基于提高類胡蘿卜素穩(wěn)定性的甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊配方優(yōu)化

廖 娜, 張 雁, 唐小俊, 鄧媛元, 劉 光, 魏振承, 鐘立煌, 王佳佳

(廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所;農(nóng)業(yè)農(nóng)村部功能食品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1,廣州 510610) (中原食品實(shí)驗(yàn)室2,漯河 462300)

甜玉米是一類天然全谷物食品,因其含淀粉合成缺陷基因,導(dǎo)致蔗糖、還原糖等可溶性糖在胚乳中大量積累[1],食用時(shí)有較高的甜味,兼具果蔬特征,又稱水果玉米、蔬菜玉米。甜玉米含有豐富的可溶性糖、膳食纖維、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素、礦物質(zhì)及多酚類等營(yíng)養(yǎng)與生物活性成分,富含類胡蘿卜素是其主要營(yíng)養(yǎng)特征之一,其中尤以玉米黃素和葉黃素含量最高[2]。已有研究表明,玉米黃素和葉黃素在保護(hù)視力方面具有獨(dú)到的作用,Bone等[3]發(fā)現(xiàn)人眼視網(wǎng)膜黃斑色素由玉米黃素和葉黃素組成,Ribaya-mercado等[4]研究表明玉米黃素和葉黃素是視網(wǎng)膜黃斑僅有的2種天然類胡蘿卜素,具有吸收對(duì)視網(wǎng)膜黃斑損傷最大的近紫外藍(lán)光的功能;此外,玉米黃素和葉黃素還能淬滅單線態(tài)氧和捕獲活性氧自由基,阻止自由基對(duì)生物膜的侵害,具有特定的抗氧化作用[5,6]。

類胡蘿卜素是具有多個(gè)共軛雙鍵的萜類化合物,由于分子中具有多個(gè)不飽和雙鍵,對(duì)熱、光、氧較為敏感[6]。熱處理是食品加工及制作過程中常見的單元操作和處理手段,已有研究表明,隨著加熱時(shí)間延長(zhǎng)、溫度升高,預(yù)煮、燙漂及滅菌等熱處理可導(dǎo)致甜玉米中的玉米黃素、葉黃素等類胡蘿卜素含量降低[7,8,9]。因此,提高玉米黃素、葉黃素等主要類胡蘿卜素的穩(wěn)定性是提升甜玉米深加工產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù)問題。

玉米糊及沖調(diào)食品是玉米深加工主要產(chǎn)品之一,迄今為止,制作玉米營(yíng)養(yǎng)糊的原料以普通玉米為主,鮮見以甜玉米制作營(yíng)養(yǎng)糊的產(chǎn)品;同時(shí),已有的研究以關(guān)注改善產(chǎn)品沖調(diào)特性為主[10],有關(guān)提高產(chǎn)品中類胡蘿卜素穩(wěn)定性的研究仍然比較欠缺。本研究以新鮮甜玉米為加工糊類沖調(diào)食品的主要原料,選取糖類、蛋白質(zhì)、脂類及天然抗氧化劑等食品輔料及添加劑為配料,分析各食品輔料及添加劑對(duì)熱沖調(diào)過程中主要類胡蘿卜素保留率的影響,優(yōu)化提高產(chǎn)品類胡蘿卜素穩(wěn)定性的營(yíng)養(yǎng)糊配方,以期為甜玉米采后加工和改善玉米深加工產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

甜玉米原料品種為“珠玉甜1 號(hào)”,于2022年6月授粉20 d 商品成熟期采收,采收的新鮮玉米穗當(dāng)日經(jīng)冷藏車運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室,手工分離獲得完整籽粒用于甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊粉制備;蔗糖、羥丙基-β-環(huán)糊精、β-環(huán)糊精、低DE值麥芽糊精(DE≤10)、中DE值麥芽糊精(10

1.2 儀器與設(shè)備

HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋,LG-01型高速中藥粉碎機(jī),GB/T 6003.1—2012型標(biāo)準(zhǔn)篩80目,LC1200型高效液相色譜儀, C30-UG 柱(4.6 mm×250 mm×5 μm),Heraeus Multifuge X1型離心機(jī), DHG-9425A型電熱恒溫鼓風(fēng)干箱, WRH-100TB1S型熱泵干燥機(jī)。

1.3 方法

1.3.1 甜玉米原粉的制作

新鮮甜玉米剝粒、洗凈、蒸汽燙漂5 min,置于熱泵干燥機(jī)于55 ℃干燥8～9 h,至水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%～10%,粉碎過80目篩即得甜玉米原粉。

1.3.2 主要類胡蘿卜素含量測(cè)定及熱處理后保留率計(jì)算

1.3.2.1 樣品處理及玉米黃素和葉黃素的提取

參考李國(guó)琰等[8]、李育楠等[11]方法進(jìn)行玉米黃素、葉黃素的提取,并略加修改,稱取3.00 g甜玉米原粉,準(zhǔn)確計(jì)量,加入30 mL體積分?jǐn)?shù)95%乙醇,在75 ℃水浴提取1 h,8 000 r/min離心體積分?jǐn)?shù)5 min,取全部上清液,在濾渣中加入30 mL體積分?jǐn)?shù)95%乙醇重復(fù)提取,匯集2次上清液,定容至100 mL,經(jīng)0.22 μm有機(jī)濾膜過濾后,用于甜玉米原粉中玉米黃素與葉黃素含量,操作過程中注意避光,于密閉水浴鍋中完成提取。

分別稱取3.00 g的甜玉米原粉及添加配料的甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊粉,并準(zhǔn)確計(jì)量,分別加入其3倍質(zhì)量的60 ℃熱水調(diào)制均勻,隨后置于沸水浴中繼續(xù)熱處理10 min,完成熱處理,冷卻至常溫后,加入30 mL體積分?jǐn)?shù)95%乙醇,75 ℃水浴提取1 h,8 000 r/min 離心5 min,取全部上清液,在濾渣中加入30 mL體積分?jǐn)?shù)95%乙醇重復(fù)提取,匯集2次上清液,定容至100 mL,經(jīng)0.22 μm有機(jī)濾膜過濾后,用于熱處理后甜玉米原粉對(duì)照組以及添加配料樣品組中玉米黃素與葉黃素含量的測(cè)定,操作過程中注意避光,于密閉水浴鍋中完成提取。

1.3.2.2 主要類胡蘿卜素玉米黃素和葉黃素含量測(cè)定及保留率計(jì)算

儀器為L(zhǎng)C1200 高效液相色譜儀,配有DAD 檢測(cè)器,色譜柱為C30-UG 柱(4.6 mm×250 mm×5 μm),流動(dòng)相為乙腈∶甲醇(3∶1,V/V),流速1.00 mL/min,檢測(cè)波長(zhǎng)450 nm, 柱溫35 ℃,進(jìn)樣量20 μL。

標(biāo)準(zhǔn)曲線制作:用體積分?jǐn)?shù)95%乙醇溶解玉米黃素、葉黃素,將其等比例混合配制標(biāo)準(zhǔn)品溶液。以標(biāo)準(zhǔn)品濃度為縱坐標(biāo),峰面積為橫坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。玉米黃素標(biāo)準(zhǔn)曲線線性方程為y=308.610 0x-1.416 5,R2=0.999 9,葉黃素標(biāo)準(zhǔn)曲線線性方程為y=33.759 0x-1.300 8,R2=0.999 4。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線分別計(jì)算樣品中玉米黃素、葉黃素的含量,以干基計(jì),以玉米黃素與葉黃素含量之和計(jì)為主要類胡蘿卜素含量,保留率計(jì)算公式為:

主要類胡蘿卜素保留率=

1.3.3 單因素配料及其添加量

按照不同配比,在甜玉米原粉中添加糖類、蛋白質(zhì)、脂類及抗氧化劑(茶多酚、維生素C)等食品輔料及添加劑,充分混勻配制成甜玉米營(yíng)養(yǎng)粉,單因素及其添加量見表1。

表1 單因素及其添加量

1.3.4 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選取高DE麥芽糊精、大豆分離蛋白、共軛亞油酸甘油酯、茶多酚等4個(gè)因素為自變量,以保留率為響應(yīng)指標(biāo), 根據(jù)Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理,采用4因素3水平的響應(yīng)面分析法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),優(yōu)化配方,因素與水平設(shè)計(jì)見表2。

表2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)的因素與水平

1.3.5 玉米營(yíng)養(yǎng)糊感官評(píng)定

參照馬永軒等[12]、李玲等[13]的方法制定玉米營(yíng)養(yǎng)糊的感官評(píng)分細(xì)則(表3)。由10名有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員組成感官評(píng)定小組,采用100分制評(píng)分法,首先向評(píng)審員詳細(xì)介紹表3中的評(píng)分細(xì)則,然后由10名評(píng)審員對(duì)玉米營(yíng)養(yǎng)糊進(jìn)行評(píng)定。經(jīng)各位評(píng)審員評(píng)分后,除去最高分及最低分,取余下評(píng)分的平均值為感官評(píng)定分值。

表3 玉米營(yíng)養(yǎng)糊感官評(píng)分細(xì)則

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有樣品均設(shè)置3個(gè)重復(fù), 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)值以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用Design Expert 8.0.6響應(yīng)面設(shè)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)分析;采用Microsoft Office Excel2010、Origin 2017 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及制圖;采用SPSS 20軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析,不同英文字母表示差異顯著(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米黃素與葉黃素色譜圖

葉黃素、玉米黃素的標(biāo)準(zhǔn)品溶液及甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊粉中玉米黃素和葉黃素提取液的HPLC 色譜圖如圖1 所示。圖1b、圖1c和圖1d在與圖1a標(biāo)準(zhǔn)品溶液色譜相應(yīng)位置上,有相同保留時(shí)間的葉黃素、玉米黃素色譜峰。此外,基于相同的甜玉米原粉質(zhì)量,熱處理后的提取液圖1c葉黃素、玉米黃色峰高及峰面積明顯小于甜玉米原粉提取液圖1b;添加配料優(yōu)化再熱處理后的提取液圖1d葉黃素、玉米黃色峰高及峰面積雖然不及圖1b,但明顯大于圖1c。可見甜玉米原粉熱處理后葉黃素、玉米黃色損失明顯,而添加食品輔料及添加劑有助于減少其損失、對(duì)玉米黃素和葉黃素有一定的保護(hù)作用。

注: c、d用于提取玉米黃素和葉黃素的玉米營(yíng)養(yǎng)糊中含有的原粉質(zhì)量與b相同。

玉米黃素、葉黃素是甜玉米中主要的類胡蘿卜素,其質(zhì)量占類胡蘿卜素質(zhì)量的60.00%以上[14],甜玉米及其營(yíng)養(yǎng)糊中的類胡蘿卜素主要為玉米黃素和葉黃素,因此以玉米黃素和葉黃素含量之和表示為甜玉米及其營(yíng)養(yǎng)糊的主要類胡蘿卜素含量。

2.2 食品輔料及添加劑單因素對(duì)甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊主要類胡蘿卜素保留率的影響

2.2.1 糖類化合物的影響

蔗糖、β-環(huán)糊精和麥芽糊精等糖類化合物對(duì)甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊主要類胡蘿卜素穩(wěn)定性影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

2.2.1.1 蔗糖的影響

由圖2可知,相較于未添加蔗糖的對(duì)照組,添加蔗糖的玉米營(yíng)養(yǎng)糊熱水沖調(diào)后其主要類胡蘿卜素保留率顯著提高,說明添加蔗糖對(duì)主要類胡蘿卜素?zé)岱€(wěn)定性具有保護(hù)作用,可能是由于蔗糖的添加使得氧在甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊中溶解度降低[15],減弱了玉米黃素與葉黃素因氧化導(dǎo)致的損失,從而提高其保留率。質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.00%即可顯著提高熱處理后主要類胡蘿卜素保留率,隨著添加量增加,保留率呈現(xiàn)增加趨勢(shì),當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到4.00%時(shí),保留率達(dá)到73.44%,相較于空白對(duì)照組提高了13.36%,此后隨著添加量繼續(xù)增加,主要類胡蘿卜素保留率趨于平緩,且與4.00%質(zhì)量分?jǐn)?shù)無顯著差異,因此,可初步確定蔗糖較佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.00%。

注:不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05),余同。圖2 糖類化合物對(duì)主要類胡蘿卜素?zé)岱€(wěn)定性的影響

2.2.1.2 β-環(huán)糊精的影響

β-環(huán)糊精是由7個(gè)D-葡萄糖經(jīng)環(huán)狀聯(lián)結(jié)而成的化合物,其內(nèi)腔疏水性較強(qiáng),可將玉米黃素、葉黃素等疏水性分子包裹于空腔中,避免高溫對(duì)其進(jìn)行破壞,起到提高穩(wěn)定性作用[16,17]。,β-環(huán)糊精實(shí)用性高,是食品行業(yè)最常用的一種環(huán)糊精[18],羥丙基-β-環(huán)糊精是β-環(huán)糊精的醚化衍生物,其水溶性和的包埋能力優(yōu)于β-環(huán)糊精[19]。

由圖3可以看出,分別采用相同的β環(huán)糊精和羥丙基-β-環(huán)糊精質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.02%,主要類胡蘿卜素保留率都得到了提高,其中,羥丙基-β-環(huán)糊精提高主要類胡蘿卜素保留率的效果明顯高于β環(huán)糊精。因此,確定選擇羥丙基-β-環(huán)糊精作為配料,進(jìn)一步分析其添加量對(duì)主要類胡蘿卜素保留率的影響,由圖2可知,隨著羥丙基-β-環(huán)糊精添加量的增加,主要類胡蘿卜素保留率逐漸提高,當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.04%、0.06%、0.08%時(shí),主要類胡蘿卜素的保留率分別為71.25%、71.56%、71.57%,無顯著性差異,而當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.10%時(shí),主要類胡蘿卜素的保留率增加到72.82%,鑒于其保留率與0.04%質(zhì)量分?jǐn)?shù)相比,增加幅度有限,綜合配料成本考慮,初步確定羥丙基-β-環(huán)糊精的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.04%。

圖3 2種β-環(huán)糊精對(duì)主要類胡蘿卜素?zé)岱€(wěn)定性的影響

2.2.1.3 麥芽糊精的影響

麥芽糊精是淀粉的水解產(chǎn)物,其疏水中心的空間位置與甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊主要類胡蘿卜素小分子相適應(yīng),可以對(duì)沖調(diào)過程中玉米營(yíng)養(yǎng)糊的主要類胡蘿卜素進(jìn)行包埋[20],減少高溫對(duì)其造成破壞,提高主要類胡蘿卜素的保留率。因水解程度不同,麥芽糊精具有不同的 DE 值。本研究比較了低DE值(DE≤10)麥芽糊精、中DE值(10

由圖4可知,添加不同DE值麥芽糊精均可提高主要類胡蘿卜素保留率,在添加相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)(5.00%)時(shí),低DE值麥芽糊精對(duì)主要類胡蘿卜素的保護(hù)效果最佳,其次是中DE值麥芽糊精和高DE值麥芽糊精?？赡苁怯捎诘虳E值麥芽糊精水解度低,其中疏水基團(tuán)更多,與玉米黃素、葉黃素等主要類胡蘿卜素結(jié)合部位多,保護(hù)效果最為顯著,添加中DE值麥芽糊精的保留率高于高DE值麥芽糊精,但二者之間無顯著差異,也可能與二者水解度差異不大有關(guān)。實(shí)際操作中,由于低DE值的麥芽糊精溶解性較差、不易分散,中DE值和高DE值麥芽糊精保護(hù)效果接近,其中,高DE值麥芽糊精水溶性最好,不僅對(duì)主要類胡蘿卜素有保護(hù)作用,同時(shí)有利于提高玉米營(yíng)養(yǎng)糊的沖調(diào)性,因此確定高DE值的麥芽糊精作為配料,進(jìn)一步分析高DE麥芽糊精添加量對(duì)主要類胡蘿卜素保留率的影響,由圖2的結(jié)果可知,在高DE麥芽糊精質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.00%～20.00%時(shí),主要類胡蘿卜素保留率隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加呈現(xiàn)升高趨勢(shì),當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.00%時(shí),主要類胡蘿卜素的保留率最高,為72.70% ,繼續(xù)提高質(zhì)量分?jǐn)?shù)至25.00%,保留率保持穩(wěn)定,與20.00%質(zhì)量分?jǐn)?shù)無顯著差異。

圖4 不同DE值麥芽糊精對(duì)主要類胡蘿卜素?zé)岱€(wěn)定性的影響

綜合分析蔗糖、β環(huán)糊精及麥芽糊精等糖類物質(zhì)各單因素對(duì)甜玉米糊主要類胡蘿卜素保留率的影響,表明高DE值麥芽糊精添加量的影響較大,選擇其質(zhì)量分?jǐn)?shù)15.00%、20.00%、25.00%3個(gè)水平進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

2.2.2 蛋白質(zhì)的影響

由圖5可知,添加蛋白質(zhì)對(duì)主要類胡蘿卜素?zé)岱€(wěn)定性具有顯著保護(hù)作用,其保留率均顯著高于未添加蛋白質(zhì)輔料的甜玉米原粉對(duì)照組?？赡苁且?yàn)闊崽幚磉^程中,蛋白質(zhì)分子之間適度交聯(lián)聚集形成一定網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),對(duì)玉米黃素、葉黃素等主要類胡蘿卜素起到了包埋保護(hù)作用[21],從而提高主要類胡蘿卜素的保留率[22,23]。

圖5的結(jié)果表明,隨著蛋白質(zhì)添加量的增加,主要類胡蘿卜素的保留率逐漸提高。當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8.00%時(shí),主要類胡蘿卜素的保留率最高,其中,乳清蛋白組為68.09%,大豆蛋白組為67.76%, 分別比空白對(duì)照組相比提高8.01%、7.68%,當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過8.00%時(shí),主要類胡蘿卜素的保留率基本保持穩(wěn)定,與質(zhì)量分?jǐn)?shù)8.00%時(shí)無顯著差異。分別添加乳清蛋白及大豆分離蛋白,甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊類胡蘿卜素的保留率接近,鑒于大豆分離蛋白的成本較低,因此,綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本和主要類胡蘿卜素穩(wěn)定效果,確定大豆分離蛋白為甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊的蛋白質(zhì)配料,并選擇其質(zhì)量分?jǐn)?shù)6.00%、8.00%、10.00% 3個(gè)水平進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

圖5 蛋白質(zhì)配料對(duì)主要類胡蘿卜素?zé)岱€(wěn)定性的影響

2.2.3 脂類配料的影響

基于玉米黃素、葉黃素等甜玉米主要類胡蘿卜素具有較強(qiáng)的疏水性,可結(jié)合到脂類配料分子內(nèi)部提高熱穩(wěn)定性,本研究分析了大豆卵磷脂及共軛亞油酸酯對(duì)甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊主要類胡蘿卜素保留率的影響。大豆卵磷脂及共軛亞油酸甘油酯分子均具親水基團(tuán)和疏水基團(tuán),具有一定的乳化性,分散在水中可形成呈閉合狀態(tài)的雙分子層囊泡結(jié)構(gòu),玉米黃素及葉黃素與其疏水基團(tuán)結(jié)合進(jìn)入雙分子層內(nèi)部[24],可減少高溫對(duì)上述主要類胡蘿卜素分子造成破壞,從而提高其保留率。

圖6結(jié)果表明,主要類胡蘿卜素的保留率隨著大豆卵磷脂、共軛亞油酸甘油酯添加量的增加呈現(xiàn)先增加后保持穩(wěn)定的趨勢(shì),當(dāng)大豆卵磷脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到0.08%時(shí),主要類胡蘿卜素的保留率達(dá)到70.33%,共軛亞油酸甘油酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到0.06%時(shí),其主要類胡蘿卜素保留率達(dá)到71.53%,相較于空白對(duì)照組分別提高了10.25%、11.45%,隨著添加量繼續(xù)增加,主要類胡蘿卜素的保留率基本保持穩(wěn)定。

圖6 脂類配料對(duì)主要類胡蘿卜素?zé)岱€(wěn)定性的影響

添加共軛亞油酸甘油酯的甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊主要類胡蘿卜素穩(wěn)定性略優(yōu)于大豆卵磷脂,此外,鑒于共軛亞油酸甘油酯在保持共軛亞油酸生理功能和營(yíng)養(yǎng)功能的同時(shí),穩(wěn)定性好、氣味和味道更平和、更易于被人體吸收,綜合考慮保護(hù)效果、營(yíng)養(yǎng)和感官品質(zhì),確定共軛亞油酸甘油酯作為甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊的脂類配料,并選擇其質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.04%、0.06%、0.08% 3個(gè)水平進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

2.2.4 抗氧化劑的影響

抗氧化劑一方面可使甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊中玉米黃素、葉黃素等等主要類胡蘿卜素的氧化酶失去原有的活力[25],另一方面可作為還原劑向主要類胡蘿卜素提供電子[26],以達(dá)到抑制、消除氧化反應(yīng)效果,有效抑制甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊中的主要類胡蘿卜素發(fā)生氧化降解[27]從而提高主要類胡蘿卜素的保留率。本研究分析比較了抗氧化劑茶多酚、維生素C對(duì)甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊中主要類胡蘿卜素保留率的影響。

圖7的結(jié)果表明,添加抗氧化劑的玉米營(yíng)養(yǎng)糊熱水沖調(diào)后其主要類胡蘿卜素保留率均顯著高于對(duì)照組(P<0.05),且隨著抗氧化劑添加量增加,主要類胡蘿卜素保留率呈增加趨勢(shì),其中,茶多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到0.06%時(shí),主要類胡蘿卜素的保留率達(dá)到76.42%,相較于對(duì)照組提高了16.34%,此后隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)增加,主要類胡蘿卜素保留率趨于穩(wěn)定,與0.06%質(zhì)量分?jǐn)?shù)無顯著差異;維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到0.30%時(shí),主要類胡蘿卜素保留率達(dá)到70.10%,此后隨著添加量繼續(xù)增加,主要類胡蘿卜素保留率基本保持穩(wěn)定,相互之間無顯著差異。

添加抗氧化劑茶多酚的甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊主要類胡蘿卜素保留率均高于添加維生素C的實(shí)驗(yàn)組,且茶多酚的添加量更少,可見在甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊中,茶多酚的抗氧化效果相較維生素C有明顯優(yōu)勢(shì),因此,確定茶多酚為甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊的抗氧化劑配料,并選擇其質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.04%、0.06%、0.08% 3個(gè)水平進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

圖7 抗氧化劑對(duì)主要類胡蘿卜素?zé)岱€(wěn)定性的影響

2.3 甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊配方優(yōu)化響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

在單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上,確定蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.00%、羥丙基-β-環(huán)糊精質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.04%,以高DE值麥芽糊精、茶多酚、大豆分離蛋白及共軛亞油酸甘油酯添加量為自變量,以主要類胡蘿卜素保留率為響應(yīng)值,采用響應(yīng)面進(jìn)行四因素三水平的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),共包括29組實(shí)驗(yàn)方案,見表4。

表4 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

續(xù)表4

2.3.2 模型建立與方差分析

采用Design-Expert8.0.6軟件,選擇Box-Behnken Design 模型,對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中各組的主要類胡蘿卜素保留率進(jìn)行回歸分析,得到回歸方程為:

Y=88.37+1.34A+1.57B+0.035C+0.18D-0.12AB+0.62AC+0.65AD+0.65BC-0.76BD+0.53CD-2.66A2-2.55B2-2.26C2-2.25D2。

式中:Y為主要類胡蘿卜素的保留率/%;A為w(高DE麥芽糊精/%);B為w(茶多酚)/%;C為w(大豆分離蛋白)/%;D為w(共軛亞油酸甘油酯)/%。

分析發(fā)現(xiàn),該模型F值為44.87(P<0.000 1),說明所選模型差異極顯著。失擬項(xiàng)P值為0.780 8(P>0.05),失擬項(xiàng)不顯著,表明實(shí)驗(yàn)結(jié)果和該模型的擬合度高,該模型能較好地預(yù)測(cè)主要類胡蘿卜素的保留率(表5)。通過比較F值大小可知,各因素對(duì)主要類胡蘿卜素保留率的影響依次為:B(茶多酚)>A(高DE麥芽糊精)>D(共軛亞油酸甘油酯)>C(大豆分離蛋白),由自變量的P值可知,因素A、B、A2、B2、C2、D2差異極顯著(P<0.001),BD差異較顯著(P<0.01),AC、AD、BC顯著(P<0.05),其他項(xiàng)差異不顯著。

表5 響應(yīng)面回歸模型方差分析

2.3.3 兩因子間交互作用分析

圖8是由響應(yīng)值和各實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)因子構(gòu)成的立體曲面圖,顯示高DE麥芽糊精、茶多酚、大豆分離蛋白以及共軛亞油酸甘油酯中任意2個(gè)變量取零水平時(shí),變量對(duì)玉米主要類胡蘿卜素保留率的影響。

圖8a顯示主要類胡蘿卜素的保留率隨著茶多酚添加量和高DE麥芽糊精添加量的增加而增大,到達(dá)中心點(diǎn)后開始下降。圖8b表明隨著大豆分離蛋白和高DE麥芽糊精添加量的增加,主要類胡蘿卜素的保留率先增大后逐步下降。圖8c表明隨著共軛亞油酸甘油酯添加量的增加,主要類胡蘿卜素的保留率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì),而高DE麥芽糊精添加量對(duì)主要類胡蘿卜素保留率的影響也表現(xiàn)為此趨勢(shì)。圖8d顯示隨著大豆分離蛋白和茶多酚添加量的增加,主要類胡蘿卜素的保留率均有明顯先增加后降低的變化趨勢(shì)。圖8e表明隨著共軛亞油酸甘油酯添加量的增加,主要類胡蘿卜素的保留率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì),隨著茶多酚添加量的增加,保留率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì),且降低趨勢(shì)較為平緩。圖8f顯示隨著共軛亞油酸甘油酯和大豆分離蛋白添加量的增加,主要類胡蘿卜素的保留率均呈現(xiàn)增加后降低的趨勢(shì)。

圖8 高DE值麥芽糊精、茶多酚、大豆分離蛋白及共軛亞油酸甘油酯對(duì)主要類胡蘿卜素保留率影響的響應(yīng)面曲面圖

從等高線密度可以看出,茶多酚的等高線密度最大,其次是高DE麥芽糊精,而共軛亞油酸甘油酯和大豆分離蛋白的等高線密度差異不大,表明茶多酚對(duì)主要類胡蘿卜素保留率的影響最大,其次是高DE麥芽糊精,然后是共軛亞油酸甘油酯和大豆分離蛋白,與表5中得出的方差分析結(jié)果一致。

2.3.4 優(yōu)化配方的確定與驗(yàn)證

通過Design-Expert8.0.6軟件中最大值優(yōu)化法,得到預(yù)測(cè)的甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊經(jīng)熱處理后主要類胡蘿卜素保留率的最佳參數(shù)條件為:高DE麥芽糊精的質(zhì)量分?jǐn)?shù)21.30%,茶多酚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.07 %,大豆分離蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)8.18%,共軛亞油酸甘油酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.06%,蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.00%,羥丙基-β-環(huán)糊精質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.04%,在此條件下制備得到的甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊粉食品經(jīng)熱處理后,主要類胡蘿卜素的保留率預(yù)測(cè)值為(88.79±0.97)%。為了檢驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果,利用優(yōu)化后的參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。優(yōu)化最佳添加量組合為高DE麥芽糊精的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.30%,茶多酚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.07%,大豆分離蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 8.18%,共軛亞油酸甘油酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06%,蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.00%,羥丙基-β-環(huán)糊精質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.04%,在此條件下做3次平行實(shí)驗(yàn),測(cè)得主要類胡蘿卜素保留率為(87.60±1.83)%,與理論預(yù)測(cè)值相差較小。說明該模型可以較好的預(yù)測(cè)甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊熱處理后主要類胡蘿卜素的保留率,驗(yàn)證了優(yōu)化條件的可靠性。

相較于單因素實(shí)驗(yàn),復(fù)配添加后甜玉米類胡蘿卜素保留率明顯提高,原因可能與配料之間的協(xié)同增效有關(guān)。蛋白質(zhì)和糖類化合物配料由于電荷相反相互吸引[28],可將玉米黃素、葉黃素等主要類胡蘿卜素包埋于其微凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中[29],減少高溫的破壞作用,從而提高玉米主要類胡蘿卜素的保留率[30]。油脂和糖類化合物可對(duì)玉米主要類胡蘿卜素提供雙重保護(hù),由于共軛亞油酸甘油酯分子具有親水和疏水基團(tuán),一方面可與甜玉米類胡蘿卜素通過疏水作用形成微乳液[31],另一方面可與麥芽糊精發(fā)生親水相互作用,在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)麥芽糊精對(duì)甜玉米類胡蘿卜素微乳液的包埋[32,33],進(jìn)一步提高甜玉米類胡蘿卜素的熱穩(wěn)定性。

2.4 甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊的感官評(píng)定結(jié)果

表6的感官評(píng)定結(jié)果表明,色澤與香味評(píng)分結(jié)果為12～14分,滋味與口感的得分為15～18分,沖調(diào)性得分均為25分以上,說明甜玉米糊具有穩(wěn)定和良好的色澤、香味、滋味及口感,且沖調(diào)性優(yōu)良。10名評(píng)審員中,9名評(píng)審員的評(píng)分≥85分,說明此配方的甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊受歡迎程度較高。

表6 甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊感官評(píng)定結(jié)果

3 結(jié)論

蔗糖、麥芽糊精及β環(huán)糊精等糖類、大豆分離蛋白及乳清蛋白等蛋白質(zhì)、大豆卵磷脂及共軛亞油酸甘油酯等脂類與茶多酚、維生素C等抗氧化劑對(duì)提高甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊主要類胡蘿卜素保留率均有一定效果。以干基甜玉米原粉為基準(zhǔn),結(jié)合單因素實(shí)驗(yàn)并采用Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),優(yōu)化得到甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊最佳輔料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:蔗糖4.00%,羥丙基-β-環(huán)糊精0.04%,高DE麥芽糊精21.30%,大豆分離蛋白8.18%,共軛亞油酸甘油酯0.06%,茶多酚0.07%,此配方甜玉米營(yíng)養(yǎng)糊熱水沖調(diào)后玉米主要類胡蘿卜素保留率為(87.66±1.83)%。