響應(yīng)面法優(yōu)化玫瑰大吉嶺紅茶飲料配方

楊巍巍，李豐洲，楊智博，吳 晗，趙有東

（沈陽醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院，遼寧 沈陽 110034）

在中國五千年的文明史中，飲料文化可追溯到三千年前，當(dāng)時以茶為飲料風(fēng)靡整個社會[1]，隨著社會的發(fā)展進(jìn)步，飲料文化的發(fā)展也隨之日新月異。直到現(xiàn)在，飲料也是我們生產(chǎn)生活中不可或缺的一個重要組成部分[2]。大吉嶺紅茶產(chǎn)自印度大吉嶺地區(qū)，富含咖啡堿、鈣、磷、鎂、鉀、維生素、胡蘿卜素、異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸、谷氨酸、丙氨酸、天門冬氨酸等多種營養(yǎng)元素[3]。大吉嶺紅茶色澤明艷、味道甘甜、性甘溫[4]，有消食開胃、驅(qū)寒暖腹的功效[5]，深受人們喜愛。檸檬產(chǎn)于我國江南一帶，富含檸檬酸、維生素等人體必需營養(yǎng)物質(zhì)[6]，人們常利用檸檬酸的物理性質(zhì)將其作為上等調(diào)味料。此外，檸檬還有緩解百日咳、支氣管炎的效果[7]。玫瑰花干由玫瑰鮮花窨制而成[8]，具有甜美、濃郁的花香，是制作窨制花茶的常用原料，其性質(zhì)溫和，適用于各類人群[9]。木糖醇原產(chǎn)于芬蘭，在自然界中分布范圍很廣，日常使用的木糖醇主要是從白樺樹、橡樹、玉米芯、甘蔗渣等植物原料中提取出來的一種天然甜味劑[10]，是人體正常糖類代謝的中間體[11]。蜂蜜是蜜蜂從植物花中采得并在蜂巢中充分釀造而成的天然甜品[12]，富含礦物質(zhì)、維生素、氨基酸等人體所需營養(yǎng)成分[13]，同時蜂蜜還含有可被人體直接吸收的單糖（葡萄糖和果糖），常被人們作為重要保健品[14]。如今，市面上茶飲料種類眾多，人們對茶葉的需求量與日俱增[15]。茶葉不僅有抗衰老作用[16]，還可以降低血糖水平、緩解糖尿病病情等[17]，具有廣闊的發(fā)展前景。但與大吉嶺紅茶有關(guān)的工藝研究還尚未成熟。將大吉嶺紅茶應(yīng)用于茶飲料的生產(chǎn)可以提高營養(yǎng)價值，延長產(chǎn)業(yè)鏈，使得大吉嶺紅茶被更廣泛地開發(fā)和利用，使之具有一定的市場價值和社會效益[18]。

本研究對玫瑰大吉嶺紅茶的制作及加工工藝進(jìn)行初步研究，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過響應(yīng)面法優(yōu)化玫瑰大吉嶺紅茶的工藝配方，制作出口感細(xì)致柔和、滋味香氣較好的紅茶飲料，以期拓寬大吉嶺紅茶的應(yīng)用領(lǐng)域，同時為大吉嶺紅茶飲料的研發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

大吉嶺紅茶：購自上海英聯(lián)食品飲料有限公司；檸檬：購自飛龍柚業(yè)有限公司；玫瑰花干：購自山東華玫生物科技有限公司；木糖醇：購自海寧大維食品有限公司；蜂蜜：購自南京嘉瑞保健食品有限公司；山梨酸鉀：購自山東昆達(dá)生物科技有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

JY5002 型電子天平，WBL2521H 型果蔬榨汁機(jī)，F(xiàn)-008S 型超聲波清洗器，F(xiàn)J200-SH 型均質(zhì)機(jī)，TM-PSZJB-40G 型高溫瞬時殺菌機(jī)。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作要點(diǎn)

1.2.2.1 清洗

將挑選出的檸檬置于流動水中清洗，清洗2～3 次至表面無明顯雜質(zhì)，剝皮。

1.2.2.2 稱量

將紅茶茶葉和玫瑰花干置于電子天平上并分別準(zhǔn)確稱取10 g 紅茶茶葉和9 g 玫瑰花干，稱取后放在量筒中備用。

1.2.2.3 煮沸

將紅茶、玫瑰花混合并加入水150 mL，煮沸。

1.2.2.4 過濾

將煮沸后的茶湯用三層濾布進(jìn)行過濾，留下除去雜質(zhì)的茶湯。

1.2.2.5 調(diào)配

向鍋中加入2 g 檸檬、9.08 g 蜂蜜、8.65 g 木糖醇、0.04 g 山梨酸鉀進(jìn)行調(diào)配。

1.2.2.6 均質(zhì)、殺菌

調(diào)配后的飲料于25～40 MPa 下均質(zhì)5 min，使其充分混合，然后在95 ℃下殺菌10 min。

1.2.2.7 裝罐預(yù)封

90 ℃條件下用玻璃瓶對產(chǎn)品進(jìn)行包裝。

1.2.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.3.1 檸檬添加量的確定

在玫瑰花添加量9 g、紅茶添加量10 g 條件下，研究檸檬添加量（1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g）對飲料感官品質(zhì)的影響，確定檸檬添加量。

1.2.3.2 玫瑰花添加量的確定

在檸檬添加量2 g、紅茶添加量10 g 條件下，研究玫瑰花添加量（3、6、9、12、15 g）對飲料感官品質(zhì)的影響，確定玫瑰花添加量。

1.2.3.3 紅茶添加量的確定

在檸檬添加量2 g、玫瑰花添加量9 g 條件下，研究紅茶添加量（4、7、10、13、16 g）對飲料感官品質(zhì)的影響，確定紅茶添加量。

1.2.4 響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，以檸檬添加量、玫瑰花添加量、紅茶添加量為自變量，以感官評價為響應(yīng)值，采用Box-Behnken 模型進(jìn)行三因素三水平試驗(yàn)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)因素與水平如表1所示。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface tests 單位：g

1.2.5 感官評價

采用100 分制評分檢驗(yàn)法，待飲料制作完成后，選擇15 名專業(yè)感官鑒定人員根據(jù)表2 的5 個指標(biāo)對產(chǎn)品的感官品質(zhì)進(jìn)行評定，通過計(jì)算平均值，對飲料進(jìn)行綜合性評價。

表2 玫瑰大吉嶺紅茶飲料感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation criteria of rose Darjeeling black tea beverage

1.2.6 理化指標(biāo)

多酚含量：采用福林酚法[19]測定；還原糖含量：采用蒽酮-硫酸法[20]測定；硒含量：采用原子熒光光譜法[21]測定；菌落總數(shù)：按照GB 4789.2—2016[22]中的方法測定；大腸菌群：按照GB 4789.3—2016[23]中的方法測定；總酸度：采用酸堿滴定法測定，具體參照GB/T 12456—2008[24]。

1.2.7 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)采用Design-Expert 10.0.7 軟件和Excel 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，每個試驗(yàn)重復(fù)3 次，結(jié)果取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 檸檬添加量對飲料感官品質(zhì)的影響

由圖1 可知，不同檸檬添加量對玫瑰大吉嶺紅茶飲料的感官評分具有明顯的影響。當(dāng)檸檬添加量為2.0 g 時，產(chǎn)品的感官評分最高，此時飲料口感最佳，具體表現(xiàn)為甜度、酸度適中，玫瑰花和紅茶混合的香味濃郁、協(xié)調(diào)，酸甜可口，無苦澀味，色澤純正均一。當(dāng)檸檬添加量在2.0 g 以下時，隨著檸檬添加量的減少，飲料的酸度較低，整體偏甜，影響飲料口感；當(dāng)檸檬添加量在2.0 g 以上時，隨著檸檬添加量的增加，飲料的酸度較高，使飲料糖酸比不平衡，口感較差。因此，檸檬酸的適宜添加量為2.0 g。

圖1 檸檬添加量對飲料感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of lemon addition on sensory quality of beverage

圖2 玫瑰花添加量對飲料感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of rose addition on sensory quality of beverage

2.1.2 玫瑰花添加量對飲料感官品質(zhì)的影響

由圖2 可知，不同玫瑰花添加量對玫瑰大吉嶺紅茶飲料的感官評分影響顯著。當(dāng)玫瑰花添加量為9 g時，產(chǎn)品的感官評分最高，此時飲料口感最佳，具體表現(xiàn)為甜度、酸度適中，玫瑰花和紅茶混合的香味濃郁、協(xié)調(diào)，酸甜可口，無苦澀味，色澤純正均一。當(dāng)玫瑰花添加量在9 g 以下時，隨著玫瑰花添加量的減少，飲料的營養(yǎng)價值降低，由于紅茶味道過重，導(dǎo)致玫瑰花和紅茶混合的香味不協(xié)調(diào)，色澤不夠純正均一，所以感官評分降低；當(dāng)玫瑰花添加量在9 g 以上時，隨著玫瑰花添加量的增加，使得玫瑰花香味過重，導(dǎo)致玫瑰花和紅茶混合的香味不協(xié)調(diào)，色澤不夠純正均一，降低飲料口感，所以感官評分降低。綜上可知，玫瑰花的適宜添加量為9 g。

2.1.3 紅茶添加量對飲料感官品質(zhì)的影響

由圖3 可知，不同紅茶添加量對玫瑰大吉嶺紅茶飲料的感官評分值具有顯著影響。當(dāng)紅茶添加量為10 g 時，產(chǎn)品的感官評分最高，此時飲料的口感最佳，具體表現(xiàn)為甜度、酸度適中，玫瑰花和紅茶混合的香味濃郁、協(xié)調(diào)，酸甜可口，無苦澀味，色澤純正均一。當(dāng)紅茶添加量在10 g 以下時，隨著紅茶添加量的減少，飲料的茶味偏淡，甜味增加，口感降低；當(dāng)紅茶添加量在10 g 以上時，隨著紅茶添加量的增加，飲料茶味偏重，苦味增加，飲料口感較差。因此，紅茶的適宜添加量為10 g。

圖3 紅茶添加量對飲料感官品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of black tea addition on sensory quality of beverage

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，綜合考慮，以檸檬添加量、玫瑰花添加量、紅茶添加量為自變量，以飲料的感官評分為響應(yīng)值，進(jìn)行三因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表3，方差分析見表4。

用Design-Expert 10.0.7 軟件對表中試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸分析，得到試驗(yàn)因素對感官評分的擬合方程為：Y=92.80+1.50A+0.50B+2.25C+1.75AB-0.75AC+0.25BC-3.02A2-2.02B2-3.03C2。

由表4 可知，該模型F=77.86，P＜0.000 1，回歸模型極顯著。失擬項(xiàng)F=1.67，P=0.309 9＞0.05，不顯著，說明模型與純誤差關(guān)聯(lián)不顯著。決定系數(shù)R2=0.990 1，校正系數(shù)R2adj=0.977 4，說明感官評分的實(shí)測值與預(yù)測值之間具有較好的擬合度，由此說明所得到的回歸方程可以很好地對飲料的感官評分進(jìn)行分析和預(yù)測[25]。

表3 飲料配方優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 3 Results and analysis of beverage formula optimization by response surface method

表4 回歸模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression equation

回歸模型中A（檸檬添加量）和C（紅茶添加量）對產(chǎn)品感官評分的影響極其顯著（P＜0.01），B（玫瑰花添加量）對產(chǎn)品感官評分的影響顯著（P＜0.05）。由3 個因素的F值可以判斷影響飲料感官評分各因素主次順序?yàn)镃＞A＞B，即紅茶添加量對飲料感官評分的影響最大，其次是檸檬添加量，玫瑰花添加量的影響最小。由交互項(xiàng)的F值可以推斷檸檬添加量與玫瑰花添加量（AB）的交互作用最大，檸檬添加量與紅茶添加量（AC）的交互作用次之，玫瑰花添加量與紅茶添加量（BC）的交互作用最小。

2.3 響應(yīng)面交互作用分析

根據(jù)回歸方程得出各因素交互作用對玫瑰大吉嶺紅茶飲料感官評分的影響的響應(yīng)面圖，如圖4 所示。

圖4 各因素交互作用對產(chǎn)品感官評分影響的響應(yīng)面圖Fig.4 Response surface plots of the influence of various factors interaction on sensory score of beverage

由圖4a 可見，隨著檸檬添加量與玫瑰花添加量的增加，玫瑰大吉嶺紅茶飲料的感官評分先逐漸增加，達(dá)到最高值后降低，檸檬添加量與玫瑰花添加量交互作用極顯著（P＜0.01）。當(dāng)紅茶添加量一定時，檸檬添加量為2.0 g 左右，玫瑰花添加量為9.0 g 左右時，產(chǎn)品的感官評分達(dá)到最大值。

由圖4b 可見，隨著檸檬添加量與紅茶添加量的增加，玫瑰大吉嶺紅茶飲料的感官評分先逐漸增加，達(dá)到最高值后降低，檸檬添加量與紅茶添加量交互作用顯著（P＜0.05）。當(dāng)玫瑰花添加量一定時，檸檬添加量為2.0 g 左右，紅茶添加量為10.0 g 左右時，產(chǎn)品的感官評分達(dá)到最大值。

由圖4c 可見，隨著玫瑰花添加量與紅茶添加量的增加，玫瑰大吉嶺紅茶飲料的感官評分先逐漸增加，達(dá)到最高值后降低，紅茶添加量與玫瑰花添加量交互作用不顯著。當(dāng)檸檬添加量一定時，玫瑰花添加量為9.0 g 左右，紅茶添加量為10.0 g 左右時，產(chǎn)品的感官評分達(dá)到最大值。

2.4 最佳配方的確定及驗(yàn)證試驗(yàn)

經(jīng)Design-Expert 10.0.7 軟件處理后，分析得到玫瑰大吉嶺紅茶飲料最佳配方：檸檬添加量2.141 g，玫瑰花添加量9.802 g，紅茶添加量11.043 g，此條件下預(yù)測的產(chǎn)品感官評分為93.470 分。為驗(yàn)證所建立多元回歸模型的準(zhǔn)確性同時保證試驗(yàn)的可操作性，對最優(yōu)配方進(jìn)行修正，即檸檬添加量2.14 g，玫瑰花添加量9.80 g，紅茶添加量11.04 g。在該配方下進(jìn)行3組平行試驗(yàn)，結(jié)果取平均值，得到產(chǎn)品的感官評分為93.59 分，與預(yù)測值相近，說明該模型具有較高的預(yù)測準(zhǔn)確度。

2.5 玫瑰大吉嶺紅茶復(fù)合飲料的品質(zhì)指標(biāo)分析結(jié)果2.5.1 感官評定

甜度：適中；色澤：深紅色，均勻有光澤；口味：口感柔和醇正，微酸不刺激；香氣：茶的香氣明顯，留香久，香氣純，無異味；組織狀態(tài)：液態(tài)，均勻無沉淀物。

2.5.2 理化指標(biāo)

經(jīng)測定，得到產(chǎn)品的茶多酚含量為4.17%；總酸度為0.42 g/100 mL；還原糖含量為0.84%；茶湯中硒含量為0.21 μg/L。上述結(jié)果表明該茶湯具有豐富的茶多酚和微量硒元素，具有良好的保健功能。

2.5.3 微生物指標(biāo)

大腸桿菌菌群＜3 MPN/100 mL，細(xì)菌總數(shù)≤10 CFU/mL，致病菌未檢出。

3 結(jié)論

試驗(yàn)以大吉嶺紅茶、玫瑰花、檸檬為原料，通過單因素試驗(yàn)確定玫瑰大吉嶺紅茶復(fù)合飲料的品質(zhì)隨大吉嶺紅茶添加量、玫瑰花添加量、檸檬添加量的變化關(guān)系，并通過響應(yīng)面法對飲料的配方進(jìn)行優(yōu)化，以產(chǎn)品感官評分為響應(yīng)值建立多元回歸模型。結(jié)果表明，3個因素對飲料感官評分的影響程度大小次序?yàn)椋捍蠹獛X紅茶添加量＞檸檬添加量＞玫瑰花添加量。玫瑰大吉嶺紅茶飲料的最優(yōu)配方為：檸檬添加量2.14 g，玫瑰花添加量9.80 g，大吉嶺紅茶添加量11.04 g，水添加量150 mL，木糖醇添加量8.65 g，蜂蜜9.08 g，山梨酸鉀0.04 g。此配方下制得的玫瑰花大吉嶺紅茶飲料酸甜適中、口感清爽、香氣清新。