响应面法优化苦碟子饮料工艺的研究

 常立民，王立江*

 吉林农业科技学院食品工程学院（吉林132101）

摘要试验对苦碟子饮料的最佳工艺条件进行研究，通过单因素试验分析了苦碟子汁添加量、白砂糖添加量、柠檬酸添加量、复合稳定剂添加量四个因素对饮料感官评定的影响，采用四因素三水平的响应面分析法对苦碟子饮料进行响应面分析，根据各个因素的显著性和优化参数分析确定。结果表明，苦碟子汁添加量10.50%、白砂糖添加量5.55%、柠檬酸添加量0.06%、稳定剂添加量0.20‰可得到具有独特风味，口感滑润，营养丰富的苦碟子饮料。

关键词苦碟子；工艺研究；最佳配方：响应面分析法

 苦碟子为菊科植物抱茎苦荬菜(Ixeris sonchifoliaHance)的当年生干燥全草，味苦、辛，性寒。其化学成分复杂，多年来，不断有研究人员发现新的化合物，苦碟子中的化学成分主要包括黄酮类、萜类、有机酸、腺苷类、木脂素类、其它化合物。具有药食兼用的价值显著、资源丰富、价格低廉、无毒副作用等优点。苦碟子味苦，原汁口感不易被大众接受。原料的选用，苦碟子汁熬煮时间，调制时苦碟子汁添加量、白砂糖添加量、柠檬酸添加量和稳定剂添加量对苦碟子饮料口感都起决定性作用。

 我国对苦碟子的研究，多集中于黄酮和腺苷类化合物在心脑血方面疾病的治疗，在食用上只有水煎服用，当野菜吃，无饮用副产品。试验通过调制使口感独特，既利于吸收其营养成分，又可以方便饮用，还可以品独特风味，以便于苦碟子的综合利用。

1  材料和方法

1.1材料

1.1.1原料

 苦碟子：采于通化县农田间（6～7月间当苦碟子现蕾至开花期最宜采收）。

1.1.2辅料

  白砂糖、柠檬酸：食用级，市售；复合稳定剂：黄原胶、CMC-Na，市售。

1.1.3试验仪器和设备

  精密电子天平：FA2004型，天津天马衡基仪器有限公司；恒温水浴锅：HH-6，常州澳华仪器有限公司；万用电炉：DL-1，天津市新科奥明商贸有限公司；剪刀、锅、纱布、量筒、烧杯、玻璃棒。

1.2工艺流程

1.3工艺要点

1.3.1原材料苦碟子采后处理

 挑选：刚采收的苦碟子有泥沙、病黄叶及杂物等，应该去除洗净。

 干燥：苦碟子易干燥，采用天然晾晒的方法，晾晒过程应多翻动、摊开，可以缩短晾晒时间。

1.3.2苦碟子汁制取

 选择无霉变的苦碟子切成1—2 cm的碎段，苦碟子段与水以1: 20（g/m  L）的比例放入2 000 m L大烧杯，加热煮沸1 h，为了减少滤液杂质，用5层纱布过滤，滤液呈深褐色。

1.3.3调配

  按配方量取苦碟子汁、白砂糖、柠檬酸、复合稳定剂和饮用水，充分搅拌溶解。

1.4工艺的优化

1.4.1单因素试验

1.4.1.1苦碟子汁添加量对产品质量的影响

  5%白砂糖、0.06%柠檬酸、0.20%复合稳定剂，再分别添加8%，9%，10%，11%和12%的苦碟子汁，以感官评分为指标，确定苦碟子汁的最佳添加量。

1.4.1.2白砂糖添加量对产品质量的影响

  10%苦碟子汁、0.06%柠檬酸、0.20%复合稳定剂，再分别添加3%，4%，5%，6%和7%的白砂糖，以感官评分为指标，确定白砂糖的最佳添加量。

1.4.1.3柠檬酸添加量对产品质量的影响

  10%苦碟子汁、5%白砂糖、0.20%复合稳定剂，再分别添加0.04%，0.05%，0.06%，0.07%和0.08%的柠檬酸，以感官评分为指标，确定柠檬酸的最佳添加量。

1.4.1.4复合稳定剂添加量对产品质量的影响

  10%苦碟子汁、5%白砂糖、0.06%柠檬酸，再分别添加0.18%，0.19%，0.20%，0.21%和0.20%复合稳定剂，以感官评分为指标，确定稳定剂的最佳添加量。

1.4.2响应面优化饮料的工艺

  根据Box-Bohnken试验设计及单因素试验结果确定响应面因素水平，以苦碟子汁添加量(A)、白砂糖添加量(B)、柠檬酸添加量(C)和复合稳定剂添加量(D)进行四因素三水平的响应面试验设计，优化得到苦碟子饮料最佳配方，试验设计及结果如表1所示。

1.5苦碟子饮料的感官评定

  根据苦碟子饮料的色泽、口感、风味和组织状态进行感官评分，感官评分标准如表2所示。

2结果分析

2.1单因素试验

2.1.1苦碟子汁添加量的确定

 如图1所示，感官评分随着苦碟子汁的添加量先增大后减小，当苦碟子汁添加到1 0%时，感官评分最高，苦碟子汁添加过多，苦味过重，口感不易接受，添加量过少风味不明显，由此单因素试验得出，苦碟子汁最适添加量为10%。

2.1.2  白砂糖添加量的确定

  如图2所示，感官评分随着白砂糖的添加量先增大后减小，当白砂糖添加到5%时，感官评分最高，白砂糖添加量过多导致饮料口感过腻，继续添加会掩盖风味，由此单因素试验得出，白砂糖最适添加量为5%。

2.1.3柠檬酸添加量的确定

  如图3所示，感官评分随着柠檬酸的添加量先增大后减小，当柠檬酸添加到0.06%时，感官评分最高，当添加量超过0.06%时，感官评分呈下降趋势，因为酸度过高掩盖饮料其它风味，口感差，由此单因素试验得出，柠檬酸最适添加量为0.06%。

2.1.4复合稳定剂添加量的确定  

如图4所示，感官评分随着复合稳定剂的添加量先增大后减小，当复合稳定剂添加到0.20%时，质地稳定均一，感官评分最高，添加高于0.20%时，饮料组织状态黏稠，添加少于0.20%时，饮料放置一段时间有分层现象，由此单因素试验得出，复合稳定剂最适添加量为0.20%。

2.2  响应面优化苦碟子饮料工艺的设计与结果

2.2.1  回归方程的建立与显著性检验

 利用Design Expert 8.0.6软件，对苦碟子汁添加量(A)、白砂糖添加量(B)、柠檬酸添加量

(C)和复合稳定剂添加量(D)进行统计分析，根据表3中的试验数据，对各因素进行多元回归拟合，

程度较高，说明这种试验方法可行。

 方程回归分析及方差分析结果见表4，回归方程的各项系数显著性如下：苦碟子汁添加量(A)、白砂糖添加量(B)、柠檬酸添加量(C)和复合稳定剂添加量(D)对感官评分具有极显著影响，二次项A2、B2、C2和D2均达到极显著水平。各因素相互影响时：苦碟子汁添加量(A)与复合稳定剂添加量(D)的交互作用不显著，柠檬酸添加量(C)、复合稳定剂添加量(D)交互作用不显著，其它均达到极显著水平。从各变量显著性检验p值和F值，可以判断出影响苦碟子饮料感官评分按大小排序依次：苦碟子汁添加量(,A)、白砂糖添加量(B)、复合稳定剂添加量(D)、柠檬酸添加量(C)。

2.2.2等高线及响应面析结果

 在2个因素不变的情况下观察其对感官评分的影响。利用Design Expert 8.0.6软件对表3的数据进行二次多元回归拟合得到的等高线图和响应面图，见图5~图10,可知两因素交互作用影响由大到小为：白砂糖添加量和复合稳定剂添加量、白砂糖添加量和柠檬酸添加量、苦碟子汁添加量和白砂糖添加量以及苦碟子汁添加量和柠檬酸添加量。

2.2.3  响应面法优化苦碟子汁饮料配方的确定与验证结果

 用Design-Expert 8.0.6软件进行数值优化分析，结合模型回归分析和响应面的分析结果，得出最佳配方苦碟子汁添加量10.47%、白砂糖添加量5.55%、柠檬酸添加量0.06%、稳定剂添加量0.20%，此工艺条件下模型的感官评分为89.269 1，考虑到工艺实际操作的可行性，将工艺配方修正为：苦碟子汁添加量10.50%、白砂糖添加量5.55%、柠檬酸添加量0.06%、稳定剂添加量0.20%。在此工艺配方下，进行3次平行验证试验，得到苦碟子饮料感官评分为89，与模型的预测值接近，由此得出响应面对苦碟子汁饮料工艺优化的可行性。

3结论

 在单因素试验的基础上，用Design-Expert 8.0.6软件进行数值优化分析，优化了苦碟子饮料的加工工艺，建立了多元回归模型，模型拟合度较好，误差小。确定的最佳工艺配方：苦碟子汁添加量10.50%、白砂糖添加量5.55%、柠檬酸添加量0.06%、稳定剂添加量0.20%。该条件下感官评分为89，与模型预测值89.269 1接近，由此可知将响应面设计引用到苦碟子饮料工艺中可行性。