有限公司）；TMS-PILOT質(zhì)構(gòu)儀（北京盈盛恒泰科技有限公司）。

1.3 工藝流程[8]

旱地圣女果→挑選、清洗→漂燙去皮→固化液處理→漂洗→裝罐→脫氣→封罐→殺菌→冷卻→成品

1.3.1 挑選、清洗挑選果實(shí)飽滿、沒(méi)有裂痕的圣女果，用流動(dòng)水沖洗其表面雜質(zhì)并去除蒂梗。

1.3.2 燙漂去皮將清洗好的圣女果放入105 ℃水中持續(xù)1 min。將燙漂好的圣女果迅速放入冷水中冷卻，剝?nèi)ネ馄?，并?duì)果實(shí)外表進(jìn)行修整，剔除在加工過(guò)程中被破壞且不美觀的果實(shí)。

1.3.3 固化液處理

將去皮后的圣女果放入0.5%氯化鈣硬化5 min。

1.3.4 漂洗圣女果硬化處理后，用流動(dòng)冷水進(jìn)行漂洗，除去殘留的氯化鈣。

1.3.5 裝罐

圣女果裝罐量為凈重的62%。加入3%羧甲基纖維素鈉，用紗布過(guò)濾，湯汁溫度保持在95 ℃以上。圣女果裝罐后灌入湯汁，并按規(guī)定留出1 cm左右頂隙。

1.3.6 脫氣、封罐、殺菌

排氣過(guò)程與殺菌同時(shí)進(jìn)行。采用熱力法對(duì)裝罐后的產(chǎn)品進(jìn)行排氣，當(dāng)罐中心溫度達(dá)到85 ℃時(shí)，用殺菌過(guò)的瓶蓋迅速密封。

1.3.7 冷卻

將封蓋后的玻璃罐頭倒置，采用分段冷卻方法使玻璃罐頭迅速冷卻至室溫。

溫度降到100 ℃以下，可以用60 ℃左右的溫水來(lái)降溫；溫度降到80 ℃以下，可以用40 ℃左右的溫水來(lái)降溫；溫度降到60 ℃以下，相對(duì)比較安全，可以用20 ℃左右的涼水來(lái)降溫；一般產(chǎn)品冷卻到40 ℃以下就可以算冷卻完成。

1.3.8 成品

冷卻后進(jìn)行感官評(píng)分，檢驗(yàn)合格即為成品。

1.4 原味圣女果罐頭的感官評(píng)價(jià)

由10名受過(guò)培訓(xùn)的食品品評(píng)師組成評(píng)估小組進(jìn)行打分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 原味圣女果罐頭感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[9]

1.5 單因素試驗(yàn)

以感官評(píng)價(jià)為指標(biāo)，參考文獻(xiàn)[10-11]，對(duì)圣女果罐頭加工工藝進(jìn)行改進(jìn)。分別選取圣女果添加量（58%，60%，62%，64%和66%）、氯化鈣添加量（0.3%，0.4%，0.5%，0.6%和0.7%）、羧甲基纖維素鈉添加量（1%，2%，3%，4%和5%）進(jìn)行單因素試驗(yàn)，每組因素添加量的中間值為固定添加量。

1.6 響應(yīng)面試驗(yàn)

按單因素試驗(yàn)，選擇圣女果添加量、氯化鈣添加量和羧甲基纖維素鈉添加量作為自變量，將所得感官評(píng)分作為響應(yīng)值Y，再根據(jù)Box-Benhnken對(duì)原味圣女果罐頭進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 單位：%

1.7 數(shù)據(jù)處理

采用Graph Pad Prism 8繪制單因素測(cè)試圖，采用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)響應(yīng)面進(jìn)行優(yōu)化分析。

2 結(jié)果分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 圣女果添加量對(duì)罐頭的影響

由圖1可知，圣女果罐頭的感官評(píng)分隨著圣女果添加量的增加而增大，添加量在62%時(shí)分值最大，說(shuō)明固形物含量適當(dāng)時(shí)，在保藏期內(nèi)形狀不會(huì)發(fā)生改變，圣女果罐頭整體美觀。固形物過(guò)少時(shí)，圣女果間隔太大不美觀。添加量在62%～70%之間，感官評(píng)分逐漸降低，由于固形物過(guò)多，圣女果受到擠壓，形狀發(fā)生改變，且灌注液少不利于保存，所以感官評(píng)分降低。故選擇58%，62%和66%的圣女果添加量，以62%作為響應(yīng)面設(shè)計(jì)中心點(diǎn)。

圖1 圣女果添加量對(duì)感官評(píng)分的影響

2.1.2 氯化鈣添加量對(duì)罐頭的影響

由圖2可知，圣女果罐頭的感官評(píng)分隨著氯化鈣添加量的增加先增大后減小，添加量在0.5%時(shí)評(píng)分分值最大，說(shuō)明0.5%氯化鈣硬化劑硬化效果最佳。當(dāng)添加量小于0.5%時(shí)，圣女果表面柔軟，質(zhì)量下降。相反，當(dāng)添加量大于0.5%時(shí)，會(huì)生成過(guò)多的果膠酸鈣或部分纖維素鈣化，使產(chǎn)品質(zhì)地粗糙，影響罐頭的視覺(jué)。故選擇0.4%，0.5%和0.6%的氯化鈣添加量，以0.5%作為響應(yīng)面設(shè)計(jì)中心點(diǎn)。

圖2 氯化鈣添加量對(duì)感官評(píng)分的影響

2.1.3 羧甲基纖維素鈉添加量對(duì)罐頭的影響

由圖3可知，圣女果罐頭的感官評(píng)分隨著羧甲基纖維素鈉添加量的增加先增大后減小，添加量在3%時(shí)評(píng)分分值最大，說(shuō)明3%羧甲基纖維素鈉增稠劑使原汁色澤均勻。當(dāng)添加量小于3%時(shí)，果實(shí)沉淀嚴(yán)重。當(dāng)添加量大于3%時(shí)，灌注液渾濁不美觀。故選擇2%，3%和4%的羧甲基纖維素鈉添加量，以3%作為響應(yīng)面設(shè)計(jì)中心點(diǎn)。

圖3 羧甲基纖維素鈉添加量對(duì)感官評(píng)分的影響

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果

通過(guò)Design-Expert.V 8.0.6軟件，對(duì)表3中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，擬合得出原味圣女果罐頭的感官評(píng)分（Y）關(guān)于圣女果添加量（A）、氯化鈣添加量（B）、CMC-Na添加量（C）的多元二次回歸方程：

表3 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

Y=-2 585.201 12+15.026 80A+101.233 75B+12.808 10C+0.040 750AB-0.048 200AC-0.072 750BC-0.229 44A2-1.120 87B2-0.201 04C2

由表4可知，回歸模型p＜0.000 1，表明此模型具有顯著性，具有一定的意義。失擬項(xiàng)0.301 9＞0.05，具有不顯著性，表明此模型擬合度好，誤差較小。模型相關(guān)性R2=0.994 9，說(shuō)明相關(guān)度很好，具有可信度，能用于配方優(yōu)化的預(yù)測(cè)。

表4表明，對(duì)圣女果罐頭的感官評(píng)分結(jié)果有極顯著影響（p＜0.01）的因素是一次項(xiàng)A、C，交互項(xiàng)AC，以及平方項(xiàng)A2、B2、C2。而對(duì)該圣女果罐頭感官評(píng)分有顯著影響（p＜0.05）的因素是一次項(xiàng)B與交互項(xiàng)BC。按影響感官評(píng)分結(jié)果排序：CMC-Na添加量（C）＞圣女果添加量（A）＞氯化鈣添加量（B）。

表4 Box-Behnken試驗(yàn)方差分析

2.3 多因素交互作用結(jié)果

利用Design-Expert. V 8.0.6響應(yīng)面軟件分別對(duì)各因素兩兩分析，見(jiàn)圖4～圖6。由圖4可知，等高線的形狀呈圓形，表明因素A（圣女果添加量）與因素B（氯化鈣添加量）相互作用不顯著。3D圖顏色變化緩慢，表示曲線坡度平緩，能看出A和B對(duì)響應(yīng)值Y（感官評(píng)分）無(wú)顯著影響。

圖4 因素A和因素B交互作用的3D曲面圖和等高線圖

由圖5可知，等高線的形狀呈橢圓形，表明因素A（圣女果添加量）與因素C（CMC-Na添加量）相互作用極顯著。3D圖顏色變化特別快，表示曲線坡度很大，能看出A和C對(duì)響應(yīng)值Y（感官評(píng)分）具有極顯著影響。

圖5 因素A和因素C交互作用的3D曲面圖和等高線圖

由圖6可知，等高線的形狀呈橢圓形，表明因素B（氯化鈣添加量）與因素C（CMC-Na添加量）相互作用顯著。3D圖顏色變化較快，表示曲線坡度大，能看出B和C對(duì)響應(yīng)值Y（感官評(píng)分）影響顯著。

圖6 因素B和因素C交互作用的3D曲面圖和等高線圖

2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)

由響應(yīng)面軟件處理數(shù)據(jù)后得到最優(yōu)試驗(yàn)配方：圣女果添加量61.88%、氯化鈣添加量0.51%、CMC-Na添加量2.91%，在此條件下感官評(píng)分為86.23分。根據(jù)實(shí)際情況，將最佳原味圣女果罐頭配方調(diào)整為圣女果添加量62%、氯化鈣添加量0.5%、CMC-Na添加量3%。為了驗(yàn)證模型的可靠性與準(zhǔn)確性，在此情況中進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，得到的感官評(píng)分結(jié)果為86.20分，與預(yù)測(cè)值86.23分相比，相對(duì)誤差為0.03%。表明原味圣女果罐頭的最優(yōu)工藝是相當(dāng)可靠的。

3 結(jié)論

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)多次的感官檢驗(yàn)，并利用響應(yīng)面法對(duì)原味圣女果罐頭進(jìn)行分析后，得出影響原味圣女果罐頭的感官評(píng)分的順序：CMC-Na添加量＞圣女果添加量＞氯化鈣添加量。原味圣女果罐頭的最優(yōu)工藝配方為圣女果添加量62%、氯化鈣添加量0.5%、CMC-Na添加量3%。在此條件下制作的原味圣女果罐頭清澈透明，顏色鮮艷。該試驗(yàn)為圣女果的綜合利用增添了一種途徑，具有一定的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。