響應(yīng)面法優(yōu)化百香果果脯微波滲糖工藝

盧珍蘭，覃心怡，余森艷， 李致寶，李語炎

（1.廣西民族師范學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西崇左 532200；2.廣東海洋大學(xué)食品科技學(xué)院，廣東湛江 524000）

0 引言

百香果也稱為西番蓮果實(shí)、雞蛋果等[1-2]，屬熱帶、亞熱帶植物呼吸躍變類型的果實(shí)，貯藏期很短。百香果果實(shí)呈卵形，果殼堅(jiān)硬，汁液顏色呈黃色或橙色，為小漿果。由于百香果氣味芳香，具有多種果實(shí)濃郁的香氣而被人們稱為“百香果”，獲得“果汁之王”的美稱[3-4]。

百香果果汁富含多種天然生物活性成分，具有護(hù)膚美容、潤腸通便、抗癌抗衰老、解毒降脂等多種保健功能[5-6]，還具有消減浮躁、緩解不良情緒和減輕壓力的作用，并能益氣生津、養(yǎng)血寧神及增強(qiáng)食欲、促進(jìn)消化的功效[7-8]。

百香果果皮占果實(shí)質(zhì)量的50%～55%，干物質(zhì)含量為15%～20%[9]，在其加工過程中取果汁果肉丟棄果皮的行為不僅會(huì)造成很大的資源浪費(fèi)，還會(huì)造成環(huán)境的污染，所以百香果果皮的高值化利用是百香果加工的燃眉之急[10]。且百香果果皮也富含高抗氧化活性物質(zhì)和多種有益活性成分，具有降血糖血脂、預(yù)防心血管疾病、改善腸道等保健功效[11]。

果脯是日常生活中常見的休閑食品，因帶有水果的香氣，且口感軟糯、酸甜適中，頗受消費(fèi)者青睞。果脯主要以水果為原料，經(jīng)預(yù)處理后再經(jīng)過滲糖、烘干、成型等加工工藝而制成[12]。近年來，隨著百香果種植面積的擴(kuò)大和產(chǎn)量的增加，造成了豐產(chǎn)不豐收的現(xiàn)象，而將百香果全果制成果脯能夠有效地緩解不耐貯藏農(nóng)副產(chǎn)品或者產(chǎn)品滯銷的問題。以百香果果皮為主要原材料，以百香果汁和糖漿作為滲透汁液，采用微波滲糖技術(shù)，制作出具有百香果特征風(fēng)味的果脯，解決百香果飲料加工產(chǎn)業(yè)浪費(fèi)果皮資源的問題，以期為百香果全果制備果脯的工業(yè)化生產(chǎn)提供一定的理論和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

新鮮紫皮百香果、食品級(jí)檸檬酸、一級(jí)白砂糖、精制食鹽，均為市售；氫氧化鈉、無水硫酸銅、純亞甲基藍(lán)均為分析純，成都市隆化學(xué)品有限公司提供；亞鐵氰化鉀、鄰苯二甲酸氫鉀均為分析純，成都市科龍化工試劑廠提供；酒石酸鉀鈉為分析純，由廣東省化學(xué)試劑工程技術(shù)研究開發(fā)中心提供；酚酞為分析純，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)儀器設(shè)備

YS-002 型多功能破壁料理機(jī)，深圳市龍華區(qū)金尼能電器區(qū)產(chǎn)品；C21-WK21O2 型多功能電磁爐，廣東美的生活電器制造有限公司（廣東省佛山市）產(chǎn)品；G90F25CN3L-C2(G1)型微波爐，格蘭仕微波生活電器有限公司產(chǎn)品；FA-2004 型電子分析天平，上海力辰邦西儀器科技有限公司產(chǎn)品；DHG-91436S型微電腦智能化控制恒溫鼓風(fēng)干燥箱，寧波楊輝儀器有限公司產(chǎn)品；TMS-PILO 型質(zhì)構(gòu)儀，北京盈盛恒泰科技有限責(zé)任公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

百香果果脯制備工藝流程：原料選擇→清洗→取汁（去核）→對(duì)果皮進(jìn)行熱燙、護(hù)色（食鹽）→漂洗→去蠟質(zhì)層→配制果漿糖液→微波滲糖→糖漬→烘干整形→包裝→質(zhì)量檢測→成品。

1.3.2 操作要點(diǎn)

（1）百香果果皮塊的制備。選擇無病害、新鮮成熟、果皮無生硬結(jié)塊、無腐敗的紅紫色百香果，清洗干凈后，提取果肉果汁備用，再整理好果皮，并盡量去掉果皮內(nèi)部所附著的筋絡(luò)層，保存?zhèn)溆?。根?jù)杜麗娟等人[13]的果皮處理方法，把經(jīng)過處理后的果皮放入0.8%的鹽水中熱燙30～40 min，然后撈起并用清水漂洗3 遍后，去掉果皮中的海綿層并切成1～2 cm 寬的小片，置于潔凈的器皿中備用。

（2）百香果原汁和糖混合液（果漿糖液）的制備。將百香果果漿用3 層紗布過濾，除去果籽，放容器中備用。取一定量的涼白開，用于溶解檸檬酸、白砂糖，然后與百香果原汁混合均勻，配制成一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的果漿糖液。

（3）百香果果脯的制備。將百香果果皮塊浸泡到果漿糖液里面，在微波爐功率為900 W，一定的時(shí)間下進(jìn)行微波滲糖，滲糖結(jié)束后，移入冰箱冷藏層中浸漬12 h，即百香果果皮塊繼續(xù)留在果漿糖液中浸漬，浸漬結(jié)束后烘干整形（溫度65 ℃，時(shí)間6～8 h），即獲得果脯成品。

1.4 果脯感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

邀請(qǐng)10 名食品專業(yè)人員分別進(jìn)行評(píng)分，采用綜合評(píng)分的方法，對(duì)百香果果脯的色澤及光度、硬度、黏牙、酸甜度及風(fēng)味、雜質(zhì)進(jìn)行感官評(píng)分。

百香果果脯的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 百香果果脯的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.5 百香果果脯單因素試驗(yàn)

以感官評(píng)分為指標(biāo)，分別考查檸檬酸質(zhì)量濃度（0.25，0.50，0.75，1.00，1.25 g/L）、百香果原汁添加量（5%，10%，15%，20%，25%）、糖液質(zhì)量分?jǐn)?shù)（9%，12%，15%，18%，21%）、微波滲糖時(shí)間（15，20，25，30，35 min）對(duì)百香果果脯品質(zhì)的影響，以期獲得最適的工藝參數(shù)。

1.6 百香果果脯響應(yīng)面法試驗(yàn)

利用單因素試驗(yàn)的結(jié)果，以檸檬酸質(zhì)量濃度（A）、百香果原汁添加量（B）、糖液質(zhì)量分?jǐn)?shù)（C）、微波滲糖時(shí)間（D）為自變量，百香果果脯感官評(píng)分為響應(yīng)值，采用Box-behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)一步優(yōu)化單因素的取值和交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響，探究百香果果脯的最優(yōu)工藝參數(shù)。

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)

1.7 理化指標(biāo)測定

百香果果脯的總酸測定采用GB 12456—2021 中的酸堿指示劑滴定法；果脯水分含量采用GB 5009.3—2016 的直接干燥法測定；果脯總糖含量采用GB/T 10782—2021 斐林試劑測定；果脯的質(zhì)構(gòu)分析，即果脯的硬度、黏附性、內(nèi)聚性、彈性、黏膠性、咀嚼性的測定，參考袁芳等人[12]的質(zhì)構(gòu)分析法并略做修改，即使用TMS-PILO 質(zhì)構(gòu)儀，設(shè)定力量感應(yīng)元量程為250 N，回升樣品表面高度為30 mm，形變百分量為50%，檢測速度為120 mm/min，設(shè)起始力最小為0.375 N，測試用的圓柱形探頭的半徑為5 mm，平行3 次測定結(jié)果取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 百香果果脯單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 不同檸檬酸質(zhì)量濃度對(duì)果脯品質(zhì)的影響

檸檬酸作為酸味劑可以平衡果脯的酸甜度[14]，很貼合水果本身的酸味特征，檸檬酸還可以促進(jìn)蔗糖變成轉(zhuǎn)化糖[15]，降低總糖的含量，還可以防止果脯中的糖分出現(xiàn)返砂現(xiàn)象，在一定程度上確保了果脯產(chǎn)品品質(zhì)，是食用酸味劑添加在果脯產(chǎn)品的適宜選擇之一。此外，檸檬酸質(zhì)量濃度還會(huì)影響果脯的顏色和光澤。

不同檸檬酸質(zhì)量濃度對(duì)感官評(píng)分的影響見圖1。

圖1 不同檸檬酸質(zhì)量濃度對(duì)感官評(píng)分的影響

由圖1 可知，當(dāng)檸檬酸質(zhì)量濃度為0.50～0.75 g/L時(shí)，百香果果脯的感官評(píng)分呈現(xiàn)大幅度上升的趨勢；在0.75 g/L 時(shí)果脯品質(zhì)評(píng)分達(dá)到最高，為86.7 分，此時(shí)果脯的顏色為紅色，有光澤；而當(dāng)繼續(xù)增加檸檬酸質(zhì)量濃度時(shí)，果脯的感官分值明顯下降，這是因?yàn)闄幟仕崽砑舆^多導(dǎo)致果脯味道逐漸偏酸，掩蓋了甜味，使其風(fēng)味失調(diào)。因此，確定質(zhì)量濃度0.75 g/L 的檸檬酸為最適酸味劑質(zhì)量濃度。

2.1.2 不同百香果原汁添加量對(duì)果脯品質(zhì)的影響

不同百香果原汁添加量對(duì)感官評(píng)分的影響見圖2。

圖2 不同百香果原汁添加量對(duì)感官評(píng)分的影響

由圖2 可知，在5%～15%范圍，隨著百香果原汁添加量的增加，果脯的感官評(píng)分呈上升趨勢；當(dāng)百香果原汁添加量為15%時(shí)，果脯的感官評(píng)分最高，為79.29 分；當(dāng)?shù)陀?5%添加量時(shí)，果脯無光澤且呈果皮本身的暗紫色，口感也一般；當(dāng)超過15%時(shí)，果脯呈淡黃色，原因可能是百香果原汁中含有大量呈黃色的類胡蘿卜素和葉黃素，而品質(zhì)也呈下降趨勢，果脯口感偏酸，風(fēng)味不佳。因此，選擇百香果原汁添加量為15%。

2.1.3 不同糖液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)果脯品質(zhì)的影響

不同糖液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)感官評(píng)分的影響見圖3。

圖3 不同糖液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)感官評(píng)分的影響

由圖3 可知，當(dāng)糖液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%～15%時(shí)，果脯的感官評(píng)分呈上升的趨勢；當(dāng)糖液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，果脯感官評(píng)分最高，為84.7 分；當(dāng)糖液質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過15%之后，果脯的品質(zhì)開始下降，這是因?yàn)樘且嘿|(zhì)量分?jǐn)?shù)過高，果脯口感偏甜，掩蓋了百香果原有的酸甜風(fēng)味，過多的糖分會(huì)給食用者帶來甜膩齁鼻的感覺。此外，糖液的滲入量過高會(huì)導(dǎo)致果脯變得黏牙、發(fā)硬和甚至結(jié)晶返砂的現(xiàn)象[16]，從而影響果脯品質(zhì)。因此，選擇糖液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%。

2.1.4 不同微波滲糖時(shí)間對(duì)果脯品質(zhì)的影響

不同微波滲糖時(shí)間對(duì)感官評(píng)分的影響見圖4。

圖4 不同微波滲糖時(shí)間對(duì)感官評(píng)分的影響

由圖4 可知，當(dāng)微波滲糖的時(shí)間為15～25 min時(shí)，果脯的感官評(píng)分呈現(xiàn)上升趨勢；在25 min 時(shí)感官評(píng)分達(dá)到最高值88.5 分，當(dāng)繼續(xù)延長微波滲糖時(shí)間時(shí)，果脯的感官評(píng)分明顯下降，原因可能微波滲糖的時(shí)間過長、溫度較高，附在果脯中的糖分部分產(chǎn)生焦糖化反應(yīng)使果脯產(chǎn)品產(chǎn)生微苦味，再加上檸檬酸有轉(zhuǎn)化糖的作用，糖分滲入過多，會(huì)讓果脯口感偏軟偏甜，且更易粘黏，而且還會(huì)導(dǎo)致果脯出現(xiàn)流糖的現(xiàn)象[17]，從而影響果脯產(chǎn)品的品質(zhì)。因此，確定果脯最佳的微波滲糖時(shí)間是25 min。

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 響應(yīng)面優(yōu)化復(fù)合澄清條件

在百香果果脯單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以檸檬酸質(zhì)量濃度（A）、百香果原汁添加量（B）、糖液質(zhì)量分?jǐn)?shù)（C）、微波滲糖時(shí)間（D）為自變量，百香果果脯感官評(píng)分為響應(yīng)值，研究自變量及各因素間的交互作用對(duì)百香果果脯品質(zhì)的影響。

百香果果脯響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 百香果果脯響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

用軟件Dsign Expert 12 對(duì)表3 中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二項(xiàng)式擬合和多元線性回歸，獲得百香果果脯感官評(píng)分的數(shù)學(xué)模型如下方程：

為了檢驗(yàn)回歸模擬方程的可行性，對(duì)百香果果脯感官評(píng)分分值模擬方程進(jìn)行方差分析。

回歸模型顯著性結(jié)果見表4。

表4 回歸模型顯著性結(jié)果

由表4 可知，模型的F 值為94.03，p 值小于0.000 1，說明方程在0.001 水平極顯著，表明所得的回歸模型對(duì)百香果果脯感官評(píng)價(jià)有很好的預(yù)測性。模型的相關(guān)系數(shù)為0.991 0，進(jìn)一步說明百香果果脯感官評(píng)分模型具有較好的可信度。失擬項(xiàng)的p 值為0.854 7，大于0.05，得出失擬項(xiàng)與純誤差相比不顯著（即p＞0.05），誤差小，說明該二次多元回歸模型對(duì)試驗(yàn)擬合情況良好[18]。綜上所述，推測出可以在試驗(yàn)擬合當(dāng)中應(yīng)用該模型。

通過分析擬合統(tǒng)計(jì)信息，預(yù)測相關(guān)系數(shù)Pre-R2=0.958 1 和調(diào)整后相關(guān)系數(shù)R2Adj=0.980 4 合理一致（即差異小于0.2），由此可證明模型具有高度擬合度和可信度，可以很好地反映真實(shí)值[19-20]，可以用于百香果果脯感官評(píng)分，從而應(yīng)用于百香果果脯微波滲糖工藝條件的分析和預(yù)測。試驗(yàn)當(dāng)中的感官評(píng)分?jǐn)M合CV=0.786 5%＜5%，該值可以反映試驗(yàn)的精確度，CV 值越高，說明該試驗(yàn)響應(yīng)的可靠性就越差，其偏離平均值就越大。經(jīng)過以上分析可得知，該回歸模型擬合性較好，試驗(yàn)本身所存在的誤差也較小，所以可以對(duì)百香果果脯感官評(píng)分進(jìn)行分析和預(yù)測。

由表4 可知，A，B，C，AB，AC，BD，CD，A2，B2，D2，D2都是重要的模型項(xiàng)，達(dá)到極顯著的水平（p＜0.01），A，AD，BC 項(xiàng)對(duì)響應(yīng)值沒有顯著影響（p＞0.05）。

2.2.2 因素交互作用分析

各因素交互作用對(duì)感官評(píng)分的影響見圖5。

圖5 各因素交互作用對(duì)感官評(píng)分的影響

由圖5 可知，響應(yīng)面可視化分析方法（RSM）的圖形是特定的響應(yīng)值（感官評(píng)分）對(duì)應(yīng)的因素A，B，C，D 所組成的一個(gè)三維圖和二維平面上的等高圖，能夠很形象地反映各要素對(duì)響應(yīng)值的作用。若是響應(yīng)面曲線很陡峭，且等高線密度明顯比較大的情況下，則說明較其他因子對(duì)百香果果脯感官評(píng)定得分作用較明顯。而對(duì)比各因子的相互影響，從等高線的形態(tài)變化也就能夠直接看出交互作用的強(qiáng)烈程度，趨向橢圓形則反映出兩個(gè)因子的交互影響較強(qiáng)，而趨向于圓形則說明交互影響較弱，而響應(yīng)效應(yīng)面曲線很陡峭也表示相互影響較強(qiáng)烈。由圖5 可知，除了AD，BC 曲面較平緩且等高線不呈明顯橢圓形，即作用不顯著之外，其他各因素之間交互作用顯著，由圖5 可知4 個(gè)因素對(duì)果脯感官評(píng)分影響順序?yàn)镃＞A＞B＞D，與表4 的方差分析結(jié)果相符合。

2.3 最佳工藝條件的驗(yàn)證

根據(jù)Design Expert 12 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行響應(yīng)面分析，得出最佳的百香果果脯微波滲糖工藝條件參數(shù)值分別為檸檬酸質(zhì)量濃度0.739 g/L，百香果原汁添加量15.491%，糖液質(zhì)量分?jǐn)?shù)15.688%，微波滲糖時(shí)間25.077 min，其感官評(píng)分為92.395 分。為了驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果是否合理，綜合考慮各種實(shí)際操作情況后，將參數(shù)進(jìn)行部分調(diào)整，取檸檬酸質(zhì)量濃度為0.75 g/L，百香果原汁添加量為15%，糖液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，微波滲糖時(shí)間為25 min 進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)3 次，獲得果脯感官評(píng)分為93 分，與試驗(yàn)理論的預(yù)測值很接近，表明該模型方程可用于預(yù)測響應(yīng)值。

2.4 感官和理化指標(biāo)

2.4.1 感官指標(biāo)

所制得的百香果果脯顏色為玫紅色，透亮無雜質(zhì)，軟硬度、酸甜度均適中，微黏牙，具有百香果濃郁的風(fēng)味特征，品質(zhì)和口感達(dá)到最佳，感官評(píng)分為93 分。此感官指標(biāo)符合GB 14884—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)·蜜餞》 和GB/T-10782—2021《蜜餞質(zhì)量通則》中的感官要求。

2.4.2 理化指標(biāo)

經(jīng)理化指標(biāo)檢測分析，總酸（以檸檬酸計(jì)）為0.239 1 g/100 g，總糖（以葡萄糖計(jì)）為78.3 g/100 g，水分為12.75 g/100 g，均符合相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)質(zhì)構(gòu)檢測分析，硬度為5.539 N，黏附性為0.190 51，內(nèi)聚性為0.139 Ratio，彈性為0.457 mm，膠黏性0.739 N，咀嚼性0.532 m，百香果果脯硬度及口感軟硬適中。

3 結(jié)論

以百香果果皮為主要原料，百香果汁和糖漿作為滲透汁液，以感官評(píng)分為響應(yīng)值，通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)確定果脯微波滲糖的最佳工藝條件為檸檬酸質(zhì)量濃度0.75 g/L，百香果原汁添加量15%，糖液質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%，微波滲糖時(shí)間25 min，此時(shí)的果脯感官評(píng)分為93 分。在此最優(yōu)工藝條件下制成的百香果果脯顏色為玫紅色，透亮無雜質(zhì)，軟硬度、酸甜度都適中，微黏牙，具有百香果濃郁的風(fēng)味特征，是一款具有豐富營養(yǎng)價(jià)值和一定保健功能的美味休閑食品。