吴德智，彭龙，李安，杨晓敏，钟湘云

(1.贵州理工学院，贵阳 550003;2.湖南中医药高等专科学校，湖南 株洲 412012)

响应曲面法优化五味子刺梨复合功能果酱的工艺研究

吴德智1，彭龙1，李安1，杨晓敏1，钟湘云2*

(1.贵州理工学院，贵阳 550003;2.湖南中医药高等专科学校，湖南 株洲 412012)

以五味子、刺梨为主要原料，研制具有保健功能的复合果酱。以感官评分为指标，通过单因素试验以及Box-Behnken响应曲面试验对复合功能果酱的发酵及制备工艺条件进行优化。结果表明：发酵时间19 h、乳酸菌添加量0.40%、白砂糖添加量10%，得出的复合发酵果浆的感官评分为92.03±0.17，制备工艺为五味子、刺梨质量比1.3 (g/g)、白砂糖添加量24%、卡拉胶添加量0.7%，复合功能果酱的感官评分为91.47±0.22。在此条件下制备的果酱工艺稳定可行，产品质地均匀细腻、酸甜可口、香气适宜、口感协调。

刺梨；五味子；果酱；Box-Behnken响应曲面试验

果酱是将水果浆、糖及酸度调节剂混合后，加温熬制而成的凝胶食品。主要作为调味品用于涂抹面包或吐司上食用，已深得消费者的青睐[1]。随着生活水平的不断提高，果酱的需求量增大，同时果酱由单一特殊风味向复合口感及功能性产品发展，因此功能型果酱的研究与开发已成为今后果酱的发展趋势之一[2，3]。

刺梨别名刺石榴、缫丝花，为蔷薇科植物缫丝花(RosaroxburghiiTratt)的果实。具有消食健脾、收敛止泻的功效。含有五环三萜、黄酮类物质以及多糖、维生素C等营养保健功能的物质，常用于增强免疫力、抗动脉粥样硬化、延缓衰老、抗癌防癌抗突变、健胃消食等作用[4，5]。刺梨是贵州的特色水果资源，具有“维C之王”的美誉，正广泛应用于食品、保健食品和医药领域。目前市场上刺梨的加工产品多为以刺梨提取物为主的饮料、干果等保健食品系列，而果酱等其他系列产品极少[6，7]。五味子又名山花椒，是卫生部公布的“药食同源”产品之一，具有收敛固涩、益气生津、补肾宁心等功效，常用于镇静催眠、保护中枢神经系统、抑制肿瘤生长、降血脂、降血糖、增强人体免疫力等[8，9]。果实中含有活性多糖、木脂素、挥发油等活性成分以及蛋白质、脂肪、有机酸、果胶氨基酸等营养物质[10，11]。目前，北五味子被广泛用于制药、造酒、饮料生产中，开发利用前景极为广阔。以刺梨、五味子为原料制得的复合果酱不仅调整了口感、风味，还达到了营养强化及保健的效果，也使两者营养互补、口感和加工性有所提高。

因此，文章以五味子、刺梨为主要原料，研制具有保健功能的复合果酱。通过单因素及Box-Behnken响应曲面试验分别对果酱的发酵及制备工艺条件进行优化，为功能性果酱的研究与开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

五味子、刺梨 市售；乳酸菌 南京益生源生物科技有限公司；卡拉胶 河南中偌生物科技有限公司；白砂糖(食品级) 市售。

1.2 仪器与设备

LHS-250SC 恒温培养箱 上海析域仪器设备有限公司；FA1004B电子天平 上海越平科学仪器有限公司；手提式高压灭菌锅 上海上天精密仪器有限公司；ATC-20手持式折光仪 北京惠博瑞科折射仪有限公司；PE20酸度计 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；Scientz-150高压均质机 宁波新芝生物科技股份有限公司；手持测糖仪 邦亿精密量仪(上海)有限公司；JJ-2型高速组织粉碎机 金坛市天竟实验仪器厂。

1.3 实验方法

1.3.1 五味子、刺梨复合果酱的制备

五味子、刺梨分别浸泡去核，用0.5%柠檬酸喷淋护色。按料液比1∶1 (g/mL)打浆，混合料液在45 MPa下均质30 min，得五味子果浆和刺梨果浆。将五味子果浆、刺梨果浆于40 ℃下对浆体恒温浓缩30 min，冷却至37 ℃左右，按实验要求加入乳酸菌及白砂糖糖浆，搅拌均匀，进行恒温培养，得到发酵果浆液，备用。发酵浆液、白砂糖、卡拉胶按实验要求的比例进行混合，搅拌均匀，恒温浓缩至含糖量达到40%～45%，装罐。在100 ℃沸水中杀菌15 min，冷却，成品。

1.3.2 复合果浆发酵条件的研究

1.3.2.1 单因素考察复合果浆的发酵条件

本实验针对发酵时间(6，12，18，24，30 h)、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个因素，保持其中2个变量固定不变，对另1个变量进行单因素试验，请10位具有感官评价经验的评价员按表3对复合发酵果浆进行评分，以确定响应面设计的水平范围。

1.3.2.2 Box-Behnken响应面法优化发酵工艺条件[12，13]

在单因素试验的基础上，选取发酵时间(12，18，24 h)、乳酸菌添加量(0.3%，0.4%，0.5%)及白砂糖添加量(6%，9%，12%)3个对复合发酵果浆感官评分影响较大的因素，采用Design Expert 8.0.6提供的Box-Behnken试验，以复合发酵果浆感官评分为指标优化发酵工艺条件，试验设计见表1。

表1 复合果浆配方研究的混料设计及结果Table 1 Mixture design and results of compound pulp formula research

续 表

1.3.3 复合功能果酱制备工艺的研究

1.3.3.1 单因素考察复合功能果酱制备工艺

本实验针对五味子、刺梨质量比(0.4，0.7，1.0，1.3，1.6 g/g)、白砂糖添加量(15%，20%，25，30%，35%)、卡拉胶添加量(0.3%，0.6%，0.9%，1.2%，1.5%)3个因素，保持其中2个变量固定不变，对另1个变量进行单因素试验，以复合功能果酱的感官评分为指标，以确定Box-Behnken响应曲面设计所需的水平范围。

1.3.3.2 Box-Behnken响应曲面法优选复合功能果酱制备工艺

在单因素试验的基础上，选取五味子、刺梨质量比(0.7，1，1.3 g/g)、白砂糖添加量(20%，25%，30%)、卡拉胶添加量(0.6%，0.9%，1.2%)3个对复合功能果酱感官评分影响较大的因素，采用Design Expert 8.0.6提供的Box-Behnken试验，以复合功能果酱感官评分为指标优化制备工艺，试验设计见表2。

表2 复合功能果酱制备工艺的Box-Behnken 响应曲面试验设计及结果Table 2 Box-Behnken response surface methodology and results of preparation technology of compound functional jam

续 表

1.3.4 感官评分

请10名符合感官评定的人员(无特殊口味偏好)进行感官评定，采用百分制对复合发酵果浆及复合功能果酱产品进行感官评分，具体评分标准见表3和表4。

表3 复合发酵果浆的感官评定Table 3 Sensory evaluation of compound fermented pulp

表4 复合功能果酱的感官评定Table 4 Sensory evaluation of compound functional jam

1.3.5 理化指标的测定方法

理化指标可溶性固形物含量：手持折光计测定；总糖：数显糖度计测定；有效酸度：酸度计测定；微生物检测：细菌总数、大肠杆菌，按GB/T 4789.24-2003 《食品卫生微生物检验》的方法进行检测。

2 结果与分析

2.1 各因素对复合发酵果浆感官评分的影响

不同配比对复合发酵果浆感官评分的影响见图1。

图1 不同配比对复合发酵果浆感官评分的影响(x±s，n=10)

2.1.1 发酵时间对复合发酵果浆的影响

由图1a可知，随着发酵时间的延长，复合发酵果浆的感官评分呈现先升高再稳定在一定水平再出现下降的趋势。当发酵时间为18～24 h时，感官评分最高为(89.21±0.24)分，这主要是由于随着发酵时间的增加，微生物所需的营养物质减少以及次生代谢产物阻碍菌体生长所致。因此，选择12～24 h为响应面设计发酵时间的水平范围。

2.1.2 乳酸菌添加量对复合发酵果浆的影响

由图1b可知，随着乳酸菌添加量的增加，复合发酵果浆的感官评分呈现先升高再下降的趋势。当乳酸菌添加量为0.4%时，感官评分最高为(89.17±0.27)分。这是由于当乳酸菌不足时发酵剂不足以使果浆完全发酵，当乳酸菌过大时前期的反应消耗过多不足以使反应持续。因此，选择0.3%～0.5%为复合发酵果浆所需的水平范围。

2.1.3 白砂糖添加量对复合发酵果浆的影响

由图1c可知，随着白砂糖添加量的增加，复合发酵果浆的感官评分呈现先升高后下降的趋势。当白砂糖添加量为9%时，感官评分最高为(89.38±0.19)分，继续增加白砂糖感官评分开始下降。主要是由于白砂糖量的增加会使复合发酵的渗透压增大，从而抑制微生物发酵，使得果浆酸度呈下降，pH值升高，以及过甜而影响口感。因此，白砂糖选择6%～12%为所需的水平范围。

2.2 Box-Behnken响应曲面设计优化复合发酵果浆的发酵条件

采用Design Expert 8.0.6 提供的Box-Behnken试验，对各因素进行拟合，得到多元回归方程为：

R感官评分=-92.075+5.704A+479.250B+6.367C-1.667AB-0.014AC-7.500BC-0.128A2-460.000B2-0.150C2。

对复合发酵果浆感官评分的回归模型进行方差及显著性分析，结果见表5。该模型方程有显著性影响(p<0.0001)，失拟项不显著(p=0.6507>0.05)，说明在本实验条件下，该回归模型所考察的因素足以反映实验中发酵条件对复合果浆感官评分的影响。判定系数R2=0.9859，Radj2=0.9678，说明回归模型与实验值拟合较好，可用于复合发酵果浆感官评分的理论推测和分析，各因素影响大小依次为：发酵时间>乳酸菌添加量>白砂糖添加量。由F检验可知，一次项中发酵时间、乳酸菌添加量以及白砂糖添加量对复合发酵果浆的感官评分具有极显著影响(p<0.01)；交互项中乳酸菌添加量与白砂糖添加量之间的交互作用对复合发酵果浆的感官评分具有显著影响(p<0.01)，发酵时间与乳酸菌添加量之间的交互作用具有显著影响(p<0.05)；二次项中发酵时间、乳酸菌添加量、白砂糖添加量对复合发酵果浆的感官评分具有极显著影响(p<0.01)；其他因素之间不显著(p>0.05)。与图2中3D效应面图反映出的各因素间的交互作用相吻合。

表5 感官评分回归方程的方差与显著性分析Table 5 Variance and significance analysis of regression equation of sensory scores

图2 处方比例对各指标影响的3D效应面图谱

由Design Expert 8.0.6软件得出复合发酵果浆的最佳发酵工艺参数是发酵时间19.14 h、乳酸菌添加量0.40%、白砂糖添加量10.27%，复合发酵果浆的感官评分的预测值为91.66。为便于生产实验需求，定为发酵时间19 h、乳酸菌添加量0.40%、白砂糖添加量10%，进一步验证实验，得出复合发酵果浆的感官评分为92.03±0.17。该值与预测值比较近，因此选取此为复合发酵果浆的发酵工艺参数。

2.3 单因素考察复合功能果酱的制备工艺

2.3.1 五味子、刺梨质量比对复合功能果酱的影响

图3 不同制备工艺对复合功能果酱感官评分的影响

由图3a可知，随着五味子、刺梨质量比的增加，复合功能果酱的感官评分呈现先上升后下降的趋势。当质量比为1.0(g/g)时，感官评分最高为(90.12±0.17)分。主要是因为五味子的酸味和红色可增加果酱的口感和颜色以及刺梨的酸甜而提高感官评分，但五味子过多时，由于五味子的涩味使口感下降以及刺梨黄色的减少使果酱色泽不均而降低感官评分。因此，选定8～16 h为响应面设计的最佳水平。

2.3.2 白砂糖添加量对复合功能果酱的影响

由图3b可知，随着白砂糖添加量的增加，复合功能果酱的感官评分呈现先上升再下降的趋势。当白砂糖的添加量为25%时，感官评分最高为89.78±0.31。主要是因为白砂糖的增加，甜度增加，很好地综合五味子和刺梨的酸涩味，但白砂糖添加量过大时，甜味主导果酱，使酸甜不均，口感下降。因此，选20%～30%为响应面设计的水平范围。

2.3.3 卡拉胶添加量对复合功能果酱的影响

由图3c可知，随着卡拉胶添加量的增加，感官评分呈现先上升再稳定在一定水平再出现下降的趋势。当卡拉胶的添加量为0.9%～1.2%时，感官评分稳定在(89.17±0.32)分。主要是因为卡拉胶的增加可明显增加果酱的稠度及稳定性，但继续增加用量，果酱分散不均，有较大颗粒，流动性下降。因此，选定0.6%～1.2%为响应面设计的水平。

2.4 Box-Behnken响应曲面设计优化复合果酱的制备工艺

采用Design Expert 8.0.6 提供的Box-Behnken试验，对各因素进行拟合，得到多元回归方程为：

R感官评分=51.708-15.417A+1.425B+46.389C+1.000AB-13.889AC-0.167BC+8.333A2-0.050B2-16.667C2。

对复合功能果酱感官评分的回归模型进行方差及显著性分析，结果见表6。

表6 感观评分回归方程的方差与显著性分析Table 6 Variance and significance analysis of regression equation of sensory scores

该模型方程有显著性影响(p<0.0001)，失拟项不显著(p=0.7022>0.05)，说明在本实验条件下，该回归模型所考察的因素足以反映实验中各制备工艺参数对复合功能果酱感官评分的影响。判定系数R2=0.9851，Radj2=0.9660，说明回归模型与实验值拟合均较好，可用于果酱感官评分的理论推测和分析，各因素影响大小依次为：五味子、刺梨质量比>白砂糖添加量>卡拉胶添加量。由F检验可知，一次项中五味子、刺梨质量比、白砂糖添加量对复合功能果酱的感官评分具有极显著影响(p<0.01)；交互项中五味子、刺梨质量比与白砂糖添加量、五味子、刺梨质量比与卡拉胶添加量的交互作用对复合功能果酱的感官评分具有极显著影响(p<0.01)；在二次项中白砂糖添加量和卡拉胶添加量均对复合功能果酱的感官评分具有极显著影响(p<0.01)，五味子、刺梨质量比有显著性影响(p<0.05)；其他因素之间不显著(p>0.05)。与图4中3D效应面图反映出的各因素间的交互作用相吻合。

图4 处方比例对各指标影响的3D效应面图谱

由Design Expert 8.0.6软件得出复合功能果酱的最佳制备工艺参数是五味子、刺梨质量比1.29 (g/g)、白砂糖添加量23.89%、卡拉胶添加量0.69%，复合功能果酱的感官评分的预测值为91。为便于生产实验需求，定为五味子、刺梨质量比1.3 (g/g)、白砂糖添加量24%、卡拉胶添加量0.7%，进一步验证实验，得出复合功能果酱的感官评分为91.47±0.22。该值与预测值比较近，因此选取此为复合功能果酱的制备工艺参数。

2.5 优化后产品质量评价

2.5.1 感官指标

复合功能果酱呈橙色，色泽均匀一致；具有五味子和刺梨特有的香气，无异味；酸甜适宜，口感细腻；酱体具有较好的胶凝性，不分泌汁液，无颗粒，无糖结晶，无杂物。

2.5.2 理化指标

可溶性固形物(40.31±0.27)%；有效酸度3.62±0.05；总糖含量(37.2±0.16)%。

2.5.3 微生物检验

细菌总数 100 cfu/g；大肠菌群3 MPN/100 g。

3 结论

制作果酱是长时间保存水果的一种方法，同时也是食物调味品的重要形式。结合具有保健作用的药食同源产品进行功能性果酱的开发是水果加工的新趋势。响应面法主要用于工艺及配方研究，目前已广泛应用于化工、食品、农林、冶金等领域，具有试验次数少、设计简便等优点。本研究以五味子、刺梨为主要原料，研制具有保健功能的复合果酱。以感官评分为指标，通过单因素试验以及Box-Behnken响应曲面试验对复合功能果酱的发酵及制备工艺条件进行优化。结果发酵时间19 h、乳酸菌添加量0.40%、白砂糖添加量10%，得出的复合发酵果浆的感官评分为92.03±0.17，制备工艺为：五味子、刺梨质量比1.3 (g/g)、白砂糖添加量24%、卡拉胶添加量0.7%，复合功能果酱的感官评分为91.47±0.22。在此条件下制备的复合功能果酱工艺稳定可行，产品质地均匀细腻、酸甜可口、香气适宜、口感协调，为功能性果酱产品的开发提供一定的参考。

[1]张丽华,李昌文,纵伟,等.猕猴桃果酱制作的研究[J].湖北农业科学,2016(3):699-702.

[2]王晨,文连奎.五味子皮渣超微粉碎及其复合低糖果酱工艺研究[J].食品研究与开发,2016(21):98-103.

[3]于鹏.猕猴桃胡萝卜复合果酱的研制[J].黑龙江粮食,2016(3):40-43.

[4]李齐激,南莹,秦晶晶,等.药食两用植物刺梨的化学成分研究[J].中国中药杂志,2016(3):451-455.

[5]秦龙龙,周锐丽.刺梨的营养保健功能及应用发展趋势[J].食品研究与开发,2016(13):212-214.

[6]卢忠英,鲁道旺,陈仕学,等.响应面优化微波辅助法提取刺梨水不溶性膳食纤维工艺[J].食品工业科技,2016(17):195-199.

[7]李小鑫,罗昱,梁芳,等.浑浊型刺梨果汁饮料配方及其稳定性研究[J].食品与发酵工业,2013(7):216-222.

[8]Wang B,Hu J,Tan W,et al.Simultaneous quantification of four activeSchisandralignansfrom a traditional Chinese medicineSchisandrachinensis(Wuweizi) in rat plasma using liquid chromatography/mass spectrometry[J].Journal of Chromatography B,2008,865(1-2):114-120.

[9]王春梅,李贺,李生,等.北五味子木脂素对小鼠酒精性肝损伤的保护作用[J].食品科学,2014,35(13):262-265.

[10]林蔚,黄宗锈,陈冠敏,等.中药五味子改善小鼠睡眠作用的研究[J].海峡预防医学杂志,2009,15(4):51-52.

[11]汪艳群,孟宪军.超声波处理对北五味子多糖抗氧化活性的影响[J].食品科学,2016(3):66-70.

[12]令博,田云波,吴洪斌,等.微生物发酵法制取葡萄皮渣膳食纤维的工艺优化[J].食品科学,2012,33(15):178-182.

[13]李璐,徐灵芝,黄亮,等.发酵法制备雷竹笋膳食纤维的工艺研究[J].中国酿造,2016,35(4):176-179.

Study on Process Optimization of Schisandra chinensis and Roxburgh rose Compound Functional Jam by Response Surface Methodology

WU De-zhi1, PENG Long1, LI An1, YANG Xiao-min1, ZHONG Xiang-yun2*

(1.Guizhou Institute of Technology, Guiyang 550003, China；2.Hu'nan Traditional Chinese Medical College, Zhuzhou 412012, China)

UseSchisandrachinensisandRoxburghroseas main raw materials to develope compound jam with health care function. The effects of fermentation conditions and preparation technology are studied by single factor experiment and Box-Behnken response surface methodology.The results show that the fermentation conditions are fermentation time of 19 h,Lactobacillusadditive amount of 0.40% ,white sugar additive amount of 10%, and the sensory score of compound fermented pulp is 92.03±0.17. The optimized jam preparation technology parameters are as follows:the ratio ofSchisandrachinensistoRoxburghroseis 1.3 (g/g), white sugar additive amount is 24%, carrageenan additive amount is 0.7%, and the sensory score of compound functional jam is 91.47±0.22.Under such conditions,the optimized technology is stable and feasible. The compound jam tastes fine and smooth with slight sweetness and sourness.The aroma is suitable and the texture is coordinate.

Roxburghrose;Schisandrachinensis;jam;Box-Behnken response surface methodology

2017-01-22 *通讯作者

贵州省“耀创客”众创空间项目；国家大学生创新创业项目(201614440047)

吴德智(1983-)，男，江西南昌人，博士，研究方向：食品与药品研究与开发；

钟湘云(1982-)，男，湖南株州人，讲师，执业药师，硕士，研究方向：药品与食品研究与开发。

TS255.43

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.07.022

1000-9973(2017)07-0106-07