響應(yīng)面優(yōu)化零熱量紅茶保健果凍的制作工藝

潘鵬宇，左福敏，何 雨

（貴州醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生與健康學(xué)院，環(huán)境污染與疾病監(jiān)控教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州貴陽 550025）

果凍外觀晶瑩、口感軟滑、色澤鮮艷，深受廣大消費(fèi)者青睞，具有廣闊的生產(chǎn)應(yīng)用前景和良好的市場前景[1-2]。目前，市場上的果凍多數(shù)屬高糖酸制品，長時(shí)間高糖飲食會導(dǎo)致味覺異常，兒童食用過多富含砂糖的果凍容易引發(fā)不良病癥[3]。因此，開發(fā)營養(yǎng)價(jià)值高且有一定保健功能的果凍，是未來果凍產(chǎn)品的發(fā)展方向[4]。

都勻紅茶也稱都勻毛尖紅茶，產(chǎn)于貴州團(tuán)山一帶，土壤中富含大量的鐵質(zhì)和磷酸鹽，成品茶色澤鮮艷、外形勻整、香氣清嫩、汁味鮮濃，屬于貴州三大名茶之一，具有降血壓、降血脂、抗癌等功效。因此，研制一種具有保健功效的果凍食品[5-6]，對貴州茶資源的開發(fā)和應(yīng)用具有重要價(jià)值。

魔芋膠是一種低蛋白質(zhì)、高膳食纖維的食品，主要含有魔芋葡甘聚糖，不含熱量，是天然高分子可溶性膳食纖維，具有增稠功效，卡拉膠則常被作為果凍生產(chǎn)的凝膠原料[7]，魔芋膠與卡拉膠得到的復(fù)配凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更為致密[8]。國內(nèi)黃嬌麗等人[9]利用該復(fù)配膠，以大豆異黃酮、木糖醇為原料制作無糖果凍；師聰?shù)热薣10]還加入了黃原膠進(jìn)行復(fù)配，以槐花等作為主要原料研制風(fēng)味果凍。而關(guān)于低糖或無糖替代品果凍的工藝研發(fā)，Zhao K 等人[11]主要利用甜葉菊提取物等制備無糖的草香黃綠果凍；Akesowan A[12]利用響應(yīng)面法優(yōu)化赤蘚糖醇- 三氯蔗糖復(fù)合物添加量開發(fā)了魔芋果凍飲料。試驗(yàn)以貴州特色都勻紅茶、魔芋膠和卡拉膠、赤蘚糖醇、羅漢果甜苷為主要原料，通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)分析研究零熱量紅茶保健果凍制作中紅茶汁、復(fù)配甜味劑、復(fù)配膠、氯化鉀的添加量等工藝參數(shù)，確定制作果凍的最佳工藝條件，為研制具有預(yù)防保健的新型果凍產(chǎn)品的開發(fā)提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料

赤蘚糖醇、魔芋膠、卡拉膠、檸檬酸、KCl、羅漢果甜苷、貴州都勻紅茶，所購皆為食品級。100 目過濾網(wǎng)、稱量紙、勺子若干、玻璃棒、玻璃器皿、不銹鋼盆、果凍模具、飲用礦泉水。

1.2 儀器與設(shè)備

DJ-A500 型電子天平，華志福建電子科技有限公司產(chǎn)品；C21-WH2103 型多功能電磁，廣東美的生活電器制造有限公司產(chǎn)品；BCD-649WDGK 型電冰箱，青島海爾股份有限公司產(chǎn)品；MHY-16262 型電熱恒溫水浴鍋，北京美華儀科技有限公司產(chǎn)品。

1.3 工藝流程

1.3.1 紅茶茶湯制備

紅茶→稱量→預(yù)泡→浸泡→過濾→紅茶水。

紅茶汁感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 紅茶汁感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)置不同茶水比進(jìn)行試驗(yàn)。各沖泡5～8 min 過濾。找10 名感官評價(jià)員作為1 組，按照下面感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表1） 評分取平均分，得到適合大多數(shù)人的紅茶沖泡比。

1.3.2 果凍制作工藝流程

1.3.3 操作要點(diǎn)

（1） 溶膠、煮膠。洗凈的玻璃器皿中加入熱水，加入稱量好的復(fù)配膠、復(fù)配甜味劑待完全溶解后放入盛有水的鋼盆中隔水煮膠，并用玻璃棒攪拌5～10 min完成溶膠[13]。

（2） 加檸檬酸、KCl 調(diào)配。將稱量好的檸檬酸、KCl 用少量溫水溶化后，緩緩加入到煮好的膠溶液中。此過程需注意凝膠溶液溫度不可過高，需將凝膠溫度降低至50～60 ℃再進(jìn)行調(diào)配。

（3） 注模。調(diào)配完成后，將果凍液趁熱快速倒入果凍模具中，待冷卻。

（4） 滅菌、貯藏。恒溫水浴鍋溫度調(diào)至80 ℃后把果凍放入恒溫水浴鍋殺菌10～15 min 即可。將果凍取出后冷卻至室溫，放置冷藏柜中3～4 h 后進(jìn)行果凍感官檢測分析。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過預(yù)試驗(yàn)研究，初步確定魔芋膠、卡拉膠復(fù)配比為2∶8（按1 g 計(jì)）。根據(jù)傳統(tǒng)果凍蔗糖添加量12%～14%，而羅漢果甜苷的甜度是蔗糖的300 倍，赤蘚糖醇的甜度是蔗糖的0.65 倍，甜度換算后再考慮節(jié)約資源，盡量少用赤蘚糖醇，初步確定赤蘚糖醇和羅漢果甜苷復(fù)配甜度比例100∶2。得到基礎(chǔ)配方為復(fù)配膠添加量2.0%，復(fù)配甜味劑添加量2.04%，檸檬酸添加量0.1%，KCl 添加量0.03%，紅茶汁添加量30.0%。固定5 個(gè)因素中的4 個(gè)因素，只改變一個(gè)因素，經(jīng)過感官評價(jià)得出該因素在果凍中的最適添加量，以此類推初步得出5 個(gè)因素的最適添加量。試驗(yàn)中均是預(yù)制50 g 成品果凍，添加比例照計(jì)。

1.4.2 響應(yīng)面試設(shè)計(jì)驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上（KCl 添加量為0.06%），選取對果凍感官品質(zhì)影響較大的4 個(gè)因素：復(fù)配膠添加量（A）、復(fù)配甜味劑添加量（B）、茶汁添加量（C）、檸檬酸添加量（D） 作為自變量，使用Boxbehnken 模型[14]，設(shè)置最佳3 組水平值進(jìn)行四因素三水平中心組合試驗(yàn)。

響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)/%

1.4.3 果凍感官檢驗(yàn)

依照國標(biāo)GB/T 19883—2018 從果凍顏色、風(fēng)味、組織形態(tài)、口感進(jìn)行感官評價(jià)（見表3）。由15 人組成感官評價(jià)小組，對紅茶保健果凍進(jìn)行感官評分，去掉一個(gè)最低評分和一個(gè)最高評分后取平均值。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

用Microsoft Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理記錄，采用Origin 2021 對單因素試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理分析，利用Design Expert 8.0.6.1 軟件對響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、二次模型的建立并通過對回歸方程解析和響應(yīng)面的分析獲得最佳變量水平，通過p值（p＜0.05）考查模型及因素的顯著性。對于每組試驗(yàn)，重復(fù)3次，取平均值。

無糖紅茶保健果凍感官品價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 無糖紅茶保健果凍感官品價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 不同茶水比對茶汁沖泡品質(zhì)的影響

不同茶水比對紅茶汁感官品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 不同茶水比對紅茶汁感官品質(zhì)的影響

由圖1 可知，水中紅茶過多的時(shí)候，泡制的茶汁苦澀偏重，潤喉感較差，而水量過多所用紅茶量相對少的時(shí)候泡制的茶水又太過清淡，茶香味也淡。最終確定紅茶泡制茶水比例最好控制在1∶50，此時(shí)得到的茶汁更加香味撲鼻，具有色澤亮麗、無雜質(zhì)、醇爽通透、潤喉明顯等特點(diǎn)。

2.1.2 羅漢果甜苷和赤蘚糖醇代糖對果凍感官品質(zhì)的影響

羅漢果甜苷與赤蘚糖醇配比對果凍感官品質(zhì)的影響見圖2。

由圖2 可知，通過預(yù)試驗(yàn)設(shè)置的不同比例，結(jié)果發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組中羅漢果甜苷與赤蘚糖醇配比為2∶100 時(shí)得到的成品果凍口感較佳，按照50 g 成品果凍計(jì)復(fù)配甜味劑添加量為2.04%，且果凍口感爽滑細(xì)膩、甜味適口。

圖2 羅漢果甜苷與赤蘚糖醇配比對果凍感官品質(zhì)的影響

2.1.3 魔芋膠和卡拉膠配配對果凍感官品質(zhì)的影響

魔芋膠和卡拉膠配比對果凍感官評分的影響見圖3。

圖3 魔芋膠和卡拉膠配比對果凍感官評分的影響

由圖3 可知，魔芋膠比例高時(shí)，果凍感官品質(zhì)一般，此時(shí)的凝膠形態(tài)很差，果凍彈性差，質(zhì)地較為黏稠，隨著魔芋膠添加比例減少，卡拉膠比例增加后，果凍感官品質(zhì)有所改善，當(dāng)魔芋膠與卡拉膠配比為3∶7 時(shí)，果凍凝膠效果較好，再度增加卡拉膠比例得到的果凍凝結(jié)效果很差，整體呈松散狀。所以，由此得出復(fù)配膠（魔芋膠∶卡拉膠） 最佳凝膠配比為3∶7，按50 g 成品果凍計(jì)此刻復(fù)配膠添加量為2.0%。

2.1.4 紅茶茶汁添加量對成品果凍感官品質(zhì)的影響

紅茶茶汁添加量對成品果凍感官品質(zhì)的影響見圖4。

由圖4 可知，茶汁添加過多，或者不足都會影響果凍感官品質(zhì)，當(dāng)紅茶水添加量為40%時(shí)生產(chǎn)出來的果凍光滑并且呈均勻一致的淺褐色，茶香味適宜。

圖4 紅茶茶汁添加量對成品果凍感官品質(zhì)的影響

2.1.5 檸檬酸添加量對果凍感官評價(jià)的影響

檸檬酸添加量對果凍感官評價(jià)的影響見圖5。

圖5 檸檬酸添加量對果凍感官評價(jià)的影響

由圖5 可知，檸檬酸添加量對果凍口感影響呈現(xiàn)上升后降的趨勢，因?yàn)楹竺嫣砑舆^多導(dǎo)致酸度嚴(yán)重偏高，感官品質(zhì)不理想，最終確定檸檬酸添加量為0.1%時(shí)成品果凍酸甜適口。

2.1.6 氯化鉀（KCl） 添加量對果凍感官評價(jià)的影響KCl 添加量對果凍感官評價(jià)的影響見圖6。

圖6 KCl 添加量對果凍感官評價(jià)的影響

KCl 添加量對果凍品質(zhì)影響趨勢與檸檬酸基本一致，由圖6 可知，當(dāng)KCl 添加量為0.06%時(shí)果凍品質(zhì)最佳，Q 彈性更好，更有嚼勁。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果分析

得出單因素試驗(yàn)結(jié)果后，利用Design Expert 8.0.6.1 軟件對表3 中各添加量進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化。

Box-behnken 模型設(shè)計(jì)方案及響應(yīng)值見表4。

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

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)的回歸模型建立與方差分析

將表4 中所有數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元擬合后得到響應(yīng)面回歸模型的二次多項(xiàng)回歸方程：

下面對果凍感官評分的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行方差分析[15]，以檢驗(yàn)該方程的有效性。

模型二次回歸方程的方差分析見表5，R2分析見表6。

表6 R2 分析

由表5 可知，模型的p＜0.000 1，即此時(shí)的回歸模型達(dá)到極顯著水平，失擬項(xiàng)p=0.058 6＞0.05，表明此時(shí)失擬項(xiàng)不顯著，這也說明該模型的回歸方程能與實(shí)際比較好地進(jìn)行吻合，誤差較小，能夠有效利用該模型分析預(yù)測零熱量的紅茶保健果凍的最佳工藝條件。此外，在所選取的四因素水平范圍內(nèi)，F(xiàn)值的大小代表了各因素對果凍感官評分的影響程度，所以4 個(gè)因素對果凍感官評分的影響程度為A＞D＞B＞C。

由表6 可知，回歸模型R2=0.964 9，矯正R2=0.929 9，說明模型同實(shí)際擬合度較好，回歸系數(shù)在可接受的范圍內(nèi)，且預(yù)測R2=0.808 1，R2預(yù)測值與矯正值之差小于0.2，說明該試驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)測性好。變異系數(shù)CV=3.04%＜5.00%，說明方程有較好的重現(xiàn)性。而信噪比為16.247，比4 大得多，回歸模型可信度較高。綜上所述，該模型能夠很好地用來分析、預(yù)測零熱量的紅茶保健果凍的最佳工藝條件。

2.2.2 響應(yīng)面影響因素交互作用圖形分析

兩兩影響因素交互作用對感官評分影響的響應(yīng)圖見圖8。

圖8 兩兩影響因素交互作用對感官評分影響的響應(yīng)圖

關(guān)于兩兩影響因素對共同響應(yīng)值的影響，采用降維分析[16]。由圖8 可知，選取得到的響應(yīng)圖中影響效果比較明顯，能夠明顯看出復(fù)配甜味劑添加量對響應(yīng)值影響極為顯著，響應(yīng)值隨著復(fù)配膠的添加量的增加會變大，待到響應(yīng)值增大到極值后，隨著復(fù)配膠添加量的增加，響應(yīng)值逐漸減小。

2.2.3 果凍配方的參數(shù)優(yōu)化及其模型驗(yàn)證

經(jīng)過響應(yīng)面回歸方程分析優(yōu)化后得出零熱量紅茶保健果凍最佳工藝條件為復(fù)配膠添加量2.59%，復(fù)配甜味劑2.04%，紅茶汁添加量40.04%，檸檬酸添加量0.10%，這與單因素試驗(yàn)所得到的結(jié)果較為相近，更體現(xiàn)了試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目煽啃院皖A(yù)測值的準(zhǔn)確性。為方便試劑操作可行性，對以上結(jié)果作取整處理，修改工藝配方中各組分添加量為復(fù)配膠2.6%，復(fù)配甜味劑2.0%，紅茶汁40.0%，檸檬酸0.1%，進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。在此工藝條件下進(jìn)行3 次平行試驗(yàn)取平均值，得到的感官評分為92.55 分，與預(yù)測值90.20 分之間差異不顯著。經(jīng)此驗(yàn)證，該模型可以用于試驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測，且優(yōu)化結(jié)果有效。

2.3 零熱量紅茶保健果凍的質(zhì)量指標(biāo)

2.3.1 成品果凍感官品質(zhì)

成品果凍感官品質(zhì)見表7。

表7 成品果凍感官品質(zhì)

2.3.2 果凍的理化、衛(wèi)生指標(biāo)

果凍的理化、衛(wèi)生指標(biāo)見表8。

4 結(jié)論

試驗(yàn)通過單因素試驗(yàn)和Box-behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理和響應(yīng)面分析法，對零糖的紅茶保健果凍的工藝配方進(jìn)行了優(yōu)化，得到零熱量紅茶保健果凍的加工工藝條件為魔芋膠∶卡拉膠為3∶7，復(fù)配膠添加量2.6%，紅茶汁添加量為40.0%，羅漢果甜苷∶赤蘚糖醇為2∶100，復(fù)配甜味劑添加量為2.0%，檸檬酸添加量為0.1%，KCl 添加量為0.06%，此時(shí)的成品果凍感官評分為92.55 分，比預(yù)測值90.20 分略高，并且由此工藝制作的果凍質(zhì)地更加均勻，光滑透明，呈紅褐色，Q 彈性好，凝膠狀態(tài)較佳，韌性理想，酸甜度、咀嚼感也適口。