紫薯沖調營養粉配方優化研究

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(1. 河南農業大學食品科學技術學院,河南鄭州 450002;2.河南省薯類淀粉工程技術研究中心,河南鄲城 477150;3.農業部大綜糧食加工重點實驗室,河南鄭州 450002)

紫薯沖調營養粉配方優化研究

范會平1,2,陳月華1,王娜1,趙天學2,李菲菲1,郭子健1,艾志錄1,3,*

(1. 河南農業大學食品科學技術學院,河南鄭州 450002;2.河南省薯類淀粉工程技術研究中心,河南鄲城 477150;3.農業部大綜糧食加工重點實驗室,河南鄭州 450002)

為了考察并優選紫薯沖調營養粉的最佳配方,在單因素實驗的基礎上,選定脫脂奶粉、大豆磷脂、羧甲基纖維素鈉、植脂末為影響因子,根據Box-Behnken中心組合原理設計4因素3水平實驗,以紫薯營養粉的感官評分為響應值進行響應曲面分析得到紫薯沖調營養粉各組分的最佳配方。綜合響應面和單因素實驗結果,紫薯沖調營養粉各組分的最佳配方為:脫脂奶粉16%、大豆磷脂0.25%、羧甲基纖維素鈉0.30%、植脂末8%、阿斯巴甜0.17%、稀釋香精15%、麥芽糊精13%,此時實測感官評分為89.4與其模型預測值88.4基本符合。

紫薯全粉,配方優化,響應曲面,感官評價

紫薯是一類薯皮呈紫黑色、肉質呈紫色至深紫色的營養價值很高的甘薯新品種。紫薯除富含淀粉和可溶性糖、蛋白質、維生素、氨基酸及多種礦物質外,還富含有助于加快消化道蠕動、預防痔瘡和癌發生的纖維素;特別含有具有防癌、抗癌、清除自由基、抗衰老、抗突變、降血壓等生物學功效的碘、硒元素和花青素等營養物質,是當前無公害、綠色、有機食品中首推的保健食品[1-4]。紫薯速溶產品擺脫了傳統的紫薯產品制作工藝[5],具有口感細膩、香味濃郁、營養豐富、攜帶方便、吸收效果好等特點,且粉末沖調的形式迎合消費者安全、健康的食品消費觀。

作為紫薯精加工后的產物,紫薯全粉保留了紫薯除皮以外的全部干物質,包括蛋白質、脂肪、碳水化合物、維生素及膳食纖維等,復水后的紫薯全粉色澤、香氣、滋味、口感與新鮮紫薯蒸熟搗泥的狀態相同,利用率可達85%以上[1,6]。本實驗以紫薯全粉為主要原料,添加適量的甜味劑,乳化劑,增稠劑等,研制出了一種可沖調的紫薯固體飲料,并對其配方進行了探討和優化分析,以期為紫薯的開發利用提供技術依據。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

紫薯全粉 河南天豫薯業有限公司提供;烤紅薯香精 廣州百花香料股份有限公司提供;95%食用酒精、脫脂奶粉、阿斯巴甜、大豆磷脂、羧甲基纖維素鈉、植脂末、麥芽糊精、大豆分離蛋白 明瑞添加劑有限公司提供。

TD-5-A離心機 上海安亭科學儀器廠制造;FA2004A分析天平、JA6102電子天平 上海精天電子儀器有限公司;16目和40目金屬篩網 浙江上虞市五四儀器篩具。

表2 沖調紫薯營養粉感官評分標準Table 2 Criteria for sensory evaluation of purple potato nutrition powder

1.2實驗方法

1.2.1 實驗預處理 稀釋香精的調配:準確稱取100.00 g紫薯全粉于托盤中,準確量取10.00 mL的烤紅薯香精均勻滴入托盤中攪拌,用研磨棒在托盤中研磨使香精與紫薯全粉混合均勻,在室內晾干,置于研缽內研磨均勻、備用。

1.2.2 紫薯沖調營養粉工藝流程及操作要點 配料稱量→混合→造?！淮芜^篩→晾干→二次過篩→裝袋→成品

以100.00 g混合粉計,分別稱取不同配比梯度的各種配料及補足量的紫薯全粉;將準確稱量好的除阿斯巴甜外的粉末全部裝入自封袋中,混合均勻后倒入托盤中;將相當于混合粉0.17%的阿斯巴甜加入到65 mL一定濃度的食用酒精中攪拌均勻后倒入托盤中使混合粉濕潤完全進行造粒;造粒完成后置于16 目的金屬篩網中用手抹壓使其全部通過篩網,將過篩后的濕粉在自然條件下攤開晾干,晾干后的顆粒過40 目的金屬篩網裝袋即得成品。

1.3配方研究實驗設計

1.3.1 不同配料對紫薯沖調營養粉的品質影響 以(以100.00 g混合粉計,各組分配料添加量分別為阿斯巴甜0.17%、稀釋香精15%、脫脂奶粉20%、大豆磷脂0.20%、CMC-Na 0.1%、植脂末10%、麥芽糊精15%,剩余不足量用紫薯全粉補足)為基本配方,分別變換造粒用食用酒精濃度為70%、75%、80%、85%、90%,脫脂奶粉添加量為10%、15%、20%、25%、30%,大豆磷脂添加量為0、0.1%、0.15%、0.2%、0.25、0.3%,CMC-Na添加量為0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%,植脂末添加量為0、6%、8%、10%、12%、14%,麥芽糊精添加量為0、11%、13%、15%、17%、19%,取15.00 g加入到100 mL冷卻至80 ℃的開水沖調,以感官指標、休止角、堆積密度、離心率為評價指標對其進行綜合評價,同時做5個平行實驗。

1.3.2 紫薯沖調營養粉配方優化 在單因素實驗基礎上,根據Box—Behnken中心組合設計原理選取脫脂奶粉添加量、大豆磷脂添加量、CMC-Na添加量、植脂末添加量為自變量,建立四因素三水平的Box-Benhnken中心組合實驗,以紫薯營養粉的感官綜合評分為響應值,各因素的三水平采用-1、0、1進行編碼,如表1。

表1 響應曲面設計實驗因素水平和編碼Table 1 Independent variables and their levels used in the response surface design

1.4紫薯營養粉品質的判定指標

1.4.1 感官評價:準確稱量15.00 g紫薯營養粉用100 mL冷卻至80 ℃的開水沖調樣品,由6個人組成的感官評審小組對產品進行感官評價。感官評分指標為色澤、滋氣味、甜度、口感、沖調性、溶解性、穩定性,總分100分,評分標準見表2[7]。

1.4.2 休止角 休止角越小,摩擦力越小,流動性越好。休止角的測定參考韓仲琦[8]的方法進行。

θ=tan-1h/(d/2)

式(1)

式(1)中:θ-休止角;h-粉體的高度,cm;d/2-粉體的半徑,cm。

1.4.3 堆積密度 堆積密度越小,顆粒越蓬松,空隙率越大,粒度越大,沖調性越好。堆積密度的測定參照袁勁松等[9]的方法進行。

1.4.4 離心率 離心率越小,紫薯營養粉的穩定性越好。離心率的測定參照劉婷婷[10]等的方法進行。

表3 食用酒精濃度對紫薯營養粉品質的影響Table 3 Effect of edible alcohol concent on the quality of purple sweet potato power

注:同列中不同字母表示差異顯著(p<0.05)。

式(2)

式(2)中:M1-沉淀物的質量,g;M2-紫薯營養粉液的質量,g。

1.5數據處理

實驗數據用Excel 2013、SPSS 23.0及Design-Expert6.05數據處理軟件進行處理。

2 結果與分析

2.1食用酒精濃度對紫薯營養粉品質的影響

結果如表3所示:隨著酒精濃度的增加堆積密度顯著減小(p<0.05),原因可能是隨著造粒過程中食用酒精濃度提高酒精揮發速度加快,產品顆粒內部孔隙增大、堆積密度減小、沖調性變好。離心率先增加且在酒精濃度為75%時達到最大值后逐漸減小;但休止角卻無顯著變化;感官評分先上升后逐漸下降,且在濃度為80%時達到最大值。因此,選定食用酒精的濃度為80%。

2.2脫脂奶粉添加量對紫薯營養粉品質的影響

脫脂奶粉不僅是蛋白質的來源且熱值低、口感好,含有豐富的鈣和磷,對心血管、消化道疾病能起到輔助治療作用[11-12]。結果如表4所示:隨著脫脂奶粉添加量的增加,堆積密度、休止角、離心率均顯著下降(p<0.05),原因可能是脫脂奶粉添加量的增加改善了紫薯營養粉的沖調性,使得紫薯營養粉的表面狀態、空隙率發生變化、顆粒之間的內摩擦力和黏附性減小[13];感官評分整體先上升后逐漸下降且在脫脂奶粉添加量為15%時達到最大值。因此,選定脫脂奶粉的添加量為15%。

2.3大豆磷脂添加量對紫薯營養粉品質的影響

大豆磷脂作為一種生物活性物質具有很好的乳化功能和營養價值,能滋補大腦,促進兒童生長、增強記憶力,對治療神經衰弱、頭暈眼花和偏頭痛也有一定的作用[14]。結果如表4所示:隨著大豆磷脂添加量的增加紫薯沖調營養粉的堆積密度(添加量為0.30%有所下降，但不顯著)、休止角、離心率(添加量為0.30%有所下降，但不顯著)均顯著增大(p<0.05),原因可能是大豆磷脂具有聚合作用可以和多種物質如糖、蛋白質等生成團聚物質,改變了產品的表面狀態、空隙率增大[15]。感官評分先上升后下降且在添加量為0.20%時達到最大值。綜合考慮,選定大豆磷脂添加量為0.20%。

2.4 CMC-Na添加量對紫薯營養粉品質的影響

CMC-Na不僅是良好的穩定劑、增稠劑,且能提高產品風味,延長貯藏時間[16]。結果如表4所示:隨著CMC-Na添加量的增加堆積密度(除添加量為0.50%外)整體無顯著差異,離心率(除添加量為0.30%外)和整體無顯著差異且感官評分在0.30%達到最大值。綜合考慮,選定CMC-Na的添加量為0.30%。

2.5植脂末添加量對紫薯營養粉品質的影響

植脂末速溶性、協調性好、“奶”味強,在食品加工中可代替奶粉或減少用奶量,從而在保持產品品質穩定的前提下,可降低生產成本。植脂末已廣泛用于奶茶、奶粉、麥片等食品中[17]。結果如表4所示:隨著植脂末添加量的增加堆積密度顯著上升(p<0.05);而離心率顯著下降(p<0.05),原因可能是植脂末改善了產品的內部組織、增加了產品的溶解分散性;感官評分先上升后下降且在8%時達到最大值。因此,選定植脂末的添加量為8%。

2.6麥芽糊精添加量對紫薯營養粉品質的影響

麥芽糊精能使產品具有良好的口感,速溶增稠乳化效果好,避免沉淀分層現象,延長保質期,固體飲料中的參考用量為10%～30%[18]。結果如表4所示:隨著麥芽糊精添加量的增加堆積密度顯著上升(p<0.05)、離心率顯著下降(p<0.05),原因可能是麥芽糊精具有較好的乳化作用和增稠效果增加了產品的粘稠度、增強了產品的分散性和溶解性;休止角和感官評分都是先上升后下降且休止角和感官評分都在13%時達到最大。因此,選定麥芽糊精的添加量為13%。

2.7紫薯營養粉各組分添加量優化

2.7.1 Box-Behnken優化實驗結果 根據單因素實驗結果,由Design-Expert6.05統計分析軟件設計出的實驗方案及結果如表5所示,以脫脂奶粉添加量(A)、大豆磷脂添加量(B)、CMC-Na添加量(C)、植脂末添加量(D)為自變量,以紫薯沖調營養粉的感官評分為響應值,建立四因素三水平中心組合實驗設計共包括29個實驗方案,其中24個析因實驗點,5個中心實驗點,用以計算實驗誤差。

表4 各組分添加量對紫薯營養粉品質的影響Table 4 Effect of addition of components on the quality of purple sweet potato power

注:同列不同小節中不同字母表示差異顯著(p<0.05)。

表5 響應面設計方案及結果Table 5 Matrix and experimental results of response surface methodology

表6 回歸方程系數顯著性檢驗和方差分析Table 6 Significance test for each regession coefficent and variance analysis

注:R2=0.9531,R2(Adj)=0.9062。***-極顯著,*-顯著。

2.7.2 回歸方程擬合及方差分析 采用Design-Expert6.05統計軟件對所得數據進行回歸分析,回歸分析結果見表6,對各因素回歸擬合后,得到方程:

Y=-329.35833+14.99A+1008.33333B+125.33333C+39.55D-11AB+2AC-0.1AD+200BC-7.5BD+2.5CD-0.353A2-1680B2-370C2--2.26875D2

式(3)

2.7.3 紫薯營養粉的響應面優化分析 根據二次回歸方程,建立響應面圖(部分圖見圖1)。結果表明:除大豆磷脂和脫脂奶粉的交互作用顯著外,四因素的其它兩兩交互均具有無明顯交互作用,且隨著其中某一組分的添加量的增加紫薯營養粉的感官評分均呈先增大后變小趨勢。響應面均是開口向下的凸面,說明存在各因素的取值范圍內存在感官評價的最大值。

圖1 不同因子對感官評分影響的響應曲面圖Fig.1 Response surface plot of different factors on sense yield

2.7.4 最佳條件的確定和驗證實驗 由響應曲面分析得出紫薯沖調營養粉的最佳添加量為:脫脂奶粉 15.95%,大豆磷脂0.25%、CMC-Na 0.30%、植脂末8.14%。在此條件下紫薯營養粉的預測感官評分為88.4。為了驗證回歸模型的有效性,根據推斷的最佳工藝參數和實際操作過程中的可行性,以脫脂奶粉16%、大豆磷脂0.25%、CMC-Na 0.30%、植脂末8%進行驗證實驗。實測感官評分分別為88.0、89.0、89.0、91.0和90.0,測定結果穩定、偏差較小且數據重現性較好，平均值為89.4，與模型預測值88.4較接近。這充分反映該模型是合理有效的,能夠為實際操作提供良好的指導。

3 結論

在單因素實驗基礎上,將響應面法應用于紫薯沖調營養粉的配方優化研究,得到紫薯沖調營養粉各組分的最佳添加量為:脫脂奶粉 16%、大豆磷脂0.25%、CMC-Na 0.30%、植脂末8%、阿斯巴甜0.17%、稀釋香精15%、麥芽糊精13%、紫薯全粉47.3%,此時紫薯沖調營養粉實測感官評分為89.4與其預測值88.4基本符合。

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Formulaoptimizationofnutritionpowerofpurplesweetpotato

FANHui-ping1,2,CHENYue-hua1,WANGNa1,ZHAOTian-xue2,LIFei-fei1,GUOZi-jian1,AIZhi-lu1,3,*

(1.College of Food Science and Technology,Henan Agricultural University,Zhengzhou,450002,China; 2.Henan Engineering Research Center for Potato Starch,Dancheng,477150,China;3.Key Laboratory of Staple Grain Processing,Ministry of Agriculture,Zhengzhou 450002,China)

In order to optimize the formula of purple sweet potato nutrition power,the experiment were arranged according to Box-Behnken central composite experiment design. Four independent factors of additive amount,such as the skimmed milk powder,the soybean phospholipids,the carboxymethylcellulose sodium,the non-dairy creamer were considered on the basis of single factor experiments. The results showed that the optimum formula of purple sweet potato power were as follows:skimmed milk powder 16%,soybean phospholipids 0.25%,carboxymethylcellulose sodium 0.30%,non-dairy creamer 8%,aspartame 0.17%,diluted roasted flavor 15%,maltodextrin 13%. The experimental composite score 89.4 was in good agreement with its predicted value 88.4 by model.

purple potato;powder formula optimization;response surface methodogy;sensory evaluation

2017-01-17

范會平(1972-),女,博士,副教授,研究方向：農產品加工與貯藏、功能活性成分開發與應用，E-mail:fanhuiping1972@hotmail.com。

*通訊作者:艾志錄(1965-),男,博士,教授,研究方向：農產品精深加工，E-mail:zhilafood@sina.com。

科技部“十三五”國家重點研發計劃重點專項(2016YFN010104);河南省科技廳重點科技攻關項目(162102110062)。

TS255.1

:A

:1002-0306(2017)17-0182-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.17.035