响应面法优化GABA代糖果味软糖配方研究

引用格式

赵思萱,姬婧媛,曾文慧,等.响应面法优化GABA代糖果味软糖配方研究[J].农产品加工,2025,(03):1-6+11.

基金项目

国家级大学生创新创业训练计划项目（S202214390024）；陕西学前师范学院校级科研基金项目（2017YBKJ036）；陕西学前师范学院引进人才项目（2016DS03）。

摘   要

为提升苹果高附加值产品GABA代糖果味软糖的配方和生产工艺，以新鲜苹果汁、赤藓糖醇、山梨糖醇、果胶、明胶、结冷胶、苹果酸为原料，在单因素试验的基础上，运用Design Expert 13软件并采用Box-behnken响应面优化试验结果，得到最优工艺配方为明胶用量7.25 g，结冷胶添加量0.53%，甜味剂添加量30.67%，赤藓糖醇与山梨糖醇配比为4∶3，GABA用量1.29 g，果汁用量2 mL，软糖成品外观清亮具有良好的质地和水果风味香气。通过软糖配方和生产工艺优化设计，为苹果产品深加工提供新思路。

关 键 词

γ-氨基丁酸；软糖；响应面；苹果

正   文

GABA（γ-氨基丁酸）作为中枢神经系统的主要抑制性神经递质，在改善睡眠、抗焦虑情绪、防抑郁、降低血压血糖等方面具有良好功效，是一种对人体有益的功能分子。面对现代生活快节奏、高压力导致的亚健康问题，GABA作为一种温和且安全的物质，相较于褪黑素，长期使用不会造成人体内分泌紊乱及其他副作用。研究显示，GABA受体是研究和治疗药物成瘾的重要靶点，并具有抵抗药物依赖的潜能。GABA的食用安全性已在多个国家得到认可，包括美国、日本等，中华人民共和国卫生部也在2009年正式批准GABA为一种新资源食品，并被广泛应用于饮料、糖果、巧克力、调味品等食品生产领域^[1-5]。

陕西省作为我国苹果生产大省和产业优势区，尽管种植面积和产能居全国首位，但总体效率和发展质量仍有提升空间^[6]。利用非商品果榨取果汁并提取果皮中果胶，可以提高苹果利用率、拓宽苹果深加工方向、高效解决资源浪费问题，从而实现科技兴农，助力苹果产区乡村振兴战略的实施。

因此，通过研发GABA代糖果味软糖配方和生产工艺，满足当下消费者需求的同时，有效利用陕西省苹果种植产业优势，对促进当地产业升级和乡村振兴具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

材料：新鲜苹果汁；纯净水，杭州娃哈哈集团有限公司提供；食用级γ-氨基丁酸，枣庄市杰诺生物酶有限公司提供；赤藓糖醇，山东三元生物科技股份有限公司提供；山梨糖醇，安徽博霖生物科技有限公司提供；果胶，新疆阜丰生物科技有限公司提供；结冷胶，河南高宝实业有限公司提供；吉利丁片，浙江嘉德丽生物科技有限公司提供；苹果酸，阳江市阳东食品有限公司提供；食用香精，连云港新爱食品有限公司提供；食用色素，中山市九品食品有限公司提供。

仪器：苏泊尔榨汁机，浙江苏泊尔股份有限公司产品；FA2004N型电子天平，上海菁海有限公司产品；HH-8型数显恒温水浴锅，常州国华电器有限公司产品；软糖模具、恒温干燥箱、质构仪，英国Stable Micro Systems公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

①苹果→打浆、过滤→新鲜果汁；

②明胶→溶胀→加热溶解；

③赤藓糖醇、山梨糖醇、果胶、结冷胶→混合搅拌；

①+②+③→混合熬制→调酸→排气→冷却浇模→冷却成型→脱模→干燥→包装→成品。

1.2.2 操作要点

1）新鲜果汁的制备。选用完整、无腐败的苹果落果，使用清水清洗表面，去皮（保留果皮备用）、去核后用榨汁机打浆均匀，用过滤网滤去残渣，得到新鲜果汁。

2）软糖的制备。①明胶溶胀。根据配方所需用量，在室温下加水溶胀一定时间，至明胶呈现软润透明清亮状态，从清水中取出后备用。②苹果酸溶解。将苹果酸溶解于新鲜果汁中备用。③明胶溶解。溶胀完成的明胶置于恒温水浴锅中，80~90 ℃下加热形成溶胶，至明胶中无固体、无气泡并呈均匀的清亮液体即可。在该过程中应尽量保持自然融化避免搅拌，以防混入空气，出现大量微小气泡影响产品外观。④混合熬煮。按照配方比例称取赤藓糖醇、山梨糖醇、果胶、结冷胶、γ -氨基丁酸，并充分搅拌打散。加入液体溶胶进行熬煮，该过程中慢速搅拌，待固体粉末全部融化，混合液整体呈顺滑无颗粒的液体后，加入含苹果酸的鲜果汁，再持续加热放置一段时间，排出表面气泡。⑤调配。依据比例加入适量的香精色素，慢速搅拌使其混合均匀。⑥倒模。将搅拌混匀后的糖液快速浇注到模具中，以防停止加热后因糖液温度过低、流动性减弱而难以浇注。⑦冷却成型。待自然冷却后的软糖定型并可顺利脱模后，置于铺有硅油纸的盘中。⑧干燥。将放置好的产品放入电热鼓风干燥箱中进行通风干燥，干燥温度控制在25 ℃左右，干燥28 h后取出，冷却至室温即可。干燥初期温度不可过高，以防软糖的表面硬化，出现硬壳边缘皱缩等现象，不利于软糖内部水分的扩散与蒸发，进而影响产品外观及口感^[7]。

1.3 产品评价标准

1.3.1 感官品评

由8名经过食品感官鉴评培训的食品科学与工程专业学生组成评定小组，从质地口感、滋味气味、组织结构、外观色泽等4个方面进行感官品质评定，取所有小组成员评定结果的平均值作为最终得分。

感官评价标准评分见表1。

1.3.2 质构检测

取形状一致的规格为1.6 cm×1.6 cm×1.0 cm软糖样品，利用TA.XTplus质构仪，通过TPA模式对软糖产品各项质构数据进行客观分析，选用P/36R圆柱形探头，测试前、测试中、测试后速度均为2 mm/s，接触力5 g，压缩率30%，停留时间5 s。每组样品平行测定3次，取平均值作为最终结果进行可视化处理。

1.3.3 理化指标

理化指标：测定其水分含量，混合胶型软糖应达到干燥失重率（g/100 g）≤35%。

生物指标：以现行《食品安全国家标准 糖果》（GB 17399—2016）为准。

2 试验设计

2.1 单因素试验设计

经预试验初步确定基本配方。以感官评分为指标，选取明胶溶胀时间、果汁添加量、结冷胶添加量、甜味剂（赤藓糖醇、山梨糖醇）添加量、苹果酸添加量、GABA（γ -氨基丁酸）用量6个因素进行五水平的单因素试验。

以基础配方物料总量为50 g计，单个软糖成品规格为1.6 cm×1.6 cm×1.0 cm。固定明胶用量7.25 g，果胶用量0.25 g，赤藓糖醇与山梨糖醇配比4∶3，分别考查明胶溶胀时间（2.5~4.5 min）、果汁添加量（0~4 mL）、结冷胶添加量（0.2%~0.6%）、甜味剂（赤藓糖醇、山梨糖醇）总添加量（25%~ 45%）、苹果酸添加量（0.2%~0.6%）、GABA用量（1~3 g）对软糖感官品质的影响。

2.2 响应面试验设计优化配方试验

在单因素试验的基础上，运用Design Expert 13软件并采用Box-behnken的原理方法设计四因素三水平的响应面试验，优化GABA软糖的最佳配方。选取明胶溶胀时间、结冷胶添加量、甜味剂（赤藓糖醇、山梨糖醇）添加量、GABA（γ -氨基丁酸）用量4个对软糖影响较大的因素作为试验因素，分别选取3个水平，以感官评分为响应值，进行方案优化。

响应面四因素三水平试验设计见表2。

3 结果与分析

3.1 单因素试验结果分析

3.1.1 明胶溶胀时间对软糖综合感官评分的影响

在凝胶软糖的制备中，明胶加入量与软糖硬度呈正比，从而影响其咀嚼性。明胶在软糖生产中具有吸水和构建骨架的功能，其溶解后形成的网状结构有助于维持软糖的稳定形态，提高糖果的荷载承受能力，使其不易变形^[8-10]，选用明胶作为软糖成品，同时在加工流程使用明胶前必须进行溶胀。

明胶溶胀时间对软糖综合感官评分的影响见图1。

由图1可知，随着明胶溶胀时间延长，感官评分呈现出先上升后下降的趋势。溶胀时间过短，软糖整体的状态呈现出不愉快的类似皮筋质感，表现为咀嚼困难、弹性差、整体偏硬，加热溶解过程中还会出现气泡；溶胀时间过长则明胶吸水量过大，表现为无韧性，脆性质感，稍加外力软糖表面即出现裂纹。当溶胀时间为3.5 min时，软糖质感韧性适中，弹性适中，外观较清亮透明，感官评分最高，综合品质佳。因此，响应面试验时选取溶胀时间范围应为3.0~4.0 min。

3.1.2 果汁用量对软糖综合感官评分的影响

果汁用量对软糖综合感官评分的影响见图2。

果汁主要通过调整软糖整体含水量而影响软糖品质及其滋气味。果胶做软糖凝胶剂构建凝胶体系需要满足糖液固形物条件（55%以上）^[11]，添加果汁可辅助这一条件达成，有利于软糖质构品质形成。不加果汁软糖则无新鲜苹果气味，滋气味较差，同时韧性极强，咀嚼性差；用量达到5 mL时软糖放置一段时间后返砂度极高，口感出现明显粗糙颗粒感；当用量为2 mL时软糖口感佳，外观清亮，有清新果汁香气。

3.1.3 结冷胶添加量对软糖综合感官评分的影响

结冷胶由于具有良好的风味释放性、宽广的稳定性范围和在冷热条件下形成热可逆凝胶等卓越特性，作为增稠剂、稳定剂、凝结剂等，被广泛用于食品领域^[12-13]。

结冷胶添加量对软糖综合感官评分的影响见图3。

由图3可知，随着结冷胶添加量的增大，软糖的柔软程度逐渐增加，黏度增加。当结冷胶添加量为0.5%时，韧性较好、弹性适中、质感好，且感官评分最高。同时，结冷胶具有良好的持水性和凝胶性能，增加结冷胶添加量后，可有效减少放置一段时间后软糖的返砂度。因此，响应面试验时选取结冷胶添加量范围为0.4%~0.6%。

3.1.4 甜味剂（赤藓糖醇、山梨糖醇）添加量对软糖综合感官评分的影响

赤藓糖醇因其具有防龋、降血糖、能量低等特性，因此在各类食品开发中作为蔗糖的替代品被广泛应用^[14]。

甜味剂添加量对软糖综合感官评分的影响见图4。

随着甜味剂添加量的增加，感官评分呈现先升高后降低的趋势。当甜味剂添加量较低时，酸甜比例失衡，甜度低、酸度高、口感差，且结构不稳定；当甜味剂含量过高时，甜度高、硬度大、入口黏腻，口感出现粗糙颗粒感，浇模完成放置后一段时间就会出现严重返砂情况，同时外观透明度降低，品质下降，虽然赤藓糖醇肠道耐受性好于其他糖醇，但使用量过多（50 g以上）仍会造成腹泻和恶心等不良情况^[15]；当甜味剂添加量为35%时软糖质构较好，酸甜比例适中，感官评分最高。因此，响应面试验时选取甜味剂添加量为30%~40%。

3.1.5 苹果酸添加量对软糖综合感官评分的影响

苹果酸添加量对软糖综合感官评分的影响见图5。

随着酸味剂添加量的增加，感官评分呈先升高后降低的趋势。在软糖中添加酸味剂，除了可以平衡糖的甜度，避免入口甜腻外，还可以在加热条件下促进糖转化，改变软糖的口感和组织状况^[16]。当酸味剂添加量过大，酸度高时会引起凝胶体系瓦解，凝固性变差，无韧性黏度高；当酸味剂添加量较少时，会出现糖酸比失衡、糖体透明度低和一定的返砂现象；当苹果酸添加量为0.4%时，软糖感官评分最高。

3.1.6 GABA（γ-氨基丁酸）用量对软糖综合感官评分的影响

GABA用量对软糖综合感官评分的影响见图6。

随着GABA用量的增加，感官评分呈先升高后降低的趋势。GABA微苦、微臭，易溶于水，在水中可发生解离作用^[17]。当GABA用量过高时，出现明显的苦涩后味，且和明胶的腥味结合后有不愉快气味和组织状态，同时GABA日摄入量有国标要求，不可过量；当GABA用量为1.5 g时，口感无苦涩味后味稍加清凉感，感官评分最高。因此，响应面试验时选取GABA用量为1.0~2.0 g。

3.2 响应面优化试验结果分析

3.2.1 回归方差数据与结果

根据四因素三水平的响应面设计试验优化，进行29组试验，参考感官评分标准表对软糖样品进行打分。

响应面试验设计及结果见表3，回归模型方差分析数据见表4。

用Design Expert 13进行回归拟合，可得到GABA软糖感官评分的二次多项回归方程为：

Y=79.60+0.88A+5.79B-6.92C-7.00D+2.63AB-0.88AC-5.13AD+4.88BC+0.38BD+7CD-2.01A²-3.76B²-1.95C²-5.20D².

分析上述方程，模型一次项中结冷胶添加量（B）、甜味剂添加量（C）、GABA用量（D）极显著，根据F值大小可判断各单因素对软糖品质影响的强弱程度依次为D>C>B>A。模型二次B²、D²软糖品质影响极显著。明胶溶胀时间与GABA添加量交互项AD、结冷胶添加量和甜味剂添加量的交互项BC、甜味剂添加量和GABA用量的交互项CD对软糖品质影响极显著。

由表4可知，模型的p值≤0.000 1，该回归模型极显著；试验模型的失拟项p值不显著，且信噪比值为16.979>4，可取，说明该模型拟合度良好，有建立价值。对回归方程进行检验，模型R²=0.957 2，R²_Adj=0.914 4；R²_pre=0.783 1与R²_Adj差值小于0.2，说明此模型与数据拟合情况良好，可用来预测GABA软糖品质影响试验结果。

3.2.2 因素交互作用分析

响应面图是由回归方程生成的，呈现了试验因素相互作用下响应值的三维曲面，可以预测和检验变量的响应值，同时揭示变量之间的相互关系。等高线图的形状反映了2个因素交互作用的强度和显著性程度，为分析试验结果提供了直观的可视化工具^[18-20]。

固定其中2个因素，其他两因素的相互作用可由响应曲面图反映出来：甜味剂添加量和GABA用量的交互项CD、明胶溶胀时间与GABA用量交互项AD、结冷胶添加量和甜味剂添加量的交互项BC的影响趋势明显。由响应曲面的陡峭程度可知，交互相影响程度顺序为甜味剂添加量和GABA用量的交互项CD >明胶溶胀时间与GABA用量交互项AD >结冷胶添加量和甜味剂添加量的交互项BC >明胶溶胀时间和结冷胶添加量的交互项AB >明胶溶胀时间和甜味剂添加量的交互项AC >结冷胶添加量和GABA用量交互项BC。该结果与回归模型方差分析表4中的F值结果保持一致。

甜味剂添加量和GABA用量交互项CD对软糖品质影响3D曲面图见图7，明胶溶胀时间和GABA用量交互项AD对软糖品质影响3D曲面图见图8，甜味剂添加量和结冷胶添加量交互项CB对软糖品质影响3D曲面图见图9，结冷胶添加量和GABA用量交互项BD对软糖品质影响3D曲面图见图10。

通过Design Expert软件优化试验结果，得到最优工艺配方：明胶溶胀时间4 min，结冷胶添加量0.533%，甜味剂添加量30.674%，赤藓糖醇与山梨糖醇配比4∶3，GABA用量1.286 g，果汁用量2 mL，理论预期感官评分为85.461分。为方便进行检验试验，修改部分工艺配方为结冷胶添加量0.53%，甜味剂添加量30.67%，GABA用量1.29 g，其余不变。

3.2.3 GABA软糖最优配方验证

按以上优化配方进行验证，重复3次，根据感官评分表进行打分，感官评分为85分，与理论预测值结果相近。最优配方所制作的GABA低糖低卡助眠软糖成品外观清透、口感良好、酸甜适中、咀嚼性好、不黏牙，该检验试验进一步说明响应面优化软糖配方模型具有实用价值。

3.3 产品质构结果与分析

GABA软糖产品各项指标平均结果如下：单个样品质量4.5 g，硬度13.29 N，回复性0.93，弹性0.996 mm，软糖呈清亮透明均匀的外观，无气泡、无杂质，表面光滑且有光泽，口感有弹性，富有苹果果香。

3.4 理化指标结果与分析

菌落总数符合国标标准，未检出致病菌，产品满足国标各项理化指标要求。

4 结论

通过试验研究确定了GABA低糖低卡助眠什锦软糖的最佳配方：明胶溶胀时间4 min，结冷胶添加量0.53%，甜味剂添加量30.6%，赤藓糖醇与山梨糖醇配比4∶3，GABA用量1.29 g，果汁用量2 mL，在此配方下制作出的软糖不仅低糖、低热量，且对肠胃无负担，在口腔中存留时间短，适合睡前食用，对失眠人群具有一定辅助睡眠的功效，口感软硬与酸甜比适中，各项理化指标结果均满足国标要求。

通过试验配方制作的软糖不仅可以满足人们助眠功能方面的需求，填补国内同类型产品单一的市场空白；而且在提高苹果落果利用率的同时，改变了目前苹果资源的加工产品以传统的果汁、果脯、果干、果酒等简单加工为主的现状，提高苹果深加工产品的附加值，这开拓苹果产品深加工提供新思路。

参考文献：

[1]周俊萍，徐玉娟，温靖，等. γ-氨基丁酸（GABA）的研究进展[J]. 食品工业科技，2024，45（5）：393-401.

[2]陈曦. 科学解读褪黑素是不是拯救睡眠的“万能药”[J]. 中国食品，2023（15）：140-141.

[3]黄梦兵，白洁. GABA受体与药物依赖性的研究进展[J]. 生命的化学，2016，36（6）：874-878.

[4]李科，俞兰秀，刘小雨，等. γ-氨基丁酸改善睡眠作用机制的研究进展[J]. 食品工业科技，2019，40（14）：353-358.

[5]梁恒宇，邓立康，林海龙，等. 新资源食品：γ-氨基丁酸（GABA）的研究进展[J]. 食品研究与开发，2013（15）：119-123.

[6]石芮岭，王月，霍学喜. 陕西苹果分拣分级现状、问题及建议[J]. 中国果树，2023（7）：122-125.

[7]刘啸宇，贾成楠，李娜. 一种生姜桂皮紫苏暖胃软糖的工艺研究[J]. 农产品加工，2022（6）：26-29.

[8]高涵，冷学，徐凌，等. 凝胶糖果常用食用胶种类及特性[J]. 农产品加工，2022（10）：87-89.

[9]徐晓飞，陈少洁，刘玮，等. 不同来源明胶软糖质构的 研究[J] . 中国食品添加剂，2017（11）：107-112.

[10]JOSE J，POUVREAU L，MARTIN A H. Mixing whey and soy proteins：Consequences for the gel mechanical response and water holding[J]. Food Hydrocolloids，2016（6）：216-224.

[11]朱肇阳. 凝胶型糖果 第三部分：果胶及果胶软糖（中）[J]. 食品工业，1991（6）：2-8.

[12]XU X J，LI Y H，FANG S，et al. Effects of different acyl gellan gums on the rheological properties and colloidal stability of blueberry cloudy juice[J]. Journal of Food Science，2018，83（5）：1215-1220.

[13]MURIOOL-MARTINEZ M M，TECANTE A. Preparation of the sodium salt of high acyl gellan and characterization of its structure， thermal and rheological behaviors[J]. Carbohydrate Polymers，2014：313-320.

[14]ACHARYA P，DA F，VREEJER R. EDTA-free mayonnaise and method for the production thereof：US，09949501[P]. 2018-04-24.

[15]中国食品科学技术学会. 赤藓糖醇的科学共识[J]. 中国食品学报，2022，22（12）：405-412.

[16]田其英. 响应面法优化枸杞软糖工艺配方的研究[J]. 江苏调味副食品，2018（1）：18-22，27.

[17]林杨，唐琦勇，楚敏，等. γ-氨基丁酸的功能、生产及食品应用研究进展[J]. 中国调味品，2021，46（6）：173-179.

[18]SAMMANEH S，MINA B，SAMIRA S，et al. Optimizing the production of probiotic yogurt as a new functional food for diabetics with favorable sensory properties using the response surface methodology[J]. Probiotics and Antimicrobial Proteins，2023，16（2）：413-425，

[19]栾庆祥，赵杨，周欣，等. 单因素试验结合响应面分析法优化杜仲最佳提取工艺[J]. 药物分析杂志，2013， 33（5）：859-865.

[20]SUNGSUE R. Optimizing food processing through a new approach to response surface methodology[J]. Food Science of Animal Resources，2023，43（2）：374-381. ◇