响应面法优化人参果枸杞葡萄复合饮料工艺

魏玉梅，张帅中，冯玉兰，孙家美，乌 兰

（1.西北民族大学实验教学部，甘肃 兰州 730030；2.山东省海洋科学研究院，山东 青岛 266104；3.西北民族大学生命科学与工程学院，甘肃 兰州 730030）

人参果（Solanum muricatumAit.）又称安第斯茄、香艳梨等[1]，为茄科（Solamaceae）茄属（Solanum）[2]，原产于南美洲，为多年生双子叶草本植物，其肉质清香多汁，果肉呈淡黄色，无籽核，椭圆形或卵圆形，成熟后出现紫红色条斑[3]。人参果中蛋白质含量高，必需氨基酸含量丰富，并且富含多种维生素及微量元素[4]。枸杞（Lyciumbarbarum）属于茄科落叶灌木，为明亮的橙红色椭球浆果，可用于泡酒、泡茶、煮粥等，其果实可入药，是中药配方的重要成分[5]。枸杞中富含枸杞多糖、枸杞黄酮、类胡萝卜素等，具有补肾养肝、增强免疫力、抗肿瘤、抗氧化、抗疲劳及协同防癌等多种功效[6]。葡萄中含有糖类、脂肪、蛋白质、维生素，以及钙、铁等微量元素[7]，而且葡萄皮中含有的葡萄多酚，不但具有很强的抗氧化作用，还有抗炎、抗菌、抗肿瘤和皮肤保健与美容的功效[8]，此外，葡萄皮中还含有葡萄花色苷，具有降低肝脏及血清中脂肪含量、抗氧化、抗肿瘤等多种功效[9]。

目前市场上人参果加工产品甚少，主要以鲜果为主，理论研究主要有人参果的果脯[10]、果酱、果酒[11]等的加工，关于新鲜人参果原汁用于制作饮料的报道还非常少，利用人参果与枸杞及葡萄汁制备复合饮料或其他复合果汁的研究尚未见相关报道。本文以人参果、枸杞和去籽葡萄为原料，通过单因素试验、正交试验以及Box-Behnken试验逐步优化人参果复合饮料的最佳配方，拟研制一种集各种营养保健功能于一体的天然、安全、具有特殊风味、饮用方便的复合饮料，以期开发出一款新型营养健康且具有人参果特殊风味的复合饮料。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

武威人参果、宁夏枸杞、巨峰葡萄、白砂糖：均为市售。

柠檬酸、抗坏血酸、果胶酶、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠（CMC-Na）、卡拉胶、黄原胶，均为食品级。

1.1.2 仪器与设备

HH-4型数显恒温水浴锅：常州国华电器有限公司；PL-203型电子分析天平：瑞士梅特勒-托利多公司；MJ-BL25B3型多功能榨汁机：广东美的生活电器制造有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

参照陈洪兴等[12]的方法。

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 人参果汁的制备

选择个大、肉厚、无病虫害的八成熟人参果，用自来水清洗干净，去皮去籽后分成若干瓣，将人参果浸泡在0.1%抗坏血酸溶液进行护色，后于85℃热水中灭酶2 min[13]，压榨出汁后进行粗滤，在滤液中加入0.1%果胶酶[14]，边搅拌边酶解，2 h后用双层滤布过滤，得汁液为人参果汁。

1.2.2.2 枸杞汁的制备

选择色泽鲜红、无霉烂变质的枸杞，用自来水清洗干净。先加5倍水，在90℃条件下预煮30 min，并加入0.02%抗坏血酸进行护色，取出降温至60℃。将预煮后的枸杞及预煮液一起用榨汁机榨汁，并取得汁液。在汁液中按40μL/100 mL添加果胶酶[15]，并将汁液置于60℃恒温水浴锅中保温浸提4 h，用8层滤布滤出汁液后，再加5倍水，继续浸提4 h，8层滤布过滤，将两次汁液混合，即得枸杞汁。

1.2.2.3 葡萄汁的制备

挑选饱满成熟、无腐烂的葡萄果实，于清水中浸泡8～10 min，然后用0.03%高锰酸钾溶液浸泡3 min，用清水清洗干净后脱粒，只将籽去除。按照葡萄与水等质量的比例榨汁，然后用4层纱布过滤，95℃杀菌后迅速冷却至45℃左右。为提高葡萄汁的澄清度，需用浓度为0.01%～0.05%的果胶酶处理2～3 h，酶处理后用8层滤布过滤，即得葡萄原汁。

1.2.2.4 复合汁的调配、均质

将人参果汁、枸杞汁、葡萄汁、白砂糖、柠檬酸和稳定剂进行混合调配，通过单因素试验、正交试验以及Box-Behnken试验筛选出最佳组合。将初步混合的复合果汁经过均质机，达到较理想的细度和均匀度，温度40～50℃，压力15～20 MPa进行2次均质处理。

1.2.2.5 脱气、灌装、杀菌

在果汁中加入少量抗坏血酸以达到脱气的目的，然后进行灌装，最后采用高温瞬时杀菌，杀菌温度95℃，杀菌时间为10～15 s。

1.2.3 复合汁中各原汁配比的确定

1.2.3.1 复合汁中各原汁配比的单因素试验设计

以感官评分为评价指标，固定枸杞汁添加量15mL，人参果汁添加量15 mL，葡萄汁添加量20 mL，通过单因素试验确定不同浓度的人参果汁、枸杞汁、葡萄汁添加量对复合汁感官品质的影响，复合汁感官评价标准详见表1。

表1 人参果枸杞葡萄复合汁感官评价标准Table 1 Sensory evaluation standards of compound juice of ginseng fruit,Chinese wolfberry and grape

1.2.3.2 正交试验优化复合汁中各原汁配比

在单因素试验确定人参果汁、枸杞汁与葡萄汁最适添加量的基础上，以人参果复合汁的感官评分为评价指标，采用正交试验对3种原汁配比进行优化[16]，正交试验因素与水平见表2。

表2 正交试验因素水平表Table2 Factors and levelsof orthogonal test 单位：mL

1.2.4 人参果复合饮料配方的确定

1.2.4.1 人参果复合饮料配方的单因素试验设计

固定复合汁、白砂糖及柠檬酸添加量分别为复合饮料成品的40%、4%、0.10%，以感官评分为评价指标，考察不同复合汁（10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%）、白砂糖（2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%）以及柠檬酸（0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%）添加量对复合饮料感官品质的影响。

1.2.4.2 响应面法优化人参果复合饮料配方

在单因素试验结果的基础上，以复合饮料的感官评分为评价指标，采用响应面法设计试验，运用Box-Behnken的中心组合试验对复合汁、柠檬酸和白砂糖添加量进行优化，响应面试验因素水平见表3。

表3 Box-Behnken试验因素水平表Table 3 Factorsand levelsof Box-Behnken design单位：%

1.2.5 复配稳定剂的确定

选用CMC-Na、海藻酸钠和卡拉胶作为人参果复合饮料的稳定剂，在复合饮料配方的基础上分别加入0.2%CMC-Na、0.2%卡拉胶、0.2%海藻酸钠、0.1%CMC-Na+0.1%卡拉胶、0.1%海藻酸钠+0.1%卡拉胶、0.1%CMC-Na+0.15%卡拉胶、0.1%CMC-Na+0.2%卡拉胶，以离心沉淀率为指标对稳定剂的稳定效果进行评价，离心沉淀率越小表明稳定剂的稳定效果越好。

离心沉淀率的测定方法为：取5 mL待测饮料于离心管中，称量样品质量m1后，放入离心机中，以3 000 r/min离心10 min后，取出离心管静置10 min，吸去上清液，称量残留物的质量m。离心沉淀率的计算公式为：

1.2.6 复合饮料的感官评价

选择具有感官评定知识的食品专业学生，采用10人小组评分法，参照表4的标准从饮料的色泽、香气、滋味、组织状态4个方面分别进行评分，最后取平均值作为感官评分结果。

表4 人参果枸杞葡萄复合饮料感官评价标准Table4 Sensory evaluation standardsof compound beverage

1.2.7 数据处理

采用Origin Pro 2021软件作图，采用Design Expert V8.0.6软件分析数据。

2 结果与分析

2.1 复合汁中各原汁配比筛选结果

2.1.1 人参果汁添加量对复合汁感官品质的影响

由图1可以看出，随着人参果汁添加量的增加，复合汁感官评分也增加；当人参果汁添加量超过15 mL时，人参果口味过浓，覆盖住了枸杞和葡萄的味道，使复合汁口感逐渐失调，不符合大众的口味，感官评分下降。因此选择人参果汁适宜添加量为15 mL。

图1 人参果汁添加量对复合汁感官评分的影响Fig.1 Effectsof ginseng fruit juice additions on sensory scores of compound juice

2.1.2 枸杞汁添加量对复合汁感官品质的影响

由图2可以看出，枸杞汁添加量在5～15 mL时，感官评分随枸杞汁添加量的增加而升高；当枸杞汁添加量超过15 mL时，枸杞的气味过于浓郁，掩盖了复合汁的风味，感官评分逐步下降。因此选择适宜的枸杞汁添加量为15 mL。

图2 枸杞汁添加量对复合汁感官评分的影响Fig.2 Effectsof Chinese wolfberry juice additions on sensory scoresof compound juice

2.1.3 葡萄汁添加量对复合汁感官品质的影响

如图3所示，当葡萄汁添加量在5～25 mL时，感官评分随葡萄汁添加量的增加而升高；当葡萄汁添加量超过25 mL时，葡萄的味道偏甜，掩盖了复合汁酸甜适宜的口感，感官评分有所下降。因此选择适宜的葡萄汁添加量为25 mL。

图3 葡萄汁添加量对复合汁感官评分的影响Fig.3 Effects of grape juiceadditionson sensory scores of compound juice

2.1.4 复合汁中各原汁最佳配比优化结果

由表5可知，极差分析结果RC＞RA＞RB，表明3种原汁添加量对复合汁感官品质的影响顺序为：葡萄汁添加量＞人参果汁添加量＞枸杞汁添加量；复合汁配比的最佳配方为A3B2C2，即人参果汁添加量25 mL，枸杞汁添加量15 mL，葡萄汁添加量25 mL，原汁的体积比为人参果汁∶枸杞汁∶葡萄汁为4∶3∶5，该最佳配比组合下制备的人参果枸杞葡萄复合饮料感官评分平均值为85.8分，说明以此配比制作的复合汁感官品质最好。

表5 原汁配比正交试验结果Table 5 Orthogonal test results of juice ratio

2.2 人参果复合饮料配方筛选结果

2.2.1 复合汁添加量对饮料感官品质的影响

由图4可以看出，复合汁添加量对饮料的感官评分影响较大，当复合汁添加量在10%～40%时，感官评分几乎呈直线上升；添加量超过40%时，复合汁的浓度过高，味道太浓郁，口感不佳，感官评分稍有下降，因此将复合汁的添加量选为40%。

图4 复合汁添加量对人参果复合饮料感官评分的影响Fig.4 Effectsof compound juice additions on sensory scoresof ginseng fruit compound beverage

2.2.2 白砂糖添加量对饮料感官品质的影响

由图5可知，当白砂糖添加量在2%～6%时，复合饮料的感官评分逐渐上升，继续增加白砂糖用量，口感过甜，感官评分反而有所降低，因此白砂糖添加量选为6%。

图5 白砂糖添加量对人参果复合饮料感官评分的影响Fig.5 Effectsof sugar additions on sensory scoresof ginseng fruit compound beverage

2.2.3 柠檬酸添加量对饮料感官品质的影响

由图6可见，当柠檬酸添加量为0.1%时，复合饮料的感官评分最高，此时制备的饮料口感更好，之后继续增加柠檬酸添加量，酸味增加，口感明显偏酸，感官评分下降，因此确定柠檬酸适宜添加量为0.1%。

图6 柠檬酸添加量对人参果复合饮料感官评分的影响Fig.6 Effectsof citric acid additionson sensory scoresof ginseng fruit compound beverage

2.2.4 响应面法优化人参果复合饮料配方结果

2.2.4.1 响应面优化试验分析

响应面法优化人参果复合饮料的试验设计及结果见表6，方差分析结果见表7。

表6 Box-Behnken试验设计及结果Table 6 Box-Behnken design and experimental results

由表7可见，二次回归方程模型达到极显著（P＜0.01），失拟项不显著（P=0.067 3＞0.05），表明该回归方程拟合情况较好，模型成立。由P值可知，在各项中，X1、X2X3、X12、X32对复合饮料感官品质的影响极显著（P＜0.01），X2、X3、X22的影响显著（P＜0.05），而交互项X1X2、X1X3的影响不显著。由F值的结果可知，各因素对复合饮料感官品质影响大小的顺序依次为：X1复合汁添加量＞X3柠檬酸添加量＞X2白砂糖添加量。为进一步确定复合汁、白砂糖和柠檬酸的添加量，利用Design-Expert软件对表6中的数据进行回归分析，并且对回归方程进行优化，去除不显著项，将回归方程简化为：Y=86.26+3.85X1+1.83X2-2.10X3+6.55X2X3-5.98X12-3.23X22-9.53X32。

表7 人参果复合饮料方差分析结果Table7 Analysisof variancefor compound beverage

2.2.4.2 响应面结果分析

为了考察交互项对复合果汁感官评分的影响，在两个因素固定不变的情况下，对模型进行降维分析，经Design Expert V8.0.6软件处理，根据所得模型经响应面回归分析，各两因素交互作用对复合饮料感官评分影响的响应面如图7所示。

图7 各因素交互作用对复合饮料感官评分影响的响应面图Fig.7 Responsesurface showing effectsof various factors interaction on sensory scores of compound beverage

由图7可见，白砂糖添加量和柠檬酸添加量的交互作用对感官评分的影响较大，该结果和方差分析一致。通过响应面分析得到人参果复合饮料的最佳配比为：复合汁添加量43.68%，白砂糖添加量6.72%，柠檬酸添加量0.10%；考虑到实际操作，调整配方为：复合汁添加量44%，白砂糖添加量6.7%，柠檬酸添加量0.1%，利用优化后配方进行人参果复合饮料的调配，制备的饮料感官评分平均值为87.6分，与预测值（87.1分）基本吻合。

2.3 稳定剂的选择

由表8可知，0.1%CMC-Na与0.15%卡拉胶复合混合使用时，稳定效果最好，此时离心沉淀率最低（3.0%）。

表8 稳定剂筛选试验结果Table 8 Experimental resultsof stabilizer selection

3 结论

上述试验结果表明，复合汁中人参果、枸杞汁和葡萄汁的最佳体积配比为4∶3∶5；人参果枸杞葡萄复合饮料的最佳配方为：复合汁添加量44%，柠檬酸添加量0.1%，白砂糖添加量6.7%；复合稳定剂为0.1%CMC-Na+0.15%卡拉胶，按此配方制得的人参果枸杞葡萄复合饮料感官品质较好，呈透亮的橙红色，酸甜可口、协调适当，具有人参果特有的香气。