box-behnken響應面法優化復合功能果醬的工藝

果汁是在混合水果漿、糖和酸ph溶液后，通過加熱和精制而成的凝膠食品。主要作為調味品用于涂抹面包或吐司上食用,已深得消費者的青睞刺梨別名刺石榴、繅絲花,為薔薇科植物繅絲花(RosaroxburghiiTratt)的果實。具有消食健脾、收斂止瀉的功效。含有五環三萜、黃酮類物質以及多糖、維生素C等營養保健功能的物質,常用于增強免疫力、抗動脈粥樣硬化、延緩衰老、抗癌防癌抗突變、健胃消食等作用因此,文章以五味子、刺梨為主要原料,研制具有保健功能的復合果醬。通過單因素及Box-Behnken響應曲面試驗分別對果醬的發酵及制備工藝條件進行優化,為功能性果醬的研究與開發提供理論依據。1材料和方法1.1材料表面五味子、刺梨市售;乳酸菌南京益生源生物科技有限公司;卡拉膠河南中偌生物科技有限公司;白砂糖(食品級)市售。1.2精密儀器和儀器LHS-250SC恒溫培養箱上海析域儀器設備有限公司;FA1004B電子天平上海越平科學儀器有限公司;手提式高壓滅菌鍋上海上天精密儀器有限公司;ATC-20手持式折光儀北京惠博瑞科折射儀有限公司;PE20酸度計梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;Scientz-150高壓均質機寧波新芝生物科技股份有限公司;手持測糖儀邦億精密量儀(上海)有限公司;JJ-2型高速組織粉碎機金壇市天竟實驗儀器廠。1.3實驗方法1.3.1味子果漿和刺梨果漿的制備五味子、刺梨分別浸泡去核,用0.5%檸檬酸噴淋護色。按料液比1∶1(g/mL)打漿,混合料液在45MPa下均質30min,得五味子果漿和刺梨果漿。將五味子果漿、刺梨果漿于40℃下對漿體恒溫濃縮30min,冷卻至37℃左右,按實驗要求加入乳酸菌及白砂糖糖漿,攪拌均勻,進行恒溫培養,得到發酵果漿液,備用。發酵漿液、白砂糖、卡拉膠按實驗要求的比例進行混合,攪拌均勻,恒溫濃縮至含糖量達到40%~45%,裝罐。在100℃沸水中殺菌15min,冷卻,成品。1.3.2對復合果實漿發酵條件的研究1.3.2.單因素試驗和方差分析,確定響應面的水平本實驗針對發酵時間(6,12,18,24,30h)、乳酸菌添加量(0.2%,0.3%,0.4%,0.5%,0.6%)、白砂糖添加量(3%,6%,9%,12%,15%)3個因素,保持其中2個變量固定不變,對另1個變量進行單因素試驗,請10位具有感官評價經驗的評價員按表3對復合發酵果漿進行評分,以確定響應面設計的水平范圍。1.3.2.box-behnken試驗設計在單因素試驗的基礎上,選取發酵時間(12,18,24h)、乳酸菌添加量(0.3%,0.4%,0.5%)及白砂糖添加量(6%,9%,12%)3個對復合發酵果漿感官評分影響較大的因素,采用DesignExpert8.0.6提供的Box-Behnken試驗,以復合發酵果漿感官評分為指標優化發酵工藝條件,試驗設計見表1。1.3.3復合功能果實制備技術的研究1.3.3.響應面試驗設計本實驗針對五味子、刺梨質量比(0.4,0.7,1.0,1.3,1.6g/g)、白砂糖添加量(15%,20%,25,30%,35%)、卡拉膠添加量(0.3%,0.6%,0.9%,1.2%,1.5%)3個因素,保持其中2個變量固定不變,對另1個變量進行單因素試驗,以復合功能果醬的感官評分為指標,以確定Box-Behnken響應曲面設計所需的水平范圍。1.3.3.box-behnken試驗設計在單因素試驗的基礎上,選取五味子、刺梨質量比(0.7,1,1.3g/g)、白砂糖添加量(20%,25%,30%)、卡拉膠添加量(0.6%,0.9%,1.2%)3個對復合功能果醬感官評分影響較大的因素,采用DesignExpert8.0.6提供的Box-Behnken試驗,以復合功能果醬感官評分為指標優化制備工藝,試驗設計見表2。1.3.4復合發酵果漿及復合功能果醬的感官評定請10名符合感官評定的人員(無特殊口味偏好)進行感官評定,采用百分制對復合發酵果漿及復合功能果醬產品進行感官評分,具體評分標準見表3和表4。1.3.5糖度及有效酸度測定理化指標可溶性固形物含量:手持折光計測定;總糖:數顯糖度計測定;有效酸度:酸度計測定;微生物檢測:細菌總數、大腸桿菌,按GB/T4789.24-2003《食品衛生微生物檢驗》的方法進行檢測。2結果與分析2.1不同因素對復合發酵果實漿的感官評價的影響不同配比對復合發酵果漿感官評分的影響見圖1。2.1.1水平下降的趨勢由圖1a可知,隨著發酵時間的延長,復合發酵果漿的感官評分呈現先升高再穩定在一定水平再出現下降的趨勢。當發酵時間為18~24h時,感官評分最高為(89.21±0.24)分,這主要是由于隨著發酵時間的增加,微生物所需的營養物質減少以及次生代謝產物阻礙菌體生長所致。因此,選擇12~24h為響應面設計發酵時間的水平范圍。2.1.2乳酸菌添加量由圖1b可知,隨著乳酸菌添加量的增加,復合發酵果漿的感官評分呈現先升高再下降的趨勢。當乳酸菌添加量為0.4%時,感官評分最高為(89.17±0.27)分。這是由于當乳酸菌不足時發酵劑不足以使果漿完全發酵,當乳酸菌過大時前期的反應消耗過多不足以使反應持續。因此,選擇0.3%~0.5%為復合發酵果漿所需的水平范圍。2.1.3白砂糖添加量對白砂糖感官評分的影響由圖1c可知,隨著白砂糖添加量的增加,復合發酵果漿的感官評分呈現先升高后下降的趨勢。當白砂糖添加量為9%時,感官評分最高為(89.38±0.19)分,繼續增加白砂糖感官評分開始下降。主要是由于白砂糖量的增加會使復合發酵的滲透壓增大,從而抑制微生物發酵,使得果漿酸度呈下降,pH值升高,以及過甜而影響口感。因此,白砂糖選擇6%~12%為所需的水平范圍。2.2最佳發酵條件的確定與驗證采用DesignExpert8.0.6提供的Box-Behnken試驗,對各因素進行擬合,得到多元回歸方程為:對復合發酵果漿感官評分的回歸模型進行方差及顯著性分析,結果見表5。該模型方程有顯著性影響(p<0.0001),失擬項不顯著(p=0.6507>0.05),說明在本實驗條件下,該回歸模型所考察的因素足以反映實驗中發酵條件對復合果漿感官評分的影響。判定系數R由DesignExpert8.0.6軟件得出復合發酵果漿的最佳發酵工藝參數是發酵時間19.14h、乳酸菌添加量0.40%、白砂糖添加量10.27%,復合發酵果漿的感官評分的預測值為91.66。為便于生產實驗需求,定為發酵時間19h、乳酸菌添加量0.40%、白砂糖添加量10%,進一步驗證實驗,得出復合發酵果漿的感官評分為92.03±0.17。該值與預測值比較近,因此選取此為復合發酵果漿的發酵工藝參數。2.3單因素評價復合功能果實的制備工藝2.3.1味子、發味汁、刺梨復合果醬的感官評分由圖3a可知,隨著五味子、刺梨質量比的增加,復合功能果醬的感官評分呈現先上升后下降的趨勢。當質量比為1.0(g/g)時,感官評分最高為(90.12±0.17)分。主要是因為五味子的酸味和紅色可增加果醬的口感和顏色以及刺梨的酸甜而提高感官評分,但五味子過多時,由于五味子的澀味使口感下降以及刺梨黃色的減少使果醬色澤不均而降低感官評分。因此,選定8~16h為響應面設計的最佳水平。2.3.2白砂糖添加量由圖3b可知,隨著白砂糖添加量的增加,復合功能果醬的感官評分呈現先上升再下降的趨勢。當白砂糖的添加量為25%時,感官評分最高為89.78±0.31。主要是因為白砂糖的增加,甜度增加,很好地綜合五味子和刺梨的酸澀味,但白砂糖添加量過大時,甜味主導果醬,使酸甜不均,口感下降。因此,選20%~30%為響應面設計的水平范圍。2.3.3卡拉膠添加量對感官評分的影響由圖3c可知,隨著卡拉膠添加量的增加,感官評分呈現先上升再穩定在一定水平再出現下降的趨勢。當卡拉膠的添加量為0.9%~1.2%時,感官評分穩定在(89.17±0.32)分。主要是因為卡拉膠的增加可明顯增加果醬的稠度及穩定性,但繼續增加用量,果醬分散不均,有較大顆粒,流動性下降。因此,選定0.6%~1.2%為響應面設計的水平。2.4最佳制備工藝的確定采用DesignExpert8.0.6提供的Box-Behnken試驗,對各因素進行擬合,得到多元回歸方程為:對復合功能果醬感官評分的回歸模型進行方差及顯著性分析,結果見表6。該模型方程有顯著性影響(p<0.0001),失擬項不顯著(p=0.7022>0.05),說明在本實驗條件下,該回歸模型所考察的因素足以反映實驗中各制備工藝參數對復合功能果醬感官評分的影響。判定系數R由DesignExpert8.0.6軟件得出復合功能果醬的最佳制備工藝參數是五味子、刺梨質量比1.29(g/g)、白砂糖添加量23.89%、卡拉膠添加量0.69%,復合功能果醬的感官評分的預測值為91。為便于生產實驗需求,定為五味子、刺梨質量比1.3(g/g)、白砂糖添加量24%、卡拉膠添加量0.7%,進一步驗證實驗,得出復合功能果醬的感官評分為91.47±0.22。該值與預測值比較近,因此選取此為復合功能果醬的制備工藝參數。2.5優化后的產品質量評價2.5.1味子和刺梨的口感和口感復合功能果醬呈橙色,色澤均勻一致;具有五味子和刺梨特有的香氣,無異味;酸甜適宜,口感細膩;醬體具有較好的膠凝性,不分泌汁液,無顆粒,無糖結晶,無雜物。2.5.2物理和化學指標可溶性固形物(40.31±0.27)%;有效酸度3.62±0.05;總糖含量(37.2±0.16)%。2.5.3微生物試驗細菌總數100cfu/g;大腸菌群3MPN/100g。3復合功能果醬配方優化制作果醬是長時間保存水果的一種方法,同時也是食物調味品的重要形式。結合具有保健作用的藥食同源產品進行功能性果醬的開發是水果加工的新趨勢。響應面法主要用于工藝及配方研究,目前已廣泛應用于化工、食品、農林、冶金等領域,具有試驗次數少、設計簡便等優點。本研究以五味子、刺梨為主要原料,研制具有保健功能的復合果醬。以感官評分為指標,通過單因素試驗以及Bo