紫薯沖調(diào)營養(yǎng)粉配方優(yōu)化研究

,, ,,,,,3,*

(1. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,河南鄭州 450002;2.河南省薯類淀粉工程技術(shù)研究中心,河南鄲城 477150;3.農(nóng)業(yè)部大綜糧食加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南鄭州 450002)

紫薯沖調(diào)營養(yǎng)粉配方優(yōu)化研究

范會平1,2,陳月華1,王娜1,趙天學(xué)2,李菲菲1,郭子健1,艾志錄1,3,*

(1. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,河南鄭州 450002;2.河南省薯類淀粉工程技術(shù)研究中心,河南鄲城 477150;3.農(nóng)業(yè)部大綜糧食加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南鄭州 450002)

為了考察并優(yōu)選紫薯沖調(diào)營養(yǎng)粉的最佳配方,在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選定脫脂奶粉、大豆磷脂、羧甲基纖維素鈉、植脂末為影響因子,根據(jù)Box-Behnken中心組合原理設(shè)計(jì)4因素3水平實(shí)驗(yàn),以紫薯營養(yǎng)粉的感官評分為響應(yīng)值進(jìn)行響應(yīng)曲面分析得到紫薯沖調(diào)營養(yǎng)粉各組分的最佳配方。綜合響應(yīng)面和單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,紫薯沖調(diào)營養(yǎng)粉各組分的最佳配方為:脫脂奶粉16%、大豆磷脂0.25%、羧甲基纖維素鈉0.30%、植脂末8%、阿斯巴甜0.17%、稀釋香精15%、麥芽糊精13%,此時(shí)實(shí)測感官評分為89.4與其模型預(yù)測值88.4基本符合。

紫薯全粉,配方優(yōu)化,響應(yīng)曲面,感官評價(jià)

紫薯是一類薯皮呈紫黑色、肉質(zhì)呈紫色至深紫色的營養(yǎng)價(jià)值很高的甘薯新品種。紫薯除富含淀粉和可溶性糖、蛋白質(zhì)、維生素、氨基酸及多種礦物質(zhì)外,還富含有助于加快消化道蠕動(dòng)、預(yù)防痔瘡和癌發(fā)生的纖維素;特別含有具有防癌、抗癌、清除自由基、抗衰老、抗突變、降血壓等生物學(xué)功效的碘、硒元素和花青素等營養(yǎng)物質(zhì),是當(dāng)前無公害、綠色、有機(jī)食品中首推的保健食品[1-4]。紫薯速溶產(chǎn)品擺脫了傳統(tǒng)的紫薯產(chǎn)品制作工藝[5],具有口感細(xì)膩、香味濃郁、營養(yǎng)豐富、攜帶方便、吸收效果好等特點(diǎn),且粉末沖調(diào)的形式迎合消費(fèi)者安全、健康的食品消費(fèi)觀。

作為紫薯精加工后的產(chǎn)物,紫薯全粉保留了紫薯除皮以外的全部干物質(zhì),包括蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、維生素及膳食纖維等,復(fù)水后的紫薯全粉色澤、香氣、滋味、口感與新鮮紫薯蒸熟搗泥的狀態(tài)相同,利用率可達(dá)85%以上[1,6]。本實(shí)驗(yàn)以紫薯全粉為主要原料,添加適量的甜味劑,乳化劑,增稠劑等,研制出了一種可沖調(diào)的紫薯固體飲料,并對其配方進(jìn)行了探討和優(yōu)化分析,以期為紫薯的開發(fā)利用提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

紫薯全粉 河南天豫薯業(yè)有限公司提供;烤紅薯香精 廣州百花香料股份有限公司提供;95%食用酒精、脫脂奶粉、阿斯巴甜、大豆磷脂、羧甲基纖維素鈉、植脂末、麥芽糊精、大豆分離蛋白 明瑞添加劑有限公司提供。

TD-5-A離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠制造;FA2004A分析天平、JA6102電子天平 上海精天電子儀器有限公司;16目和40目金屬篩網(wǎng) 浙江上虞市五四儀器篩具。

表2 沖調(diào)紫薯營養(yǎng)粉感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Criteria for sensory evaluation of purple potato nutrition powder

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)預(yù)處理 稀釋香精的調(diào)配:準(zhǔn)確稱取100.00 g紫薯全粉于托盤中,準(zhǔn)確量取10.00 mL的烤紅薯香精均勻滴入托盤中攪拌,用研磨棒在托盤中研磨使香精與紫薯全粉混合均勻,在室內(nèi)晾干,置于研缽內(nèi)研磨均勻、備用。

1.2.2 紫薯沖調(diào)營養(yǎng)粉工藝流程及操作要點(diǎn) 配料稱量→混合→造粒→一次過篩→晾干→二次過篩→裝袋→成品

以100.00 g混合粉計(jì),分別稱取不同配比梯度的各種配料及補(bǔ)足量的紫薯全粉;將準(zhǔn)確稱量好的除阿斯巴甜外的粉末全部裝入自封袋中,混合均勻后倒入托盤中;將相當(dāng)于混合粉0.17%的阿斯巴甜加入到65 mL一定濃度的食用酒精中攪拌均勻后倒入托盤中使混合粉濕潤完全進(jìn)行造粒;造粒完成后置于16 目的金屬篩網(wǎng)中用手抹壓使其全部通過篩網(wǎng),將過篩后的濕粉在自然條件下攤開晾干,晾干后的顆粒過40 目的金屬篩網(wǎng)裝袋即得成品。

1.3配方研究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 不同配料對紫薯沖調(diào)營養(yǎng)粉的品質(zhì)影響 以(以100.00 g混合粉計(jì),各組分配料添加量分別為阿斯巴甜0.17%、稀釋香精15%、脫脂奶粉20%、大豆磷脂0.20%、CMC-Na 0.1%、植脂末10%、麥芽糊精15%,剩余不足量用紫薯全粉補(bǔ)足)為基本配方,分別變換造粒用食用酒精濃度為70%、75%、80%、85%、90%,脫脂奶粉添加量為10%、15%、20%、25%、30%,大豆磷脂添加量為0、0.1%、0.15%、0.2%、0.25、0.3%,CMC-Na添加量為0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%,植脂末添加量為0、6%、8%、10%、12%、14%,麥芽糊精添加量為0、11%、13%、15%、17%、19%,取15.00 g加入到100 mL冷卻至80 ℃的開水沖調(diào),以感官指標(biāo)、休止角、堆積密度、離心率為評價(jià)指標(biāo)對其進(jìn)行綜合評價(jià),同時(shí)做5個(gè)平行實(shí)驗(yàn)。

1.3.2 紫薯沖調(diào)營養(yǎng)粉配方優(yōu)化 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,根據(jù)Box—Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理選取脫脂奶粉添加量、大豆磷脂添加量、CMC-Na添加量、植脂末添加量為自變量,建立四因素三水平的Box-Benhnken中心組合實(shí)驗(yàn),以紫薯營養(yǎng)粉的感官綜合評分為響應(yīng)值,各因素的三水平采用-1、0、1進(jìn)行編碼,如表1。

表1 響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)因素水平和編碼Table 1 Independent variables and their levels used in the response surface design

1.4紫薯營養(yǎng)粉品質(zhì)的判定指標(biāo)

1.4.1 感官評價(jià):準(zhǔn)確稱量15.00 g紫薯營養(yǎng)粉用100 mL冷卻至80 ℃的開水沖調(diào)樣品,由6個(gè)人組成的感官評審小組對產(chǎn)品進(jìn)行感官評價(jià)。感官評分指標(biāo)為色澤、滋氣味、甜度、口感、沖調(diào)性、溶解性、穩(wěn)定性,總分100分,評分標(biāo)準(zhǔn)見表2[7]。

1.4.2 休止角 休止角越小,摩擦力越小,流動(dòng)性越好。休止角的測定參考韓仲琦[8]的方法進(jìn)行。

θ=tan-1h/(d/2)

式(1)

式(1)中:θ-休止角;h-粉體的高度,cm;d/2-粉體的半徑,cm。

1.4.3 堆積密度 堆積密度越小,顆粒越蓬松,空隙率越大,粒度越大,沖調(diào)性越好。堆積密度的測定參照袁勁松等[9]的方法進(jìn)行。

1.4.4 離心率 離心率越小,紫薯營養(yǎng)粉的穩(wěn)定性越好。離心率的測定參照劉婷婷[10]等的方法進(jìn)行。

表3 食用酒精濃度對紫薯營養(yǎng)粉品質(zhì)的影響Table 3 Effect of edible alcohol concent on the quality of purple sweet potato power

注:同列中不同字母表示差異顯著(p<0.05)。

式(2)

式(2)中:M1-沉淀物的質(zhì)量,g;M2-紫薯營養(yǎng)粉液的質(zhì)量,g。

1.5數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2013、SPSS 23.0及Design-Expert6.05數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1食用酒精濃度對紫薯營養(yǎng)粉品質(zhì)的影響

結(jié)果如表3所示:隨著酒精濃度的增加堆積密度顯著減小(p<0.05),原因可能是隨著造粒過程中食用酒精濃度提高酒精揮發(fā)速度加快,產(chǎn)品顆粒內(nèi)部孔隙增大、堆積密度減小、沖調(diào)性變好。離心率先增加且在酒精濃度為75%時(shí)達(dá)到最大值后逐漸減小;但休止角卻無顯著變化;感官評分先上升后逐漸下降,且在濃度為80%時(shí)達(dá)到最大值。因此,選定食用酒精的濃度為80%。

2.2脫脂奶粉添加量對紫薯營養(yǎng)粉品質(zhì)的影響

脫脂奶粉不僅是蛋白質(zhì)的來源且熱值低、口感好,含有豐富的鈣和磷,對心血管、消化道疾病能起到輔助治療作用[11-12]。結(jié)果如表4所示:隨著脫脂奶粉添加量的增加,堆積密度、休止角、離心率均顯著下降(p<0.05),原因可能是脫脂奶粉添加量的增加改善了紫薯營養(yǎng)粉的沖調(diào)性,使得紫薯營養(yǎng)粉的表面狀態(tài)、空隙率發(fā)生變化、顆粒之間的內(nèi)摩擦力和黏附性減小[13];感官評分整體先上升后逐漸下降且在脫脂奶粉添加量為15%時(shí)達(dá)到最大值。因此,選定脫脂奶粉的添加量為15%。

2.3大豆磷脂添加量對紫薯營養(yǎng)粉品質(zhì)的影響

大豆磷脂作為一種生物活性物質(zhì)具有很好的乳化功能和營養(yǎng)價(jià)值,能滋補(bǔ)大腦,促進(jìn)兒童生長、增強(qiáng)記憶力,對治療神經(jīng)衰弱、頭暈眼花和偏頭痛也有一定的作用[14]。結(jié)果如表4所示:隨著大豆磷脂添加量的增加紫薯沖調(diào)營養(yǎng)粉的堆積密度(添加量為0.30%有所下降，但不顯著)、休止角、離心率(添加量為0.30%有所下降，但不顯著)均顯著增大(p<0.05),原因可能是大豆磷脂具有聚合作用可以和多種物質(zhì)如糖、蛋白質(zhì)等生成團(tuán)聚物質(zhì),改變了產(chǎn)品的表面狀態(tài)、空隙率增大[15]。感官評分先上升后下降且在添加量為0.20%時(shí)達(dá)到最大值。綜合考慮,選定大豆磷脂添加量為0.20%。

2.4 CMC-Na添加量對紫薯營養(yǎng)粉品質(zhì)的影響

CMC-Na不僅是良好的穩(wěn)定劑、增稠劑,且能提高產(chǎn)品風(fēng)味,延長貯藏時(shí)間[16]。結(jié)果如表4所示:隨著CMC-Na添加量的增加堆積密度(除添加量為0.50%外)整體無顯著差異,離心率(除添加量為0.30%外)和整體無顯著差異且感官評分在0.30%達(dá)到最大值。綜合考慮,選定CMC-Na的添加量為0.30%。

2.5植脂末添加量對紫薯營養(yǎng)粉品質(zhì)的影響

植脂末速溶性、協(xié)調(diào)性好、“奶”味強(qiáng),在食品加工中可代替奶粉或減少用奶量,從而在保持產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定的前提下,可降低生產(chǎn)成本。植脂末已廣泛用于奶茶、奶粉、麥片等食品中[17]。結(jié)果如表4所示:隨著植脂末添加量的增加堆積密度顯著上升(p<0.05);而離心率顯著下降(p<0.05),原因可能是植脂末改善了產(chǎn)品的內(nèi)部組織、增加了產(chǎn)品的溶解分散性;感官評分先上升后下降且在8%時(shí)達(dá)到最大值。因此,選定植脂末的添加量為8%。

2.6麥芽糊精添加量對紫薯營養(yǎng)粉品質(zhì)的影響

麥芽糊精能使產(chǎn)品具有良好的口感,速溶增稠乳化效果好,避免沉淀分層現(xiàn)象,延長保質(zhì)期,固體飲料中的參考用量為10%～30%[18]。結(jié)果如表4所示:隨著麥芽糊精添加量的增加堆積密度顯著上升(p<0.05)、離心率顯著下降(p<0.05),原因可能是麥芽糊精具有較好的乳化作用和增稠效果增加了產(chǎn)品的粘稠度、增強(qiáng)了產(chǎn)品的分散性和溶解性;休止角和感官評分都是先上升后下降且休止角和感官評分都在13%時(shí)達(dá)到最大。因此,選定麥芽糊精的添加量為13%。

2.7紫薯營養(yǎng)粉各組分添加量優(yōu)化

2.7.1 Box-Behnken優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,由Design-Expert6.05統(tǒng)計(jì)分析軟件設(shè)計(jì)出的實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果如表5所示,以脫脂奶粉添加量(A)、大豆磷脂添加量(B)、CMC-Na添加量(C)、植脂末添加量(D)為自變量,以紫薯沖調(diào)營養(yǎng)粉的感官評分為響應(yīng)值,建立四因素三水平中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)共包括29個(gè)實(shí)驗(yàn)方案,其中24個(gè)析因?qū)嶒?yàn)點(diǎn),5個(gè)中心實(shí)驗(yàn)點(diǎn),用以計(jì)算實(shí)驗(yàn)誤差。

表4 各組分添加量對紫薯營養(yǎng)粉品質(zhì)的影響Table 4 Effect of addition of components on the quality of purple sweet potato power

注:同列不同小節(jié)中不同字母表示差異顯著(p<0.05)。

表5 響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案及結(jié)果Table 5 Matrix and experimental results of response surface methodology

表6 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)和方差分析Table 6 Significance test for each regession coefficent and variance analysis

注:R2=0.9531,R2(Adj)=0.9062。***-極顯著,*-顯著。

2.7.2 回歸方程擬合及方差分析 采用Design-Expert6.05統(tǒng)計(jì)軟件對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,回歸分析結(jié)果見表6,對各因素回歸擬合后,得到方程:

Y=-329.35833+14.99A+1008.33333B+125.33333C+39.55D-11AB+2AC-0.1AD+200BC-7.5BD+2.5CD-0.353A2-1680B2-370C2--2.26875D2

式(3)

2.7.3 紫薯營養(yǎng)粉的響應(yīng)面優(yōu)化分析 根據(jù)二次回歸方程,建立響應(yīng)面圖(部分圖見圖1)。結(jié)果表明:除大豆磷脂和脫脂奶粉的交互作用顯著外,四因素的其它兩兩交互均具有無明顯交互作用,且隨著其中某一組分的添加量的增加紫薯營養(yǎng)粉的感官評分均呈先增大后變小趨勢。響應(yīng)面均是開口向下的凸面,說明存在各因素的取值范圍內(nèi)存在感官評價(jià)的最大值。

圖1 不同因子對感官評分影響的響應(yīng)曲面圖Fig.1 Response surface plot of different factors on sense yield

2.7.4 最佳條件的確定和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 由響應(yīng)曲面分析得出紫薯沖調(diào)營養(yǎng)粉的最佳添加量為:脫脂奶粉 15.95%,大豆磷脂0.25%、CMC-Na 0.30%、植脂末8.14%。在此條件下紫薯營養(yǎng)粉的預(yù)測感官評分為88.4。為了驗(yàn)證回歸模型的有效性,根據(jù)推斷的最佳工藝參數(shù)和實(shí)際操作過程中的可行性,以脫脂奶粉16%、大豆磷脂0.25%、CMC-Na 0.30%、植脂末8%進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。實(shí)測感官評分分別為88.0、89.0、89.0、91.0和90.0,測定結(jié)果穩(wěn)定、偏差較小且數(shù)據(jù)重現(xiàn)性較好，平均值為89.4，與模型預(yù)測值88.4較接近。這充分反映該模型是合理有效的,能夠?yàn)閷?shí)際操作提供良好的指導(dǎo)。

3 結(jié)論

在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,將響應(yīng)面法應(yīng)用于紫薯沖調(diào)營養(yǎng)粉的配方優(yōu)化研究,得到紫薯沖調(diào)營養(yǎng)粉各組分的最佳添加量為:脫脂奶粉 16%、大豆磷脂0.25%、CMC-Na 0.30%、植脂末8%、阿斯巴甜0.17%、稀釋香精15%、麥芽糊精13%、紫薯全粉47.3%,此時(shí)紫薯沖調(diào)營養(yǎng)粉實(shí)測感官評分為89.4與其預(yù)測值88.4基本符合。

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Formulaoptimizationofnutritionpowerofpurplesweetpotato

FANHui-ping1,2,CHENYue-hua1,WANGNa1,ZHAOTian-xue2,LIFei-fei1,GUOZi-jian1,AIZhi-lu1,3,*

(1.College of Food Science and Technology,Henan Agricultural University,Zhengzhou,450002,China; 2.Henan Engineering Research Center for Potato Starch,Dancheng,477150,China;3.Key Laboratory of Staple Grain Processing,Ministry of Agriculture,Zhengzhou 450002,China)

In order to optimize the formula of purple sweet potato nutrition power,the experiment were arranged according to Box-Behnken central composite experiment design. Four independent factors of additive amount,such as the skimmed milk powder,the soybean phospholipids,the carboxymethylcellulose sodium,the non-dairy creamer were considered on the basis of single factor experiments. The results showed that the optimum formula of purple sweet potato power were as follows:skimmed milk powder 16%,soybean phospholipids 0.25%,carboxymethylcellulose sodium 0.30%,non-dairy creamer 8%,aspartame 0.17%,diluted roasted flavor 15%,maltodextrin 13%. The experimental composite score 89.4 was in good agreement with its predicted value 88.4 by model.

purple potato;powder formula optimization;response surface methodogy;sensory evaluation

2017-01-17

范會平(1972-),女,博士,副教授,研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏、功能活性成分開發(fā)與應(yīng)用，E-mail:fanhuiping1972@hotmail.com。

*通訊作者:艾志錄(1965-),男,博士,教授,研究方向：農(nóng)產(chǎn)品精深加工，E-mail:zhilafood@sina.com。

科技部“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)(2016YFN010104);河南省科技廳重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(162102110062)。

TS255.1

:A

:1002-0306(2017)17-0182-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.17.035