基于超高壓技術(shù)的響應(yīng)面優(yōu)化獼猴桃果肉飲料

盧亞婷 高欣羽 王凌云 羅倉(cāng)學(xué)

摘要? 研究超高壓處理?xiàng)l件下的獼猴桃果肉飲料配比，以強(qiáng)化分層率為指標(biāo)，通過(guò)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面法對(duì)配比進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明：獼猴桃原漿添加量47%，蔗糖添加量12%，增稠劑添加量0.14%。在超高壓技術(shù)處理后，產(chǎn)品的強(qiáng)化分層率達(dá)到 47%。對(duì)優(yōu)化后的產(chǎn)品測(cè)定色澤和粒徑，結(jié)果顯示L為38，產(chǎn)品色澤明亮；ΔE均小于2，產(chǎn)品色澤均一；顆粒的體積平均粒徑D［4，3］為214 μm，穩(wěn)定性好。

關(guān)鍵詞? 超高壓處理；獼猴桃；果肉飲料；響應(yīng)面優(yōu)化；穩(wěn)定性

中圖分類(lèi)號(hào)? TS275.5? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? A? 文章編號(hào)? 0517-6611（2024）09-0135-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.09.031

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Optimization of Kiwi Fruit Pulp Beverage by Response Surface Methodology Based on Ultra-high Pressure Processing Technology

LU Ya-ting，GAO Xin-yu，WANG Ling-yun et al

（School of Food Science & Engineering，Shaanxi University of Science & Technology，Xian，Shaanxi 710021）

Abstract? In order to optimize the formula of kiwi fruit pulp beverage based on ultra-high pressure treatment，the forced stratification rate was used as an indicator in this study，single factor tests and response surface experiments were performed to optimiz the formula.The results showed that the amount of kiwi fruit puree was 47%，the addition of sucrose was 12%，and the thickener was 0.14%.After ultra-high-tech treatment，the forced delamination rate can reach to a good ratio of 47%.The color and particle size of the optimized products indicated that L value was 38 and ΔE was less than 2，the color of the product was bright and uniform.The particle size of volume average D［4，3］ was 214 μm.The product showed good stability.

Key words? Ultra-high pressure processing;Kiwi fruit;Pulp beverage;Optimization of response surface method;Stability

基金項(xiàng)目? 陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2020NY-133）；大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（2022007）。

作者簡(jiǎn)介? 盧亞婷（1979—），女，陜西西安人，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，碩士，從事果蔬資源深加工及生物質(zhì)綜合利用研究。

收稿日期? 2023-06-27

獼猴桃因口感細(xì)膩，清香多汁，富含VC而深受消費(fèi)者的喜愛(ài)，被譽(yù)為“VC之王”［1］。市售產(chǎn)品以果脯、果醬、復(fù)合果汁等為主［2］。實(shí)踐表明，傳統(tǒng)的加工技術(shù)極易破壞獼猴桃原有的清香風(fēng)味和熱敏性營(yíng)養(yǎng)成分［3］。而超高壓處理技術(shù)是一個(gè)純物理過(guò)程，對(duì)色素、維生素和風(fēng)味物質(zhì)等化合物幾乎沒(méi)有影響［4-7］。處理后的食品能較好保持原有的風(fēng)味、色澤和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，進(jìn)而超高壓技術(shù)因其“非熱處理”的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)而成為研究焦點(diǎn)。研究的果蔬物料主要集中在草莓汁、蘋(píng)果汁、葡萄汁、草莓醬、番茄醬［8-17］、獼猴桃汁等。方亮等［15-16］分別研究了中華獼猴桃汁的超高壓應(yīng)用，王穎［16］研究了獼猴桃汁的超高壓處理工藝；方亮［15］對(duì)獼猴桃汁相關(guān)酶活隨溫度的變化、果汁的一般性品質(zhì)等進(jìn)行了研究。王凌云等［17］對(duì)獼猴桃果肉飲料殺菌工藝及效果進(jìn)行了研究。鄧紅等［18-19］對(duì)比分析了前處理工藝及不同殺菌方式對(duì)獼猴桃汁品質(zhì)的影響。從以上研究可以看出，目前，研究多以果汁、果醬產(chǎn)品為主，有關(guān)獼猴桃果肉飲料研究較少。研究?jī)?nèi)容主要圍繞超高壓工藝的優(yōu)化以及產(chǎn)品品質(zhì)的影響。這表明超高壓技術(shù)在不同食品原料中的工藝優(yōu)化仍是研究重點(diǎn)。其原因在于，不同的食品基質(zhì)，即便是相同的處理?xiàng)l件，達(dá)到的效果也會(huì)不同［20］。因此，針對(duì)獼猴桃這一特殊果品，開(kāi)展基于超高壓處理技術(shù)的果肉飲料研究可為豐富產(chǎn)品多樣性和獼猴桃超高壓處理技術(shù)的推廣提供技術(shù)參考。

1? 材料與方法

1.1? 材料與儀器

徐香獼猴桃：市購(gòu)（產(chǎn)于陜西周至）；白砂糖（食品級(jí)）；羧甲基纖維素（食品級(jí)）；瓊脂（食品級(jí)）。手持式打漿機(jī)（OKHB-1099B），佛山市順德區(qū)歐科電器有限公司；雙室真空包裝機(jī)（DZ-5002S），鄭州星火包裝機(jī)械有限公司；超高壓處理設(shè)備（HPP.L3-600/3），天津市華泰森淼生物工程技術(shù)有限責(zé)任公司；BS323S電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；CT15RT臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)，天美儀拓實(shí)驗(yàn)室設(shè)備（上海）有限公司；CM-5色差儀，柯尼卡美能達(dá)北京分公司。

1.2? 試驗(yàn)方法

1.2.1? 獼猴桃果肉飲料制備工藝。

取無(wú)蟲(chóng)害的獼猴桃，清洗泥沙后去皮，切塊，破碎打漿，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)調(diào)配，脫氣灌裝，真空封口后在300 Mpa下10 min超高壓處理，4 ℃冷藏備用。

1.2.2? 獼猴桃果肉飲料組分單因素試驗(yàn)。

在預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分別研究原漿含量、蔗糖添加量和穩(wěn)定劑添加量對(duì)獼猴桃果肉飲料強(qiáng)化穩(wěn)定性的影響。當(dāng)蔗糖含量為12%，增稠劑（質(zhì)量比1∶1的羧甲基纖維素與瓊脂）含量為0.1%，研究原漿含量分別為25%、35%、45%、55%時(shí)產(chǎn)品的穩(wěn)定性。當(dāng)原漿含量為45%，增稠劑含量為0.1%時(shí)，蔗糖含量分別為6%、9%、12%、15%時(shí)產(chǎn)品的穩(wěn)定性。當(dāng)原漿含量為45%，白砂糖含量為12%，研究增稠劑含量分別為0.05%、0.10%、0.15%、0.20%時(shí)產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

1.2.3? 獼猴桃果肉飲料配方響應(yīng)面優(yōu)化。

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇原漿含量、蔗糖添加量和增稠劑添加量進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

1.2.4? 測(cè)定指標(biāo)與方法。

1.2.4.1? 強(qiáng)化分層率測(cè)定。

產(chǎn)品的穩(wěn)定性用強(qiáng)化分層率表示，取10 mL樣品置于25 mL離心管內(nèi)，在3 500 r/min下離心10 min，測(cè)定上清液體積與總體積的百分比。百分比越大，分層率越小，表示該體系越穩(wěn)定。強(qiáng)化分層率按下式計(jì)算：

分層率（%）=V/10×100%

式中，V為果肉飲料離心后上清液體積，mL。

1.2.4.2? 色澤測(cè)定。

采用 CM-5色差儀，在反射模式下，將質(zhì)量約20 g的獼猴桃果肉飲料置于直徑為5.5 cm的玻璃培養(yǎng)皿中，樣品均勻覆蓋平皿。評(píng)估樣品色澤的參數(shù)有L* （亮度）、a* （綠～紅）? 和 b* （黃～藍(lán)）?？偵瞀*是一個(gè)對(duì)比參照樣品的整體色差的參數(shù)。黃色指數(shù)（YI）用公式計(jì)算；褐變指數(shù)（BI）表示褐變程度，是酶促或非酶褐變過(guò)程的重要參數(shù)。

ΔE*=ΔL*2+Δα*2+Δb*2

YI=142.86 b*/L*

BI=［100×（x×0.31）］/0.172

其中，x=（α*+1.75L*）/（5.645L*+α*-3.012b*）

1.3? 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件分析，采用Duncan進(jìn)行多重比較，表中數(shù)值以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，以P<0.05作為差異顯著性判斷標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)采用Orgin 2018、Design exper 13.1作圖。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 獼猴桃果肉飲料單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1? 原漿添加量對(duì)獼猴桃果肉飲料強(qiáng)化分層率的影響。

從圖1可見(jiàn)，隨著原漿添加量的增大，產(chǎn)品的強(qiáng)化分層率增大，表明產(chǎn)品穩(wěn)定性增強(qiáng)，果汁添加量對(duì)強(qiáng)化分層率具有正向促進(jìn)作用。在添加量45%時(shí)，穩(wěn)定性增量趨于減少，因此選擇原漿添加量45%作為后續(xù)研究基礎(chǔ)較為適宜。

2.1.2? 蔗糖添加量對(duì)獼猴桃果肉飲料強(qiáng)化分層率的影響。

從圖2可見(jiàn)，蔗糖添加量對(duì)強(qiáng)化分層率的提升具有正向作用，當(dāng)蔗糖添加量在9%～15%時(shí)，強(qiáng)化分層率增量相對(duì)穩(wěn)定，因此取蔗糖添加量12%作為后續(xù)研究基礎(chǔ)。

2.1.3? 增稠劑添加量對(duì)獼猴桃果肉飲料強(qiáng)化分層率的影響。

由圖3可見(jiàn)，隨著增稠劑添加量增大，強(qiáng)化分層率先增大后減小，增稠劑添加量在0.15%時(shí)，穩(wěn)定性出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，表明增稠劑添加量在一定范圍內(nèi)對(duì)強(qiáng)化分層率具有促進(jìn)作用，超過(guò)一定量具有削弱強(qiáng)化分層率的作用。因此，初選增稠劑添加量0.10%～0.15%作為后續(xù)研究基礎(chǔ)。

2.2? 獼猴桃果肉飲料配比響應(yīng)面優(yōu)化

2.2.1? 響應(yīng)面結(jié)果。

采用3因素3水平的 Box-Behnken 響應(yīng)面模型，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表2。用 Design-expert 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式回歸擬合，并進(jìn)一步優(yōu)化影響穩(wěn)定性因素，做響應(yīng)面圖。多元回歸擬合，得到強(qiáng)化分層率與各因素的二次方程模型為Y=0.490 0+0.014 0A-0.007 9B+0.011 0C+0.013 0AB-0.020 0AC+0.020 0BC-0.120 0A2-0.140 0B2-0.068 0C2。

2.2.2? 回歸方程方差分析。由表3可知，建立的回歸模型對(duì)獼猴桃果肉飲料強(qiáng)化分層率達(dá)顯著水平（P<0.05），說(shuō)明回歸方程具有高度擬合性，模型合適，可以很好地體現(xiàn)各影響因素和響應(yīng)值之間的聯(lián)系。因變量與自變量之間的相關(guān)系數(shù)R2=0.996 1，模型調(diào)整決定系數(shù)R2Adj=0.990 2，說(shuō)明該模型具有99.61%響應(yīng)值的變化，方程擬合度較高；模型的預(yù)測(cè)系數(shù)R2Pred=0.986 8，說(shuō)明考察值和模型預(yù)測(cè)值之間存在較

高的相關(guān)性。這表明該回歸方程可代替試驗(yàn)真值，可用于分析和預(yù)測(cè)獼

猴桃果肉飲料強(qiáng)化分層率，并對(duì)各因素回歸系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。一次項(xiàng)中原漿添加量（A ）、增稠劑添加量（C）及二次項(xiàng)中原漿添加量與增稠劑添加量（AC）、蔗糖添加量與增稠劑添加量（BC）的P值均小于 0.05，說(shuō)明原漿添加量、增稠劑添加量以及增稠劑添加量與原漿添加量、增稠劑添加量與蔗糖添加量的交互項(xiàng)對(duì)獼猴桃果肉飲料強(qiáng)化分層率有顯著影響，蔗糖添加量（B）、原漿添加量和蔗糖添加量（AB）的交互項(xiàng)影響差異不顯著（P>0.05）。 在所選的各因素水平范圍內(nèi)，各因素對(duì)穩(wěn)定系數(shù)的影響表現(xiàn)為增稠劑添加量>原漿添加量>蔗糖添加量。這一結(jié)果與單因素試驗(yàn)結(jié)果相似。

2.2.3? 響應(yīng)面分析。

如圖4所示，在其他因素不變的情況下，獼猴桃果肉飲料的穩(wěn)定性隨著各因素值的升高先上升后下降。原漿添加量與增稠劑添加量、增稠劑添加量與蔗糖添加量的響應(yīng)面更加陡峭，等高線(xiàn)表現(xiàn)出曲率較大，且沿兩軸向步長(zhǎng)較均等，表明兩者相互作用較為明顯。沿原漿添加量和蔗糖添加量軸向的響應(yīng)面較平坦，且等高線(xiàn)曲率較小，且不均，表明兩兩交互作用較小。

2.3? 獼猴桃果肉飲料配比的優(yōu)化驗(yàn)證

2.3.1? 驗(yàn)證試驗(yàn)。

在單因素和中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，確定穩(wěn)定性較好的產(chǎn)品穩(wěn)定性在0.43～0.50。以穩(wěn)定性回歸方程為模型，得到優(yōu)化后預(yù)測(cè)的獼猴桃果肉飲料相關(guān)因素添加量為原漿添加量47%，蔗糖添加量12%，增稠劑添加量0.14%，預(yù)測(cè)產(chǎn)品強(qiáng)化分層率為49%。模型驗(yàn)證：以?xún)?yōu)化后的添加量參數(shù)做驗(yàn)證試驗(yàn)3次，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。由驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果可以看出，實(shí)際值與預(yù)測(cè)值相對(duì)誤差均在5%以?xún)?nèi)，說(shuō)明優(yōu)化的參數(shù)可信度高，采用回歸分析法建立的模型擬合度好，能很好地預(yù)測(cè)穩(wěn)定性。

2.3.2? 產(chǎn)品色澤及粒徑測(cè)定。

原漿添加量47%，蔗糖添加量12%，增稠劑添加量0.14%，制備果肉飲料后測(cè)定產(chǎn)品色澤，結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知，a*均為負(fù)值，表明以綠色為主，ΔE＜2，表明產(chǎn)品色澤均一。制備的果肉飲料產(chǎn)品粒徑分布結(jié)果見(jiàn)圖5。從圖5可見(jiàn)，在200 μm附近有1個(gè)峰，它的體積平均粒徑D［4，3］為214 μm。

3? 結(jié)論

通過(guò)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面法對(duì)配比進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果表明，獼猴桃原漿添加量為47%，蔗糖添加量12%，增稠劑添加量0.14%。在超高壓技術(shù)處理后，強(qiáng)化分層率達(dá)到 47%。產(chǎn)品亮度值L*為38，ΔE均小于2，產(chǎn)品色澤均一；顆粒的體積平均粒徑D［4，3］為214 μm，產(chǎn)品穩(wěn)定性好。

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