響應面設計對生姜膠原蛋白飲品口味的優化

趙文竹,肖 月,于志鵬,*,王欣珂,張宏玲,陳月皎,劉靜波,勵建榮,*

(1.渤海大學食品科學與工程學院;生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心,遼寧錦州 121013;2.吉林大學營養與功能食品研究室,吉林長春 130062)

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響應面設計對生姜膠原蛋白飲品口味的優化

趙文竹1,肖 月1,于志鵬1,*,王欣珂1,張宏玲1,陳月皎1,劉靜波2,勵建榮1,*

(1.渤海大學食品科學與工程學院;生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心,遼寧錦州 121013;2.吉林大學營養與功能食品研究室,吉林長春 130062)

本文以生姜為主要原料,并以檸檬酸、紅糖、棗干和膠原蛋白為輔料制備生姜膠原蛋白飲品。在研究生姜膠原蛋白飲品口味的單因素基礎上,采用Box-Behnken設計方法進行響應面實驗設計,對主要影響飲品口味的因素進行優化。結果表明在生姜添加量為10.67%,棗干添加量為9.25%,檸檬酸添加量為0.29%,紅糖質量分數4.49%,膠原蛋白添加量為25%下,熬煮15 min制備生姜膠原蛋白飲品口味感官評分最高為70.14分,口感最佳,飲品澄清、均一、穩定。

生姜,膠原蛋白,飲品,感官評價,響應面優化

生姜又名地辛,百辣云,系姜科屬植物,屬多年生草本[1]。生姜是一種藥食兼用的植物,具有散寒解表,溫中止吐,回陽通脈,燥濕消痰的功效[2-3]。生姜化學組成豐富,包括姜酚,多糖類,黃酮類和精油等[4-6]。其中生姜多糖和多酚類物質具有較高的抗氧化活性,具體表現為:對超氧自由基有抑制作用,對羥自由基有清除作用,對二價鐵具有螯合能力[7-9]。我國生姜資源豐富,生姜的多種功效,使得生姜成為深受人們喜歡的食品原料。紅棗中維生素含量非常高,有“天然維生素丸”的美譽,具有滋陰補陽,補血之功效[10]。膠原蛋白是人體中非常重要的蛋白質,可以保持皮膚的彈性[11]。本產品以生姜為主要原料,配以檸檬酸、紅糖、棗干和膠原蛋白等輔料,通過響應面設計優化生姜膠原蛋白飲品的技術工藝參數。飲品操作簡便,且具有投資少、成本低,易于工業化生產的特點,該產品市場前景廣闊,具有良好的經濟效益的同時產生良好的社會效益和生態效益。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

生姜、紅糖和棗干 興隆大家庭購物中心(錦州);檸檬酸 河南金誠生物科技公司;膠原蛋白(500 u) 河南興源化工產品有限公司;乳糖鏈球菌素 深圳市龍崗區益味佳食品配料廠;電磁爐 杭州九陽生活電器有限公司;電子天平 凱豐集團有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 生姜保健飲品工藝流程 生姜揀選,選取新鮮無病害的生姜清洗、切片備用,分別稱出所需的生姜片、棗干、檸檬酸、膠原蛋白備用。用量筒量出300 mL純凈水倒入鍋中,將準備好的生姜、棗干和膠原蛋白放入鍋中(其中膠原蛋白的添加量為固定值25%),用小火熬制15 min后將火關閉,倒入備好的檸檬酸,熬煮2 min,待檸檬酸溶解后,將生姜膠原蛋白飲品粗濾,加入0.20 g/kg乳糖鏈球菌素[12],灌裝到玻璃器皿中,冷卻,成品。

1.2.2 單因素實驗 以生姜膠原蛋白飲品的色澤、風味及澄清度等感官評分為飲品口味配方的考察指標,通過單因素實驗初步考察生姜的質量分數(%)、紅糖的質量分數(%)、棗干的質量分數(%)及檸檬酸的質量分數(%)四個因素對生姜膠原蛋白飲品口味的影響。

1.2.3 響應面實驗 利用Box-Behnken 進行響應面優化設計及方差分析[13-15]。在單因素實驗的基礎上,采用設計方法進行響應曲面法實驗設計,實驗設計方案見表1。

利用軟件進行數據處理和回歸分析。

表1 實驗因素水平及編碼Table 1 Design experimental factors and encoding

1.2.4 生姜膠原蛋白飲品的感官評定標準 以生姜膠原蛋白飲品的色澤、風味和澄清度為感官評定指標,見表2。色澤:正常無色盲、無顏色喜惡人群參照比色卡給出的顏色。澄清度:采用散棚室裝置。采用不反光的黑背景,將受試物放到一張白紙上,用20 W的日光燈在20 cm處照射,先與黑色背景對照,后與白色背景對照,觀察,如果生姜膠原蛋白澄清度良好,沒有不溶物或渾濁現象出現則澄清度良好。氣味:按照食品感官評價中評價氣味的要求進行氣味評價[16-17]。

表2 感官評分表Table 2 Sensory evaluation of ginger collagen drink

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果

從圖1中可以看出,隨著生姜添加量的增加,感官評分呈現先上升后下降的趨勢,并在12%達到峰值,添加量12%之后趨于平緩并有所下降,說明生姜過多,口感不受歡迎,因此12%感官評價分值較高。從圖2中可以看出,隨著棗干的逐步添加,感官評價分值呈現整體上升趨勢,但是8%以后有下降趨勢,再上升也不明顯,因此初步確定棗干的添加量為8%。從圖3中可以看出,隨著檸檬酸添加量的增加,感官評分呈現先上升后下降的趨勢,檸檬酸在0.25%達到峰值,添加了0.25%之后迅速下降,表明添加大量檸檬酸后影響口感,因此檸檬酸的添加量在0.25%感官評價分值較高。從圖4中可以看出感官評分呈現先上升后下降的趨勢,紅糖4%達到峰值,并在4%之后下降,表明紅糖加入量多,有甜膩感,不適飲用,因此紅糖的添加量在4%感官評價分值較高。

圖1 生姜添加量對飲品口味影響Fig.1 Effect of ginger on taste of oral liquid

圖2 棗干添加量對飲品口味的影響Fig.2 Effect of dry dates on the taste of oral liquid

圖3 檸檬酸添加量對飲品口味的影響Fig.3 Effect of citric acid on taste of oral liquid

圖4 紅糖添加量對飲品的影響Fig.4 Effect of brown sugar on taste of oral liquid

2.2 生姜膠原蛋白飲品的響應面分析

根據單因素實驗確立的高感官評分因素水平范圍進行響應面優化研究。采用Box-Behnken響應面實驗設計法設計得到29個實驗組合點。對實驗結果分析得到以感官評分為響應值的回歸方程為:Y=70.52-1.51X1+1.41X2+1.17X3-0.23X4-1.83X1X2-3.82X1X3+2.37X1X4+2.83X2X3+3.82X2X4+2.87X3X4-4.85X12-6.05X22-3.62X32-3.32X42

表3 生姜膠原蛋白飲品配方的響應面設計Table 3 The response surface design of ginger collagen drink

由圖5可知,生姜和檸檬酸的添加量的交互作用對生姜膠原蛋白飲品口味感官評價的影響具有顯著性,在檸檬酸添加量較高,生姜添加量較低時,兩者的交互作用對感官評價影響較大。在交互等高線中,檸檬酸的添加量軸向等高線變化密集,而生姜軸向等高線變化相對稀疏,說明檸檬酸的添加量對生姜膠原蛋白飲品口味感官評價的響應值峰值的影響比較大。證明檸檬酸過高,不受品評師歡迎,影響產品口感。由圖6可知,紅糖和棗干的添加量的交互作用對生姜膠原蛋白飲品口味感官評價的影響具有顯著性,隨著棗干和紅糖添加量的增加,生姜膠原蛋白飲品口味感官評價整體呈現先上升后下降的趨勢。在交互等高線中,棗干添加量軸向等高線變化密集,而紅糖添加量軸向等高線變化相對稀疏,說明棗干添加量對飲品感官評價的響應峰值的影響比紅糖添加量的影響大,隨著棗干和紅糖添加量的逐漸增加,更受品評師的歡迎,此外檸檬酸添加量、生姜添加量、紅糖添加量和棗干添加量的二次項作用對飲品口味感官評價均具有顯著性。

表4 生姜膠原蛋白飲品顯著性檢驗及方差分析Table 4 The significance test and variance analysis of ginger collagen drink

圖5 生姜和檸檬酸添加量對感官評價的影響Fig.5 Effect of the content of ginger and citric acid on sensory evaluation

圖6 棗干和紅糖的添加量對感官評價的影響Fig.6 Effect of the content of dried dates and brown sugar on sensory evaluation

2.3 驗證實驗

根據回歸模型分析,對回歸方程求偏導,得出在感官評分最大值時四個因素的極大值,即紅糖添加量為4.49%,棗干的添加量為9.25%,檸檬酸添加量為0.29%,生姜添加量為10.67%,在此條件下配制生姜膠原蛋白飲品,并請10位教師和學生進行感官評價,從感官評價的得分情況可以看出,飲品的最優化配方感官評價得分較高,感官評分的平均值為70.14。經響應面回歸模型優化得出的最優工藝的感官評分為71.59分,與驗證得分不具有顯著性差異。在最優感官評分的工藝條件下配制的生姜膠原蛋白飲品,顏色呈均勻紅棕色,具有少許生姜辛辣味,酸甜適中,飲品澄清、均勻。

3 結論

在單因素實驗的基礎上,對生姜膠原蛋白飲品制作工藝進行響應面優化研究,在生姜添加量為10.67%,檸檬酸添加量為0.29%,紅糖添加量為4.49%,棗干的添加量為9.25%時感官評分最高,為71.59,驗證實驗得出感官評分為70.14,與感官評價模型得出的最優值不具有顯著性差異,表明感官評價模型方程可以用來預測生姜膠原蛋白飲品的口感。此外,生姜切片加入材料預煮,加入膠原蛋白,具有粘稠感,加入檸檬酸適口而柔和,使整體風味更為豐富,通過實驗確定較佳的口味配比,制得的生姜膠原蛋白飲品有較好的口感,酸甜度適口。生產生姜膠原蛋白飲品的制作工藝簡便,且具有投資少、成本低,易于工業化生產的特點,該產品市場前景廣闊,具有良好的經濟效益的同時產生良好的社會效益和生態效益。

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Optimization of taste on ginger collagen beverage by response surface methodology

ZHAO Wen-zhu1,XIAO Yue1,YU Zhi-peng1,*,WANG Xin-ke1,ZHANG Hong-ling1，CHEN Yue-jiao1,LIU Jing-bo2,LI Jian-rong1,*

(1.College of Food Science and Engineering,Bohai University;National & Local Joint Engineering Research Center of Storage Processing and Safety Control Technology for Fresh Agricultural and Aquatic Products,Jinzhou 121013,China;2.Lab of Nutrition and Functional Food,Jilin University,Changchun 130062,China)

Gingercollagenbeveragewithrawmaterialsofginger,brownsugar,drieddates,citricacidandcollagenwasprepared.Thesensoryevaluationofgingercollagenbeveragewasoptimizedbysinglefactorandresponsesurfacemethodologydesign.Theresultsshowedthat,thebestflavorwasobtainedundertheconditionsof10.67%ginger,9.25%drydates,0.29%citricacid,4.49%brownsugarand25%collagen.Thesensoryevaluationofthebeverageboiledfor15minandthescorewas70.14withbestflavoruniformityandclarifies.

ginger;collagen;beverage;sensoryevaluation;responsesurfacemethodology

2016-05-10

趙文竹(1986-)，女，博士，講師，研究方向：植物活性成分研究，E-mail：zhaowenzhu777@163.com。

*通訊作者:于志鵬(1984-)，男，博士，講師，研究方向：蛋白質及活性肽的功能研究與產品開發，E-mail：yuzhipeng20086@sina.com。 勵建榮(1964-),男，博士，教授，研究方向：水產品加工，E-mail:lijr6491@163.com。

國家自然科學基金項目(31601479);國家科技支撐課題(2012BAD00B03)；渤海大學博士啟動項目(0515bs020)。

TS201

B

1002-0306(2016)21-0233-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.21.036