響應(yīng)曲面法優(yōu)化火龍果果皮果凍的制作工藝

唐海堯，張俊麗，司圓圓

（陽(yáng)江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 陽(yáng)江 529566）

0 引言

火龍果（Hylocereus undatus） 屬仙人掌科（Cactaceae） 量天尺屬（Hylocereus） 植物，其果實(shí)的外表長(zhǎng)有肉質(zhì)鱗片，又有青龍果、紅龍果、仙蜜果等名稱，原產(chǎn)地在巴西、墨西哥等美洲熱帶沙漠地區(qū)，目前我國(guó)的海南、廣東、福建和廣西等省份都有著較大規(guī)模的種植[1-2]。長(zhǎng)期以來(lái)，火龍果的果肉可以直接食用或被當(dāng)成重要的食品原材料，被加工成各種果酒、果醋、酸奶等[3]，而果皮部分不可食用，只能丟棄。火龍果的果皮含有豐富的蛋白質(zhì)、維生素、水溶性膳食纖維、多酚、花青素等活性物質(zhì)，直接丟棄火龍果果皮造成的資源浪費(fèi)是巨大的，如何處理好火龍果的果皮是提升火龍果綜合利用價(jià)值的關(guān)鍵[4-7]。果凍是人們喜愛(ài)的休閑食品，目前市場(chǎng)上常見(jiàn)產(chǎn)品多以水果果肉加工而成，而將火龍果果皮作為主要原料制作果凍尚不多見(jiàn)，利用火龍果果皮為主要原料制作果凍[8-9]，可以變廢為寶，提升火龍果資源的綜合利用價(jià)值。以模糊數(shù)學(xué)法評(píng)價(jià)果凍的綜合感官品質(zhì)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用響應(yīng)曲面法對(duì)果凍的工藝配方進(jìn)行優(yōu)化，以期得到具有較好開(kāi)發(fā)價(jià)值的火龍果果皮果凍，為火龍果產(chǎn)業(yè)化的多元發(fā)展提供新思路，具有積極的現(xiàn)實(shí)意義[10]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮紅肉火龍果，采摘自廣東陽(yáng)西縣華翔果場(chǎng)；白砂糖，舒可曼（SUGARMAN）；卡拉膠、槐豆膠、結(jié)冷膠、檸檬酸等均為食品級(jí)，河南萬(wàn)邦實(shí)業(yè)有限公司提供。

萬(wàn)分之一電子分析天平，梅特勒-托利多國(guó)際股份有限公司產(chǎn)品；HS-4 型恒溫水浴加熱鍋，太倉(cāng)市華利達(dá)試驗(yàn)設(shè)備有限公司產(chǎn)品；L12-P155 型多功能破壁榨汁機(jī)，九陽(yáng)股份有限公司產(chǎn)品；101-1A 型數(shù)字顯示鼓風(fēng)干燥機(jī)，鶴壁市新天科煤質(zhì)儀器有限公司產(chǎn)品；APV-1000 型均質(zhì)機(jī)，深圳市榮利豐科技有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

①火龍果前處理→取皮→熱燙→破壁→火龍果果皮原漿；

②復(fù)合凝膠劑→溶解→熬煮→混合調(diào)配；

③白砂糖→溶解；

①+②+③→均質(zhì)→灌裝→殺菌→成型→成品。

1.2.2 操作要點(diǎn)

（1） 原料選擇。選擇大小基本一致，成熟度八分左右，無(wú)機(jī)械傷、無(wú)蟲(chóng)害、無(wú)病害的火龍果，在果園采摘后立即運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理。

（2） 原材料的預(yù)處理。清水洗凈果實(shí)，自然瀝干水分，削去火龍果果皮最邊緣的鱗片，將果皮表層撕下去掉，分離果皮和果肉，果皮備用。

（3） 熱燙。將火龍果果皮切成約10 mm×10 mm大小的方塊，加入少量食鹽和檸檬酸的沸水中熱燙約90 s。

（4） 制取果皮原漿。將上述火龍果果皮放入破壁機(jī)中打碎，以轉(zhuǎn)速2 000 r/min 離心2 min，得到火龍果果皮原漿。

（5） 溶解。白砂糖加水溶解，復(fù)合凝膠劑加入水中，加熱溶解，備用。

（6） 熬煮。將上述原料與火龍果果皮原漿混合加熱熬煮，保持微沸，中途添加少量檸檬酸，當(dāng)混合液可以細(xì)短狀態(tài)流下，且不易斷落，停止熬煮。

（7） 均質(zhì)條件為50 ℃，25 MPa，重復(fù)進(jìn)行2 次處理。

（8） 灌裝成型?；旌弦旱谷牍麅瞿＞?，冷卻、成型、封口，即得到成品。

1.3 感官評(píng)定

感官評(píng)定小組的成員由10 個(gè)人組成，在進(jìn)行評(píng)價(jià)活動(dòng)前2 h 內(nèi)不能接觸辛辣等刺激性的食物，評(píng)價(jià)后立即用清水漱口，5 min 后再進(jìn)行下一個(gè)樣品的評(píng)定，且各成員在評(píng)定過(guò)程中互相不接觸討論，獨(dú)立完成評(píng)價(jià)工作?；瘕埞す麅龅母泄僭u(píng)分標(biāo)準(zhǔn)主要從果凍的色澤、風(fēng)味、組織形態(tài)、口感等4 個(gè)方面進(jìn)行，以優(yōu)、良、中、差4 個(gè)等級(jí)進(jìn)行評(píng)分，4 個(gè)等級(jí)的具體分值則根據(jù)果凍的實(shí)際情況確定。

火龍果果皮果凍的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 火龍果果皮果凍的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.4 配方優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)[11-12]，并進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研，在參考市面上常見(jiàn)的果凍產(chǎn)品配方基礎(chǔ)上結(jié)合預(yù)試驗(yàn)結(jié)果確定所用的復(fù)合凝膠劑配比，卡拉膠∶槐豆膠∶結(jié)冷膠的質(zhì)量比為1∶0.8∶1，以火龍果果皮原漿用量為80 g/L，復(fù)合凝膠劑用量為10 g/L，白砂糖用量為100 g/L 作為基礎(chǔ)的試驗(yàn)條件，分別對(duì)火龍果果皮原漿用量（A）、復(fù)合凝膠劑用量（B）和白砂糖用量（C） 3 個(gè)因素進(jìn)行考查，以感官評(píng)價(jià)得分為結(jié)果，確定3 個(gè)因素適宜的用量范圍。

1.4.1 火龍果果皮原漿用量的單因素試驗(yàn)

在基礎(chǔ)試驗(yàn)條件上考查火龍果果皮原漿用量對(duì)結(jié)果的影響，分別取火龍果果皮原漿60，80，100，120，140 g/L。

1.4.2 復(fù)合凝膠劑用量的單因素試驗(yàn)

在基礎(chǔ)試驗(yàn)條件上考察復(fù)合凝膠劑用量對(duì)結(jié)果的影響，分別取6，8，10，12，14 g/L 作為該水平的考查因素。

1.4.3 白砂糖用量的單因素試驗(yàn)

在基礎(chǔ)試驗(yàn)條件上考察白砂糖用量對(duì)結(jié)果的影響，分別添加60，80，100，120，140 g/L 的白砂糖，評(píng)價(jià)果凍的感官品質(zhì)。

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，以火龍果果皮原漿用量、復(fù)合凝膠劑用量和白砂糖用量3 個(gè)變量為響應(yīng)因素，綜合感官評(píng)分為響應(yīng)值，根據(jù)Box-behnken 試驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)三因素三水平組合的響應(yīng)面試驗(yàn)。

響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)/g·L-1

1.5 模糊數(shù)學(xué)評(píng)定模型的建立

1.5.1 評(píng)價(jià)因素集U 的確定

評(píng)價(jià)因素集是對(duì)火龍果果皮果凍感官評(píng)價(jià)因素的集合，參考相關(guān)文獻(xiàn)[13-14]并根據(jù)果凍實(shí)際品質(zhì)情況，以色澤（u1）、風(fēng)味（u2）、組織形態(tài)（u3）、口感（u4） 4 項(xiàng)指標(biāo)作為因素集U。

1.5.2 評(píng)語(yǔ)集（V） 的確定

評(píng)語(yǔ)集（V） 是感官評(píng)定員對(duì)火龍果果皮果凍因素集（U） 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)的集合，以優(yōu)（v1）、良（v2）、中（v3）、差（v4） 為評(píng)語(yǔ)集。

滿分為10 分，v1等級(jí)為8~10 分，v2等級(jí)為6~7 分，v3等級(jí)為3~5 分，v4等級(jí)為0~3 分，參考表1進(jìn)行評(píng)級(jí)評(píng)價(jià)。根據(jù)感官評(píng)定結(jié)果，建立評(píng)價(jià)矩陣，以模糊數(shù)學(xué)評(píng)判方法進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)賦值分?jǐn)?shù)為V=（v1=8，v2=6，v3=4，v4=2）。

1.5.3 權(quán)重集的確定

參考?xì)w一化原則，將色澤（u1）、風(fēng)味（u2）、組織形態(tài)（u3）、口感（u4） 4 項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重集表示為k=（k1，k2，k3，k4），權(quán)重集中元素總和為1，根據(jù)各評(píng)價(jià)因素在感官評(píng)價(jià)中的重要性，10 名感官評(píng)定員對(duì)4 項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)客觀做出評(píng)分，每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的得分所占比重即為權(quán)重。

權(quán)重系數(shù)打分表見(jiàn)表3。

表3 權(quán)重系數(shù)打分表

根據(jù)表3 的結(jié)果，4 項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重集合為k=（k1，k2，k3，k4） =（0.13，0.23，0.27，0.37），即影響火龍果果皮果凍感官品質(zhì)的4 項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)，口感最為重要，其次是組織形態(tài)和風(fēng)味，而色澤影響程度相對(duì)最小。

1.6 質(zhì)量安全指標(biāo)測(cè)定

參考GB 4789.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)大菌落總數(shù)腸菌群計(jì)數(shù)》，對(duì)火龍果果皮果凍的大腸菌數(shù)進(jìn)行測(cè)定；參考GB 4789.2—2016《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》，對(duì)火龍果果皮果凍的菌落總數(shù)進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 火龍果果皮原漿用量對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響火龍果果皮原漿用量對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響見(jiàn)圖1。

圖1 火龍果果皮原漿用量對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響

由圖1 可知，隨著火龍果果皮原漿用量的增加，果凍的感官評(píng)分呈上升趨勢(shì)，當(dāng)火龍果果皮原漿用量為100，120，140 g/L 時(shí)感官評(píng)分較高，選擇這3 個(gè)用量繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)響應(yīng)面試驗(yàn)。

2.1.2 復(fù)合凝膠劑用量對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響

復(fù)合凝膠劑用量對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響見(jiàn)圖2。

圖2 復(fù)合凝膠劑用量對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響

由圖2 可知，復(fù)合凝膠劑用量在10 g/L 以下果凍感官品質(zhì)并不穩(wěn)定，當(dāng)復(fù)合凝膠劑用量超過(guò)10 g/L 時(shí)，果凍的感官評(píng)分逐漸上升且處在較高分?jǐn)?shù)水平，選擇10，12，14 g/L 用量做后續(xù)響應(yīng)面試驗(yàn)。

2.1.3 白砂糖用量對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響

白砂糖用量對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響見(jiàn)圖3。

由圖3 可以看出，隨著白砂糖用量的增加，果凍的感官評(píng)價(jià)呈上升趨勢(shì)，當(dāng)白砂糖用量超過(guò)100 g/L 時(shí)，感官評(píng)價(jià)上升趨勢(shì)放緩趨于平穩(wěn)，選擇100，120，140 g/L 用量進(jìn)行后續(xù)的響應(yīng)面試驗(yàn)。

圖3 白砂糖用量對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響

2.2 火龍果果皮果凍模糊數(shù)學(xué)感官綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，以火龍果果皮原漿用量、復(fù)合凝膠劑用量和白砂糖用量3 個(gè)變量為響應(yīng)因素，火龍果果皮果凍的綜合感官評(píng)分作為響應(yīng)值，利用Design Expert 軟件設(shè)計(jì)三因素三水平的響應(yīng)分析試驗(yàn)。

Box-behnken 設(shè)計(jì)方案及響應(yīng)值見(jiàn)表4，火龍果果皮果凍模糊數(shù)學(xué)感官綜合評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表5。

表5 火龍果果皮果凍模糊數(shù)學(xué)感官綜合評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)表

以表4 中第1 組試驗(yàn)為例展示計(jì)算過(guò)程[15]。將各等級(jí)評(píng)價(jià)次數(shù)的結(jié)果除以總?cè)藬?shù)10，得到1 號(hào)試驗(yàn)的模糊評(píng)價(jià)矩陣。

表4 Box-behnken 設(shè)計(jì)方案及響應(yīng)值

模糊綜合評(píng)價(jià)值Y的計(jì)算：Y等于權(quán)重集乘以模糊評(píng)價(jià)矩陣

Y=k×R1，即

模糊綜合評(píng)分M=Y×V，即

同理可得表4 中全部17 組試驗(yàn)的感官評(píng)分結(jié)果。

2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

回歸方程的方差分析見(jiàn)表6。

綜合得分= 6.26+0.21A+0.19B+0.30C+0.12AB+0.45AC-0.87A2-0.37B2-0.79C2.

由表6 可知，以感官評(píng)分為響應(yīng)值，得到的模型極顯著（p=0.003 4＜0.01），且失擬項(xiàng)不顯著（p＞0.05），模型的確定系數(shù)R2=0.925 62，信噪比=8.786，說(shuō)明該模型擬合性較好。利用Design Expert軟件對(duì)多元二次回歸方程求解，可得最優(yōu)工藝配方為火龍果果皮原漿用量124.14 g/L，復(fù)合凝膠劑用量10.58 g/L，白砂糖用量為84.97 g/L。

表6 回歸方程的方差分析

2.4 響應(yīng)曲面交互作用分析

各因素交互作用對(duì)感官評(píng)分的影響見(jiàn)圖4。

圖4是響應(yīng)曲面3D 圖，較為清晰地體現(xiàn)出了影響火龍果果皮果凍綜合感官得分的因素兩兩之間的交互作用，由該圖3D 曲面的平滑程度可推測(cè)，火龍果果皮原漿用量、復(fù)合凝膠劑用量和白砂糖用量3 個(gè)因素之間的交互作用明顯。

圖4 各因素交互作用對(duì)感官評(píng)分的影響

2.5 驗(yàn)證試驗(yàn)

基于Design Expert 中心組合法并結(jié)合實(shí)際操作的情況，將上述得到的預(yù)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)際取值，即火龍果果皮原漿用量125 g/L，復(fù)合凝膠劑用量10.5 g/L，白砂糖用量為85 g/L 為最終優(yōu)化的結(jié)果并進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表明，在該優(yōu)化條件下制得的火龍果果皮果感官評(píng)分為6.51 分，與預(yù)測(cè)值6.35 分差異不大，得到的優(yōu)化工藝參數(shù)基本可靠。

將優(yōu)化工藝制作的火龍果果皮果凍進(jìn)行菌落總數(shù)和大腸菌群測(cè)定，結(jié)果顯示，菌落總數(shù)為13 CFU/mL，大腸菌群未檢出，衛(wèi)生安全良好。

3 結(jié)論

在火龍果果皮果凍加工過(guò)程選擇的幾個(gè)因素：火龍果果皮原漿用量、復(fù)合凝膠劑用量和白砂糖用量水平改變均可引起結(jié)果產(chǎn)生較大的差異，因而選取其中幾個(gè)較好的點(diǎn)進(jìn)行響應(yīng)曲面優(yōu)化試驗(yàn)，根據(jù)響應(yīng)曲面試驗(yàn)結(jié)果再次制作并評(píng)價(jià)該配方的火龍果果皮果凍品質(zhì)，可得到外觀透明光滑，有純正的火龍果風(fēng)味，爽口不黏牙，柔軟有彈性，咀嚼性良好，無(wú)硬皮，不皺縮的果凍產(chǎn)品。

試驗(yàn)結(jié)果表明，火龍果果皮果凍的最佳工藝配方為火龍果果皮原漿125 g/L，復(fù)合凝膠劑10.5 g/L，白砂糖85 g/L，在此優(yōu)化配方下制作的火龍果果皮果凍綜合感官評(píng)價(jià)最優(yōu)，且大腸菌群未檢出，菌落總數(shù)為13 CFU/mL，衛(wèi)生指標(biāo)符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)結(jié)果對(duì)火龍果的綜合開(kāi)發(fā)利用及其他相關(guān)休閑食品的制作起到一定的參考和借鑒。