响应面法优化黑参蒲公英混合固体饮料配方工艺_张靖晨.pdf

文章编号:1673-2995(2023)04-0260-06论著响应面法优化黑参蒲公英混合固体饮料配方工艺张靖晨1，刘士伟1，刘胜楠1，尹丽颖1，毕云枫1，王丽娜2*(1 吉林农业大学食品科学与工程学院，吉林 长春130118;2 吉林医药学院药学院，吉林 吉林132013)摘要:目的开发一款黑参蒲公英混合固体饮料。方法以黑参、蒲公英、葛根、枸杞为主要原料，异麦芽酮糖、麦芽糊精为辅料，以产品的滋味、气味、色泽、组织形态作为感官评价指标，通过单因素试验与响应面优化试验，研究黑参蒲公英固体饮料的最佳工艺配方。结果单因素试验表明:黑参提取物、蒲公英提取物、异麦芽酮糖添加量为主要因素;响应面优化试验表明:最适配方为黑参提取物添加量为148%，蒲公英提取物添加量为9 9%，异麦芽酮糖的添加量为55 6%，麦芽糊精的添加量9 7%，感官评价分数达到 84 1 分。产品的感官特性、理化指标及微生物指标均符合食品安全国家标准要求。结论得到了一款稳定性好、组织状态佳、甜度适宜的黑参蒲公英固体饮料。关键词:黑参;蒲公英;配方优化;固体饮料;响应面法中图分类号:TS2012文献标志码:AOptimization of formula of black ginseng dandelion solid drink by response surfacemethodologyZHANG Jingchen1，LIU Shiwei1，LIU Shengnan1，YIN Liying1，BI Yunfeng1，WANG Lina2*(1 College of Food Scienceand Engineering，Jilin Agricultural University，Changchun，Jilin Province，130118;2 College of Pharmacy，Jilin Medical University，JilinCity，Jilin Province，132013，China)Abstract:ObjectiveTo develop a mixed solid drink of black ginseng and dandelion MethodsWith black ginseng，dandelion，kudzuroot and wolfberry as the main raw materials，isomaltulose and maltodextrin as the auxiliary materials，and the taste，smell，color and textureof the product as the sensory evaluation indicators，the best technological formula of black ginseng dandelion solid drink was studiedthrough single factor test and response surface optimization test esultsThe single factor test showed that the main factors were the ad-dition of black ginseng extract，dandelion extract and isomaltulose;esponse surface optimization test showed that the optimum formula was14 8%black ginseng extract，99%dandelion extract，55 6%isomaltulose，9 7%maltodextrin，and 84 1 sensory evaluation scores Thesensory properties，physical and chemical indicators and microbial indicators of the product meet the requirements of national food safetystandards ConclusionA kind of black ginseng dandelion solid drink with good stability，good tissue state and suitable sweetness wasobtainedKey words:black ginseng;dandelion;formula optimization;solid drinks;response surface method黑参是将人参通过九蒸九曝的炮制方法将鲜参蒸制烘干反复九次后得到的一种高端加工品，具有较高的研究和食用价值。较传统人参相比，黑参含有更多的稀有皂苷，稀有皂苷具有提高机体免疫力、抗炎、抗肿瘤、抗氧化等药理活性1-5。人参作为药食同源食品，属吉林省重点研发保护产业。吉林省是全国乃至世界最大的人参生产地区，分别占总产量的 60%和 40%6，未来产品市场前景广阔。蒲公英俗称婆基金项目:国家级大学生创新创业项目计划训练基金项目(202110193044)作者简介:张靖晨(2002 )，女(汉族)，本科生。通信作者:王丽娜，副教授(Email:285702218 qq com)婆丁，属于菊科蒲公英属，是一种食药两用的植物，具有清热降燥、保肝利胆、抗氧化、抗癌等功效。蒲公英拥有着丰富的资源储备、独特的生物特性、医疗和食品的双重用途以及长期安全性等特点7-10。枸杞是茄科枸杞属灌木植物，是传统的药食兼用型中药11-12。枸杞中包括枸杞多糖、枸杞色素、甜菜碱等主要生物活性物质，其具有免疫调节、抗氧化、降血糖等生理功能。葛根含具有生物活性的异黄酮，具有免疫调节、抗肿瘤、保护心脑血管、降低血糖、血脂、血压的功效13-14。固体饮料是水分含量在 5%以内、需经冲溶饮用的饮料。近年来，该行业步入快速发展通道，企业数量和产销规模扩大，功能性固体饮料呈现062第 44 卷第 4 期2023 年 08 月吉林医药学院学报JournalofJilinMedicalUniversityVol 44No 4Aug 2023DOI:10.13845/ki.issn1673-2995.2023.04.029良好的发展趋势15。本研究将黑参、蒲公英、枸杞以及葛根结合，既含有黑参、葛根中稀有皂苷及异黄酮等活性成分，又充分发挥蒲公英的清热降燥、解毒等功效，多种原料成分相辅相成，制成一种风味独特、具有一定药用价值的固体饮料，市场前景良好。1材料与方法1 1实验材料剂黑参，通化人参交易市场;蒲公英，长春市中药材市场;枸杞提取物粉、葛根提取物粉，陕西百草生物;异麦芽酮糖，青岛哈尼康生物科技有限公司;麦芽糊精，山西西王糖业有限公司。电热恒温水浴锅，HH-2 型，上海力辰邦西仪器科技有限公司;离心机，HC-3018 型，安徽中科中佳科学仪器有限公司;电子天平，JE502 型，上海浦春计量仪器有限公司;高速多功能粉碎机，HC-800Y1 型，武义海纳电器有限公司。1 2黑参蒲公英固体饮料制备操作要点1 2 1黑参提取物制备称取黑参适量，用小型粉碎机粉碎，过 80 目筛，获得黑参粉末，以黑参粉末与水 1 15 料液比，加热提取 1 h，重复提取 3 次。提取完成后，趁热抽滤，合并滤液。对滤液进行离心获得黑参浓缩液，冷冻干燥得黑参提取物，将提取物粉碎备用。1 2 2蒲公英提取物制备称取蒲公英适量清水清洗，加 10 倍量蒸馏水，置于 90 恒温水浴锅中，加热提取3 次，每次1 h，旋转蒸发并浓缩合并滤液，冷冻干燥后粉碎备用。1 2 3辅料的准备处理异麦芽酮糖过 100 目筛，备用。麦芽糊精粉碎过100 目筛，备用。1 2 4产品的制备将各个成分按照比例与辅料异麦芽酮糖与麦芽糊精充分混合添加润湿剂制成软料备用，将软料过筛制成颗粒后将湿颗粒放入鼓风干燥机干燥。将干燥好的固体饮料颗粒在紫外灯下灭菌。将制粒完成的颗粒通过包装制成成品，于阴凉干燥处保存。1 3单因素试验设计固定枸杞提取物添加量 5%，葛根提取物添加量5%16，通过单因素实验研究 4 种材料(黑参提取物、蒲公英提取物、异麦芽糖醇、麦芽糊精)的添加量对固体饮料综合感官评分的影响。根据人参每日食用限量 3 g 为依据，以黑参提取物添加量 15%、蒲公英提取物添加量 10%、异麦芽酮糖添加量 55%、麦芽糊精添加量 10%为基础配方。分别固定单因素外其他3 种材料，添加不同比例的黑参提取物(5%、10%、15%、20%、25%)、蒲公英提取物(5%、10%、15%、20%、25%)、异麦芽酮糖(45%、50%、55%、60%、65%)和麦芽糊精(5%、10%、15%、20%、25%)。1 4响应面试验设计在单因素试验的基础上，通过设计 4 素 3 水平的响应面试验进行优化固体饮料的最佳配方，选取黑参提取物、蒲公英提取物、异麦芽酮糖、麦芽糊精的添加量 4 个因素作为试验因素，感官评分作为响应值进行优化。以 1、0、1 分别代表变量的 3 个水平，试验因子编码及水平见表 1。根据 Design Expert 对试验设计各组的感官评分进行方差分析与回归分析。1 5感官评价实验设计根据国标 GB/T 29602 2013 和团体标准 T/CBIA 008 2021 固体饮料中标定的对固体饮料的感官评价标准，结合黑参和蒲公英自身在口感和风味上的特点来对黑参蒲公英固体饮料进行感官评价的试验设计。选择感官评价人员 25 名分别对产品的色泽、滋味、气味、组织状态进行评价以得出不同配料比下固体饮料的综合感官评分。感官评价标准如表 2。1 6理化检验参考 食品安全国家标准 食品中水分的测定(GB 5009 3 2016)测定产品所含水分。参考 GB4789 2 2016、GB 4789 3 2016 检测固体饮料中的菌落总数、大肠菌群数及致病菌。2结果与讨论2 1单因素实验2 1 1黑参提取物添加量对产品感官的影响由图 1A 可得知，感官评价分数变化趋势整体呈表 1响应面四因素三水平设计表水平因子/%A 黑参提取物B 蒲公英提取物C 异麦芽酮糖D 麦芽糊精1128538015106510117126712162第 4 期张靖晨，等 响应面法优化黑参蒲公英混合固体饮料配方工艺表 2黑参蒲公英饮料具体感官评价标准评分项目评分标准评分/分色泽红棕色，色泽均匀20 25深棕色，色泽均匀15 20浅棕色，色泽均匀10 15黄色，色泽不均匀5 10滋味滋味好，无异味，甜度适中，明显人参味道，微苦20 25滋味较好，人参味道不明显，较苦15 20滋味一般，过甜或过苦，味道不易接受10 15气味难闻，不易接受，无品尝欲望5 10气味明显黑参香气，香气浓厚20 25有明显中药味，少许黑参香气，但气味容易接受15 20没有黑参香气或味道较苦10 15气味难闻，不易接受，无品尝欲望5 10组织形态组织形态完整均匀，无杂质20 25组织形态完整，有略微细碎，无杂质15 20组织形态一般，略微杂质10 15组织形态差，有杂质5 10先上升后下降，在添加量在 15%时处于最高点。黑参提取物添加量在增长过程中，饮料中黑参的特殊风味会逐渐浓郁，在添加量大于 15%后，苦涩味过浓，利口性变差，使得饮料感官评分呈下降趋势。2 1 2蒲公英提取物添加量对产品感官影响在蒲公英提取物添加量增加过程中，蒲公英所独有的清香味会使感官评分增加，但苦味的逐渐显现也会影响评分。如图 1B 得出蒲公英提取物添加量在10%感官最佳，评价分数达到最高值 82 分。在蒲公英提取物添加量大于 10%时苦味增多，整体分数趋势下降。2 1 3异麦芽酮糖添加量对产品感官影响异麦芽酮糖作为甜味剂甜度为蔗糖的 42%，又由于本产品中两种主要原料气味都比较浓郁，故需要甜味剂添加量较多。如图 1C 可知，最高感官分数为77 分在异麦芽酮糖添加量为 60%时。低于 60%时，产品甜味不足，使得黑参及蒲公英的苦味明显，分数较低，而添加量超过 60%时，甜味掩盖了黑参和蒲公英特殊风味，使产品偏甜且味道变得不够清爽。2 1 4麦芽糊精对产品感官影响麦芽糊精的主要作用是保证产品制粒均匀，组织形态完整，是感官评价其中一项因素，如图 1D 得出感官评价分数最高为78 分，麦芽糊精添加量在10%，添加量过少或过多都会导致整体口感以及产品形态欠佳，评价分数偏低。2 2响应面优化实验结果分析根据四因素三水平的正交实验设计，通过 DesignExpert 软件给出 29 组设计进行试验，如表 3 所示。图 1各成分添加量对感官评价分数的影响试验结果模型方差分析如表 4 所示。根据 Design Expert 软件的 Central Composite De-sign 模型得出回归方程:Y=+83 85 1 07A+1 19B+2 36C 1 94D 0 58AB 1 19AC 0 73AD+3 13BC+0 98BD+0 16CD 5 27A22 52B25 82C2 4 18D2。其中 Y 为感官评分，A、B、C、D 分别是各因素编码值。从方差分析表中可以得出回归模型的 P 值 0 020 0 05，表明回归模型显著，失拟向 P 值 0 1232 0 05，说明失拟项差异不显著。该模型拟合程度良好，回归方程可以较好地描述各因素与感官评分之间的关系根据一次项回归系数绝对值的大小可以看出因素主效应关系为:异麦芽酮糖 黑参提取物添加量 蒲公英提取物添加量 麦262吉林医药学院学报2023 年 08 月第 44 卷芽糊精添加量。2 3响应曲面分析根据 Design Expert11 0 给出的图像，固定四个因素中两个编码值为零水平，分析另外两个因素对固体饮料的感官评分值的影响。3D 图中两者对感官评分的影响程度通过曲面的倾斜度确定，坡度越陡，倾斜度越高，说明因素对于感官评分的影响程度更大。根据各因素交互的响应面曲线分析，可以看出随着异麦芽酮糖的添加量的改变，响应面曲线的陡峭程度有显著的变化，相应的等高线也较明显，说明异麦芽酮糖添加量对产品的综合感官评价得分影响较为显著，结果与表 4 中响应面的方差分析结果一致。如图 3 所示，黑参提取物与异麦芽酮糖的交互作用相比于其他因素的交互作用最为显著，说明产品的综合感官评价表 3响应面分析试验设计及结果NoA/%B/%C/%D/%感官评分/分11710531070 2121512531071 2631310551269 954158558768351510551083 9661312551077 2571785510762981585512701291512551279 8310151255882 631115105387033121512571077 96131710571071 4514158531076 36151510531269 8416158571070 5217171255107566181510551086 35191310531072 11201310571078 1021131055875 23221710551269 13231510551085 2124138551080 2125171055877 32261510551080 63271510571280 2628151057880 13291510551083 11表 4模型方差分析表方差来源 平方和 自由度均方F 值P 值显著性模型573 211440 943 150 0200*A13 63113 631 050 3234B16 95116 951 300 2729C66 79166 795 130 0399D45 40145 403 490 0828AB1 3611 360 100 7515AC5 6415 640 430 5209AD2 1212 120 160 6928BC39 31139 313 020 1041BD3 8213 820 290 5963CD0 1010 100 010 9327A2180 131180 1313 850 0023*B241 14141 143 160 0971C2219 511219 5116 870 0011*D2113 521113 528 730 0105残差182 141413 01失拟向163 111016 313 430 1232不显著误差19 0344 76总差755 3528分数受黑参添加量和异麦芽酮糖添加量的影响最为显著，此结果与表 4 中响应面的方差分析结果一致。如图 4、6、7 所示，麦芽糊精与其他三个因素间的交互作用不显著，说明麦芽糊精添加量的改变对产品综合感官评价得分的影响不明显。如图 2、5 所示，黑参与蒲公英之间的交互关系相比于异麦芽酮糖及蒲公英之间的交互关系，可以得知，异麦芽酮糖的添加量对感官评分的影响更为显著。综上所述，对感官评价分数影响最大的因素是异麦芽酮糖添加量，其次是黑参提取物。由于异麦芽酮糖是产品的甜味剂，黑参提取物主要为其提供产品的独特人参香气，感官评价员对甜味及人参独特风味较为敏感。相比之下，麦芽糊精和蒲公英提取物对实验员提供的产品感官不明显，因此要制备令人满意的黑参饮料，应合理地把控异麦芽酮糖及黑参的添加量。图 2黑参与蒲公英提取物添加量对感官评分的交互作用362第 4 期张靖晨，等 响应面法优化黑参蒲公英混合固体饮料配方工艺图 3黑参与异麦芽酮糖添加量对感官评分的交互作用图 4黑参与麦芽糊精添加量对感官评分的交互作用图 5蒲公英与异麦芽酮糖添加量对感官评分的交互作用图 6蒲公英与麦芽糊精添加量对感官评分的交互作用图 7异麦芽酮糖与麦芽糊精添加量对感官评分的交互作用2 4响应面最终优化结果配方及验证根据回归模型和软件结果得出的优化结果为:黑参提取物添加量为 14 793%，蒲公英提取物添加量为 10 773%，异麦芽酮糖添加量为 55 632%，麦芽糊精添加量为 9 656%，预测其感官评分为 84 676 分。考虑实际操作与设备状况，确定黑参蒲公英固体饮料的配方为:黑参提取物添加量为 14 8%，蒲公英提取物添加量为 9 9%，异麦芽酮糖添加量 55 6%，麦芽糊精添加量为 9 7%，感官评分预测值 84 68 分。在上述最佳条件下进行验证试验，得到固体饮料感官评分为(84 1 3 73)分，与理论值接近，验证了实验的准确性和可靠性。所得固体饮料色泽呈均匀红棕色，口感较好，散发浓郁黑参香气，味道清香，是一款营养、健康的饮品。2 5产品质量分析参照 GB/T 29600013、GB7071 2015 方法进行检测，根据理化检验中的方法测得水分、大肠菌群、菌群总数符合国家相关标准，且未检出致病菌，表明固体饮料各指标结果均符合要求。3结论试验通过单因素筛选和响应面优化，确定了最佳的黑参提取物添加量为 14 8%，蒲公英提取物添加量为 9 9%，异麦芽酮糖添加量 55 6%，麦芽糊精添加量为 9 7%，枸杞提取物添加量 5%，葛根提取物添加量 5%。在优化工艺下的配方感官评价分数达到84 1 分。产品辅料选用异麦芽酮糖和麦芽糊精，异麦芽酮糖是一种甜味剂，应用于各类食品，可以有效地覆盖黑参的苦涩味。同时不影响血糖且热量低。制得的产品稳定性好，组织状态佳，甜度适宜，具有浓厚的黑参特殊风味和蒲公英香气，是一款营养健康、风味独特的固体饮料。参考文献:1 ODGES B L Concepts，analysis and the development ofnursing knowledge:the evolutionary cycle J J Adv Nurse，1989，14(4):330-335 2 ZHANG K，LIU Y，WANG C Z，et al Evaluation of the gas-troprotective effects of 20(S)-ginsenoside g3 on gastriculcer models in mice J J Ginseng es，2019，43(4):550-561(下转第 268 页)462吉林医药学院学报2023 年 08 月第 44 卷concatenated artificial neural network approach to modelthe burnout process in Chinese nursesJ Ergonomics，2016，59(2):207-221 17 BEAUCHET O，NOUBLANCHE F，SIMON，et al Fallsrisk prediction for older inpatients in acute care medicalwards:is there an interest to combine an early nurse as-sessment and the artificial neural network analysis?J J Nutr Health Aging，2018，22(1):131-137 18 周滢，李峥 人工智能技术在老年护理中应用的研究进展 J 中国护理管理，2018，18(6):777-780 19 KITTANAWONG C，ZHANG H J，WANG Z，et al 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