響應(yīng)面優(yōu)化淀粉型刺梨凝膠軟糖配方工藝

許 粟，姚紹爐，劉宇澤，費 強，馬風(fēng)偉，陳海江，李 勇，許潔舲，肖 娟，王欣穎，陳光靜,

（1.貴陽學(xué)院食品與制藥工程學(xué)院，貴州貴陽 550005；2.貴陽學(xué)院生物與環(huán)境工程學(xué)院，貴州貴陽 550005；3.貴州醫(yī)科大學(xué)神奇學(xué)院，貴州貴陽 550004；4.貴州初好農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司，貴州六盤水 553000）

刺梨（Roxburgh rose）是一種富含維生素C（V）的野生水果，主要產(chǎn)自我國貴州、云南等地，除維生素C 外，刺梨還含有豐富的多糖、黃酮、超氧化物歧化酶（SOD）、有機酸、三萜類化合物及多酚（單寧）等活性物質(zhì)。前期大量的試驗研究表明刺梨具有解毒、抗氧化、抗動脈粥樣硬化（AS）、抗腫瘤、預(yù)防糖尿病、輻射防護及抗凋亡、鎮(zhèn)靜、治療失眠、促進消化等藥理作用。近年來，隨著對刺梨研究的不斷深入，人們對刺梨的認(rèn)識也不再停留在表面，越來越多的研究表明刺梨含有多種具有保健功能的生物活性成分，其目前已被列為貴州省重點的藥食兩用植物資源并被大力開發(fā)。截至2019 年，貴州省刺梨種植面積達(dá)到176 萬畝，盛果期采摘面積達(dá)100 萬畝以上，刺梨鮮果年產(chǎn)量超過6.6 萬噸，全省刺梨產(chǎn)業(yè)鮮果銷售收入達(dá)3.6 億元，具有代表性的35 戶刺梨加工企業(yè)鮮果加工能力達(dá)13.8 萬噸，刺梨原汁鮮果加工能力達(dá)9.6 萬噸，實現(xiàn)銷售收入7.5 億元。

蓮藕（Gaertn），又名藕、荷梗等，是一種多年生宿根水生草本植物，是蓮科蓮屬水生植物蓮的膨大根莖塊，是我國重要的蔬菜之一。蓮藕含有豐富的淀粉、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、維生素C、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)。其次，蓮藕還含有許多生物活性成分，如類酚類、多糖、生物堿、膳食纖維、揮發(fā)油、生物堿、黃酮、礦物質(zhì)及超氧化物歧化酶（SOD）等。蓮藕及其深加工產(chǎn)品藕粉具有獨特的香氣和風(fēng)味、口感清新，深受廣大消費者的喜愛。其次，蓮藕還具備一定的藥用價值，有改善人體消化功能，促進腸道內(nèi)有益菌群繁殖的生理功能。綜上所述，將藕粉和刺梨原汁進行復(fù)配，研發(fā)一款新型淀粉型刺梨凝膠軟糖，不僅可以改善刺梨原汁苦澀的口感，還可以增強產(chǎn)品的營養(yǎng)價值和功效。

目前，市面上的刺梨產(chǎn)品種類較多，包括如刺梨果酒、刺梨果醋、刺梨果脯、刺梨酸乳、刺梨糕等，但是有關(guān)刺梨軟糖的研究較少。袁豆豆等有關(guān)刺梨軟糖的研究結(jié)果表明制作刺梨軟糖的最佳配方為：刺梨汁12%，白砂糖15%，麥芽糖漿10%，凝膠劑（瓊脂:卡拉膠=1:1）1%，蘋果酸0.15%；李小鑫等有關(guān)利用刺梨果渣制備軟糖的研究表明刺梨果渣軟糖的最佳配方為：果渣含量24.59%，復(fù)配膠凝劑（明膠、麥芽糊精、卡拉膠的質(zhì)量比為7:2:1）含量9.01%，糖含量36.82%，添加0.20%檸檬酸。本研究以藕粉中的淀粉代替凝膠劑，增添產(chǎn)品的特殊風(fēng)味，并使其具備一定的藥用價值。

本試驗以刺梨汁為原料，研究刺梨汁、藕粉、白砂糖含量及加熱時間對淀粉型刺梨凝膠軟糖綜合感官品質(zhì)的影響，通過單因素實驗、響應(yīng)面優(yōu)化以及終產(chǎn)品品質(zhì)分析來確定原料的最佳添加量及加工過程中的最適加熱時間，以期研發(fā)出一款酸甜度適中，具有獨特刺梨風(fēng)味，且受消費者喜愛的新型淀粉型刺梨凝膠軟糖。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

刺梨汁 貴州初好農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司；藕粉 桂林萬鑫食品有限公司；白砂糖 太古集團；純凈水 杭州娃哈哈集團有限公司；鹽酸 重慶江北化工有限公司；硫酸銅、亞甲藍(lán)、酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、乙酸鋅、冰乙酸、亞鐵氰化鉀 上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

B-260 恒溫水浴鍋 上海榮升生化儀器廠；YP6001電子天平 余姚市金諾天平儀器有限公司；C22-WT2203 電磁爐 廣東美的生活電器制造有限公司；TA.XT plus 質(zhì)構(gòu)儀 超技儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 加工工藝流程

1.2.2 操作要點 根據(jù)試驗配方準(zhǔn)確稱量刺梨汁、藕粉、白砂糖，依次加入容器中，稱量過程中不能引入雜質(zhì)，避免造成污染。用清洗干凈并高溫殺菌的玻璃棒進行攪拌，攪拌時始終保持順時針或逆時針方向攪拌，確保攪拌均勻。為了確保藕粉和白砂糖的充分溶解，將原料混合物放入70 ℃的恒溫水浴鍋中進行預(yù)熱，預(yù)熱時間為12 min，每間隔2 min 攪拌一次。預(yù)熱的溫度不宜過高，防止刺梨汁中的有效成分因溫度過高而分解，造成營養(yǎng)成分的損失。將預(yù)熱好的原料混合物用滴管移取5 mL 至模具（食品級硅膠軟糖模具，16 格，2.5 cm×2.5 cm×1.5 cm）中，并使其混合均勻。將不銹鋼隔板放置于裝有水的不銹鋼鍋中，并在電磁爐上進行加熱，將模具放置于隔板上，使用水蒸汽進行加熱，加熱時間為20 min。將蒸汽加熱后的刺梨凝膠軟糖放置在室溫中進行冷卻，冷卻時間為2 h。將制備好的產(chǎn)品從模具中進行脫模、包裝，制得成品。

1.2.3 單因素實驗 通過單因素實驗研究3 種原材料（刺梨汁、藕粉、白砂糖）及加熱時間對刺梨凝膠軟糖綜合感官評分的影響，最終確定刺梨凝膠軟糖的配方及加熱時間。固定藕粉添加量為26%，白砂糖添加量為20%，加熱時間為20 min，分別添加不同比例的刺梨汁（34%、39%、44%、49%、54%），不足部分用純凈水補充至100%，探究刺梨汁添加量對產(chǎn)品綜合感官評分的影響。固定刺梨汁添加量為44%，白砂糖添加量為20%，加熱時間為20 min，分別添加不同比例的藕粉（18%、22%、26%、30%、34%），不足部分用純凈水補充至100%，探究藕粉添加量對產(chǎn)品綜合感官評分的影響。固定刺梨汁添加量為44%，藕粉添加量為26%，加熱時間為20 min，分別添加不同比例的白砂糖（10%、15%、20%、25%、30%），不足部分用純凈水補充至100%，探究白砂糖添加量對產(chǎn)品綜合感官評分的影響。固定刺梨汁添加量為44%，藕粉添加量為26%，白砂糖添加量為20%，不足部分用純凈水補充至100%，調(diào)整不同的加熱時間（16、18、20、22、24 min），探究加熱時間對產(chǎn)品綜合感官評分的影響。

1.2.4 響應(yīng)面試驗設(shè)計 在單因素實驗基礎(chǔ)上，設(shè)計四因素三水平的響應(yīng)面試驗優(yōu)化刺梨凝膠軟糖的最佳配方及加工工藝條件。以感官評分為響應(yīng)值，選取刺梨汁添加量、藕粉添加量、白砂糖添加量、加熱時間4 個因素作為試驗因素進行優(yōu)化，以-1、0、1 分別代表變量的3 個水平，試驗因子編碼及水平見表1。

表1 響應(yīng)面四因素三水平試驗設(shè)計Table 1 Four-factor and three-level response surface experimental design

1.2.5 淀粉型刺梨凝膠軟糖的品質(zhì)評價

1.2.5.1 刺梨凝膠軟糖感官評定 淀粉型刺梨凝膠軟糖的感官評價方法參照食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 糖果（GB 17399-2016）和糖果 凝膠糖果國內(nèi)貿(mào)易行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SB/T 10021-2017）中關(guān)于凝膠軟糖感官評價的要求，以及楊娟等、尹樂斌等和聶小偉等發(fā)表的關(guān)于軟糖感官評價的方法，結(jié)合刺梨自身在口感和風(fēng)味上的特點，綜合設(shè)計淀粉型刺梨凝膠軟糖的感官評價方法，如表2 所示。利用感官分析系統(tǒng)（CSAS軟件，上海瑞芬智能科技有限公司）中的定量描述分析（一頁多詞）方法，篩選出符合條件的年齡在15～35 歲之間的目標(biāo)消費群體男女各25 名，對淀粉型刺梨凝膠軟糖進行綜合性的感官分析，并利用感官分析系統(tǒng)CSAS 軟件對結(jié)果進行統(tǒng)計分析，得出不同配方和加工工藝條件下淀粉型刺梨凝膠軟糖的綜合感官評分。

表2 淀粉型刺梨凝膠軟糖的感官評分細(xì)則Table 2 Sensory grading rules of starchy roxburgh rose gel soft sweet

1.2.5.2 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)測定 終產(chǎn)品感官、理化（干燥失重、還原糖）和微生物指標(biāo)（細(xì)菌菌落總數(shù)、大腸菌群）的檢測參照食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 糖果（GB 17399-2016）和糖果 凝膠糖果國內(nèi)貿(mào)易行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SB/T 10021-2017）進行。

1.3 數(shù)據(jù)處理

在單因素實驗的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面試驗設(shè)計，按照Design Expert 11.1.0.1 軟件中的Central Composite Design 模型，對試驗設(shè)計各組的感官評分進行方差分析、回歸分析。采用Origin 2018 軟件作圖，上海瑞芬CSAS 感官軟件分析系統(tǒng)和SPSS20.0 軟件對數(shù)據(jù)進行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果

2.1.1 刺梨汁添加量對淀粉型刺梨凝膠軟糖綜合感官品質(zhì)的影響 刺梨汁的添加量對淀粉型刺梨凝膠軟糖綜合感官評分的影響如圖1 所示。由圖1 可知：隨著刺梨汁添加量的增加（34%～54%），淀粉型刺梨凝膠軟糖的綜合感官評分呈先上升后下降的變化趨勢，且變化趨勢較為明顯，當(dāng)刺梨汁的添加量達(dá)到44%時，淀粉型刺梨凝膠軟糖的感官評分達(dá)到最大值90.10 分。由于刺梨汁的口感較為酸澀，因此，刺梨汁添加量過低，會導(dǎo)致產(chǎn)品甜度過高且刺梨風(fēng)味較弱，難以體現(xiàn)出刺梨軟糖的特殊口感，從而降低其綜合感官評分。當(dāng)刺梨汁添加量過高時，產(chǎn)品整體酸澀味較重，導(dǎo)致綜合感官評分較低。因此，刺梨汁的最適添加量為44%。

圖1 刺梨汁的添加量對淀粉型刺梨凝膠軟糖綜合感官評分的影響Fig.1 Effects of the application amount of roxburgh rose juice on the sensory evaluation of starchy roxburgh rose gel soft sweet

2.1.2 藕粉添加量對淀粉型刺梨凝膠軟糖感官品質(zhì)的影響 藕粉的添加量對淀粉型刺梨凝膠軟糖綜合感官評分的影響如圖2 所示。由圖2 可知：隨著藕粉添加量的增加（18%～34%），淀粉型刺梨凝膠軟糖的綜合感官評分呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢，且變化趨勢較為明顯，當(dāng)藕粉的添加量為26%時，淀粉型刺梨凝膠軟糖的綜合感官評分達(dá)到最大值82 分。當(dāng)藕粉添加量過低時，由于替代凝膠的淀粉含量過低，導(dǎo)致產(chǎn)品凝聚性較差，咀嚼時無彈性且粘牙，從而導(dǎo)致產(chǎn)品綜合感官評分較低。當(dāng)藕粉添加量過高時，由于藕粉溶解度較低，導(dǎo)致產(chǎn)品在咀嚼時顆粒感較重且質(zhì)地粗糙，從而導(dǎo)致產(chǎn)品綜合感官評分較低。因此，藕粉的最適添加量為26%。

圖2 藕粉的添加量對淀粉型刺梨凝膠軟糖綜合感官評分的影響Fig.2 Effects of the application amount of lotus root starch on the sensory evaluation of starchy roxburgh rose gel soft sweet

2.1.3 白砂糖添加量對淀粉型刺梨凝膠軟糖感官品質(zhì)的影響 白砂糖的添加量對淀粉型刺梨凝膠軟糖綜合感官評分的影響如圖3 所示，由圖3 可知：隨著白砂糖添加量增加（10%～30%），淀粉型刺梨凝膠軟糖的綜合感官評分呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢，當(dāng)白砂糖的添加量為20%時，淀粉型刺梨凝膠軟糖的綜合感官評分達(dá)到最大值88.8 分。當(dāng)白砂糖添加量過低時，產(chǎn)品甜度較低，突顯了刺梨的酸澀味，導(dǎo)致產(chǎn)品綜合感官評分較低。當(dāng)白砂糖添加量過高時，產(chǎn)品甜度較高，掩蓋了刺梨的特殊酸澀味且偏甜，導(dǎo)致產(chǎn)品綜合感官評分較低。因此，白砂糖的最適添加量為20%。

圖3 白砂糖的添加量對淀粉型刺梨凝膠軟糖綜合感官評分的影響Fig.3 Effects of the application amount of sucrose on the sensory evaluation of starchy roxburgh rose gel soft sweet

2.1.4 加熱時間對淀粉型刺梨凝膠軟糖感官品質(zhì)的影響 加熱時間對淀粉型刺梨凝膠軟糖綜合感官評分的影響如圖4 所示，由圖4 可知：隨著加熱時間的逐漸增加（16～24 min），淀粉型刺梨凝膠軟糖的綜合感官評分呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢，當(dāng)加熱時間為20 min 時，淀粉型刺梨凝膠軟糖的綜合感官評分達(dá)到最大值為89.8 分。當(dāng)加熱時間過短時，由于淀粉還未完全糊化，導(dǎo)致產(chǎn)品凝結(jié)性較差、無嚼勁、顆粒感較重，從而導(dǎo)致產(chǎn)品綜合感官評分較低。當(dāng)加熱時間過長時，由于產(chǎn)品水分含量快速下降，導(dǎo)致產(chǎn)品韌性較差且無嚼勁，從而導(dǎo)致產(chǎn)品綜合感官評分較低。因此，淀粉型刺梨凝膠軟糖的最適加熱時間為20 min。

圖4 不同加熱時間對淀粉型刺梨凝膠軟糖綜合感官評分的影響Fig.4 Effects of the different heating time on the sensory evaluation of starchy roxburgh rose gel soft sweet

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗結(jié)果

根據(jù)四因素三水平的響應(yīng)面試驗設(shè)計，進行29 組試驗，結(jié)果如表3 所示，回歸模型方差分析如表4 所示。

表3 響應(yīng)面分析試驗設(shè)計及結(jié)果Table 3 Response surface analysis test design and results

表4 回歸模型方差分析表Table 4 Regression model analysis of variance

根據(jù)Design Expert 軟件中的Central Composite Design 模型，對試驗設(shè)計的各組綜合感官評分進行回歸分析，得出回歸方程為：

式中：Y 為感官評分；A、B、C、D 分別為上述4 個自變量的編碼值。

由表4 可知，回歸模型值為0.0126＜0.05，表明回歸模型顯著；試驗所選模型的失擬項值為0.8483＞0.05，說明失擬項差異不顯著；該模型擬合程度良好，實驗誤差小，回歸方程可以較好地描述各因素與感官評分之間的關(guān)系。根據(jù)4 個一次項回歸系數(shù)絕對值的大小可以看出因素主效應(yīng)關(guān)系為：白砂糖添加量＞藕粉添加量＞加熱時間＞刺梨汁添加量。

2.3 響應(yīng)曲面分析

根據(jù)模型的回歸方程，固定兩個因素的編碼值在0 水平，分析另外的兩個因素對淀粉型刺梨凝膠軟糖綜合感官評分的影響，Design Expert 軟件生成響應(yīng)曲面圖，如圖5 所示。從圖5（a）～（f）可知，在41%～47%刺梨汁添加量、24%～28%藕粉添加量區(qū)域，淀粉型刺梨凝膠軟糖的綜合感官評分較高；在41%～47%刺梨汁添加量、17%～23%白砂糖添加量區(qū)域，淀粉型刺梨凝膠軟糖的綜合感官評分較高；在41%～47%刺梨汁添加量、19～21 min 加熱時間區(qū)域，淀粉型刺梨凝膠軟糖的綜合感官評分較高；在24%～28%藕粉添加量、17%～23%白砂糖添加量區(qū)域，淀粉型刺梨凝膠軟糖的綜合感官評分較高。在24%～28%藕粉添加量、19～21 min 加熱時間區(qū)域，淀粉型刺梨凝膠軟糖的綜合感官評分較高。在17%～23%白砂糖添加量、19～21 min 加熱時間區(qū)域，淀粉型刺梨凝膠軟糖的綜合感官評分較高。

根據(jù)各因素間交互的響應(yīng)面及等高線圖進行分析，如圖5（b）、（d）、（f）所示，隨著白砂糖添加量的改變，響應(yīng)面圖的陡峭程度有較為顯著的變化，相應(yīng)的等高線圖的變化也較為明顯，說明白砂糖的添加量對產(chǎn)品的綜合感官評價得分有較為顯著的影響，結(jié)果與表4 中響應(yīng)面的方差分析結(jié)果一致。如圖5（b）所示，相比于其他因素間的交互作用，根據(jù)響應(yīng)面圖陡峭程度和等高線形狀的變化，白砂糖添加量和刺梨汁添加量間的交互作用最為顯著，說明產(chǎn)品的綜合感官評價得分受白砂糖添加量和刺梨汁添加量比例的影響最為顯著，結(jié)果與表4 中響應(yīng)面的方差分析結(jié)果一致。如圖5（c）、（e）、（f）所示，根據(jù)響應(yīng)面圖陡峭程度和等高線形狀的變化，加熱時間與其他三個因素間的交互作用不顯著，說明加熱時間的改變對產(chǎn)品綜合感官評價得分的影響不明顯。同理，如圖5（a）、（d）、（e）所示，根據(jù)響應(yīng)面圖陡峭程度和等高線形狀的變化，藕粉添加量與其他三個因素間交互作用亦不顯著，說明藕粉添加量量的改變對產(chǎn)品綜合感官評價得分的影響亦不明顯。

圖5 刺梨汁添加量、藕粉添加量、白砂糖添加量及加熱時間交互的響應(yīng)面圖Fig.5 The interactive response surface diagram of the amount of roxburgh rose juice、lotus root starch、sucrose and heating time

綜上所述，白砂糖添加量的變化成為主導(dǎo)感官評價員對產(chǎn)品口感評價高低的主要因素。在此款產(chǎn)品的配方設(shè)計中，白砂糖主要為產(chǎn)品提供甜味，而刺梨汁主要為產(chǎn)品提供酸味和澀味，由實驗結(jié)果可知，感官評價員對產(chǎn)品的酸甜度最為敏感，因此，為了制備符合目標(biāo)消費群體口感要求的產(chǎn)品，需要合理的控制產(chǎn)品的糖酸比，即白砂糖和刺梨汁添加量的比例。

2.4 淀粉型刺梨凝膠軟糖配方優(yōu)化

用Design Expert 11.1.0.1 軟件進行響應(yīng)面優(yōu)化，所得到的優(yōu)化的結(jié)果為：刺梨汁添加量為39%，藕粉添加量為22%，白砂糖添加量為19.36%，加熱時間為19.93 min。在上述優(yōu)化條件下，響應(yīng)面模型所預(yù)測的感官評分最大值為91.84 分。

2.5 驗證試驗

對響應(yīng)面法優(yōu)化的結(jié)果進行驗證，根據(jù)試驗方法，邀請相同的感官評價員男女各25 名進行驗證試驗，共重復(fù)50 次，當(dāng)刺梨汁添加量為39%，藕粉添加量為22%，白砂糖添加量為19.36%，加熱時間為19.93 min 時，淀粉型刺梨凝膠軟糖的綜合感官評分為（91.3±1.62）分，與模型預(yù)測值的差值為0.59%，由此驗證了淀粉型刺梨凝膠軟糖模型的合理性和可靠性。

2.6 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)分析

根據(jù)最適配方刺梨汁添加量為39%，藕粉添加量為22%，白砂糖添加量為19.36%，加熱時間為19.93 min，制得的淀粉型刺梨凝膠軟糖如圖6 所示。產(chǎn)品呈橘黃色，形態(tài)完整，無黏連，口感韌性良好，略有咀嚼性，無淀粉裹筋現(xiàn)象，具有刺梨和藕粉的香氣和滋味，顆粒分布均勻。產(chǎn)品干燥失重17.48 g/100 g≤18.0 g/100 g，還原糖11.23 g/100 g≥10.0 g/100 g，細(xì)菌菌落總數(shù)≤10CFU/g，大腸菌群≤10 CFU/g ，致病菌未檢出。與食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 糖果（GB 17399-2016）和糖果 凝膠糖果國內(nèi)貿(mào)易行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SB/T 10021-2017）進行比較，產(chǎn)品的感官特性、理化指標(biāo)（干燥失重、還原糖含量）及微生物指標(biāo)（細(xì)菌菌落總數(shù)、大腸桿菌、致病菌）均符合上述相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖6 淀粉型刺梨凝膠軟糖成品圖Fig.6 Picture of starchy roxburgh rose gel soft sweet

3 結(jié)論

通過本次試驗研究，得出淀粉型刺梨凝膠軟糖的最佳工藝條件：刺梨汁添加量為39%，藕粉添加量為22%，白砂糖添加量為19.36%，加熱時間為19.93 min。在優(yōu)化工藝條件下制備的淀粉型刺梨凝膠軟糖感官評分為91.3 分，口感酸甜度適宜、具有特殊的刺梨和藕粉的香氣和滋味、色澤均勻有光澤、組織形態(tài)良好。