膨化玉米粉配方優化及沖調性分析

曾德玉，龍安金，曾珍，黃銳，葉陽*

1. 四川輕化工大學生物工程學院（自貢 644000）；2. 四川省旌晶食品有限公司（德陽 618000）

玉米是我國除小麥、稻谷外第三大種植物，在食品、飼料及工業原料中均有應用，被譽為“未來的谷物”。玉米粉含有豐富的營養物質，具有健脾益胃、美容養顏等功效[1-2]，但膨化玉米粉存在沖調性較差的問題，即沖調時速溶性差、易結塊、粉包、粘壁、穩定性差[3-5]，這些制約著膨化玉米粉的發展。目前，采用淀粉改性[6]和優化干燥工藝[7]，改變粉體的顆粒結構，進而改善其沖調性。此外，在配方中加入一些添加劑[8]來改善粉體的沖調性。如麥芽糊精可改善膨化粉的分散性和粘壁現象[9]，降低結塊[10]，黃原膠[11]、單甘酯[12]、蔗糖酯[13]也可改善其沖調性能。但少有將這些添加劑加入膨化玉米粉中研究其沖調性能指標的變化，此次研究以膨化玉米粉為原料，麥芽糊精、單甘酯、黃原膠和蔗糖酯為添加劑，通過單因素試驗和響應面試驗優化膨化玉米粉配方工藝，提高粉體的沖調性，旨在為膨化玉米粉在代餐粉中的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

市售玉米粉，旌晶食品有限公司；麥芽糊精、黃原膠、單甘酯、蔗糖酯，河南萬邦實業有限公司。以上試劑均為食品級。

1.2 儀器與設備

DHG-9075A電熱恒溫鼓風干燥箱（北京中興偉業儀器有限公司）；HWS-12電熱恒溫水浴鍋（上海齊欣科學儀器有限公司）；NDJ-5S數字式黏度計（上海舜宇恒平科學儀器有限公司）；TG-16臺式高速離心機（四川蜀科儀器有限公司）。

1.3 試驗設計

1.3.1 單因素試驗

分別以麥芽糊精添加量（5%，10%，5%，20%和25%）、黃原膠添加量（0.1%，0.3%，0.5%，0.7%和0.9%）、單甘酯添加量（0.3%，0.4%，0.5%，0.6%和0.7%）、蔗糖酯添加量（0.03%，0.06%，0.09%，0.12%和0.15%）復配膨化玉米粉，以結塊率、沉淀率、分散時間、沖調穩定性指數、吸水性指數、水溶性指數、黏度為指標，確定最佳添加量。

1.3.2 響應面優化試驗設計

根據單因素試驗結果，確定四個響應因素：麥芽糊精添加量（A）、黃原膠添加量（B）、單甘酯添加量（C）、蔗糖酯添加量（D）。以膨化玉米粉的黏度（Y1，mPa·s）和結塊率（Y2，%）為響應值，使用全因子CCD進行30組的響應面試驗，對膨化玉米粉的配方進行優化，因素及水平見表1。

表1 響應面試驗設計的自變量和編碼值 單位：%

1.3.3 測定方法

1) 吸水性指數（WSI）、水溶性指數（WAI）的測定：參照張雪等[14]的測定方法。

2) 結塊率、離心沉淀率、分散時間、穩定性指數和黏度的測定：分別參照樂梨慶等[15]、張月陽等[16]、張冬媛等[17]、肖宇琨[18]、孫雪姣等[19]的測定方法。

1.4 數據處理

采用Excel 2007處理試驗數據，用Design Expert 8.0 Trial進行響應面分析。

2 結果與分析

2.1 膨化玉米粉單因素試驗結果與分析

2.1.1 麥芽糊精添加量對膨化玉米粉沖調性的影響

由表2可知：隨麥芽糊精添加量增加，膨化玉米粉的WAI呈上升趨勢；WSI、結塊率、黏度呈下降趨勢；離心沉淀率、分散時間和穩定性指數呈先降低后增加趨勢。麥芽糊精添加量15%時，膨化玉米粉的結塊率最低，黏稠度適中，沖調效果好，孫延修等[20]研究表明即食糊中添加麥芽糊精對其結塊影響較大。可能是麥芽糊精添加量＜15%時，膨化玉米粉的沖調穩定性好，降低了結塊；添加量＞15%時，沖調粉黏度較低，流動性大，增加了顆粒間在水中的凝沉，從而增加了結塊。因此，麥芽糊精的最佳添加量為15%。

表2 麥芽糊精對膨化玉米粉沖調性能的影響

2.1.2 黃原膠添加量對膨化玉米粉沖調性的影響

由表3可知：隨黃原膠添加量增加，WAI、WSI、分散時間呈先增上升后下降趨勢，結塊率先下降后增加，黏度呈上升趨勢；沉淀率、穩定指數呈下降趨勢。與空白組相比，黃原膠能顯著降低膨化玉米粉的沖調結塊率和分散時間，其中分散時間和結塊率在黃原膠添加量0.7%時最低，可能是黃原膠添加量增加，增加粉體的黏度，使得顆粒間有附著結塊的傾向，使顆粒增大，從而增大了結塊率和分散時間[21]；與杜長江等[22]在研究黃原膠添加量對沖調型核桃燕麥谷物粉的沉淀率和黏度變化趨勢一致，降低程度較好。

表3 黃原膠對膨化玉米粉沖調性能的影響

2.1.3 單甘酯添加量對膨化玉米粉沖調性的影響

由表4可知：隨單甘酯添加量增加，沖調粉的沉淀率和穩定性指數先降低后增加，總體高于空白組，說明單甘酯可改善膨化玉米粉的沖調穩定性，在添加量0.6%時，沉淀率和穩定性指數最低，可能是隨著單甘酯用量的增加，玉米顆粒表面形成的界面表面張力降低，提高了沖調粉的穩定性，添加量增加，則因減少界面黏性而促使淀粉聚集，降低了穩定性。單甘酯添加量0.6%時，結塊率最低5.23%，與空白組相比降低了4.37%，與李琴[23]在研究單甘酯添加量對即食板栗粉結塊率的變化趨勢一致。

表4 單甘酯對膨化玉米粉各沖調性的影響

2.1.4 蔗糖酯添加量對膨化玉米粉沖調性的影響

由表5可知：隨著蔗糖酯添加量的增加，粉體WSI、離心沉淀率、分散時間、結塊率先降低后增加；水溶性指數、穩定性指數先增加后降低；黏度增加，可能是蔗糖酯能與淀粉顆粒及其他顆粒間相互作用，以絡合物等方式聚集，使玉米粉粒子的溶劑化膜增強，有效力學半徑增大，即表現為體系黏度增大[24]。蔗糖酯的添加使沖調粉的離心沉淀率、分散時間、穩定性指數優于空白組，因為蔗糖酯是穩定劑，具有增加穩定性和促進速溶的作用，與郝娟等[25]研究蔗糖酯對黑芝麻谷物乳的離心沉淀率變化趨勢一致。添加量0.09%時結塊率最低，因此，蔗糖酯最適添加量為0.09%。

表5 蔗糖酯對膨化玉米粉各沖調性的影響

2.2 膨化玉米粉響應面試驗

2.2.1 響應面試驗結果

單因素試驗表明，膨化玉米粉配方中麥芽糊精添加量、黃原膠添加量、單甘酯添加量和蔗糖酯添加量對沖調粉中黏度（Y1）和結塊率（Y2）有顯著影響（p＜0.05）。表6顯示了全因子CCD的30組試驗，配方沖調性試驗按序號進行。通過多元回歸分析對響應函數進行擬合，可以得到以下二階多項式方程，這些方程可以代表黏度（Y1）和結塊率（Y2）。

Y1=7 532.33+280.00A+95.00B+451.67C-174.17D-710.00AB+860.00AC+272.50AD-410.00BC+272.50BD-242.50CD

Y2=5.74-0.41A+0.36B+0.10C+0.19D-0.40AB-0.32AC+0.028AD-0.89BC-0.22BD-0.21CD

表6和表7分別顯示黏度和結塊率的試驗結果和方差分析。模型值F值分別為3.09和2.61，p值分別為0.016 4和0.034 8（p＜0.05），表明這兩個模型均顯著。失擬項的p值分別為0.921 9和0.407（p＞0.05），表明兩模型均有效。可以看出，兩個模型均很好地描述每個因素與響應值之間的真實關系，可以用來確定最佳配方。Y1模型中4個主因素對黏度影響的強弱為C＞A＞D＞B；Y2模型中4個主因素對結塊率影響的強弱為A＞B＞D＞C。

表6 膨化玉米粉中心復合設計（CCD）及試驗結果

表7 中心復合設計（CCD）試驗結果的方差分析

2.2.2 黏度和結塊率響應面分析

交互項AB、AC顯著，p＜0.05，說明交互作用對膨化玉米粉沖調后的黏度有顯著性影響。圖1（a、b）是膨化玉米粉中各添加劑交互作用對黏度（Y1）影響的3D響應面圖。若響應曲面傾斜度越高，等高線越接近橢圓形，則說明交互作用越強。Y2模型中BC的交互作用在p＜0.05時顯著，其他交互項不顯著。圖1（c）是膨化玉米粉中黃原膠和單甘酯配比的交互作用對結塊率（Y2）影響的3D響應面圖。

圖1 各因素交互作用的三維響應面圖

2.3 驗證試驗

使用Design Expert 8.0.6軟件優化添加劑配方，即麥芽糊精添加量12.5%、黃原膠添加量0.60%、單甘酯添加量0.55%和蔗糖酯添加量0.07%。該模型的預測響應值：黏度6 320 mPa·s，結塊率3.34%。進行重復性試驗以驗證預測模型，結果顯示，實際的黏度和結塊率分別為6 200 mPa·s和3.27%，表明實際值與預測值之間沒有顯著差異。

2.4 沖調性指標分析

響應面中心組合設計優化后的膨化玉米粉配方，其吸水性指數、水溶性指數、分散時間、沖調穩定性指數、離心沉淀率分別為2.83，24.84%，4.66 s，2.73%和40.27%。

3 結論

通過單因素試驗和響應面中心組合設計模型得出：麥芽糊精添加量12.5%、黃原膠添加量0.60%、單甘酯添加量0.55%和蔗糖酯添加量0.07%時，其粉體的吸水性指數、水溶性指數、分散時間、沖調穩定性指數、離心沉淀率、結塊率和黏度分別為2.83，24.84%，4.66 s，2.73%，40.27%，3.27%和6 200 mPa·s，與空白組的膨化玉米粉相比，結塊率降低了6.33%，在水中分散時間縮短了3.97 s，此時的膨化玉米沖調粉沖調時速溶、溶液均勻，結塊少，黏度適中。影響膨化玉米粉結塊率的因素強弱為麥芽糊精添加量＞黃原膠添加量＞蔗糖酯添加量＞單甘酯添加量，影響黏度的因素強弱為單甘酯添加量＞麥芽糊精添加量＞蔗糖酯添加量＞黃原膠添加量。