酶促水解結(jié)合響應(yīng)面法優(yōu)化復(fù)合花茶飲料工藝

汪洪濤，謝 微

(江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 a.健康學(xué)院；b.江蘇省食品安全工程技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心，江蘇 南京 211168)

枇杷花，又叫土冬花。黃酮類、多酚類、三萜酸類是枇杷花的主要有效成分[1-3]，具有抑菌、止咳、抗氧化、化痰、抗炎、抗腫瘤及免疫調(diào)節(jié)等藥用價(jià)值[4-6]。

石榴花含有多種活性成分，其中以多糖類[7]、多酚、類黃酮和萜類為主[8]。研究表明，這些成分具有抗氧化、降血糖、降血脂、預(yù)防或治療冠心病等功效[9-11]。

羅漢果花是羅漢果的干燥雄花，含黃酮類化合物和多酚、糖類等活性成分，這些活性成分具有降血糖、抗炎癥、清除亞硝酸鹽、保護(hù)神經(jīng)等生理功效[12-14]。

目前市場(chǎng)上飲料種類層出不窮，只有不斷創(chuàng)新才能保證飲料產(chǎn)業(yè)的活力。天然健康的飲品需求逐漸成為各大品牌創(chuàng)新的推動(dòng)力。本文以石榴花、羅漢果花和枇杷花為原料研制一款新型復(fù)合花茶飲料，通過(guò)酶促水解工藝提高活性物質(zhì)的提取率，使復(fù)合花茶飲料具有多種保健功能。

1 材料與方法

1.1 主要材料

石榴花：購(gòu)于山東；枇杷花：購(gòu)于甘肅；羅漢果花：購(gòu)于廣西。原料花經(jīng)挑選、清洗，于60 ℃下烘干至恒重，粉碎過(guò)40目篩，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

白砂糖：購(gòu)于蘇果超市；食品級(jí)纖維素酶(綠色木酶，1萬(wàn)U/g)：南京森貝伽生物科技有限公司；檸檬酸、山梨醇、抗壞血酸：均為食品級(jí)，浙江多味化工有限公司。

1.2 主要儀器

GZX—9140MBE型數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；FW100高速萬(wàn)能粉碎機(jī)：天津市泰斯特儀器有限公司；FA1004B型電子分析天平：上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司；XMTD-204數(shù)顯恒溫水浴鍋：上海梅香儀器有限公司；FB-110Q高壓均質(zhì)機(jī)：上海勵(lì)途超高壓設(shè)備有限公司；SW-32D數(shù)顯糖度計(jì)：廣州市速為電子科技有限公司；SHB-III循環(huán)水多用途真空泵：上海比朗儀器有限公司。

1.3 加工工藝

1.3.1 工藝流程

復(fù)合花茶飲料加工工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 復(fù)合花茶飲料加工工藝流程

1.3.2 操作要點(diǎn)

原料酶促水解：分別稱取一定量的三種原料花粗粉放入三個(gè)錐形瓶中，按一定量的料液比加入純凈水浸泡12 h，然后在恒溫60 ℃的水浴鍋內(nèi)進(jìn)行保溫酶促水解，接著用循環(huán)水真空泵分別將三種花酶解液進(jìn)行二次抽濾，合并濾液后定容備用。

調(diào)配：將三種酶促水解液按一定比例混合，添加適量的VC、山梨醇、檸檬酸、白砂糖，混合溶解后備用。

均質(zhì)：將調(diào)配均勻的茶飲料在30 MPa壓力下均質(zhì)兩次。

滅菌：用玻璃瓶灌裝后，在90 ℃下殺菌10～15 min，冷卻后即為成品。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 原料酶促水解液的制備

準(zhǔn)確稱取石榴花粉、羅漢果花粉和枇杷花粉各1 g，分別置于3個(gè)錐形瓶中，按1∶50(g/mL)的料液比向每個(gè)錐形瓶中加入純凈水，在室溫且避光的條件下浸泡12 h。在酶的最適溫度60 ℃、pH6.0條件下，加入一定量的復(fù)合纖維素酶(質(zhì)量比3%)，保溫酶促水解1 h。將三種酶促水解液進(jìn)行二次抽濾，合并濾液后分別定容至100 mL，密封冷藏備用。最后將三種濾渣于105 ℃下烘干至恒重，分別計(jì)算出原料的利用率，公式如下：

原料的利用率(%)=

1.4.1.1 原料酶促水解液制備單因素實(shí)驗(yàn)

以原料利用率作為考察指標(biāo)，其他條件不變，分別改變料液比(1∶35、1∶40、1∶45、1∶50、1∶55 g/mL)、酶添加量(1%、2%、3%、4%、5%)、酶促水解時(shí)間(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h)，考察這些因素對(duì)原料利用率的影響。

1.4.1.2 原料酶促水解液制備響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以原料利用率作為考察指標(biāo)，利用Design Expert 8.0響應(yīng)面優(yōu)化軟件進(jìn)行試驗(yàn)，確定石榴花、羅漢果花、枇杷花三種酶促水解液的最佳制備工藝參數(shù)。

1.4.2 花茶飲料配方的確定

1.4.2.1 花茶飲料基本配方

按比例量取三種酶促水解液進(jìn)行混合，確保酶促水解液的總體積不變，加入純凈水定容到500 mL，然后加入0.3%山梨醇、0.02%抗壞血酸、5%白砂糖、0.04%檸檬酸，最后根據(jù)工藝流程制備飲料。

1.4.2.2 花茶飲料配方單因素實(shí)驗(yàn)

以感官評(píng)分作為考察指標(biāo)，其他條件不變，分別改變白砂糖添加量、檸檬酸添加量和酶促水解液的比例，考察這些因素對(duì)飲料感官評(píng)分的影響。

1.4.2.3 花茶飲料配方響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面優(yōu)化軟件進(jìn)行試驗(yàn)，確定復(fù)合花茶飲料的最佳配方。響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表1。

表1 Box-Behnken 設(shè)計(jì)因素水平

1.4.2.4 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合本產(chǎn)品的特點(diǎn)，制定了復(fù)合花茶飲料感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。請(qǐng)10名不同年齡、性別的食品專業(yè)學(xué)生根據(jù)感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)分，最后取評(píng)分的平均值。感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.4.3 花茶飲料理化指標(biāo)和微生物指標(biāo)的測(cè)定

按照GB 12456—2021《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總酸的測(cè)定》進(jìn)行總酸的檢測(cè)；采用SW-32D數(shù)顯糖度計(jì)測(cè)定茶飲料中可溶性固形物含量；按照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—2021《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 預(yù)包裝食品中致病菌限量》測(cè)定飲料中相關(guān)微生物指標(biāo)。

1.4.4 數(shù)據(jù)分析與處理

采用EXCEL2010軟件和Design Expert 8.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，每組試驗(yàn)重復(fù)3次(結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示)。

2 結(jié)果與分析

2.1 原料酶促水解液的制備

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果，分別得到三種原料酶促水解的最佳工藝參數(shù)和原料利用率，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 三種原料酶促水解的最佳工藝參數(shù)和原料利用率

由表3可知，石榴花的酶解時(shí)間最短，原料利用率最高，而枇杷花的原料利用率最低。出現(xiàn)此現(xiàn)象的主要原因是枇杷花的花莖較多，難以水解，而石榴花以花瓣為主，容易被酶水解。

2.2 花茶飲料配方的確定

2.2.1 白砂糖添加量對(duì)飲料感官評(píng)分的影響

在其他條件不變的情況下，將白砂糖添加量分別設(shè)定為1%、2%、3%、4%、5%進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 白砂糖添加量對(duì)飲料感官評(píng)分的影響

從圖2可以看出，隨著飲料含糖量的增加，感官評(píng)分也逐漸升高。白砂糖添加量為4%時(shí)，飲料甜度適當(dāng)，口感清爽，感官評(píng)分最高。因此，選擇白砂添加量3%、4%、5%作為響應(yīng)面試驗(yàn)的水平參數(shù)。

2.2.2 檸檬酸添加量對(duì)飲料感官評(píng)分的影響

在其他條件不變的情況下，將檸檬酸添加量分別設(shè)定為0.01%、0.025%、0.04%、0.055%、0.07%進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 檸檬酸添加量對(duì)飲料感官評(píng)分的影響

從圖3可以看出，感官評(píng)分總體呈下降趨勢(shì)。檸檬酸添加量為0.025%時(shí)，飲料酸甜可口，感官評(píng)分最高。因此，選擇檸檬酸添加量0.01%、0.025%、0.04%作為響應(yīng)面試驗(yàn)的水平參數(shù)。

2.2.3 酶促水解液比例對(duì)飲料感官評(píng)分的影響

在其他條件不變的情況下，將石榴花、羅漢果花、枇杷花的酶促水解液比例分別設(shè)定為2∶2∶2、1∶2∶3、1∶3∶2、2∶1∶3、3∶1∶2、3∶2∶1、2∶3∶1(mL∶mL∶mL)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 酶促水解液比例對(duì)飲料感官評(píng)分的影響

從圖4可以看出，石榴花、羅漢果花、枇杷花的酶促水解液比例為1∶3∶2時(shí)，感官評(píng)分最高。因此，選擇酶促水解液比例1∶2∶3、1∶3∶2、2∶1∶3作為響應(yīng)面試驗(yàn)因素的水平參數(shù)。

2.2.4 飲料配方的響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果及分析

飲料配方響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)方案及結(jié)果見(jiàn)表4。通過(guò)軟件分析得出回歸方程為：Y=92.00-1.75A+4.75B-1.25C-1.50AB-1.00AC+2.00BC-5.50A2-6.50B2-5.00C2。根據(jù)回歸方程進(jìn)行方差分析及顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5。

表4 飲料配方響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)方案及結(jié)果

表5 飲料配方響應(yīng)面方差分析結(jié)果

由表5可知，模型F值為156.56，P<0.0001，說(shuō)明二次項(xiàng)具有顯著性差異和統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。失擬項(xiàng)P為0.4789，說(shuō)明失擬項(xiàng)與回歸模型沒(méi)有顯著性差異。決定系數(shù)R2=0.9951，說(shuō)明該模型能解釋99.51%的響應(yīng)值變化，擬合程度較好，可以采用此模型對(duì)飲料配方進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。各因素對(duì)花茶飲料感官評(píng)分的影響從大到小依次為：B(白砂糖添加量)>A(酶促水解液比例)>C(檸檬酸添加量)。

酶解液比例、白砂糖添加量、檸檬酸添加量三因素的交互作用對(duì)飲料感官評(píng)分的影響見(jiàn)圖5。

從圖5可以看出：固定檸檬酸添加量，隨著酶解液比例的改變和白砂糖添加量的增加，飲料感官評(píng)分先升高后降低；固定白砂糖添加量，隨著酶解液比例的改變和檸檬酸添加量的增加，飲料感官評(píng)分先升高后降低；固定酶解液比例，隨著檸檬酸和白砂糖添加量的增加，飲料感官評(píng)分先升高后降低；曲面坡度陡峭程度明顯。

圖5 三因素交互作用對(duì)飲料感官評(píng)分的影響

2.2.5 飲料配方的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

利用響應(yīng)面軟件分析得出飲料的最佳配方：酶促水解液比例1∶3∶2，白砂糖添加量4.39%，檸檬酸添加量0.02%，飲料感官評(píng)分為93.11分。考慮到實(shí)際操作，將白砂糖添加量調(diào)整為4.5%，進(jìn)行5次平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。最終得到的茶飲料感官評(píng)分為92.50分，和預(yù)測(cè)值相差很小，說(shuō)明這個(gè)配方是可行的。

2.2.6 飲料質(zhì)量指標(biāo)分析

飲料相關(guān)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6。復(fù)合花茶飲料總酸為5.23 g/L，可溶性固形物含量為7.85%，Vc為190.26 mg/L，富含多酚類和黃酮類活性成分；各項(xiàng)微生物指標(biāo)均在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的安全檢出限內(nèi)。

表6 飲料質(zhì)量指標(biāo)

3 結(jié)論

通過(guò)復(fù)合纖維素酶解工藝，提高了三種原料花的利用率，使酶解液中的活性成分充分溶出。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)得出飲料的最佳配方：石榴花、羅漢果花、枇杷花的酶促水解液比例為1∶3∶2，再添加0.3%山梨醇、0.02%抗壞血酸、4.5%白砂糖、0.02%檸檬酸。復(fù)合花茶飲料色澤純正、香味濃郁協(xié)調(diào)、酸甜可口、無(wú)沉淀析出，感官評(píng)分高達(dá)92.5分，并且富含黃酮類和多酚類活性成分。