基于單因素實(shí)驗(yàn)采用響應(yīng)面優(yōu)化竹汁果凍的工藝配方

段艾伶，李翔宇，嚴(yán) 寬

（宜賓學(xué)院 農(nóng)林與食品工程學(xué)部，四川宜賓 644000）

竹汁是從竹中提取的天然汁液，有較為豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[1]。果凍是一種由可食用凝膠劑制成的口感細(xì)膩、凝膠狀態(tài)的制品。目前，國(guó)內(nèi)外在果凍研發(fā)實(shí)驗(yàn)中對(duì)探究最佳配方的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路主要分為正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。本研究首次運(yùn)用竹汁作為主要原材料，結(jié)合現(xiàn)代果凍制作工藝，采用響應(yīng)面優(yōu)化法預(yù)測(cè)竹汁果凍的最佳工藝配方，并通過驗(yàn)證試驗(yàn)后得到竹汁果凍的最佳工藝配方，為研發(fā)一種新型竹食品——竹汁果凍提供科學(xué)依據(jù)，從而制得一款天然營(yíng)養(yǎng)、口感尚佳的竹汁果凍。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

竹汁（四川省通園制藥集團(tuán)有限公司）；卡拉膠（河南騰達(dá)食品配料有限公司）；赤蘚糖醇（日本日研化學(xué)公司）；魔芋膠、明膠片（東方珍味食品有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

以復(fù)合凝膠劑的添加量、竹汁的添加量、赤蘚糖醇的添加量為影響因素，進(jìn)行單因素試驗(yàn)?；谇捌谥裰麅鰡我蛩卦囼?yàn)的基礎(chǔ)，從而進(jìn)一步縮小了各因素的最佳用量范圍，確定在赤蘚糖醇添加量5%～15%、竹汁添加量為5%～25%、復(fù)配膠添加量為0.6%～1.0%進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，通過響應(yīng)面優(yōu)化分析可預(yù)測(cè)理論最佳工藝配方和最高感官得分值，并在理論最佳條件進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)證試驗(yàn)和質(zhì)量檢驗(yàn)，從而得到竹汁果凍的最佳工藝配方。

1.2.1 竹汁果凍工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，利用Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案（表1），采用Design-Expert10.0.1優(yōu)化竹汁果凍的工藝配方。

表1 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

1.2.2 竹汁果凍質(zhì)量評(píng)定

按預(yù)測(cè)所得最佳配方，結(jié)合果凍制作工藝，得到竹汁果凍成品，隨后進(jìn)行果凍質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定。

（1）感官評(píng)定。樣品采用感官評(píng)分法進(jìn)行評(píng)定，由《果凍》（GB/T 19883—2018）[2]可知果凍感官評(píng)價(jià)從色澤、滋味氣味和組織形態(tài)3個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（2）理化指標(biāo)測(cè)定。果凍產(chǎn)品的理化指標(biāo)為蛋白質(zhì)和可溶性固形物，其中針對(duì)以竹汁為主要原材料制成的果凍，理化指標(biāo)則為可溶性固形物。用數(shù)顯糖度計(jì)法對(duì)竹汁果凍進(jìn)行可溶性固形物含量測(cè)定。

（3）微生物指標(biāo)測(cè)定。參照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)果凍》（GB 19299—2015）[3]的方法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2019對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理，采用Design-Expert 10.0.1根 據(jù)Box-Behnken實(shí) 驗(yàn)方案數(shù)據(jù)擬合得到二次多項(xiàng)函及相應(yīng)的模型，即可利用該模型預(yù)測(cè)出最佳配方和感官評(píng)分理論最高值。

2 結(jié)果與分析

2.1 回歸模型的建立及顯著性分析檢驗(yàn)

在前期單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以感官評(píng)價(jià)得分（Y，分）為響應(yīng)值，利用Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑪M合二次多項(xiàng)方程可得最優(yōu)工藝配方及最高感官評(píng)價(jià)得分。3因素3水平的響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 Box-Behnken設(shè)計(jì)方案及結(jié)果

通過采用Design-Expert10.0.1軟件對(duì)Box-Behnken設(shè)計(jì)方案和結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合二次方程，可得二次多項(xiàng)回歸方程：Y=0.076A+0.41B+0.25C-0.47AB-0.047AC+0.068BC-1.23A2-1.07B2-1.73C2+85.88。

為更好檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠行?，?duì)響應(yīng)面模型進(jìn)行方差和顯著性分析，回歸模型的方差分析結(jié)果如表3。

由表3方差分析可知，回歸模型的F值為20.15，P值為0.000 3，表示該回歸模型極顯著；失擬項(xiàng)F值為0.22，P值為0.878 7，表示失擬項(xiàng)不顯著。由此，說明該模型可接受并可用于評(píng)估3個(gè)自變量對(duì)于感官評(píng)價(jià)得分的影響，即表示該模型可用于評(píng)估竹汁果凍的感官評(píng)價(jià)得分[4]。

表3 回歸模型的方差分析表

2.2 響應(yīng)面分析

由圖1可知，當(dāng)竹汁添加量為22.216 4%，赤蘚糖醇添加量為10.336%時(shí)，響應(yīng)曲面為最高點(diǎn)且等高線形狀為馬鞍狀，表明竹汁添加量和赤蘚糖醇添加量間的相互作用對(duì)竹汁果凍的感官評(píng)價(jià)得分影響極顯著。

圖1 竹汁和赤蘚糖醇添加量?jī)梢蛩亻g交互作用對(duì)感官得分的響應(yīng)面和等高線圖

由圖2可知，當(dāng)竹汁添加量為22.216 4%，復(fù)配膠添加量為0.812 442%時(shí)，響應(yīng)曲面達(dá)到最高點(diǎn)且等高線形狀為馬鞍狀，表明竹汁添加量和復(fù)配膠添加量間的相互作用對(duì)竹汁果凍的感官評(píng)價(jià)得分影響極顯著。

圖2 竹汁和復(fù)配膠添加量?jī)梢蛩亻g交互作用對(duì)感官得分的響應(yīng)面和等高線圖

由圖3可知，當(dāng)赤蘚糖醇添加量為10.036 6%、復(fù)配膠添加量為0.812 442%時(shí)，響應(yīng)曲面達(dá)到最高點(diǎn)，等高線呈馬鞍狀，表明赤蘚糖醇添加量和復(fù)配膠添加量的相互作用對(duì)竹汁果凍的感官評(píng)價(jià)得分影響極顯著。

圖3 赤蘚糖醇和復(fù)配膠添加量?jī)梢蛩亻g交互作用對(duì)感官得分的響應(yīng)面和等高線圖

2.3 竹汁果凍最佳加工工藝配方和回歸模型驗(yàn)證

利用回歸模型通過響應(yīng)面法可擬合得到最佳竹汁果凍的加工工藝配方。擬合所得最佳工藝條件為竹汁添加量22.216 4%，復(fù)配膠添加量0.812 442%，赤蘚糖醇添加量10.336 6%。并且通過響應(yīng)面法得到該配方的竹汁果凍感官評(píng)價(jià)得分預(yù)測(cè)值為85.306 5分。此外，考慮到實(shí)際操作情況與工業(yè)生產(chǎn)便利性等情況，將上述原料按百分率換算為竹汁添加量22%，復(fù)配膠添加量0.8%，赤蘚糖醇添加量10%。

采用上述最優(yōu)竹汁果凍加工工藝配方，重復(fù)進(jìn)行3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，制得一款色澤金黃、口感柔滑且獨(dú)具竹味清香的果凍，再對(duì)其進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。所得感官評(píng)價(jià)得分為（85±1.09）分，與預(yù)測(cè)值相似度為98.36%～99.09%，說明竹汁果凍最佳工藝配方為竹汁添加量22%，赤蘚糖醇添加量10%，復(fù)配膠添加量0.8%。

2.4 質(zhì)量分析

2.4.1 竹汁果凍感官評(píng)定檢驗(yàn)結(jié)果

采用響應(yīng)面法優(yōu)化所得的最佳工藝配方，進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，得到一款組織形態(tài)良好、口感順滑、色澤金黃、透明無雜質(zhì)且具有獨(dú)特的竹味清香的竹汁果凍。

2.4.2 竹汁果凍的質(zhì)量指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

（1）理化指標(biāo)的檢測(cè)。采用《果凍》（GB/T 19883-2018）中果凍數(shù)顯糖度計(jì)法對(duì)可溶性固形物進(jìn)行測(cè)定。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，測(cè)定竹汁果凍中可溶性固形物的含量為17.39%，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。理化指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果如表4所示。

表4 竹汁果凍質(zhì)量指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

（2）微生物指標(biāo)的檢測(cè)。竹汁果凍微生物參照指標(biāo)為菌落總數(shù)、大腸桿菌數(shù)、霉菌和酵母菌數(shù)。參照《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 4789.2—2016）方法對(duì)菌落總數(shù)進(jìn)行測(cè)定；根據(jù)《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 47893—2016）方法對(duì)大腸菌群進(jìn)行測(cè)定；參照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 霉菌和酵母菌計(jì)數(shù)》（GB 4789.15—2016）方法對(duì)霉菌、酵母菌進(jìn)行計(jì)數(shù)。經(jīng)過微生物檢測(cè)，菌落總數(shù)、霉菌和酵母菌的檢出量分別為31 CFU·g-1、9 CFU·g-1、11 CFU·g-1，均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

3 討論

本研究探索竹汁果凍的最佳配方采用的分析方法為響應(yīng)面優(yōu)化法，相較于正交分析法，響應(yīng)面優(yōu)化法所需實(shí)驗(yàn)組數(shù)較多，理解相對(duì)困難，但響應(yīng)面優(yōu)化法是在一連續(xù)范圍內(nèi)選取最高數(shù)值，同時(shí)也將單因素間相互作用對(duì)響應(yīng)值的影響包含在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案內(nèi)。利用Design-expert10.0.1根據(jù)響應(yīng)面擬合所得二次多項(xiàng)方程式建立3D模型，可更為直觀了解到各因素間的相互作用對(duì)響應(yīng)值的影響程度和對(duì)竹汁果凍的最佳工藝進(jìn)行優(yōu)化，故該方法所得結(jié)果更為精準(zhǔn)且理論值預(yù)測(cè)能力較正交分析法更為突出[6]。因此，本研究在探究竹汁果凍的最佳工藝配方時(shí)選擇響應(yīng)面優(yōu)化法，使得結(jié)果更為準(zhǔn)確和可靠，為預(yù)測(cè)果凍最佳工藝條件的分析方法選擇上提供了一定的參考價(jià)值。

4 結(jié)論

采用最佳工藝配方制得的竹汁果凍色澤金黃、組織形態(tài)良好、口感彈牙、呈透明狀少雜質(zhì)且具有獨(dú)特的竹味清香。實(shí)驗(yàn)主要是在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中的感官得分為（85±1.09）分，與理論最高感官評(píng)價(jià)得分近似度為98.36%～99.09%。成品的各質(zhì)量指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。綜上，竹汁果凍最優(yōu)工藝配方為22%竹汁用量、10%赤蘚糖醇用量、0.8%的復(fù)配膠（魔芋膠∶卡拉膠=2∶1）用量。