紅薯黑涼粉的配方優化

黃錦琪,江 聯,溫 笑,任艷明,王康明,付羽藤,王 茜,彭渝潔,馬晨露,謝建華,*

(1.南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室,江西南昌 330047; 2.南昌大學生命科學學院,江西南昌 330031; 3.江西得利園食品有限公司,江西豐城 331100)

涼粉草(MesonachinensisBenth.)系唇形科植物,在我國分布于浙江、江西、廣東、廣西、臺灣等地[1-2]。涼粉草具備解暑、解毒、降血糖、降血脂、降血壓等功能[3-5]。民間常以其與水煎煮,配以稀淀粉做成凍[6],是夏日消暑佳品。

涼粉草與不同淀粉之間的糊化強度會引起產品的口感質量等物理性質方面的變化[7]。涼粉草膠液口味獨特,添加到食品中可以很大程度地改善食品的風味,形成的凝膠凍融穩定性好[8]。現在市面上黑涼粉常用的淀粉為木薯淀粉、玉米淀粉和大米淀粉等。然而,木薯、玉米和大米淀粉形成凝膠的能力差,糊液軟糯,耐高溫、耐剪切性較差[9],使得其在工業生產中受到限制。江西紅薯資源豐富,課題組前期發現紅薯淀粉與涼粉草膠液復配能夠形成優良的凝膠制品,但未對其進行系統深入的研究。

目前開發綠色健康、品質優良的功能性涼粉食品具有很大的市場需求。本文以涼粉草和紅薯淀粉為主要原料,通過單因素及響應面試驗設計初步探求紅薯淀粉、蔗糖、涼粉草膠液添加量對涼粉品質影響,確定了涼粉制備的最佳工藝條件,并且探討其質構特性,為開發具有功能性的健康新型涼粉,為高品質涼粉制品開發與應用提供一定的理論基礎和技術指導。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

涼粉草 江西省贛州市石城縣;紅薯淀粉 食品級,山東菱花有限公司;白砂糖 食品級,市售。

ME201電子天平 上海梅特勒托利多儀器有限公司;HH.S21-6水浴鍋 上海博迅實業有限公司醫療設備廠;DHG-9246A電熱鼓風干燥箱 上海精宏有限公司;TA-XTplus質構儀 英國TA儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 新型紅薯黑涼粉的制備工藝流程 新型功能性紅薯涼粉的工藝流程圖如圖1所示,具體技術路線指標參數如下:

圖1 新型功能性涼粉的制備工藝流程圖Fig.1 Process chart for preparing novel functional Chinese jelly

1.2.1.1 涼粉草膠液的制備 將涼粉草挑選除雜質,清洗干凈。稱取新鮮涼粉草50 g,添加去離子水500 mL(料液比1∶10)和0.5%(w/v)的食用堿,在恒溫水浴鍋中90 ℃下浸提1 h,冷卻后用400目紗布過濾,除去上層濾渣。得到褐色的涼粉草膠液,放置于4 ℃冰箱備用。

1.2.1.2 淀粉和蔗糖的溶解 取適量蔗糖于容器中,加適量50 ℃熱水,加熱到糖分散溶解,再用200 目紗布過濾布過濾,冷卻加入適量淀粉,攪拌使淀粉均勻分散,備用。例如,涼粉草膠與淀粉蔗糖比例為50∶50,5%(w/v)蔗糖、3%(w/v)淀粉,則添加50 mL水溶解5 g蔗糖,再加3 g淀粉混合成淀粉蔗糖混合液。

1.2.1.3 調配 將涼粉草膠液和淀粉蔗糖溶液按比例混合,充分攪拌,使其分散溶解。

1.2.1.4 糊化 將樣品于水浴鍋中水浴加熱(95 ℃,10 min)使淀粉糊化,整個過程中要不斷攪拌,防止淀粉下沉導致淀粉糊化不均勻[10]。

1.2.1.5 灌注 趁熱將糊化完全的淀粉糊倒入模具里,緩慢倒入使其表面平整。

1.2.1.6 冷卻 將倒好樣品的模具在室溫冷卻30 min,然后放入4 ℃冰箱繼續冷卻,使凝膠更為穩固均勻。

1.2.2 配方的初步確定 根據傳統配方[11]的研究確定初步配方。涼粉草膠液富含涼粉草多糖,涼粉草多糖具體較好的凝膠性能和生物活性,在本實驗中充當凝膠劑和生物活性成分[12]。根據文獻[11,13]及預實驗初步確定配方:用料配比為涼粉草膠液(占40%)和淀粉蔗糖混合液(占60%),其中混合液輔料用量配比為3%淀粉(w/v)和蔗糖5%(w/v)。

1.2.3 單因素實驗

1.2.3.1 考察涼粉草膠液添加量對紅薯黑涼粉品質的影響 為使得涼粉具備清爽可口的涼粉風味、黑褐透亮的色澤及良好的營養價值,需添加適量的涼粉草膠液。以5%(w/v)蔗糖、3%(w/v)紅薯淀粉為基礎,涼粉草膠液和淀粉蔗糖混合溶液百分比例分別為20∶80、30∶70、40∶60、50∶50、60∶40做單因素實驗,考察涼粉草膠液對涼粉感官評價和質構特性的影響。

1.2.3.2 考察淀粉添加量對紅薯黑涼粉品質的影響 以5%蔗糖、涼粉草膠液和淀粉蔗糖混合溶液百分比例分別為50∶50為基礎,紅薯淀粉比例分別為2%、3%、4%、5%、6%做單因素實驗,確定最佳淀粉添加量。

1.2.3.3 考察蔗糖添加量對紅薯黑涼粉品質的影響 以涼粉草膠液和淀粉蔗糖混合溶液百分比例分別為50∶50,淀粉添加量4%為基礎,蔗糖添加量分別為3%、4%、5%、6%、7%做單因素實驗,確定最佳蔗糖添加量。

1.2.4 涼粉感官評分與質構參數相關性分析 為探索涼粉的感官評分與各因素水平的相關性,探討影響涼粉品質的最關鍵因素,以涼粉的感官評分為縱坐標,各影響因素為橫坐標進行線性擬合,比較各因素的相關性,從而確定對涼粉品質的主要影響因素。

1.2.5 響應面試驗 為了確定新型涼粉的最佳配方,采用響應面試驗法[14],以產品質構特性中的彈性為指標,以涼粉草膠液、淀粉添加量、蔗糖添加量3個因素的用量進行響應面實驗。因素與水平見表1所示:

表1 紅薯黑涼粉配方優化的響應面試驗因素與水平編碼Table 1 Response factors and level coding of optimization formula of sweet potato black Chinese jelly

1.2.6 感官評定 隨機抽取20名南昌大學食品學院師生組成品鑒小組,男生女生各10人,按規定的評分標準(表2)對產品的四項指標進行綜合評分[15],取平均值為最終結果。

表2 涼粉感官評分標準Table 2 Sensory evaluation standards of Chinese jelly

1.2.7 質構特性測定 將涼粉放置冰箱冷卻1 h左右取出,恢復至室溫,對其進行質構測試。采用TPA模式,使用P/50的探頭,在測前速度2.0 mm/s,測試速度1.0 mm/s,測后速度2.0 mm/s壓縮形變量50%下對涼粉進行質構特性指標測試,獲得涼粉的硬度、彈性、黏著性、咀嚼性等質構參數[16]。

1.2.8 理化及微生物指標測定 根據國標GB/T 5009.53-2003 淀粉類制品衛生標準的分析方法測定涼粉的淀粉酸度[17],采用GB/T 5009.3直接干燥法測定涼粉的水分含量[18],采用王文潔[19]的方法測定涼粉凝膠的持水性,采用GB 4789.2-2016測定涼粉中菌落總數[20],采用GB 4789.3-2016 測定大腸菌群數[21],采用GB 4789.15-2016 測定霉菌和酵母數量[22]。

1.2.9 數據分析 采用SPSS 22.0統計分析軟件、Origin 9.0作圖分析軟件、Design-Expert.V 8.0.6.1優化設計軟件對數據進行顯著性分析、方差分析、相關分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 涼粉草膠添加量對紅薯黑涼粉品質的影響 由表3和圖2可以看出,在涼粉草膠添加量為20%～60%的范圍內,隨著涼粉草膠添加量的增加,涼粉的感官評分、硬度、膠黏性和咀嚼性都逐漸增加。涼粉的回復性隨著涼粉草膠添加量的增加先增大后減小。當涼粉草膠添加量在20%～30%時粘性呈現下降的趨勢,大于30%時粘性數值又隨著濃度升高而增加。涼粉草膠添加量由20%增加到30%時,涼粉的彈性明顯加強,繼續添加涼粉草膠時,涼粉的彈性呈穩定波動,整體變化不大[23-24],即無顯著性差別。綜上所述,涼粉草膠的添加量在40%～60%之間為宜。

表3 涼粉草膠添加量對感官評分和質構特性的影響Table 3 Effects of the amount of Chinese jelly added on sensory score and texture characteristics

圖2 不同涼粉草膠液、淀粉和蔗糖添加量 和對涼粉外觀形貌的影響Fig.2 Influence of different amounts of gum,starch, and sucrose content on the appearance of Chinese jelly注:A～E代表涼粉草膠液添加量分別為 20%、30%、40%、50%、60%;F～J列代表紅薯淀粉 添加量分別為2%、3%、4%、5%、6%; K～O代表蔗糖添加量分別為3%、4%、5%、6%、7%。

2.1.2 紅薯淀粉添加量對紅薯黑涼粉品質的影響 由表4和圖2可知,在紅薯淀粉添加量為2%～6%的范圍內,紅薯淀粉的添加量由2%增加到4%時,涼粉的感官評分顯著增加(P<0.05),當添加量超過4%,涼粉的感官評分隨紅薯淀粉添加量的增加而減小;涼粉的硬度、彈性和咀嚼性隨著紅薯淀粉的添加量增大而持續增加，與Xiao等[25-26]的研究結果一致;涼粉的粘性數值隨著紅薯淀粉添加量的增加先減小后增加再減小,其中,當紅薯添加量為3%時,涼粉的粘性數值最低;涼粉的內聚性和回復性隨著紅薯淀粉的添加而持續增強,當紅薯淀粉添加量增加到4%時,涼粉的凝聚性和回彈性呈現平穩波動。涼粉的膠黏性隨著紅薯淀粉的添加量增加而持續增強。因此紅薯淀粉的添加量在4%左右最為合適。

表4 紅薯淀粉添加量對感官評分和質構特性的影響Table 4 Effects of sweet potato starch addition on sensory score and texture characteristics

2.1.3 蔗糖添加量對紅薯黑涼粉品質的影響 由表5和圖2可知,在蔗糖添加量為3%～7%的范圍內,隨著蔗糖添加量的增加,涼粉的感官評分持續增加,蔗糖主要影響涼粉的甜感,在蔗糖添加量達到6%時,涼粉的感官評分最高。而涼粉的硬度和蔗糖的添加量沒有明顯的聯系,時而減小時而增加,這與孫燕[27]的研究結果類似。涼粉的凝聚性、膠黏性、回彈性、咀嚼性隨著蔗糖逐漸增加并無明顯的增加或減弱。綜上所述,蔗糖的添加量為6%左右最合適。

表5 蔗糖添加量對感官評分和質構特性的影響Table 5 Effects of sucrose content on sensory score and texture characteristics

2.2 相關性分析

涼粉的感官評分與硬度、粘性、彈性、凝聚性、膠黏度、咀嚼性、回復性的相關性分析見表6。由相關性分析可知,涼粉的感官評分與涼粉的與硬度、粘性、彈性、內聚性、膠黏度、咀嚼性、回彈性呈正相關。除粘性外,其余指標均與感官評分均呈極顯著相關(P<0.01)。并且感官評分與彈性的相關系數最高。因此,可用彈性從客觀上評價涼粉的品質。

表6 涼粉的不同質構參數與感官評分的相關性系數Table 6 Correlation coefficient of Chinese jelly between different texture parameters and sensory score

2.3 響應面分析

2.3.1 響應面結果 響應面結果見表7,采用Design Expert V8.0.6.1對數據進行處理,經回歸方程擬合后,得到回歸方程為:

表7 涼粉優化工藝響應面結果Table 7 The response surface results of optimization process of Chinese jelly

Y=0.8800+0.0025A-0.0013B+0.0013C-0.0400AB-0.0100AC-0.0075BC-0.1100A2-0.0410B2-0.0310C2

如表8所示,采用單因素方差分析各因素對涼粉草膠液影響情況,該模型的F值為120.76,表明二次回歸方程式具有顯著意義[28]。P<0.0001,表明相關系數水平具有顯著性水平,并且該模型適用于對涼粉性質進行分析。二次項系數A2、B2、C2及交互作用系數AB、AC均有顯著性影響(P<0.05)。失擬分析F值為4.17,表明其與純誤差無顯著關系(P>0.05)。

表8 方差分析Table 8 Variance analysis

2.3.2 各因素交互影響 圖3顯示出蔗糖添加量、淀粉添加量、膠體濃度對涼粉彈性的影響,其中膠液和淀粉交互作用對涼粉彈性影響顯著,當膠液從40%增至50%、淀粉添加量從3%增至4%,涼粉的彈性顯著增強(P<0.05);膠液和蔗糖交互作用對涼粉彈性影響也是顯著的,當膠液從40%增至50%、蔗糖添加量從5%增至6%,涼粉的彈性顯著增強(P<0.05);淀粉添加量和蔗糖添加量的交互作用不顯著(P>0.05)。

圖3 各兩因素交互作用對涼粉彈性影響的響應面與等高線圖Fig.3 The 3D-response surface plots showing the effects of interaction of two factors注:A、B:膠液濃度和淀粉對涼粉彈性影響的響應面圖與等高線圖;C、D:膠液濃度和蔗糖 對涼粉彈性影響的響應面圖與等高線圖;E、F:淀粉和蔗糖對涼粉彈性影響的響應面圖與等高線圖。

2.3.3 涼粉制備的最佳工藝條件的確定 根據響應面實驗結果,通過回歸方程求解得出涼粉制備的最佳工藝條件為膠液40%,淀粉添加量為5%,蔗糖添加量為6%，在該工藝條件下得到淀粉的彈性為0.78。該工藝條件下得到涼粉的彈性系數為0.77,與理論預測值(0.76)基本吻合,表明采用響應面法優化涼粉草膠的制備工藝條件具有良好的真實可靠性。

2.3.4 驗證實驗 運用響應面分析方法優化了產品配方,驗證得到涼粉彈性較好的最佳工藝條件為膠液40%,淀粉添加量為5%,蔗糖添加量為6%。該工藝條件下得到涼粉的彈性為0.78,與理論預測值相比,誤差小于3%。

2.3.5 理化及微生物指標測定 根據國標法測定了涼粉的理化及微生物指標。結果測得涼粉的酸度值為0,水分含量為87.31%±0.31%,持水性80.00%±4.31%;微生物檢測顯示細菌菌落總數為0,大腸菌群未檢出,霉菌大約為1 CFU/g,酵母未檢出。符合國家安全衛生標準。

3 結論

本文以涼粉草膠和紅薯淀粉為主要原料,運用單因素實驗,相關性分析,響應面分析法對涼粉草膠制作成的涼粉進行了初步工藝研究,探究了蔗糖添加量、淀粉添加量、涼粉草膠濃度等影響因素對涼粉的品質影響。結果表明涼粉的感官評價與質構特性中的彈性有較強的相關性。響應面分析顯示,涼粉彈性的影響因素最強的是膠體濃度。最佳工藝條件為:膠液40%,淀粉添加量為5%,蔗糖添加量為6%。所建立的回歸模型也顯示了幾種因素之間的交互作用對涼粉彈性的影響,為后續的理論研究和實際生產提供了參考依據。