響應(yīng)面法優(yōu)化復(fù)合梨膏配方及其抗氧化性活性

馮澤，茹先古麗·買(mǎi)買(mǎi)提依明，潘紅軍，嚴(yán)歡，艾合買(mǎi)提江·艾海提*，劉軍*

1. 新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 新疆生物資源基因工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（烏魯木齊 830046）；2. 新疆分析測(cè)試研究院（烏魯木齊 830011）

新疆庫(kù)爾勒香梨（Pyresbretschnei deriRehd），簡(jiǎn)稱(chēng)香梨（Korla pear）。香梨中含多糖、揮發(fā)油、黃酮類(lèi)等成分[1]，具有抗氧化、抗?jié)儭⒖寡椎裙π2]。庫(kù)爾勒香梨經(jīng)加工可制成香梨果酒、香梨清汁及香梨發(fā)酵飲料等[3]。榅桲為薔薇科榅桲屬植物榅桲（Cydonia oblongaMill.）的成熟果實(shí)[4]，也稱(chēng)為新疆木瓜（Quince）。榅桲果實(shí)具果香氣，味甜、微酸，生食有澀硬感。榅桲富含化學(xué)成分鞣質(zhì)類(lèi)、有機(jī)酸和黃酮等[5]。國(guó)外使用榅桲做成果醬、香水和香料等，在國(guó)內(nèi)新疆當(dāng)?shù)爻Ｓ糜谥箍戎篂a等疾病的治療，具有極大的利用價(jià)值，然而在市場(chǎng)上并不多見(jiàn)。枸杞（Lycium dasystemumPojark）屬于茄科枸杞屬落葉灌木[6]，是一種重要的藥食兩用資源，含有多種活性物質(zhì)[7]。近年來(lái)關(guān)于枸杞的研究非常廣泛，但用榅桲和枸杞制作成梨膏的產(chǎn)品還未出現(xiàn)過(guò)。

目前對(duì)梨膏的研究主要集中在止咳功效的梨漿、潤(rùn)肺功能的梨膏和添加其他中藥成分的膏等保健產(chǎn)品[8-10]，然而關(guān)于其抗氧化作用的評(píng)價(jià)還未見(jiàn)報(bào)道。試驗(yàn)以香梨、榅桲及枸杞為原料，通過(guò)工藝優(yōu)化得到復(fù)合梨膏最優(yōu)配方。通過(guò)體外抗氧化活性試驗(yàn)測(cè)定復(fù)合梨膏的抗氧化能力。試驗(yàn)可為榅桲果實(shí)的深加工提供參考，為生產(chǎn)感官品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)均較高的復(fù)合梨膏提供一定理論依據(jù)，促進(jìn)梨膏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

庫(kù)爾勒香梨、喀什榅桲、精河枸杞、白砂糖（烏魯木齊市水果市場(chǎng)）；蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品、沒(méi)食子酸、福林酚（北京索萊寶科技有限公司）；三氯化鋁、水楊酸、鐵氰化鉀、三氯化鐵（天津市鑫鉑特化工有限公司）；DPPH（1, 1-二苯基-2-苦基肼自由基）、ABTS[2, 2’聯(lián)氮-雙（3-乙基苯井噻唑啉-6-磺酸）二胺鹽，上海源葉生物有限公司]。所有試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 主要儀器與設(shè)備

CJ21Q電磁爐（中山市雅樂(lè)思電器實(shí)業(yè)有限公司）；L5S紫外分光光度計(jì)（上海儀電分析儀器有限公司）；NDJ-1旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)（上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司）；JTM-L50立式膠體磨（華威機(jī)械制造有限公司）；FAL-102手持式糖度計(jì)（深圳遠(yuǎn)恒通科技有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 復(fù)合梨膏的工藝流程

庫(kù)爾勒香梨、喀什榅桲驗(yàn)收→預(yù)處理→去皮、去籽、切塊→預(yù)煮軟化→護(hù)色→磨漿→過(guò)濾→榅桲汁、香梨汁

精河紅枸杞驗(yàn)收→清洗挑揀→預(yù)煮軟化→磨漿→過(guò)濾→枸杞汁

3種原汁混合→調(diào)配→濃縮→灌裝封蓋→殺菌→冷卻→復(fù)合梨膏成品

1.3.2 操作要點(diǎn)

1.3.2.1 預(yù)煮軟化

設(shè)置溫度90～95 ℃，時(shí)間3 min。沸水投料。

1.3.2.2 磨漿過(guò)濾

將預(yù)煮后的香梨、榅桲和枸杞分別加入一定比例的復(fù)合護(hù)色劑浸泡，分別送入膠體磨進(jìn)行磨漿[11]，細(xì)度要求為3 μm，時(shí)間為3 min。將渾濁的果汁用2層紗布進(jìn)行過(guò)濾，除去濾渣，取濾液，即可分別得到香梨汁、榅桲汁和枸杞汁。

1.3.2.3 調(diào)配

按照一定比例混合3種果汁，將果汁打入鍋中，并添加適量蔗糖進(jìn)行調(diào)配。事先稱(chēng)取0.3%的蔗糖配成濃度75%的溶液，分2～3次加入糖液。

1.3.2.4 濃縮

采用蒸發(fā)濃縮的方法，在濃縮過(guò)程中需小火不斷攪拌，嚴(yán)禁糊鍋。當(dāng)濃縮至膏體時(shí)即可出鍋，梨膏口感風(fēng)味適中。

1.3.2.5 灌裝滅菌

將濃縮好的復(fù)合梨膏出鍋后迅速裝入事前消毒過(guò)的玻璃瓶中。置于80 ℃熱水中殺菌20 min，分段冷卻。

1.3.3 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

選取10名經(jīng)過(guò)感官評(píng)價(jià)培訓(xùn)的人員，參照表1的評(píng)分準(zhǔn)則，分別從風(fēng)味、色澤、香氣和形態(tài)4個(gè)方面進(jìn)行打分，最終評(píng)定結(jié)果取10人評(píng)分的平均值（滿(mǎn)分100分）。

表1 復(fù)合梨膏感官評(píng)價(jià)表

1.3.4 復(fù)合梨膏工藝優(yōu)化的單因素試驗(yàn)

按照方法1.3.1的工藝流程制備復(fù)合梨膏，以感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，用單因素輪換法依次考察梨汁添加量（30%，35%，40%，45%和50%）、榅桲汁添加量（10%，15%，20%，25%，30%）、枸杞汁添加量（5%，10%，15%，20%和25%）和蔗糖添加量（0.1%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%）對(duì)復(fù)合梨膏品質(zhì)的影響。各因素的固定值為梨汁添加量45%、榅桲汁添加量25%、枸杞汁添加量15%、蔗糖添加量0.3%。

1.3.5 復(fù)合梨膏原料配方工藝條件優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，確定自變量為香梨汁添加量（A）、榅桲汁添加量（B）、枸杞汁添加量（C），響應(yīng)值（Y）為復(fù)合梨膏的感官評(píng)分，利用Design Expert 10軟件進(jìn)行復(fù)合梨膏混料回歸設(shè)計(jì)，響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)的因素及水平如表2所示。

表2 Box-Behnken設(shè)計(jì)因素與水平 單位：%

1.3.6 理化指標(biāo)測(cè)定

可溶性固形物含量：利用手持糖度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。水分含量：參照GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》。蛋白質(zhì)含量：參照GB 5009.5—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》。黏度：利用旋轉(zhuǎn)黏度儀測(cè)定?？傸S酮含量測(cè)定：參照文獻(xiàn)[12]中的方法?？偡雍繙y(cè)定：參照文獻(xiàn)[13]的方法測(cè)定。

1.3.7 微生物指標(biāo)測(cè)定

菌落總數(shù)：參照GB 4789.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測(cè)定》。大腸菌群：參照GB 4789.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物檢驗(yàn) 大腸桿菌計(jì)數(shù)》。

1.3.8 抗氧化活性測(cè)定

按照1.3.1工藝步驟，在最優(yōu)的工藝條件下制得復(fù)合梨膏，樣品用超純水稀釋100倍，離心取上清液進(jìn)行抗氧化活性的測(cè)定。DPPH·清除能力的測(cè)定：參照文獻(xiàn)[14]的方法；OH·清除能力的測(cè)定：參照文獻(xiàn)[15]的方法；ABTS+·清除能力的測(cè)定：參照文獻(xiàn)[16]的方法；鐵離子還原能力的測(cè)定：參照文獻(xiàn)[17]的方法。以維生素C（質(zhì)量濃度為1 mg/mL）作為陽(yáng)性對(duì)照，每個(gè)試驗(yàn)平行3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 梨汁添加量對(duì)復(fù)合梨膏感官評(píng)分的影響

庫(kù)爾勒香梨可溶性固形物為13.4%～15.0%[18]，香梨比甜度大于100，為高甜度品種[19]。因此梨汁添加量直接影響梨膏口感。由圖1可得，梨汁添加量45%時(shí)，復(fù)合梨膏的感官評(píng)分最高，并兼具三者的風(fēng)味，色澤誘人。梨汁添加量較小時(shí)，梨膏口感偏酸。梨汁添加量大時(shí)，糖含量偏高，口感較差，復(fù)合梨膏的狀態(tài)過(guò)于黏稠，感官評(píng)分偏低。因此，最佳香梨汁添加量為45%。

圖1 梨汁添加量對(duì)復(fù)合梨膏感官評(píng)分的影響

2.1.2 榅桲汁添加量對(duì)復(fù)合梨膏感官評(píng)分的影響。

榅桲果實(shí)含有機(jī)酸為1.22%，總酸含量為2.54 g/100 g，糖酸比（可溶性固形物/總酸）為4.49，具有“低糖高酸”的特性[20]，新疆榅桲香味濃郁，也被當(dāng)作香料水果[21]，故榅桲汁口感酸澀，香味濃郁。因此適當(dāng)?shù)臉X桲汁添加量可以使梨膏風(fēng)味更好，并且增加酸甜的口感。由圖2可得，榅桲汁添加量10%～30%時(shí)，其感官評(píng)分先升高后下降。榅桲汁添加量小于25%時(shí)，梨膏酸味不足，口感較甜膩，風(fēng)味寡淡，感官評(píng)分較低。榅桲汁添加量大于25%時(shí)，榅桲的酸味特性較為凸顯，梨膏口感偏酸，榅桲風(fēng)味較為濃郁并掩蓋香梨和枸杞的風(fēng)味，導(dǎo)致復(fù)合梨膏感官評(píng)分偏低。因此，最佳榅桲汁添加量為25%。

圖2 榅桲汁添加量對(duì)復(fù)合梨膏感官評(píng)分的影響

2.1.3 枸杞汁添加量對(duì)復(fù)合梨膏感官評(píng)分的影響。

枸杞汁添加量對(duì)復(fù)合梨膏感官評(píng)分的影響如圖3所示。枸杞汁添加量15%時(shí)，復(fù)合梨膏的感官評(píng)分最好，風(fēng)味色澤最佳。枸杞汁添加量大于15%時(shí)，添加量越大，梨膏顏色越深，枸杞風(fēng)味過(guò)濃，梨膏中會(huì)有淡淡的苦味。因此，最佳枸杞汁添加量為15%。

圖3 枸杞汁添加量對(duì)復(fù)合梨膏感官評(píng)分的影響

2.1.4 蔗糖添加量對(duì)復(fù)合梨膏感官評(píng)分的影響。

蔗糖添加量是影響復(fù)合梨膏狀態(tài)和外觀的重要因素。濃縮汁中含有酸和大量的糖會(huì)導(dǎo)致美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)的發(fā)生。所以在制備梨膏過(guò)程中蔗糖的添加量不宜過(guò)多，否則會(huì)直接影響梨膏的外觀。由圖4可得，蔗糖添加量0.3%時(shí)，復(fù)合梨膏的感官評(píng)分最高。蔗糖添加量較少時(shí)，梨膏狀態(tài)較稀，甚至不能呈現(xiàn)黏稠的流體狀態(tài)。蔗糖添加量大于0.3%時(shí)，梨膏狀態(tài)黏稠甚至呈果凍狀，顏色呈焦糖色，口感過(guò)于甜膩，導(dǎo)致復(fù)合梨膏感官評(píng)分偏低。因此，最佳蔗糖添加量為0.3%。

圖4 蔗糖添加量對(duì)復(fù)合梨膏感官評(píng)分的影響

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析

利用軟件對(duì)響應(yīng)面試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表3，方差分析結(jié)果見(jiàn)表4。

利用Design-Expert 10軟件對(duì)表3的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到二次多項(xiàng)式回歸方程，獲得感官評(píng)價(jià)（Y）對(duì)梨汁添加量（A）、榅桲汁添加量（B）、枸杞汁添加量（C）的二次多項(xiàng)回歸方程：Y=91.06+0.262 5A+0.1B+0.337 5C-0.65AB-0.125AC-0.2BC-1.242 5A2-1.817 5B2-2.042 5C2。

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

由表4可以看出，模型的p＜0.000 1，該模型極具顯著性，而失擬項(xiàng)p=0.591 5＞0.05，不顯著，此外，該回歸模型相關(guān)系數(shù)R2=0.994 2，模型的調(diào)整確定系數(shù)Radj2=0.986 9，表明該模型擬合程度良好，能夠準(zhǔn)確分析和預(yù)測(cè)復(fù)合梨膏的感官評(píng)價(jià)。在回歸模型中，一次項(xiàng)A、C，交互項(xiàng)AB及二次項(xiàng)A2、B2、C2對(duì)結(jié)果影響極顯著。各因素影響復(fù)合梨膏感官評(píng)分的主次順序?yàn)镃、A、B，即枸杞汁添加量對(duì)感官評(píng)分影響最為顯著。梨汁添加量和榅桲汁添加量、梨汁添加量和枸杞汁添加量、榅桲汁添加量和枸杞汁添加量這三組因素間有交互作用，對(duì)回歸模型獲得的響應(yīng)曲面圖和等高線(xiàn)圖見(jiàn)圖5～圖7。

表4 回歸模型方差分析表

由圖5～圖7可知，梨汁添加量和榅桲汁添加量的交互作用最強(qiáng)。進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸模型線(xiàn)性擬合后可知，復(fù)合梨膏配方工藝的最佳條件是：梨汁添加量45.50%、榅桲汁添加量25.02%、枸杞汁添加量15.39%。在此工藝下，復(fù)合梨膏感官評(píng)分可達(dá)91.09分。

圖5 梨汁添加量和榅桲汁添加量對(duì)綜合評(píng)分影響的響應(yīng)面及等高線(xiàn)

圖6 梨汁添加量和枸杞汁添加量對(duì)綜合評(píng)分影響的響應(yīng)面及等高線(xiàn)

圖7 榅桲汁添加量和枸杞汁添加量對(duì)綜合評(píng)分影響的響應(yīng)面及等高線(xiàn)

2.3 最優(yōu)工藝條件試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)軟件預(yù)測(cè)結(jié)果，結(jié)合實(shí)際工藝設(shè)置的可行性，并進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，將響應(yīng)因素選定為梨汁添加量46%、榅桲汁添加量25%、枸杞汁添加量15%，其他條件不變，進(jìn)行3組平行試驗(yàn)，感官評(píng)分為91分，與模型預(yù)測(cè)結(jié)果接近，表明基于該響應(yīng)面模型分析優(yōu)化復(fù)合梨膏的配方優(yōu)化工藝方法有效可行。

2.4 復(fù)合梨膏抗氧化性試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)復(fù)合梨膏對(duì)DPPH自由基、羥自由基、ABTS自由基的清除率及Fe3+還原能力的測(cè)定，同時(shí)以維生素C作為陽(yáng)性對(duì)照，評(píng)價(jià)復(fù)合梨膏的抗氧化活性，結(jié)果見(jiàn)如表5所示。

表5 復(fù)合梨膏對(duì)4種自由基的清除率

從表5可以看出，復(fù)合梨膏具有一定的抗氧化活性，其對(duì)DPPH自由基清除能力為76.00%，對(duì)羥自由基清除能力為65.45%，對(duì)ABTS自由基的清除能力為71.92%。與維生素C作對(duì)比可知，復(fù)合梨膏的還原能力較強(qiáng)。

2.5 復(fù)合梨膏品質(zhì)分析

在最佳工藝條件下所得復(fù)合梨膏為橘紅色，色澤均勻一致，酸甜適中，無(wú)苦澀感，具有香梨、榅桲及枸杞融合的特有風(fēng)味，香味協(xié)調(diào)無(wú)異味，黏稠度適中，流動(dòng)性良好且不分層?？扇苄怨绦挝锖繛?9°Brix；水分為50.99%±0.5%；蛋白質(zhì)含量為1.677 1%；黏度為20 Pa·s；總酚含量為5.24 mg/mL；總黃酮含量7.02 mg/mL；菌落總數(shù)＜100 CFU/mL；大腸菌群未檢出。

3 結(jié)論

采用香梨、榅桲和枸杞3種原料對(duì)復(fù)合梨膏的配方進(jìn)行研究。以感官評(píng)分為指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法得到的最佳工藝條件為梨汁添加量46%、榅桲汁添加量25%、枸杞汁添加量15%、蔗糖添加量0.3%，此時(shí)可溶性固形物含量為59 °Brix，水分為50.99%±0.5%，蛋白質(zhì)含量為1.677 1%，黏度為20 Pa·s，總酚含量為5.24 mg/mL，總黃酮含量為7.02 mg/mL，菌落總數(shù)和大腸菌群的檢測(cè)結(jié)果也符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。復(fù)合梨膏對(duì)DPPH自由基、羥基自由基及超氧陰離子自由基的清除能力分別為76.00%，65.45%和71.92%。此時(shí)復(fù)合梨膏的色澤呈現(xiàn)橘色，酸甜適中，香氣怡人。感官評(píng)分為91分，抗氧化活性物質(zhì)黃酮與多酚含量明顯高于秋梨膏、安梨膏及安梨清汁[14]，根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，在前人的研究過(guò)程中未曾發(fā)現(xiàn)過(guò)檢測(cè)梨膏的抗氧化性，首次通過(guò)體外抗氧化試驗(yàn)檢測(cè)出該復(fù)合梨膏具有較強(qiáng)的抗氧化性。其在日常生活中可與主食搭配食用或沖水飲用，具有很好的發(fā)展前景。