響應(yīng)面法優(yōu)化枸杞軟糖工藝配方的研究

田其英

(江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 淮安 223005)

軟糖是一種含水量高、柔軟、形狀多樣、香味純正、色澤鮮艷的固體糖果,具有彈性和咀嚼感[1]。軟糖是一種膠體分散體系,主要物質(zhì)包括水分、糖和膠體。在此體系中,水是分散介質(zhì),溶膠、糖類是分散相,若添加果汁、果塊、功能性物質(zhì)等分散相,可使軟糖的品質(zhì)結(jié)構(gòu)、香氣和滋味更加多樣。

枸杞在我國種植歷史悠久,是藥食兩用材料。枸杞含有維生素、多糖物質(zhì)、類胡蘿卜素、黃酮類物質(zhì)、氨基酸和生物堿等。研究證明,枸杞具有抗氧化、抗衰老、增強(qiáng)免疫力、抗腫瘤、保肝等作用[2-3]。本研究在明膠溶化中利用紅枸杞汁作為溶劑,在軟糖中加入紅枸杞的可溶性成分,使得軟糖的營養(yǎng)性和功能性大大增強(qiáng)。

1 材料與方法

1.1 原輔料和設(shè)備

明膠(凝凍力180、黏度13 °E):江蘇甘園有限公司;葡萄糖漿:安徽好生物科技有限公司;檸檬酸、檸檬酸鈉:長沙華日生化有限公司;紅枸杞:寧夏枸杞食品廠;白砂糖:市售。

電爐:興化市駿輝電熱電器廠;熬煮鍋:山東凱樂豐食品機(jī)械有限公司;JA2003型電子天平:上海良平儀器儀表有限公司;101-1-S型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱:上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠;HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋:上海醫(yī)療器械五廠;質(zhì)構(gòu)儀:英國Stable Micro Systems公司。

1.2 工藝流程

枸杞軟糖制作工藝流程如圖1所示。

圖1 枸杞軟糖制作工藝流程

1.3 操作要點(diǎn)

熬糖。在白砂糖中加適量的水?dāng)嚢枞芙夂?加入葡萄糖漿混合,加熱至沸騰。濾去糖液不溶物,倒進(jìn)熬糖鍋,在115～120 ℃條件下熬煮30～40 min。

制備枸杞汁。挑選新鮮枸杞,沖洗干凈后放入相當(dāng)于其質(zhì)量20倍的水中粉碎,加溫至80～90 ℃并不斷攪拌，提取水溶性營養(yǎng)物質(zhì),提取時(shí)間為1 h,過濾后冷卻,備用。

制備明膠溶膠。將明膠與枸杞汁以1∶15質(zhì)量比進(jìn)行混合,充分浸潤后,在水浴溫度為70～75 ℃條件下攪拌溶解,直至無明膠膠粒存在,保溫備用。

添加溶膠。待熬煮達(dá)標(biāo)的糖漿冷卻至85～90 ℃,慢慢加入溶膠溶液,拌勻后,再依次添加其余原料,快速混勻。

靜置脫氣。將糖液和溶膠等混合均勻后,在80 ℃條件下靜置約30 min,使糖漿中的氣泡聚集到表層,然后撇除氣泡。

注模。保證模盤光滑潔凈,均勻撒放少量干燥的淀粉于模盤內(nèi),便于后期糖粒脫模。為防止糖液黏稠引起的拉絲或凝塊現(xiàn)象,倒模糖液溫度應(yīng)不低于70 ℃。

干燥。采用烘箱熱風(fēng)干燥,溫度控制在35～45 ℃,時(shí)間為8～12 h。產(chǎn)品的最終含水量控制在15%～17%。

1.4 單因素實(shí)驗(yàn)方法

產(chǎn)品基礎(chǔ)配方如下:白砂糖36%、葡萄糖漿52%、明膠10%、檸檬酸0.3%、檸檬酸鈉0.15%、香精1 mL。經(jīng)預(yù)試驗(yàn)確定明膠、白砂糖、葡萄糖漿和檸檬酸為主要影響因素,固定其他條件,分別考察明膠添加量(9%、9.5%、10%、10.5%、11%)、白砂糖添加量(34%、35%、36%、37%、38%)、葡萄糖漿添加量(48%、50%、52%、54%、56%)和檸檬酸添加量(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%)對枸杞軟糖產(chǎn)品品質(zhì)的影響。

1.5 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

依據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,確定響應(yīng)面分析的影響因素水平,根據(jù)Box-Behnken Design的響應(yīng)面優(yōu)化方法,設(shè)計(jì)四因素三水平的響應(yīng)面分析試驗(yàn)(見表1)。以產(chǎn)品感官綜合評分為評價(jià)指標(biāo),對響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

表1 工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)的因素水平表

1.6 感官評定法

由7名感官評定經(jīng)驗(yàn)豐富的人組成評定小組,分別對軟糖產(chǎn)品的組織狀態(tài)、彈性、咀嚼性、滋味、氣味等指標(biāo)進(jìn)行評判,采用百分制,分值分配見表2。每組產(chǎn)品的最后得分為7人評分的平均值,即為每組產(chǎn)品的感官綜合評分[4-5]。具體評分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

1.7 產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)分析法

選取形狀規(guī)則的軟糖,用物性測定儀的TPA模式進(jìn)行產(chǎn)品的彈性、強(qiáng)度、膠黏性、咀嚼性等測定。

1.8 產(chǎn)品理化檢驗(yàn)方法

水分含量的測定,按GB/T 5009.3-2010執(zhí)行。還原糖含量的測定,按GB/T 5009.7-2014執(zhí)行。砷含量的測定,按GB/T 5009.11-2014執(zhí)行。鉛含量的測定,按GB/T 5009.12-2014執(zhí)行。

1.9 產(chǎn)品微生物檢驗(yàn)方法

菌落總數(shù)的測定,按GB 4789.2-2016執(zhí)行。大腸菌群數(shù)的測定,按GB 4789.3-2016執(zhí)行。致病菌的測定，按SN/T 2641-2010執(zhí)行。

表2 明膠軟糖的感官評分表

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 明膠添加量對軟糖品質(zhì)的影響

明膠是一種親水性膠體,其用量對軟糖產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)有重要影響。如圖2所示,軟糖的感官評分先隨著明膠添加量的增大而逐漸提高,當(dāng)添加量大于10%以后得分降低。這可能是因?yàn)槊髂z在一定濃度范圍內(nèi)的用量與凝膠的優(yōu)良品質(zhì)呈正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)明膠添加量過多時(shí),產(chǎn)品的彈性和韌性會隨之增加,韌性太強(qiáng)使得咀嚼感變差,也會使產(chǎn)品內(nèi)部出現(xiàn)氣泡的可能性增加。由此可知,明膠的最佳添加量為9.5%。

圖2 明膠添加量對軟糖感官評分的影響

2.1.2 白砂糖添加量對軟糖品質(zhì)的影響

白砂糖作為甜味料和軟糖凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的填充劑,對軟糖的口感和組織狀態(tài)有著重要影響。當(dāng)白砂糖添加量較少時(shí),則糖漿較大,會增加產(chǎn)品黏度,使產(chǎn)品吸潮發(fā)黏;如果白砂糖添加量過多,糖會結(jié)合周圍的自由水,使得糖體硬度增加,產(chǎn)品容易返砂且比較甜膩,降低口感。從圖3可看出軟糖產(chǎn)品感官品質(zhì)隨白砂糖添加量變化的趨勢,白砂糖最佳添加量應(yīng)為36%。

圖3 白砂糖添加量對軟糖感官評分的影響

2.1.3 葡萄糖漿添加量對軟糖品質(zhì)的影響

葡萄糖漿除了作為甜味料和軟糖凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的填充劑,還具有調(diào)節(jié)產(chǎn)品中還原糖含量的作用,對軟糖的口感、組織狀態(tài)和保存品質(zhì)都有著重要的影響[6]。在與白砂糖混合使用時(shí),葡萄糖漿會緩解白砂糖添加不足或過量引起的品質(zhì)變化。由圖4可知：當(dāng)葡萄糖漿添加量小于50%時(shí),糖體糖度不足,口感有些硬和粗糙;當(dāng)葡萄糖漿添加量大于54%時(shí),糖體略顯甜膩,口感較軟。這主要與還原糖的抗結(jié)晶作用有關(guān)。當(dāng)葡萄糖漿添加量在50%～54%時(shí),軟糖糖體的品質(zhì)較穩(wěn)定。因此,葡萄糖漿適宜的添加量為52%。

圖4 葡萄糖漿添加量對軟糖感官評分的影響

2.1.4 檸檬酸添加量對軟糖品質(zhì)的影響

在軟糖中添加檸檬酸,除了可以平衡糖的甜度,在加熱條件下還能促進(jìn)白砂糖的轉(zhuǎn)化,導(dǎo)致明膠分子的解構(gòu)。可見,軟糖的口感和組織狀況受檸檬酸用量的影響顯著。如圖5所示,明膠軟糖感官評分隨著檸檬酸使用量的增加先逐漸提高，后又開始降低;在檸檬酸添加量為0.4%時(shí),產(chǎn)品的得分最高。這可能是因?yàn)闄幟仕崽砑恿考哟髸r(shí),產(chǎn)品的酸味加重,同時(shí)引起凝膠劑分解,使得產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)硬度降低、黏度提高。經(jīng)綜合考慮,將檸檬酸最佳添加量定為0.4%。

圖5 檸檬酸添加量對軟糖感官評分的影響

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.2.1 方差分析

回歸分析的結(jié)果見表3,得出優(yōu)化后的多項(xiàng)式方程:Y=+92.30-5.49×A+0.46×B-0.33×C-0.89×D-0.67×A×B-0.28×A×C+1.17×A×D-2.57×B×C-0.18×B×D-0.12×C×D-6.40×A2-3.12×B2-3.75×C2-6.57×D2由表3可知,模型的P值≤0.0001,說明該回歸模型極顯著,建立該模型有價(jià)值。由方差分析結(jié)果可知,對回歸方程進(jìn)行檢驗(yàn),模型的校正系數(shù)R2為0.9317,說明此模型與數(shù)據(jù)擬合度好,可用來預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果。模型的一次項(xiàng)中A(明膠添加量)極顯著。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

續(xù)表:

二次項(xiàng)中A2、D2極顯著,BC、B2、C2顯著。4個因素對軟糖感官品質(zhì)影響的大小程度如下:明膠添加量>檸檬酸添加量>白砂糖添加量>葡萄糖漿添加量。響應(yīng)面二次模型及其回歸系數(shù)的方差分析見表4。

表4 響應(yīng)面方差分析結(jié)果

注：P≤0.05 表示該指標(biāo)顯著,P≤0.0001表示該指標(biāo)極顯著

2.2.2 響應(yīng)面分析

自變量B、C與響應(yīng)值相關(guān)的響應(yīng)面和等高線見圖6。

圖6 不同用量的白砂糖和葡萄糖漿交互作用下的響應(yīng)面圖和等高線圖

響應(yīng)曲面是固定的響應(yīng)值對響應(yīng)自變量交互作用下構(gòu)成的三維空間圖,可以直觀反映各自變量及相互作用對響應(yīng)變量的影響。響應(yīng)曲面越陡峭,自變量對響應(yīng)值的影響越顯著[7]。等高線越接近于橢圓形,說明自變量對響應(yīng)值的影響越顯著;等高線越接近于圓形,說明自變量對響應(yīng)值影響越不顯著[8]。

從響應(yīng)面曲線比較可知,只有圖6的響應(yīng)曲面較陡峭,呈鐘罩狀,且圖6的等高線呈橢圓形。這說明白砂糖添加量和葡萄糖漿添加量的交互作用較顯著,與表4的分析結(jié)果相同。

2.2.3 最佳工藝配方的確定和驗(yàn)證

通過Design Expert軟件優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果,得出優(yōu)化的工藝配方:明膠9.28%、白砂糖36.16%、葡萄糖漿51.84%、檸檬酸0.39%。在此條件下軟糖產(chǎn)品的感官評分為93.6。按上述優(yōu)化配方進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),重復(fù)三次,制得產(chǎn)品的感官評分為93.4,與模擬預(yù)測值的差值為0.21%,進(jìn)而驗(yàn)證了明膠軟糖模型的可靠性。

2.3 產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)分析

對驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中代表性的產(chǎn)品開展TPA質(zhì)構(gòu)測定,測定曲線如圖7所示。根據(jù)測定數(shù)據(jù)可知,枸杞明膠軟糖硬度值在5000～10000,說明其大小適中[9]。根據(jù)感官評價(jià)和質(zhì)構(gòu)分析可知,枸杞軟糖產(chǎn)品彈性好，韌性足,膠性小,較耐咀嚼,回復(fù)性好。

圖7 軟糖產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)圖譜

3 結(jié)論

3.1 產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

3.1.1 感官指標(biāo)

枸杞軟糖的感官及評定結(jié)果見表5。

表5 枸杞軟糖的感官品質(zhì)及評定結(jié)果

3.1.2 理化指標(biāo)

枸杞軟糖的理化指標(biāo)及檢測結(jié)果見表6。

3.1.3 微生物指標(biāo)

枸杞軟糖的微生物指標(biāo)檢測結(jié)果見表7。

表6 枸杞軟糖的理化指標(biāo)及檢測結(jié)果

表7 枸杞軟糖的微生物指標(biāo)及檢測結(jié)果

3.2 工藝配方優(yōu)化

以明膠為凝固劑可以滿足枸杞軟糖的加工需要。通過響應(yīng)面試驗(yàn)可知：4個研究因素中白砂糖和葡萄糖漿交互作用影響顯著;枸杞軟糖的最佳工藝配方為明膠9.28%、白砂糖36.16%、葡萄糖漿51.84%、檸檬酸0.39%、檸檬酸鈉0.15%、香精1mL。用此工藝配方制作的枸杞軟糖呈金黃色,枸杞味濃郁,彈性好，韌性足,耐咀嚼。

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