響應(yīng)面法優(yōu)化刺梨硬糖配方

許粟，史大娟，李梅，劉宇澤，王欣穎，胡艷*

（1.貴陽學(xué)院食品與制藥工程學(xué)院，貴州 貴陽 550005；2.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）又名刺莓果、刺菠蘿等，是我國特有物種[1]，野生資源主要分布于貴州、云南、四川、廣西等地[2]。刺梨與獼猴桃、山楂并稱我國三大新興水果，刺梨是一種集藥用、食用、保健、觀光于一體的野生水果[3]，因其富含維生素[4]、多糖[4-6]、人體必需氨基酸[7]、三萜[4-5，7-9]、微量元素[10]、黃酮[6，10]、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）[6，10]等多種活性成分，被譽為“營養(yǎng)庫”和“三王水果”。

貴州處于中亞熱帶和北亞熱帶，由于特殊的山形地勢和氣候條件，使得其特別適合刺梨的種植，是全國刺梨分布最多、產(chǎn)量最大的省份[11-14]。刺梨主要分布于貴州省六盤水市、黔南州、黔西南州、安順市、畢節(jié)市等地[15-16]。

近年來，隨著對刺梨的深入研究，研究者發(fā)現(xiàn)將刺梨作為原料運用到特殊人群食品和膳食補充劑的研發(fā)上，具有較大潛能[17-18]。因此，刺梨被廣泛用于食品研發(fā)等方面[19-20]。關(guān)于刺梨的精加工，已有學(xué)者研發(fā)了刺梨軟糖[21]、刺梨果脯[22]、刺梨口含片[23]、刺梨蛋糕[24]、刺梨酒[25]等產(chǎn)品，目前尚未有關(guān)于刺梨硬糖的研究。

本試驗選用刺梨汁作為主要原料，研究刺梨汁、結(jié)晶果糖、檸檬酸和檸檬酸鈉復(fù)配酸味劑對刺梨硬糖綜合感官品質(zhì)的影響，利用響應(yīng)面優(yōu)化試驗確定原料的最適添加比例及復(fù)配酸味劑的配比，以研發(fā)出一款色澤均勻，酸甜適口，且符合目標(biāo)消費群體口感需求的刺梨硬糖。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

刺梨汁：貴州初好農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司；白砂糖：市售；結(jié)晶果糖：山東西王糖業(yè)有限公司；檸檬酸、檸檬酸鈉：江西百盈生物技術(shù)有限公司；純凈水：杭州娃哈哈集團有限公司；鹽酸（分析純）：上海沃凱生物技術(shù)有限公司；硫酸銅（分析純）：天津市大茂化學(xué)試劑廠；亞甲藍、酒石酸鉀鈉、氯化鈉、乙酸鋅（均為分析純）：天津市科密歐化學(xué)就劑有限公司；氫氧化鈉（分析純）：成都市科隆化學(xué)品有限公司；冰乙酸（分析純）：天津市富宇精細化工有限公司；亞鐵氰化鉀（分析純）：成都金山化學(xué)試劑有限公司；月桂基硫酸鹽胰蛋白胨肉湯：青島高科技工業(yè)園海博生物技術(shù)有限公司；平板計數(shù)瓊脂：上海博微生物科技有限公司。

1.2 儀器設(shè)備

電子天平（BSM—220.3）：上海卓精電子科技有限公司；臺秤（YP6001）：余姚市金諾天平儀器有限公司；可調(diào)溫電爐（DK-98）、烘箱（101-2）、恒溫培養(yǎng)箱（SPX-150B）：天津市泰斯特儀器有限公司；超凈臺（SW-CJ-2D）：上海滬凈醫(yī)療器械有限公司；滅菌鍋（YXQ-LS）：上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠。

1.3 方法

1.3.1 加工工藝流程

1.3.2 基礎(chǔ)配方及操作要點

產(chǎn)品基礎(chǔ)配方：結(jié)晶果糖添加量為30%，刺梨汁添加量為37.5%，復(fù)配酸味劑添加量為0.55%，其中檸檬酸占總酸含量為60%，剩余部分用純凈水補充至100%。

根據(jù)產(chǎn)品基礎(chǔ)配方，稱取水和結(jié)晶果糖，并加入不銹鋼鍋中，應(yīng)避免在稱量過程中引入雜質(zhì)。用無菌玻璃棒將混合液體攪拌均勻，再將不銹鋼鍋置于電爐上加熱，用小火進行熬糖。當(dāng)不銹鋼鍋內(nèi)糖漿沸騰時，用溫度計測定糖漿溫度，當(dāng)溫度持續(xù)上升達到120℃時，加入刺梨汁，繼續(xù)熬糖至140℃，停止加熱，待混合物冷卻至120℃后加入復(fù)合酸味劑并用玻璃棒進行調(diào)和，然后將糖漿倒入模具放置在室溫下冷卻，冷卻至室溫后，將制備好的產(chǎn)品脫模、包裝后制得成品。

1.3.3 單因素試驗

通過單因素試驗研究結(jié)晶果糖、刺梨汁、復(fù)配酸味劑及復(fù)配酸味劑的配比對刺梨硬糖感官品質(zhì)的影響，以確定刺梨硬糖的最優(yōu)配方及復(fù)配酸味劑的配比。固定刺梨汁添加量為37.5%，復(fù)配酸味劑添加量為0.55%，檸檬酸占總酸含量為60%，分別添加不同比例結(jié)晶果糖（20%、30%、40%、50%、60%），研究結(jié)晶果糖的添加量對產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響。固定結(jié)晶果糖添加量為30%，復(fù)配酸味劑添加量為0.55%，檸檬酸占總酸含量為60%，分別添加不同比例刺梨汁（22.5%、27.5%、32.5%、37.5%、42.5%），研究刺梨汁添加量對產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響。固定結(jié)晶果糖添加量為30%，刺梨汁添加量為27.5%，檸檬酸占總酸含量為60%，分別添加不同比例的復(fù)配酸味劑（0.40%、0.45%、0.50%、0.55%、0.60%），研究復(fù)配酸味劑添加量對產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響。固定結(jié)晶果糖添加量為30%，刺梨汁添加量為27.5%，復(fù)配酸味劑添加量為0.5%，檸檬酸占總酸含量分別為50%、60%、70%、80%、90%，研究檸檬酸占總酸含量對產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響。

1.3.4 響應(yīng)面試驗優(yōu)化

以結(jié)晶果糖、刺梨汁、復(fù)配酸味劑及檸檬酸占總酸含量為因子，以響應(yīng)面試驗為基礎(chǔ)，設(shè)計四因素三水平試驗優(yōu)化刺梨硬糖的最佳配方。因素水平見表1。

表1 響應(yīng)面因素水平Table 1 Factors and levels of response surface

1.3.5 刺梨硬糖的感官評定

刺梨硬糖的感官評價方法參照GB 17399—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)糖果》和SB/T 10018—2017《糖果硬質(zhì)糖果》中關(guān)于硬糖感官品質(zhì)的要求，以及王麗霞等[26]、曹潔等[27]、陳炳鑫等[28]關(guān)于硬糖感官評價的評分規(guī)則，并綜合刺梨的特殊口感風(fēng)味，設(shè)計刺梨硬糖的感官評分細則，見表2。采用定量描述分析方法，邀請年齡在15歲～35歲且符合本試驗條件需求的消費者型感官評價員男女各25名，對產(chǎn)品進行感官評價，并對結(jié)果進行統(tǒng)計分析。

表2 刺梨硬糖的感官評分細則Table 2 Sensory grading rules of Roxburgh rose hard candy

1.3.6 刺梨硬糖理化及微生物指標(biāo)測定

理化指標(biāo)：干燥失重的測定參考SB/T 10018—2017《糖果硬質(zhì)糖果》中干燥失重試驗方法進行；還原糖的測定參考GB 5009.7—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中還原糖的測定》中的第一法直接滴定法進行。

微生物指標(biāo)：菌落總數(shù)的測定參考GB 4789.2—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗菌落總數(shù)測定》進行；大腸菌群的測定參考GB 4789.3—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗大腸菌群計數(shù)》進行。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

利用響應(yīng)面試驗設(shè)計軟件中的Central Composite Design模型，對各試驗組的結(jié)果進行方差和回歸分析。采用Origin 2018軟件作圖，上海瑞芬CSAS感官軟件分析系統(tǒng)和SPSS 20.0軟件對數(shù)據(jù)進行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 結(jié)晶果糖添加量對刺梨硬糖綜合感官品質(zhì)的影響

結(jié)晶果糖添加量對刺梨硬糖綜合感官品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 結(jié)晶果糖添加量對刺梨硬糖綜合感官評分的影響Fig.1 Effect of the addition of crystalline fructose on the comprehensive sensory score of Roxburgh rose hard candy

結(jié)晶果糖[29]是目前市售較甜的天然甜味劑之一，作為一種新型的糖源，具有良好加工特性，結(jié)晶果糖不會引起血糖的快速波動。結(jié)晶果糖添加量對硬糖的成型、口感及防止結(jié)晶返沙等具有顯著影響。從圖1可知，當(dāng)結(jié)晶果糖的添加量從20%增加到60%時，產(chǎn)品的感官評分先上升后下降。當(dāng)結(jié)晶果糖添加量為30%時，刺梨硬糖的感官評分最高，為83.21，硬糖口感適宜；當(dāng)結(jié)晶果糖的添加量低于30%時，硬糖會產(chǎn)生結(jié)晶返砂，口感粗糙；當(dāng)結(jié)晶果糖的添加量高于30%時，硬糖組織較軟，成型不好，口感粘牙。綜上，結(jié)晶果糖的最佳添加量為30%。

2.1.2 刺梨汁添加量對刺梨硬糖綜合感官品質(zhì)的影響

刺梨汁添加量對刺梨硬糖綜合感官品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 刺梨汁添加量對刺梨硬糖綜合感官評分的影響Fig.2 Effect of the addition amount of Roxburgh rose juice on the comprehensive sensory score of Roxburgh rose hard candy

刺梨汁添加量對刺梨硬糖的色澤、口感和風(fēng)味等具有顯著影響。由圖2可知，當(dāng)刺梨汁的添加量從22.5%增加到42.5%時，產(chǎn)品的感官評分先上升后下降。當(dāng)刺梨汁添加量為27.5%時，刺梨硬糖的感官評分最高，為83.45，硬糖的色澤為橙色，口感不粘牙，刺梨風(fēng)味及甜度適宜；當(dāng)刺梨汁添加量低于27.5%時，硬糖的色澤較淺，口感不粘牙刺梨風(fēng)味淡且甜度較甜；當(dāng)刺梨汁添加量高于27.5%時，硬糖的色澤較深，口感較粘牙。綜上，刺梨汁的最佳添加量為27.5%。

2.1.3 復(fù)配酸味劑添加量對刺梨硬糖綜合感官品質(zhì)的影響

復(fù)配酸味劑添加量對刺梨硬糖綜合感官品質(zhì)的影響見圖3。

圖3 復(fù)配酸味劑添加量對刺梨硬糖綜合感官評分的影響Fig.3 Effect of the addition amount of mixed sour agent on the comprehensive sensory score of Roxburgh rose hard candy

酸味劑的添加量對刺梨硬糖的組織形態(tài)、口感和風(fēng)味等具有影響。由圖3可知，當(dāng)復(fù)配酸味劑添加量從0.40%增加到0.60%時，產(chǎn)品的感官評分先上升后下降。復(fù)配酸味劑的添加量為0.50%時，感官評分最高，為84.73，刺梨硬糖的甜度適宜，無返砂不粘牙；當(dāng)復(fù)配酸味劑添加量低于0.50%時，刺梨硬糖有返砂現(xiàn)象，甜度強；當(dāng)復(fù)配酸味劑的添加量高于0.5%時，刺梨硬糖糖體軟，口感粘牙。綜上，復(fù)配酸味劑的最佳添加量為0.50%。

2.1.4 檸檬酸占總酸的含量對刺梨硬糖感官品質(zhì)的影響檸檬酸占總酸的含量對刺梨硬糖感官品質(zhì)的影響見圖4。

圖4 檸檬酸占總酸的含量對刺梨硬糖綜合感官評分的影響Fig.4 Effect of ratio of citric acid and total acid content on comprehensive sensory score of Roxburgh rose hard candy

檸檬酸與檸檬酸鈉復(fù)配時酸味柔和，具有良好的口感。由圖4可知，隨著檸檬酸占總酸含量的增加，產(chǎn)品的感官綜合評分先上升后下降，當(dāng)含量為80%時，感官評分最高，為83。當(dāng)檸檬酸占總酸含量小于80%時，刺梨硬糖的酸味較尖銳；當(dāng)檸檬酸占總酸含量高于80%時，刺梨硬糖口感整體偏酸。綜上，檸檬酸占總酸的最佳含量為80%。

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)面試驗設(shè)計與結(jié)果Table 3 Response surface analysis design

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

根據(jù)響應(yīng)面試驗中的Central Composite Design模型，可得回歸方程：Y=84.13-1.13A+0.30B+0.60C+0.13D-0.24AB-0.055AC-0.067AD-0.12BC+0.15BD-0.46CD-1.75A2-0.93B2-0.79C2-0.96D2。

由表4可知，回歸模型F值為81.39，P值＜0.000 1，表明回歸模型顯著；試驗所選模型的失擬項P值為0.311 6＞0.05，說明失擬項不顯著；該模型擬合程度良好，試驗誤差小，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。由模型回歸方程系數(shù)的顯著性表明4個因素對刺梨硬糖的感官評分影響的重要程度為A＞C＞B＞D，即結(jié)晶果糖添加量＞復(fù)配酸味劑添加量＞刺梨汁添加量＞檸檬酸占總酸含量，其中結(jié)晶果糖添加量、復(fù)配酸味劑添加量、刺梨汁添加量、檸檬酸占總酸含量對感官評分的影響顯著（P＜0.05），交互項AC、AD、BC、BD對刺梨硬糖感官評分的影響不顯著（P＞0.05），交互項AB、CD對刺梨硬糖感官評分的影響顯著（P＜0.05），二次項 A2、B2、C2、D2對刺梨硬糖感官綜合評分的影響均極顯著（P＜0.05）。

2.3 響應(yīng)曲面分析

響應(yīng)面試驗設(shè)計生成的響應(yīng)曲面如圖5所示。

圖5 結(jié)晶果糖添加量、刺梨汁添加量、復(fù)配酸味劑添加量及檸檬酸占總酸含量交互的響應(yīng)面Fig.5 The interactive response surface of the amount of crystalline fructose，Roxburgh rose juice，mixed sour agent and ratio of citric acid and total acid content

從圖 5中（a）～（f）可知，在結(jié)晶果糖添加量 25%～35%、刺梨汁添加量24.5%～30.5%區(qū)域，刺梨硬糖的感官評分較高；在結(jié)晶果糖添加量25%～35%、復(fù)配酸味劑添加量0.47%～0.53%區(qū)域，刺梨硬糖的感官評分較高；在結(jié)晶果糖添加量25%～35%、檸檬酸占總酸含量75%～85%區(qū)域，刺梨硬糖的感官評分較高；在刺梨汁添加量26.5%～30.5%、復(fù)配酸味劑添加量0.47%～0.53%區(qū)域，刺梨硬糖的感官評分較高。在刺梨汁添加量26.5%～30.5%、檸檬酸占總酸含量75%～85%區(qū)域，刺梨硬糖的感官評分較高。在復(fù)配酸味劑添加量0.47%～0.53%、檸檬酸占總酸含量75%～85%區(qū)域，刺梨硬糖的感官評分較高。

如圖 5 中（a）、（b）、（c）所示，隨著結(jié)晶果糖添加量的改變，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，說明結(jié)晶果糖的添加量對產(chǎn)品的感官評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（a）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，結(jié)晶果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)品的感官評分受結(jié)晶果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。同理，如圖5（f）所示，復(fù)配酸味劑和檸檬酸占總酸含量間的交互作用最為顯著，說明產(chǎn)品的感官評分受復(fù)配酸味劑和檸檬酸占總酸含量比例的影響極為顯著，結(jié)果與表4中響應(yīng)面的方差分析結(jié)果一致。

綜上所述，在產(chǎn)品配方中，結(jié)晶果糖和復(fù)配酸味劑的添加量是影響產(chǎn)品口感的主要因素。在刺梨硬糖的產(chǎn)品配方中，結(jié)晶果糖作為甜味劑為產(chǎn)品提供甜味，而復(fù)配酸味劑為產(chǎn)品提供酸味，由響應(yīng)面分析結(jié)果可知，產(chǎn)品的酸甜度成為影響感官評分的最主要因素，因此，需要嚴格的控制產(chǎn)品的酸甜度，即結(jié)晶果糖和復(fù)配酸味劑之間的配比。

2.4 刺梨硬糖配方優(yōu)化

產(chǎn)品的感官評價綜合評分為本研究中響應(yīng)面優(yōu)化的目標(biāo)，根據(jù)響應(yīng)面試驗結(jié)果可得刺梨硬糖的最佳配方：結(jié)晶果糖的添加量為26.59%，刺梨汁的添加量為28.40%，復(fù)配酸味劑的添加量為0.52%，檸檬酸占總酸含量為80%。在此條件下，所預(yù)測的產(chǎn)品感官評分最大值為84.92。

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，結(jié)晶果糖的添加量為26.59%，刺梨汁的添加量為28.40%，復(fù)配酸味劑的添加量為0.52%，檸檬酸占總酸含量為80%，刺梨硬糖的綜合感官評分為84.46±2.53，相比于模型預(yù)測值，其差值為0.54%，因此，論證了刺梨硬糖模型的合理性和可靠性。

2.6 刺梨硬糖感官評定分析

根據(jù)最適配方制得的刺梨硬糖如圖6所示。制得的產(chǎn)品呈橙色，外形完整且色澤均勻不返砂，甜味純正，不粘牙，具有刺梨和糖果的香氣和滋味。

圖6 刺梨硬糖成品Fig.6 Roxburgh rose hard candy

2.7 刺梨硬糖理化及微生物指標(biāo)測定結(jié)果

刺梨硬糖理化及微生物指標(biāo)測定結(jié)果見表5。

表5 刺梨硬糖理化指標(biāo)和微生物指標(biāo)測定結(jié)果Table 5 Detection results of physicochemical and microbial indexes of Roxburgh rose hard candy

由表5可知，按照最優(yōu)配方生產(chǎn)的刺梨硬糖的理化及微生物指標(biāo)檢測結(jié)果均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)論

通過本次試驗研究，得出刺梨硬糖的最佳配方：結(jié)晶果糖添加量為26.59%，刺梨汁添加量為28.40%，復(fù)配酸味劑添加量為0.52%，檸檬酸占總酸含量為80%。在優(yōu)化配方條件下制備的刺梨硬糖感官評分為84.92，制得的刺梨硬糖呈橙色、口感酸甜適中，具有刺梨和糖果的香氣和滋味、甜味純正、不粘牙、色澤均勻且外形完整、組織形態(tài)良好。