響應面法優化琯溪紅肉蜜柚果醬配方設計

劉靜娜，莊遠紅，劉攀

（閩南師范大學生物科學與技術學院，福建漳州363000）

琯溪紅肉蜜柚是由福建省農科院果樹研究所及漳州市平和縣農業局于1998 年在平和琯溪蜜柚園中發現的芽變株系培育而成的，與普通柚子相比，主要不同之處在于，其果肉色澤紫紅，果大無核，多汁柔軟，酸甜可口?，g溪紅肉蜜柚具有很高的營養價值，不僅含有普通柚子所具有的糖類、有機酸、維生素和磷、鉀、鈣等礦物質[1]，還含有天然色素等具有保健作用的成分。紅肉蜜柚果肉中富含的番茄紅素和β-胡蘿卜素是蜜柚呈現紫紅色的原因[2]，具有抗氧化作用，有助于清除人體內的自由基，能起到提高免疫力、延緩衰老的作用[3]。紅肉蜜柚具有很強的季節性和地域性，耐貯藏能力差。以鮮食為主的市場現狀，導致每年都有大量次果以超低價出售或干脆被廢棄，造成嚴重的資源浪費及環境污染。因此加大紅肉蜜柚產品開發程度對于提高產業附加值具有深遠意義。但目前以紅柚為原料的產品及相關報道并不多，主要涉及果酒[4]、飲料[5]、果汁[6]、果粉[7]、果凍[8]等。

果醬是一種常見的水果制品，能促進消化，增強食欲，不僅可直接食用如用于涂抹面包、裝裱糕點、制作沙拉等，還可以作為原輔料用于果凍[9]、果丹皮等產品的加工。在果醬制作過程中，甜味劑、酸味劑以及增稠劑等食品添加劑的選擇和使用是影響產品口感和穩定性的主要因素，如多種增稠劑對果醬硬度、黏聚性、組織狀態和感官評價值都有重要影響[10]，而選擇合適的種類進行復配使用效果更佳[11]。目前尚未有關于紅肉蜜柚果醬的報道，因此本研究選用琯溪紅肉蜜柚為原料研制果醬，探討配料的配比對產品品質的影響，以期為紅肉蜜柚深加工提供一種途徑，為工業化生產紅肉蜜柚果醬提供一定理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

琯溪紅肉蜜柚、白砂糖：市售；檸檬酸：食品級，山東濰坊昌樂有限公司；瓊脂：食品級，福建省綠麒食品膠體有限公司；β-環糊精：食品級，孟州市華興生物化工有限責任公司。

1.2 試驗儀器

CT3-10K 質構儀：美國Brookfleld 公司；JJ-2 組織破碎機：金壇市國旺實驗儀器廠；FR224CN 型電子天平：奧豪斯儀器（上海）有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 紅肉蜜柚果醬生產工藝流程

柚果挑選→清洗、瀝干→去皮、去囊衣→打漿→調配→濃縮→裝瓶、封蓋→殺菌→冷卻檢查→成品

挑選充分成熟、柚香濃郁、優質無霉變的琯溪紅肉蜜柚為原料，在0.1%氯化鈉溶液中刷洗后清水洗凈以免污染果肉，去皮、分離囊瓣，酸堿浸泡法去囊衣，即在25 ℃下先用1%的HCl 溶液將囊瓣浸泡30 min左右，然后用清水漂洗至中性后再于50 ℃下用1%的NaOH 溶液浸泡至囊衣去除干凈后，最后再用清水漂洗干凈。果肉于組織破碎機中打漿2 min，紗布過濾后分別取100 g 果漿加入一定量的白砂糖、檸檬酸、瓊脂和β-環糊精，攪拌均勻后于60 ℃加熱熬煮進行濃縮，固形物含量達到40 %后迅速趁熱裝入已經過清洗消毒并烘干的100 mL 玻璃瓶中（玻璃瓶溫度保持在40 ℃左右），封蓋后置于100 ℃沸水中殺菌15 min，再逐級降溫直至25 ℃，冷藏。

1.3.2 單因素試驗

以100 g 果漿為計算基準，分別取白砂糖添加量為30%、40%、50%、60%、70%，檸檬酸添加量為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，瓊脂添加量為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，β-環糊精添加量為0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%進行單因素試驗，以感官評分和質構特性為指標，探討白砂糖和3 種添加劑的添加量對果醬品質的影響。

1.3.3 響應面試驗

根據單因素試驗結果，選取白砂糖添加量、檸檬酸添加量、瓊脂添加量和β-環糊精添加量4 個因素為自變量，以感官評分值為響應值，根據Box-Behnken中心組合設計原理，設計響應面分析試驗，確定琯溪紅肉蜜柚果醬的最佳配方設計，試驗因素水平設置見表1。

表1 試驗因素水平編碼表Table 1 Encode table of factors and levels

1.3.4 感官評價

參考文獻[12]并結合具體產品制定感官評價標準，對果醬從組織狀態、口感、香味、色澤及涂抹性5 個方面進行綜合評價，樣品提供給15 名食品專業品評師，進行打分，取平均分作為感官評分。感官評分標準見表2。

表2 紅肉蜜柚果醬感官評分標準Table 2 Standards for sensory evaluation of red flesh pomelo jam

1.3.5 質構特性測定

果醬的質構采用直徑12.7 mm、長度35 mm、圓柱狀的TA10 探頭。測試距離為10 mm，觸發點負載為0.2 g，循環次數為2，測試速度為1.0 mm/s，返回速度為1.0 mm/s，測試參數為黏力、黏性、內聚性、膠著性。

1.3.6 數據處理

響應面試驗采用Design-Expert V8.0.6 軟件進行Box-Behnken 中心組合試驗設計及后續數據分析處理。所有試驗均進行3 次平行試驗，試驗數據以means±SD 表示。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 白砂糖添加量對果醬品質的影響

固定檸檬酸添加量為0.3%（以100 g 果漿計，下同），瓊脂添加量為0.3%，β-環糊精添加量為0.7%，分別取白砂糖添加量為30%、40%、50%、60%、70%進行試驗，以感官評分和質構性質為指標，分析白砂糖添加量對果醬品質的影響，試驗結果見圖1 和表3。

圖1 白砂糖添加量對果醬感官品質的影響Fig.1 Effect of sugar addition on the sensory of jam

表3 白砂糖添加量對果醬質構性質的影響Table 3 Effect of sugar addition on the texture of jam

由圖1 可知，白砂糖添加量為60%時，感官評分具有最大值為87 分。白砂糖添加量低于60%時，果醬的感官評分隨白砂糖添加量的增加而增加，高于60%時，則反之。白砂糖的添加可以調節果醬的酸甜、增加粘稠度，改善果醬的口感和風味。白砂糖添加量較少時，果醬的酸度偏高，甜度不夠；隨著添加量的增加，甜度和黏度都隨之增加；超過60%時果醬太甜，在濃縮過程中，會產生較濃的糖漿味，完全掩蓋了柚子特有的香氣，同時由于美拉德反應的發生導致果醬顏色太深。由表3 可見，當白砂糖添加量逐漸增加時，其黏力、黏性、內聚性以及膠著性變化不大都呈現增長趨勢。因此，白砂糖的最佳添加量為60%。

2.1.2 檸檬酸添加量對果醬品質的影響

固定白砂糖添加量為60%，瓊脂添加量為0.3%，β-環糊精添加量為0.7 %，分別取檸檬酸添加量為0.1 %、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%進行試驗，以感官評分和質構性質為指標，分析檸檬酸添加量對果醬品質的影響，試驗結果見圖2 和表4。

圖2 檸檬酸添加量對果醬感官品質的影響Fig.2 Effect of citric acid addition on the sensory of jam

表4 檸檬酸添加量對果醬質構性質的影響Table 4 Effect of citric acid addition on the texture of jam

由圖2 可以看出，檸檬酸添加量為0.2%時，果醬感官評分最高為89 分；當檸檬酸添加量大于0.2%之后，感官評分開始下降。檸檬酸在果醬中的主要作用是調節果醬的糖酸比和風味，適當加入檸檬酸的果醬酸甜適中，風味宜人。但是，當檸檬酸添加量過高時，果醬的糖酸比失調，酸度過高，難以讓人接受，且使果醬中的大分子物質如多糖發生降解導致黏稠度下降。由表4 可知，隨著檸檬酸添加量的逐漸加大，果醬的黏力、黏性、膠著性逐漸降低。因此，檸檬酸的最佳添加量為0.2%。

2.1.3 瓊脂添加量對果醬品質的影響

固定白砂糖添加量為60%，檸檬酸添加量為0.2%，β-環糊精添加量為0.7%，分別取瓊脂添加量為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%進行試驗，以感官評分和質構性質為指標，分析瓊脂添加量對果醬品質的影響，試驗結果見圖3 和表5。

圖3 瓊脂添加量對果醬感官品質的影響Fig.3 Effect of agar addition on the sensory of jam

表5 瓊脂添加量對果醬質構性質的影響Table 5 Effect of agar addition on the texture of jam

由圖3 可以看出，隨著瓊脂添加量的不斷增加，果醬的感官評分整體呈現先增高后降低的趨勢。當瓊脂添加量為0.3%時，果醬具有最高感官評分為84 分。瓊脂在果醬中起著增稠劑的作用，用以調節果醬的黏稠度，對果醬的品質具有明顯影響。瓊脂添加量太低時，果醬的黏稠度不夠，易流散；添加量太高時，果醬過于黏稠，不易涂抹。由表5 可知，瓊脂添加量的加大會導致果醬黏力增加，但濃度過高時膠著性會有所下降。因此，瓊脂的最佳添加量為0.3%。

2.1.4 β-環糊精添加量對果醬品質的影響

固定白砂糖添加量為60%，檸檬酸添加量為0.2%，瓊脂添加量為0.3%，分別取β-環糊精添加量為0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%進行試驗，以感官評分和質構特性為指標，分析β-環糊精添加量對果醬品質的影響，試驗結果見圖4 和表6。

由圖4 可以看出，一定添加量范圍內，果醬的感官評分隨β-環糊精添加量的增加而提高，當添加量達到0.7%時，果醬的感官評分具有最高分93 分，之后，感官評分隨β-環糊精添加量的增加而降低。柚子產品在生產加工過程中容易產生令人難以接受的苦味，嚴重影響產品的風味及口感。β-環糊精具有包絡各種化合物分子、消除異味、無毒性、可食性等特點[11]，一定量范圍內能有效地增加苦味閾值，降低消費者對苦味的敏感性。當β-環糊精過高時，會出現苦味復現現象。由表6 可知，β-環糊精的添加對果醬的質構特性影響很小，僅在添加量達0.8%時黏性、膠著性等有所增加。因此，β-環糊精的最佳添加量為0.7%。

圖4 β-環糊精添加量對果醬感官品質的影響Fig.4 Effect of β-cyclodextrin addition on the sensory of jam

表6 β-環糊精添加量對果醬質構性質的影響Table 6 Effect of β-cyclodextrin addition on the texture of jam

2.2 響應面試驗優化紅肉蜜柚果醬配方設計

在單因素試驗結果的基礎上，通過響應面試驗優化紅肉蜜柚果醬的配方設計，試驗結果見表7。

表7 響應面試驗設計及結果Table 7 Design and results of response surface test

續表7 響應面試驗設計及結果Continue table 7 Design and results of response surface test

對表7 中的數據進行回歸擬合，得到二次回歸模型為：

Y=88.60+1.58A-0.083B-1.83C+2.17D-0.25AB-0.25AC-1.25AD+1.00BC-2.00BD-1.25CD-4.34A2-4.59B2-11.22C2-9.22D2

回歸模型顯著性檢驗及方差分析見表8。

表8 回歸模型方差分析Table 8 Significant test and variance analysis for the regression model

續表8 回歸模型方差分析Continue table 8 Significant test and variance analysis for the regression model

由表8 可知，回歸項中模型極顯著（P＜0.01），失擬項不顯著（P=0.053 2＞0.05），說明能夠反映紅肉蜜柚果醬的感官評分與各因素之間的關系；R2=0.986 3 及R2adj=0.972 7，說明方程擬合效果好，誤差小，可以用來預測紅肉蜜柚果醬的感官評分。A、C、D、BD、A2、B2、C2、D2的影響極顯著，說明對紅肉蜜柚果醬的感官評分影響極大；AD、CD 的影響顯著，說明對評分影響較大；B、AB、AC、BC 對評分影響不顯著。比較F 值大小可知，4個因素對果醬的影響β-環糊精添加量＞瓊脂添加量＞白砂糖添加量＞檸檬酸添加量。

各因素顯著項（P＜0.05）交互作用的響應面圖見圖5～圖7。

圖5 白砂糖與β-環糊精添加量交互作用Fig.5 Interaction of sugar and β-cyclodextrin addition

由圖5 可知，在所選范圍內是存在極點的，響應面坡度比較陡峭、等高線呈橢圓形，說明白砂糖與β-環糊精、檸檬酸與β-環糊精、瓊脂與β-環糊精各配料添加量之間的交互作用顯著，對結果影響較大。

應用響應面軟件分析得到琯溪紅肉蜜柚果醬的最佳配方為：白砂糖添加量61.70%，檸檬酸添加量0.20%，瓊脂添加量0.29%，β-環糊精添加量0.71%，感官評分理論預測值為88.95。為了在實際生產中便于操作，將上述結果修正為：白砂糖添加量60 %，檸檬酸添加量0.2%，瓊脂添加量0.3%，β-環糊精添加量0.7%，按此配比制作果醬，3 次平行，感官評分分別為89、89、89，平均為89，與理論預測值非常接近，說明該模型可行性高，能較真實地反映出選擇的各因素對果醬品質的影響，具有實際應用價值。

圖6 檸檬酸與β-環糊精添加量交互作用Fig.6 Interaction of citric acid and β-cyclodextrin addition

圖7 瓊脂與β-環糊精添加量交互作用Fig.7 Interaction of agar and β-cyclodextrin addition

3 結論

以琯溪紅肉蜜柚為原料，輔之以白砂糖、檸檬酸、瓊脂和β-環糊精分別作為甜味劑、酸味劑、增稠劑、脫苦劑，以感官評價為指標，在單因素試驗的基礎上采用響應面試驗對果醬配方進行了優化，得出琯溪紅肉蜜柚果醬的最優生產配方為：白砂糖添加量60%，檸檬酸添加量0.2%，瓊脂添加量0.3%，β-環糊精添加量0.7%。按此最優配方生產出來的果醬凝膠性好，無糖、水析出，均勻不流散，酸甜適中，口感細膩，具有淡淡的柚子特有的苦澀味，柚果清香明顯，色澤鮮紅，容易涂抹，涂層均勻光滑。