藍莓渣復合秈米沖調粉的配方優化及品質分析

張新振, 梁 進, 李雪玲, 孫 玥, 高 洋, 王 冉, 劉杰梅, 徐雪野,張歌興,李貝貝,鐘 楊,周穎娣,李志鑫

(安徽農業大學安徽省農產品加工工程實驗室,合肥 230036)

通常在秈稻谷加工中會產生許多碎米,其碎米率約占10%～15%[1]。盡管碎秈米與整米的營養成分相近,然而其價格低廉,亟待進行深加工和增值化開發利用,以提高其附加值。沖調粉是秈米加工的常見產品形式,因其食用省時、攜帶方便深受大眾喜愛。李學琴等[2]以茯苓和秈稻米為原料,通過雙螺桿擠壓膨化制成茯苓復合營養粉,并對其沖調特性和感官進行評價。然而以碎秈米粉為原料制作沖調粉的相關研究還鮮有報道。但是僅以秈米粉為原料制作沖調粉,其營養較為單一,需要添加一些功能性成分比如藍莓果渣粉等,以提升沖調粉的營養品質和風味特性。

藍莓渣是藍莓果汁加工中常見的副產物,其加工利用形式有限,而藍莓渣中仍富含酚類等活性物質以及膳食纖維等功能性成分[3],仍值得深度開發利用。將藍莓渣粉與碎秈米粉進行復配,經過擠壓膨化和粉碎加工處理,研制出即食型藍莓渣復合秈米沖調粉,并對產品的色差、香氣、游離氨基酸、流變以及體外消化等品質特性進行檢測與分析,以期增強藍莓渣和碎米粉的增值化利用,也為沖調粉類產品的營養與品質提升提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

秈米粉,藍莓渣。氫氧化鈉、四水合酒石酸鉀鈉、無水亞硫酸氫鈉、乙酸、乙酸鈉、3,5-二硝基水楊酸、α-淀粉酶、糖化酶,均為分析純。

DSE32-1雙螺桿實驗機,UV9000紫外可見分光光度計,CR-400手持色差計,PEN3電子鼻,DHR1旋轉流變儀。

1.2 方法

1.2.1 原料制備

參照韓晶等[4]報道并結合預實驗研究結果,將藍莓渣粉和秈米粉按質量比為12∶88混合均勻并調節水分質量分數為16%后,放入雙螺桿擠壓機進料口,在擠壓溫度為50—80—110—130 ℃,進料速率為13 r/min,螺桿旋轉速率為 17 Hz,得到的藍莓渣膨化產品放入65 ℃的烘箱中干燥3 h后放入自封袋中冷卻,然后用粉碎機將其粉碎,收集80目的膨化粉裝于密封袋中并放置于4 ℃的溫度下儲存。

1.2.2 配方優化

參照本實驗室王秀蘭等[5]的研究并稍作修改,確定7 g的膨化粉為基準,以木糖醇質量分數(14%、28%、42%、56%、68%)、食鹽質量分數(0.29%、0.57%、0.85%、1.13%、1.41%)和麥芽糊精質量分數(7.1%、14.2%、21.3%、28.4%、35.5%)為考察因素進行單因素實驗,并在單因素實驗的基礎上設計正交實驗(表1),優化藍莓渣復合秈米沖調粉的配方。

表1 正交實驗因素水平表

1.2.3 藍莓渣復合秈米沖調粉感官品質的評定

評價標準參照GB/T 18738—2006 速溶豆粉和豆奶粉感官要求并稍加修改,由10名食品專業的人員組成評價員,并按表2進行感官評分。

表2 藍莓渣復合秈米沖調粉感官評價指標及評分標準

1.2.4 建立模糊數學分析模型

1.2.4.1 對象集Y

對象集Y是研究中需進行感官評價的產品的集合。Y={Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,Y8,Y9},Y1～Y9分別為本研究中L9( 34) 中制作的9組藍莓渣復合秈米沖調粉,Yi為9組藍莓渣復合秈米沖調粉的綜合評價,其中i=1,2,3,…,9。

1.2.4.2 因素集U

因素集U是研究中產品各感官屬性的集合。U={U1,U2,U3,U4,U5},U1～U5分別為色澤外觀、滋味氣味、沖調性、可接受程度、口感等指標。

1.2.4.3 評語集V

評語集V為對上述各個因素的評語集合。V={V1,V2,V3},V1～V3分別為優、良和差。

1.2.4.4 評價權重X

評價權重指的是每個因素的重要程度。確定權重集X={X1,X2,X3,X4,X5}={ 0.15,0.15,0.2,0.2,0.3}。即色澤外觀占0.15,滋味氣味占0.15,沖調性占0.2,可接受程度占0.2,口感占0.3模糊數學綜合評定為Y=X×y,其中X為權重集,y為模糊數學矩陣;其中y為各因素每一種評語的人數除以總評價人數。

1.2.5 色差的測定

首先使用白板和標準色卡對色差計進行白平衡和顏色的校正,再緊扣樣品于專用白板上進行拍照測定。秈米沖調粉和樣品分別各取5個點,測定每個點的L*值 (亮度),a*值 (紅綠色), b*值 (黃綠色),去掉一個最大值和最小值,最終取平均值±標準差[6]。

1.2.6 電子鼻測定

分別取秈米沖調粉和樣品2 g于頂空瓶內,瓶蓋封住瓶口于50 ℃富集10 min后使用,采用頂空上樣法分別對兩種樣品進行電子鼻分析檢測。電子鼻檢測的具體參數為頂空預進樣時間5 s,自動歸零時間10 s,測試時間120 s,清洗時間120 s,傳感器倉流量300 mL/min,初始注射流量為300 mL/min[7]。各傳感器對不同物質的響應類型[8]如表3所示。

表3 PEN3電子鼻的10個傳感器及其傳感物質

1.2.7 游離氨基酸的測定

參考李興軍等[9]的方法測定游離氨基酸的含量,計算公式為:

式中:C為由直線方程計算的值,即0.5 mL試樣中氨基酸的微摩爾數/μmol;V為樣品提取液經稀釋后的總體積/mL;14表示氨基氮/g/mol;m為樣品質量/g;mc為樣品含水率/%。

1.2.8 流變特性的測定

參考樊紅秀等[10]的方法并稍作修改,選用直徑40 mm的不銹鋼平行板夾具,設置間隙1.0 mm,取80 ℃的熱水60 mL對樣品進行沖調后,待樣品冷卻至室溫后將其置于測試平臺上。測試溫度為25 ℃,剪切速率范圍在0.1～100 s-1, 測定剪切應力、黏度隨剪切速率的變化情況。采用Power Law冪律模型,見式(1),對流變曲線進行擬合,得到每個樣品的k和n。

σ=kγn

(1)

式中:σ為剪切應力/Pa;γ為剪切速率/s-1;k為黏性常數;n為流態特性指數。

1.2.9 體外消化特性的測定

體外消化特性的測定參照邵子晗等[11]的方法,計算出其快速消化淀粉(RDS)、慢速消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)的含量。

1.3 數據處理

所有數據重復至少3次,使用Office軟件處理數據,SPSS 26.0軟件對數據進行ANOVA差異顯著性分析,P<0.05表示差異顯著,Origin 2021軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 藍莓渣復合秈米沖調粉配方優化模糊數學感官分析結果

由表4可知,影響藍莓渣復合秈米沖調粉感官品質的因素主次順序為A>C>B,即木糖醇質量分數的影響最大,其次是麥芽糊精質量分數,食鹽質量分數的影響最小。根據感官評分最高分得出藍莓渣復合秈米沖調粉的最佳配方組合為A2B1C2。根據極差分析得到藍莓渣復合秈米沖調粉的最佳配方組合為A3B1C2,與感官評分最高分得出藍莓渣復合秈米沖調粉的最佳配方組合不一致。因此,對2個最佳配方組合做對照實驗,實驗結果為:A2B1C2組合的感官分數為(77.13 ±7.20)分,(A3B1C2)組合的感官分數為(80.75±4.71)分。故藍莓渣復合秈米沖調粉工藝的最優組合為A3B1C2,即以7 g膨化粉為基準,木糖醇質量分數為68%,食鹽質量分數為0.85%,麥芽糊精質量分數為21.3%,所制成的藍莓渣復合秈米沖調粉口味最佳。并對最優結果進行單樣本檢驗,檢驗結果如表5所示。由單樣本檢驗表可知t=1.387,sig.(雙尾)=0.300>0.05,說明這3組數據與檢驗值差異不顯著。說明在正交實驗的最優條件下制成的藍莓渣復合秈米沖調粉感官品質最佳。

表4 正交實驗結果

表5 單樣本檢驗表

2.2 色差分析

由表6可知,藍莓渣復合秈米沖調粉的L*值和b*值較沖調粉顯著下降,a*值顯著上升。這可能是因為藍莓渣中的花色苷在高溫高壓的擠壓過程中發生了降解與轉變[12]。趙學偉[13]研究表明擠壓導致的自身色素的降解或轉變會對最終產品的色差值產生影響。方浩標等[14]研究表明高溫會帶來花色苷的降解。

表6 不同樣品的色差表

2.3 電子鼻香氣分析

電子鼻信號值的變化可能是由不同濃度的芳香化合物的形成引起的[15]。由圖1可見,秈米沖調粉和藍莓渣復合秈米沖調粉的雷達圖類似,但樣品的揮發性氣味在W1W傳感器的響應值明顯。而W1W傳感器所敏感的香氣種類為無機硫化物,表明硫化物在秈米沖調粉和藍莓渣復合秈米沖調粉中的貢獻率大小是導致2種樣品香味存在差異的主要原因。李圓圓等[16]的研究表明秈米經過水熱處理之后電子鼻對氮氧化合物和硫化氫等硫化物比較靈敏。

圖1 不同樣品的電子鼻雷達圖

由圖2可知,在不同樣品揮發性氣味的PCA分析中第1主成分貢獻率為73.44%,第2主成分貢獻率為14.89%,二者總貢獻率為88.33%,說明該結果能夠準確反映出樣品的主要信息,可很好地表征各樣品間的差異性。而圖形的距離遠近代表著不同樣品揮發性氣味的差異大小[17],秈米沖調粉與藍莓渣復合秈米沖調粉相距較近,說明在一定程度上,復配之后的藍莓渣復合秈米沖調粉與秈米沖調粉的風味物質差異不大。這與韓晶等[4]的研究結果相似。

圖2 不同樣品的電子鼻主成分分析圖

2.4 游離氨基酸分析

由圖3可知,藍莓渣復合秈米沖調粉中的游離氨基酸含量低于秈米沖調粉中的游離氨基酸。這可能是因為原料藍莓渣粉中含有的游離氨基酸含量顯著低于秈米粉中的游離氨基酸含量,也可能是因為藍莓渣復合秈米沖調粉在高溫高壓的擠壓膨化過程中游離氨基酸和還原性糖發生了美拉德反應[18],導致含量降低。

圖3 不同樣品的游離氨基酸含量

2.5 靜態流變特性分析

不同樣品液的黏度與剪切速率的關系曲線如圖4所示,所有的樣品液均表現出典型的非牛頓行為和剪切稀化現象,即黏度隨著剪切速率的增大而降低[19]。采用冪律方程對圖5中樣品剪切應力-剪切速率進行擬合,計算參數k和n。其中k為黏性常數,k越大,表明溶液體系的初始黏度越大,即流體阻力越大。n是流態特性指數,當n>l時,溶液體系表現為剪切變稠,為脹塑性流體;當n=l時,溶液體系為牛頓流體;當0

圖4 不同樣品的黏度-剪切速率圖

圖5 不同樣品的剪切應力-剪切速率曲線圖

由表7可知,當剪切速率從0.1 s-1增至100 s-1時,秈米沖調粉和藍莓渣復合秈米沖調粉冪律擬合方程的決定系數分別是0.985 3和0.983 3。秈米沖調粉的k值顯著高于藍莓渣復合秈米沖調粉的k值,表明秈米沖調粉的黏度較高。黏度越高,分子鏈密度越大,體系中越易形成分子間作用力[21,22]。而秈米沖調粉和藍莓渣復合秈米沖調粉的n值均小于1且藍莓渣復合秈米沖調粉的n值顯著低于秈米沖調粉的n值,表明兩種樣品液均為剪切稀化的假塑性流體,且藍莓渣復合秈米沖調粉剪切稀化行為更顯著。

表7 不同樣品的冪律模型擬合參數

2.6 體外消化特性分析

從圖6可以看出,2種樣品粉在同等條件下的0～180 min的淀粉水解曲線趨勢基本一致,藍莓渣復合秈米沖調粉的淀粉水解率低于秈米沖調粉的淀粉水解率。這可能是由于在高溫高壓和擠壓剪切力作用下,淀粉顆粒破碎,直鏈淀粉含量增加,與脂質形成了直鏈淀粉-脂質復合物[23]。該復合物的晶體結構由A型變為V型,更不易消化[24]。此外,藍莓渣中含有大量的膳食纖維,降低了淀粉的消化率[25]。

圖6 不同樣品的淀粉體外消化曲線

在體外消化過程中不同樣品粉的RDS、SDS和RS所占的比例是不同的。從表8可知相較于秈米沖調粉,藍莓渣復合秈米沖調粉的RDS含量下降,SDS含量變化不明顯,RS含量顯著升高。這可能是由于樣品中添加了藍莓渣粉,而藍莓渣中含有大量的膳食纖維,比谷類淀粉更不易消化[26];也可能是因為在擠壓膨化過程中淀粉與脂肪形成了組織緊密且很難被水解的復合物[27],使淀粉的溶解性降低,從而使淀粉的消化吸收率下降。

表8 不同樣品的淀粉體外消化分類

3 結論

藍莓渣復合秈米沖調粉的最優配方為:以7 g膨化粉為基準,木糖醇質量分數為68%,食鹽質量分數為0.85%,麥芽糊精質量分數為21.3%。該配方條件下獲得的藍莓渣復合秈米沖調粉具有藍莓和秈米粉的風味,結塊較少。此外對優化的藍莓渣復合秈米沖調粉進行品質分析,與秈米沖調粉相比,色差結果顯示樣品的L*值和b*值顯著下降,a*值顯著上升;電子鼻檢測結果顯示兩種樣品間香氣差異種類主要為無機硫化物,樣品較秈米沖調粉的硫化物含量有所降低;樣品的游離氨基酸含量較秈米沖調粉降低了22.03 μg/gdw;流變結果表明兩者皆為剪切稀化的假塑性流體,但藍莓渣復合秈米沖調粉的剪切稀化行為更顯著;體外消化結果表明,藍莓渣復合秈米沖調粉較秈米沖調粉的快消化淀粉含量降低了8.23%,抗性淀粉含量升高了8.17%。本研究的不足之處是對藍莓渣復合秈米沖調粉的揮發性有機化合物以及體內消化實驗進行進一步的探究,在之后會通過一些技術手段和小鼠實驗對其有機化合物以及體內消化實驗進行研究。