響應(yīng)面法優(yōu)化糖漬山藥姜片工藝及其質(zhì)構(gòu)特性

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(1.渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,遼寧省食品安全重點實驗室,生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心,遼寧錦州 121013;2.大連中超食品有限公司,遼寧大連 116400)

響應(yīng)面法優(yōu)化糖漬山藥姜片工藝及其質(zhì)構(gòu)特性

蘆宇1,焦天慧1,李萌萌1,崔芷萌1,王維民2,宋丹1,孫彤1,呂長鑫1,*,勵建榮1,*

(1.渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,遼寧省食品安全重點實驗室,生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心,遼寧錦州121013;2.大連中超食品有限公司,遼寧大連116400)

以生姜為原料,通過煮制、糖漬、干燥及包裹山藥粉等工藝制得糖漬姜片。以感官評分為評價指標進行單因素實驗,選取對糖漬姜片感官品質(zhì)影響較大的煮制時間、糖漬時間及卡拉膠添加量3個因素進行Box-Behnken實驗設(shè)計,采用響應(yīng)面法優(yōu)化糖漬姜片工藝并對其質(zhì)構(gòu)特性進行分析。結(jié)果表明:糖漬姜片最優(yōu)條件為姜片厚度4 mm,煮制10 min,添加1.2 mg/mL的K-卡拉膠經(jīng)糖漬11 min,60 ℃干燥4 h,感官評分為85.5分;此時物性指標為硬度22731.70 N,彈性0.46 mm,凝聚性0.45,膠著度10527.90 N,咀嚼性5176.96 N·mm。糖漬姜片軟硬適中,具有生姜山藥雙重營養(yǎng)。

生姜,糖漬,質(zhì)構(gòu),響應(yīng)面,山藥

Abstract:Ginger was taken as main material in this study. The processing of sugar-infused ginger slices includes cooking,sugar infusing,drying and wrapping yam powder. The factors cooking time,sugar infusing time,and concentration of k-carrageenan were chosen to optimize processing of sugar-infused ginger slices by response surface methodology. The results showed that:the sensory evaluation score was 85.5 while ginger thickness,cooking time,concentration of k-carrageenan,sugar infusing time,drying temperature,drying time were 4 mm,10 min,1.2 mg/mL,11 min,60 ℃,4 h. Using the physical device on texture profile analysis of the sugar-infused ginger slices,the hardness was 22731.70 N,the flexibility was 0.46 mm,the cohesiveness was 0.45,the adhesive nature was 10527.90 N,chewiness was 5176.96 N·mm,and product sense perception was best.

Keywords:ginger;sugar infused;texture profile;response surface;yam

生姜(ginger)是姜科姜屬多年生草本植物。生姜中富含鈣、鐵等微量元素和多種維生素,具有溫中止嘔,溫肺止咳,促進血液循環(huán),消炎抗菌等作用,是一種藥食同源的保健佳品[1]。以生姜為原料開發(fā)具有開胃健脾、驅(qū)寒解毒功效的健康食品符合當(dāng)前人們對營養(yǎng)健康的需求?，F(xiàn)有的生姜產(chǎn)品有姜茶、姜脯、姜汁飲料、姜汁軟糖、姜奶茶、生姜精油、姜油樹脂、生姜蛋白酶和紅糖姜片等[2-3],生姜制品市場尚有廣闊的發(fā)展空間;山藥不僅營養(yǎng)豐富且具有健脾、補肺、固腎、益精等功效[4-6]。本文以生姜為原料開發(fā)一種新型休閑食品——糖漬姜片,將山藥粉和糖粉按比例混合,將其均勻覆蓋于糖漬姜片上以賦予產(chǎn)品多重營養(yǎng),不僅能夠豐富生姜制品市場,而且滿足消費者對新型產(chǎn)品的需求。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

生姜、山藥 市售;麥芽糖漿 黃龍食品工業(yè)有限公司;K-卡拉膠 連云港友進食品添加劑技術(shù)開發(fā)有限公司;飲用水 凌海市凌河泉飲用水有限公司;白砂糖 沈陽含飴食品有限公司;以上材料 均為食品級。

UV2700紫外分光光度計 日本島津公司;TA-XT-PLUS質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro Systems公司;GT100X震動球磨儀 北京格瑞德曼儀器設(shè)備有限公司;HPP.L2-600/0.6超高壓 天津市華泰森淼生物工程技術(shù)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 糖漬山藥姜片工藝流程

1.2.2 操作要點 挑選肉質(zhì)肥厚、表面無缺陷的鮮嫩生姜,清洗后去皮,切片,經(jīng)沸水煮制,在60 ℃下預(yù)干燥2 h后取出修整,250 mL麥芽糖漿與水1∶1混勻后添加K-卡拉膠,將姜片放入煮沸糖漿中,取出后一定溫度下干燥1 h,將混合粉均勻敷在姜片表面,繼續(xù)干燥一段時間,取出裝入蒸煮袋真空封口,經(jīng)500 MPa殺菌10 min。

挑選表皮無霉、無機械損傷的新鮮山藥,洗凈后去皮,切成4 mm薄片,采用熱風(fēng)干燥法在60 ℃下干燥6 h,取出研磨后過100目篩,制得山藥粉備用[7]。

將白砂糖經(jīng)1200 r/min研磨2 min過100目篩,山藥粉和糖粉按2∶1的比例混合好備用。

1.2.3 單因素實驗

1.2.3.1 切片厚度確定 取5份厚度分別為3、4、5、6、7 mm的姜片各200 g,放入沸水中煮制10 min,取出后在60 ℃的條件下預(yù)干燥2 h,取出進行修整,將麥芽糖漿與水1∶1混勻后,添加1.0 mg/mL K-卡拉膠,待糖漿沸騰后,將預(yù)干燥后的姜片放入其中熬煮10 min,在60 ℃下干燥1 h,取出待冷卻后裹粉,再繼續(xù)干燥4 h,裝入蒸煮袋,真空封口機進行封口,經(jīng)500 MPa殺菌10 min。測定其水分含量和感官評分。

1.2.3.2 煮制時間確定 取5份厚度為4 mm的姜片各200 g,分別放入沸水中煮制5.0、7.5、10、12.5、15.0 min,取出后在60 ℃的條件下預(yù)干燥2 h,取出進行修整,將麥芽糖漿與水1∶1混勻后,添加1.0 mg/mL K-卡拉膠,待糖漿沸騰后,將預(yù)干燥后的姜片放入其中熬煮10 min,在60 ℃下干燥1 h,其他操作同1.2.3.1。測定其水分含量、姜辣素濃度及感官評分。

1.2.3.3 K-卡拉膠添加量確定 取5份厚度為4 mm的姜片各200 g,放入沸水中煮制10 min,取出后在60 ℃的條件下預(yù)干燥2 h,取出進行修整,將麥芽糖漿與水1∶1混勻后,分別按0、0.5、1.0、1.5、2.0 mg/mL添加K-卡拉膠,待糖漿沸騰后,將預(yù)干燥后的姜片放入其中熬煮10 min,在60 ℃下干燥1 h,其他操作同1.2.3.1。測定其水分含量、感官評分和質(zhì)構(gòu)。

1.2.3.4 熬煮時間確定 取5份厚度為4 mm的姜片各200 g,放入沸水中煮制10 min,取出后在60 ℃的條件下預(yù)干燥2 h,取出進行修整,將麥芽糖漿與水1∶1混勻后,添加1.0 mg/mL K-卡拉膠,待糖漿沸騰后,將預(yù)干燥后的姜片放入其中分別熬煮5、7.5、10、12.5、15 min后,在60 ℃下干燥1 h,其他操作同1.2.3.1。測定其水分含量和感官評分。

1.2.3.5 二次干燥溫度確定 取5份厚度為4 mm的姜片各200 g,放入沸水中煮制10 min,取出后在60 ℃的條件下預(yù)干燥2 h,取出進行修整,將麥芽糖漿與水1∶1混勻后,添加1.0 mg/mL K-卡拉膠,待糖漿沸騰后,將預(yù)干燥后的姜片放入其中熬煮10 min,分別在50、55、60、65、70 ℃條件下干燥1 h,其他操作同1.2.3.1。測定其水分含量和感官評分。

1.2.3.6 二次干燥時間確定 取5份厚度為4 mm的姜片各200 g,放入沸水中煮制10 min,取出后在60 ℃的條件下預(yù)干燥2 h,取出進行修整,將麥芽糖漿與水1∶1混勻后,添加1.0 mg/mL K-卡拉膠,待糖漿沸騰后,將預(yù)干燥后的姜片放入其中熬煮10 min,在60 ℃條件下干燥1 h,取出待冷卻后裹粉,再分別干燥2、3、4、5、6 h,其他操作同1.2.3.1。測定其水分含量和感官評分。

1.2.4 響應(yīng)面優(yōu)化實驗 在單因素實驗基礎(chǔ)上,選取對感官評分影響較大的3個因素(煮制時間、卡拉膠濃度、糖漬時間)為考察因素,以感官評分為響應(yīng)值,采用響應(yīng)面法優(yōu)化糖漬姜片工藝,實驗因素水平見表1。

表1 響應(yīng)面實驗因素水平表Table 1 Tactors and levels table of response surface methodology

1.2.5 測定方法

1.2.5.1 含水率測定 測定方法參照GB 50093-2010《食品安全國家標準-食品中水分的測定》[8]。

1.2.5.2 感官評分 Oey等[9]研究表明,產(chǎn)品的色澤、風(fēng)味和組織狀態(tài)對消費者感官和接受度有重要影響。根據(jù)產(chǎn)品的色澤、形態(tài)、口感和氣味進行綜合評分,優(yōu)選10名評價員,按照感官評定標準對樣品進行評分,感官評定標準見表2。

表2 糖漬姜片感官評分標準Table 2 The sensory scoring criteria of suger ginger

1.2.5.3 質(zhì)構(gòu)測定 采用質(zhì)地多面分析糖漬姜片的硬度、彈性、粘聚性和咀嚼度等物性指標。選取P/50直徑為50 mm圓柱形探頭,測試參數(shù)如下:預(yù)壓速度1 mm/s,下壓速度0.5 mm/s,返回速度1 mm/s,糖漬姜片受壓變形60%,兩次壓縮停頓時間為5 s,觸發(fā)力為5 g,每項指標測定5次[10]。

1.2.5.4 姜辣素含量測定 姜辣素是生姜的主要呈味物質(zhì),其含量直接影響姜的品質(zhì)[11]。目前姜辣素尚無純品,但因香草醛與姜辣素結(jié)構(gòu)相似,且最大吸收波長一致[12],故實驗中選用香草醛作為對照。參照陳莉華[13]等人的測定方法得到香草醛回歸方程y=0.0627x-0.01,R2=0.9991。吸取1 mL待測液至10 mL容量瓶中,用無水乙醇定容,以無水乙醇作空白,在280 nm下測定吸光度,根據(jù)下式計算姜辣素濃度:

式中:C-香草醛濃度,μg/mL;2.001-姜辣素的換算系數(shù);V0-測定樣品液總體積,mL;V1-吸取樣品提取液的體積,mL。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理 上述實驗每組均重復(fù)3次,單因素取平均值作圖,采用Office辦公軟件作圖,IBM SPASS Statistics 22.0 軟件進行方差分析;利用Design-Expert 8.0.1軟件進行響應(yīng)面數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 物料厚度對產(chǎn)品含水率及感官評價的影響 隨著切片厚度的增加,糖漬姜片的含水率逐漸上升。由圖1可知,切片厚度在4～5 mm時含水率上升緩慢。在厚度為4 mm的條件下感官評分最高82.33分,厚度超過4 mm時感官評分明顯下降。切片厚度越大,糖漬姜片水分散失越慢,切片厚度對糖漬姜片的感官評分有較大影響。因此選擇4 mm為最佳切片厚度。

圖1 切片厚度對感官評分、含水率的影響Fig.1 The influence of slice thickness on sensory evaluation score and the moisture content注:圖中同組內(nèi)不同字母表示存在顯著性差異(p<0.05),圖2～圖10同。

2.1.2 煮制時間對產(chǎn)品含水率、姜辣素濃度及感官評價的影響 煮制時間對生姜辛辣味影響較大,從而影響感官評分,且姜辣素是生姜的主要呈味物質(zhì),因此選擇姜辣素作為指標考察煮制時間對產(chǎn)品影響。由圖2和圖3可知,隨著煮制時間延長,含水率呈先上升后趨于平緩的趨勢,姜中的姜辣素隨之溶出,水中的姜辣素呈上升趨勢。煮制時間過短,糖漬姜片口感辛辣,而煮制時間過長,失去生姜原有風(fēng)味,糖漬姜片的感官評分呈先升高后下降趨勢,煮制時間為10 min時,風(fēng)味最佳,感官評價最好。因此,確定煮制時間為10 min。

圖2 煮制時間對含水率的影響Fig.2 The influence of cooking time on moisture content

圖3 煮制時間對感官評分、姜辣素濃度的影響Fig.3 The influence of cooking time on sensory evaluation score and the concentration of gingerol

2.1.3 卡拉膠對產(chǎn)品含水率、感官評價及質(zhì)構(gòu)影響

2.1.3.1 卡拉膠對產(chǎn)品含水率及感官評價影響 由圖4可知,隨著卡拉膠濃度增加,糖漬姜片內(nèi)部水分蒸發(fā)速率減慢,含水率逐漸升高。糖漬姜片的感官評分整體呈先升后降趨勢,卡拉膠濃度在0～1 mg/mL上升速度較快,卡拉膠濃度為1 mg/mL的條件下,糖漬姜片口感最佳。

圖4 卡拉膠濃度對感官評分、含水率的影響Fig.4 The influence of carrageenan concentration on sensory evaluation score and the moisture content

2.1.3.2 卡拉膠對產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)影響 在感官評價基礎(chǔ)上對產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)進行測定,TPA可以通過模擬人口腔的咀嚼運動,對樣品進行兩次壓縮后分析出樣品的硬度、咀嚼性、凝聚性、彈性等與人口感相關(guān)的質(zhì)構(gòu)特性,以便客觀反應(yīng)產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)特性。

硬度是指食品達到一定變形所需的力,是食品保持自身形狀的一種內(nèi)部結(jié)合力[14]。由圖5可知,隨著卡拉膠濃度的不斷升高,糖漬姜片的硬度呈下降趨勢。卡拉膠濃度在0～1 mg/mL范圍內(nèi)變化明顯,當(dāng)卡拉膠濃度上升至1 mg/mL以后,硬度變化平緩。

圖5 卡拉膠濃度對糖漬姜片硬度的影響Fig.5 The influence of carrageenan concentration on hardness of sugar ginger

彈性用來表示反映外力作用時變形及去力后的恢復(fù)程度[15]。由圖6可知,隨著卡拉膠濃度增加,糖漬姜片的彈性呈先升后降趨勢;凝聚性表示在咀嚼過程中產(chǎn)品抵抗破壞所表現(xiàn)出的內(nèi)部結(jié)合力[16]。在不同卡拉膠濃度條件下,糖漬姜片的凝聚性呈先上升后下降并平緩的趨勢。

圖6 卡拉膠濃度對彈性、凝聚性的影響Fig.6 The influence of carrageenan concentration on springiness and cohesiveness

咀嚼度表示固體食品咀嚼到可吞咽的程度所做的功,而膠著度反映了咀嚼糖漬姜片時,糖漬姜片對牙齒、舌頭等接觸面粘著的性質(zhì)[16-17]。由圖7可知,隨著卡拉膠濃度的降低,咀嚼度和膠著度均呈下降趨勢。

圖7 卡拉膠濃度對咀嚼度、膠著度的影響Fig.7 The influence of carrageenan concentration on chewiness and adhesiveness

由感官評分和物性條件綜合選擇K-卡拉膠添加量為1 mg/mL,此時糖漬姜片口感最佳,物性條件最優(yōu)。

2.1.4 糖漬時間對產(chǎn)品含水率及感官評價的影響 糖漬時間對感官評分影響較大,隨著糖漬時間增加,含水率逐漸上升。由圖8可知,糖漬時間在5～10 min時,感官評分上升幅度較大,糖漬10 min其感官評分達到最高83.5分,超過10 min感官評分迅速下降,因此確定最佳糖漬時間為10 min。

圖8 糖漬時間對感官評分、含水率的影響Fig.8 The influence of infuseing time on sensory evaluation score and the moisture content

2.1.5 干燥溫度對產(chǎn)品含水率及感官評價的影響 隨著干燥溫度升高,糖漬姜片中的水分蒸發(fā)加快,含水率逐漸降低。由圖9可知,干燥溫度在50～60 ℃時,感官評分上升幅度較大,在60 ℃時感官評分達到最大值84.67分;當(dāng)干燥溫度超過60 ℃時,糖漬姜片中水分含量降低,姜片口感較硬,使得糖漬姜片感官評分呈下降趨勢,因此確定60 ℃為最佳干燥溫度。

圖9 干燥溫度對感官評分、含水率的影響Fig.9 The influence of drying temperature on sensory evaluation score and the moisture content

2.1.6 干燥時間對產(chǎn)品含水率及感官評價的影響 干燥時間越長,糖漬姜片中含水率越少。由圖10可知,含水率整體呈下降趨勢。國標限制糖霜類蜜餞水分含量應(yīng)低于20%[18],干燥時間在2～5 h含水率蒸發(fā)速度較慢,當(dāng)干燥時間大于5 h時,姜片水分蒸發(fā)較快,含水率迅速降低。干燥時間過長,糖漬姜片口感較硬,對感官評分影響較大;而干燥時間過短,糖漬姜片中水分含量較大而影響口感。因此,感官評分呈先上升后下降趨勢,干燥時間在4～5 h其感官評分變化不大,考慮到提高效率且節(jié)約成本等因素,因此確定4 h為最佳干燥時間。

表4 模型回歸系數(shù)顯著性檢驗Table 4 Analysis of variance of established regression model

注:**表示極顯著(p<0.01);*表示顯著(p<0.05)。

圖10 干燥時間對感官評分、含水率的影響Fig.10 The influence of drying time on sensory evaluation score and the moisture content

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化糖漬山藥姜片制作工藝

2.2.1 模型建立及其顯著性分析 響應(yīng)面實驗結(jié)果見表3。

表3 響應(yīng)面分析實驗設(shè)計與結(jié)果Table 3 Design and results of response surface methodology

對表3中的實驗數(shù)據(jù)進行分析,得到回歸方程為:Y=85.32+0.66A+0.71B+0.67C-0.71AB-0.045AC+0.18BC-3.06A2-1.07B2-0.93C2。

2.2.2 響應(yīng)面交互作用分析 響應(yīng)面圖可直觀反應(yīng)煮制時間和卡拉膠濃度對感官評分影響的整體趨勢,等高線排列的密集程度表明二者變化對糖漬姜片感官評分的影響程度[20]。各因素之間的相互作用對糖漬姜片感官評分影響如圖11所示。圖11(b、c)中各因素交互作用不顯著。由圖11(a)可知,在糖漬時間為10 min時,隨著煮制時間和卡拉膠濃度不斷增加,糖漬姜片的感官評分呈先增后減趨勢且曲線較陡,且等高線呈橢圓形,排列較緊密,煮制時間和卡拉膠濃度的交互作用顯著。

圖11 各因素間交互作用對感官評分的響應(yīng)面和等高線圖Fig.11 Response surface and contour plots for the effect on sensory score

2.2.3 最佳工藝優(yōu)化及驗證實驗 根據(jù)回歸模型得出糖漬姜片最優(yōu)工藝條件:煮制時間10.16 min,糖漬時間10.98 min,K-卡拉膠濃度1.17 mg/mL?？紤]到實際情況,將糖漬姜片的工藝條件修正為:煮制時間10 min,糖漬時間11 min,K-卡拉膠濃度1.2 mg/mL,在此條件下進行3次驗證實驗,得到糖漬姜片的感官評價為85.50分,與預(yù)測值85.60分基本一致,相對誤差為0.12%,此時物性指標分別為硬度22731.70 N,彈性0.46 mm,凝聚性0.45,膠著度10527.90 N,咀嚼度5176.96 N·mm。綜上,說明該模型與實際情況擬合程度較好,能夠反映煮制時間、卡拉膠濃度、糖漬時間和感官評分之間的關(guān)系,可采用該模型對糖漬姜片的感官評分進行預(yù)測和分析[21]。

3 結(jié)論

通過響應(yīng)面分析法優(yōu)化糖漬姜片最佳工藝條件為：切片厚度4 mm,干燥溫度60 ℃,干燥時間4 h,煮制時間10 min,糖漬時間11 min,卡拉膠濃度1.2 mg/mL,感官評分高達85.50分;經(jīng)質(zhì)構(gòu)儀驗證,物性指標分別為硬度22731.70 N,彈性0.46 mm,凝聚性0.45,膠著度10527.90 N,咀嚼度5176.96 N·mm,所制作出的糖漬姜片軟硬適中,風(fēng)味俱佳。

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權(quán)威·核心·領(lǐng)先·實用·全面

Optimizationofsuger-infusedgingerslicestechnologybyresponsesurfacemethodologyanditstextureproperties

LUYu1,JIAOTian-hui1,LIMeng-meng1,CUIZhi-meng1,WANGWei-min2,SONGDan1,SUNTong1,LVChang-xin1,*,LIJian-rong1,*

(1.Food Science and Engineering Institute of Bohai University,Food Safety Key Lab of Liaoning Province,National & Local Joint Engineering Research Center of Storage,Processing and Safety Control Technology for Fresh Agricultural and Aquatic Products,Jinzhou 121013,China;2.Dalian Zhongchao Food Co.,Ltd.,Dalian 116400,China)

TS255.36

B

1002-0306(2017)18-0189-07

2017-02-27

蘆宇(1992-)，女，在讀碩士研究生，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏研究，E-mail：luyu08088@163.com。

*通訊作者:呂長鑫(1965-)，男，碩士，教授，主要從事農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工與食品資源開發(fā)方面的研究，E-mail：lvchangxin6666@163.com。 勵建榮(1964-)，男，博士，教授，主要從事生鮮食品(水產(chǎn)品和果蔬)貯藏加工及質(zhì)量安全方面的研究，E-mail：lijr6491@163.com。

國家重點研發(fā)計劃專項(2016YFD0400805)。

10.13386/j.issn1002-0306.2017.18.036