響應(yīng)面法優(yōu)化線葉金雀花固體飲料配方

高曉雪 宮建輝 吳建松 劉靖 馬雪艷 孫丹

摘 要：目的：以線葉金雀花為原料，經(jīng)過提取濃縮、干燥、制粒工藝得到固體飲料。方法：添加合適的甜味劑和酸味劑改善風味，對固體飲料的顆粒粒度、色澤、滋味、溶化程度進行綜合感官評價，利用單因素和響應(yīng)面試驗優(yōu)化線葉金雀花干粉的固體飲料配方。結(jié)果：線葉金雀花固體飲料的最優(yōu)配方為麥芽糊精添加量30.50%、木糖醇添加量10.75%、甜菊糖苷添加量為2.20%、蘋果酸添加量為24.50%。結(jié)論：在此工藝條件下，得出線葉金雀花固體飲料感官評價分值為90.1分，該配方得到的固體飲料茶，綜合感官品質(zhì)好，這與模型預(yù)測感官評分值基本相同，制得的固體飲料，口感酸甜，色澤澄清，感官品質(zhì)較好。

關(guān)鍵詞：線葉金雀花;固體飲料;配方

Optimization of Solid Beverage Formulation of Threadleaf Broom by Response Surface Methodology

GAO Xiaoxue， GONG Jianhui， WU Jiansong， LIU jing， MA Xueyan， SUN dan

（R&d Center of Beijing Zimeitang Biotechnology Co.， Ltd.， Beijing 100041， China）

Abstract： Objective： The solid beverage is obtained by extracting， concentrating， drying and granulating by using the threadleaf broom as raw material. Method： The solid beverage was prepared by adding appropriate sweetener and sour agent to improve the flavor of broom tea. The particle size， color， taste and degree of dissolution of the solid beverage were evaluated comprehensively. The solid beverage formula of broom tea dry powder was optimized by single factor and response surface experiment. Result： The optimal formula of the solid beverage was 30.50% maltodextrin， 10.75% xylitol， 2.20% stevia and 24.50% malic acid. Conclusion： under this process condition， the sensory evaluation score of the leaf solid beverage is 90.1. The solid beverage tea obtained from the formula has good comprehensive sensory quality， which is basically the same as the sensory score value predicted by the model. The solid beverage made has sweet and sour taste， clear color and good sensory quality.

Keywords： threadleaf broom; solid beverage; formulation

線葉金雀花是一種擁有300多年的食用歷史的南非西開普頓特有植物，全球已超過37個國家銷售，由于此茶不含咖啡因，且具有顯著的抗氧化活性，一直受到消費者歡迎[1-2]。除此之外，隨著臨床研究發(fā)現(xiàn)，線葉金雀花具有保護心血管[3]、降血糖[4]、抗炎作用[5]等保健作用，越來越吸引消費者購買其相關(guān)產(chǎn)品。目前將線葉金雀花作為飲料、食品、保健品和化妝品市場的提取物也成了近年來市場關(guān)注的熱點，線葉金雀花因含有少量單寧等物質(zhì)，所以口感伴有微弱的苦澀感[2]。本研究為了開發(fā)一種由線葉金雀花有效成分提取濃縮制成的固體飲料，該劑型不僅具有營養(yǎng)豐富、風味良好、易于攜帶保存、方便飲用等優(yōu)點，可為市場提供一種天然功效沖調(diào)飲料[6]。同時推動線葉金雀花精深加工、產(chǎn)品多樣化的發(fā)展起到積極意義。

消費者對于食品的接受程度與風味和功效密切相關(guān)，而對功效食品來說，其風味起著決定性作用[7]。因此本研究以線葉金雀花為原料，經(jīng)過過濾、巴氏殺菌、提取等工藝得到固體飲料，通過感官評價結(jié)合響應(yīng)面法對產(chǎn)品配方進行分析優(yōu)化，制成一款外觀及風味良好的線葉金雀花固體飲料，為線葉金雀花的深加工提供思路，同時為線葉金雀花固體飲料的生產(chǎn)提供一種參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

線葉金雀花原料由青島匯百萃生物科技有限公司提供;木糖醇、甜菊糖苷、麥芽糊精食品級，均購自浙江旗諾食品配料有限公司。

DTS50-500系列小型多能提取濃縮回收機組購自常熟市春來機械有限公司;SZ型蒸汽巴氏殺菌生產(chǎn)設(shè)備購自諸城神州機械科技有限公司;小型噴霧干燥機QFN-8000T;SYH搖擺式混合機速混合設(shè)備;XZL系列旋轉(zhuǎn)制粒機;JK-420AZ自動顆粒包裝機均購自佛山市吉客蜜蜂自動化設(shè)備有限公司;熱風循環(huán)烘箱購自常州市蘇龍干燥設(shè)備有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 線葉金雀花固體飲料工藝流程

線葉金雀花固體飲料工藝流程為線葉金雀花→蒸汽加熱浸泡→分離過濾→冷卻→分離→濃縮→冷卻→蒸汽巴氏殺菌→濃縮→噴霧干燥→復(fù)配（添加粘合劑與矯味劑）→干混→造粒→標準化→干燥→半成品→檢驗→包裝→成品。

1.2.2 操作要點

上述工藝過程中線葉金雀花在巴氏殺菌期間溫度為85 ℃，處理時間為20 min左右。原輔料干粉通過混合機混合時長大概15 min，通過酒精制軟材，目篩規(guī)格選用15目，烘箱溫度為50 ℃干燥3 h左右，取出后置于干燥處，將自動封口包裝機溫度調(diào)至100 ℃，包裝規(guī)格按照每袋凈含量6 g進行包裝，得到成品。

1.2.3 單因素試驗分析

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，本試驗通過麥芽糊精用量，木糖醇用量，甜菊糖苷用量，蘋果酸用量為響應(yīng)值，進行單因素試驗，確定單因素具有代表性水平用量范圍，利用Design Expert 設(shè)計4因素3水平的響應(yīng)面試驗，探究輔料添加量對線葉金雀花固體飲料的感官影響。本配方的主要目的為改善線葉金雀花茶當中微弱的苦澀口感，同時豐富固體飲料茶的口味，通過優(yōu)化矯味劑的添加量改善固體飲料的風味。

（1）麥芽糊精添加量。根據(jù)前期預(yù)試驗，在線葉金雀花浸膏干粉添加量為38%，木糖醇添加量為10%，甜菊糖苷添加量為5%，蘋果酸添加量為22%，分別加入麥芽糊精用量為15%、20%、25%、30%及35%，于100 mL溫度為40 ℃溫水中均勻攪拌，調(diào)配成5種麥芽糊精用量不同的固體飲料，為探討不同麥芽糊精用量對固體飲料感官品質(zhì)的影響。

（2）木糖醇添加量。根據(jù)前期預(yù)試驗，在線葉金雀花浸膏干粉添加量為38%，麥芽糊精添加量為25%，甜菊糖苷添加量為5%，蘋果酸添加量為22%，分別加入木糖醇用量為0%、5%、10%、15%及20%;于100 mL溫度為40 ℃溫水中均勻攪拌，調(diào)配成5種木糖醇用量不同的固體飲料，為探討不同木糖醇用量對固體飲料感官品質(zhì)的影響。

（3）甜菊糖苷添加量。根據(jù)前期預(yù)試驗，在線葉金雀花浸膏干粉添加量為38%，麥芽糊精添加量為25%，木糖醇添加量為10%，蘋果酸添加量為22%，分別加入甜菊糖苷不同用量0%、2.5%、5.0%、7.5%及10.0%;于100 mL溫度為40 ℃溫水中均勻攪拌，調(diào)配成5種甜菊糖苷用量不同的固體飲料，為探討不同甜菊糖苷用量對固體飲料感官品質(zhì)的影響。

（4）蘋果酸添加量。根據(jù)前期預(yù)試驗，在線葉金雀花浸膏干粉添加量為38%，麥芽糊精添加量為25%，木糖醇添加量為10%，甜菊糖苷添加量為5%，分別加入蘋果酸不同用量15%、20%、25%、30%和35%;于100 mL溫度為40 ℃溫水中均勻攪拌，調(diào)配成5種蘋果酸用量不同的固體飲料，為探討不同蘋果酸添加量對固體飲料感官品質(zhì)的影響。

1.2.4 響應(yīng)面優(yōu)化試驗

響應(yīng)面設(shè)計中A為麥芽糊精添加量，B為木糖醇添加量，C為甜菊糖苷添加量，D為蘋果酸添加量，其因素與水平見表1。

1.2.5 感官評價

選擇12位經(jīng)過專業(yè)訓練的樣品感官評定人員，年齡位于20～40歲，對線葉金雀花固體飲料觀察后在6 g固體飲料中添加100 mL溫水進行沖調(diào)，以固體飲料的粒度、色澤、滋味及溶化程度4個指標進行感官評價，以百分制評分，感官評價標準見表2。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本文通過IBM SPSS Statistics 26、Microsoft Excel、Design Expert進行數(shù)據(jù)分析處理、繪圖制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗分析

2.1.1 麥芽糊精對線葉金雀花固體飲料綜合感官評分影響

由圖1可知，隨著麥芽糊精用量增加，感官評分呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。當添加量為30%時，此時感官評分最高為86.7分。當添加量低于30%時，隨著添加量的增加，麥芽糊精作為固體飲料的賦形劑和矯味劑有改善顆粒形狀及口感[8]，但當用量大于30%時，麥芽糊精黏性變大，破壞顆粒的成型度，口感也會偏甜，使整體感官品質(zhì)下降。因此，麥芽糊精添加量為30%時最合適。

2.1.2 木糖醇對線葉金雀花固體飲料綜合感官評分影響

由圖2可知，隨著木糖醇用量增加，感官評分呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。當其添加量為10%時，感官評分最高達到80.4分。當添加量低于10%時，隨著添加量的增加，木糖醇是替代蔗糖作為矯味劑可使飲料變得甜味純正、清爽冰涼;但是當用量大于10%時，隨著木糖醇的添加，線葉金雀花固體飲料的顆粒硬度會增大，口感過甜，造成感官評價下降[9]。因此，木糖醇添加量為10%最合適。

2.1.3 甜菊糖苷對線葉金雀花固體飲料綜合感官評分影響

由圖3可知，感官評分隨著甜菊糖苷添加量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，當甜菊糖苷的用量在2.5%時，感官最好，感官評分為83.2分。甜菊糖苷是高甜度的甜味劑，甜感悠長，可以有效掩蓋茶的苦澀感[10]。當添加量為0%～2.5%時，因線葉金雀花茶具有微小的苦澀味，使甜菊糖苷增甜不夠明顯，當2.5%<甜菊糖苷添加量<5.0%時，甜味逐漸增加;但當添加量超過2.5%時，口感過甜且后味重。因此，甜菊糖苷最適添加量為2.5%。

2.1.4 蘋果酸對線葉金雀花固體飲料綜合感官評分影響

由圖4可知，感官評分隨著蘋果酸添加量的增加表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，添加量為25%時，感官評分最高分達到88.5分。蘋果酸作為酸味劑，味覺自然獨特，與天然果實的酸味特征相比擬，具有天然果香味，與檸檬酸相比，產(chǎn)生的熱量更低，口味更好[11]。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗設(shè)計及結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)試驗結(jié)果

根據(jù)表1的響應(yīng)面優(yōu)化試驗的因素水平，通過Box-Behnken模型設(shè)計4因素3水平輔料添加量的試驗，結(jié)果見表3。以感官評分為響應(yīng)值，建立多元回歸模型，感官評分回歸方程為Y=89.08+0.63A+2.02B-0.97C-0.77D-1.17AB-1.02AC-2.75AD-0.98BC+2.05BD+4.25CD-4.55A2-6.2B2-6.4C2-5.68D2。

2.2.2 響應(yīng)面試驗數(shù)據(jù)處理及數(shù)值分析

由表4可知，對回歸方程結(jié)果進行方差分析發(fā)現(xiàn)，響應(yīng)面回歸模型中F=75.46且p<0.000 1，說明試驗中所采用的二次模型極為顯著;失擬項F=2.55，p=0.190 5>0.05，則表明模型與純誤差之間的關(guān)聯(lián)不顯著，該模型具有較高可靠性。該回歸模型的決定系數(shù)R2為0.986 9，校正系數(shù)R2adj為0.973 8，能夠解釋試驗有97.38%符合模型，且預(yù)測相關(guān)系數(shù)R2pred=0.932 1，說明此試驗?zāi)Ｐ团c真數(shù)據(jù)擬合程度良好，具有實踐指導意義，由此可以用該模型分析和預(yù)測線葉金雀花固體飲料茶制備的最優(yōu)工藝條件。交互項BD、CD、AD對感官評價的影響極顯著（p<0.01），二次項A2、B2、C2、D2對感官評價產(chǎn)生極顯著影響（p<0.01）。根據(jù)表中各個因素的F值，說明各因素對感官評價影響大小順序為B（木糖醇）>C（甜菊糖苷）>D（蘋果酸）>A（麥芽糊精）。

響應(yīng)面與等高線圖可以表征各因素之間的交互作用，橢圓形等高線表示兩因素之間的交互作用明顯，圓形則表示兩因素之間的交互作用不明顯[12-13]。由圖5～10可知，AD、BD和CD的等高線圖接近于橢圓，說明兩因素之間交互作用極顯著（p<0.01），即麥芽糖和蘋果酸之間、木糖醇和蘋果酸之間、蘋果酸和甜菊糖苷之間的影響顯著;而其他因素的等高線圖接近于圓形，則說明麥芽糖和木糖醇之間、麥芽糖和甜菊糖苷之間、木糖醇和甜菊糖苷之間的影響顯著性不明顯?；貧w方程模型的方差分析結(jié)果與響應(yīng)面圖反映的各因素之間的交互作用結(jié)果一致。

2.2.3 最優(yōu)工藝條件試驗驗證

通過響應(yīng)面分析可以得到產(chǎn)品感官評價達到最高點時的最佳配比為麥芽糊精添加量30.50%、木糖醇10.75%、甜菊糖苷添加量為2.20%、蘋果酸添加量為24.50%，模型預(yù)測感官評分為89.366分。通過以上條件進行3次重復(fù)，以驗證響應(yīng)面優(yōu)化的預(yù)測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)線葉金雀花固體飲料的顆粒均勻，無結(jié)塊，沖調(diào)后酸甜柔和協(xié)調(diào)，無苦澀味，色澤均勻，溶解良好，最后得到綜合感官評價為90.1分，該值接近模型預(yù)測值。

3 結(jié)論

本研究通過對線葉金雀花茶添加輔料，制成固體飲料，研究了輔料對顆粒質(zhì)構(gòu)、產(chǎn)品外觀、風味的影響。通過單因素確定了麥芽糊精添加量、木糖醇添加量、甜菊糖苷添加量及蘋果酸添加量，利用Box-Behnken響應(yīng)面法對配方工藝進行了優(yōu)化，優(yōu)化后的最佳配方工藝條件為麥芽糊精添加量30.50%、木糖醇添加量10.75%、甜菊糖苷添加量為2.20%、蘋果酸添加量為24.50%，在此工藝條件下，得出線葉金雀花固體飲料感官評價分值為90.1分。該配方得到的固體飲料茶，口感酸甜，回味甘甜，顆粒飽滿均勻，溶解性好，溶解后色澤紅亮澄清，感官品質(zhì)好。本研究結(jié)果為線葉金雀花固體飲料的資源利用率及線葉金雀花固體飲料的開發(fā)提供了理論依據(jù)及技術(shù)支持。

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