陳樹(shù)俊,王翠連,李佳益,張君梅,李 樂(lè),石 玥
(山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,山西 太原 030006)
紅棗又稱(chēng)中華大棗、棗、華棗,是鼠李科棗屬植物棗樹(shù)的果實(shí),含有極其豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),素有“木本糧食,滋補(bǔ)佳品”之美稱(chēng),在我國(guó)歷史上,棗與桃、杏、李、栗一起,并稱(chēng)為“五果”,同時(shí)也具有重要的食用和藥用價(jià)值。紅棗含Vc、總酚、膳食纖維、黃酮、環(huán)磷酸腺苷等多種生理活性物質(zhì),能夠降低膽固醇,抑制癌細(xì)胞增殖,并延緩衰老[1]。牛林茹[2]研究表明,木棗總糖含量最高,達(dá)到了84.9%。白冰瑤等[3]研究表明,紅棗中膳食纖維有改善小鼠功能性便秘和調(diào)節(jié)腸道菌群功能。楊云舒等[4]研究表明,紅棗中黃酮具有抗氧化作用。XUE[5]研究發(fā)現(xiàn),紅棗不同組織提取物的抗氧化能力與總酚、總黃酮含量有關(guān)。鈣果,又稱(chēng)歐李,別名山梅子、小李仁,是我國(guó)特有的一種果藥兼用野生果樹(shù),屬薔薇科櫻桃屬落葉小灌木,因其鈣元素含量高于其他水果,故稱(chēng)為鈣果,素有“綠色天然鈣粉”之稱(chēng)[6]。李曉亮[7]研究表明,鈣果礦質(zhì)元素含量大小順序?yàn)镃a>Mg>Fe>Cu>Mn>Zn>Se,鈣元素含量是蘋(píng)果的8.86倍;程霜[8]研究發(fā)現(xiàn),鈣果中多酚物質(zhì)通過(guò)消除自由基方式從而抑制因自由基所產(chǎn)生的生物膜、脂蛋白和血清白蛋白氧化損傷;馮媛媛[9]研究表明,鈣果中Vc、有機(jī)酸、蛋白質(zhì)含量較高,礦物質(zhì)豐富,其中鈣主要存在形式為水溶鈣、活性鈣,粗纖維含量較低,是一種低纖維水果。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)紅棗、鈣果汁制備方法研究已經(jīng)非常成熟,但是對(duì)這2種果汁的復(fù)配飲料的制備鮮有報(bào)道,尤其使用模糊數(shù)學(xué)綜合感官評(píng)價(jià)法進(jìn)行復(fù)配更是少之又少。
本研究依據(jù)紅棗水分、總酸、總糖、還原糖、黃酮含量,篩選山西木棗、新疆和田玉棗、山東金絲小棗;對(duì)最佳原材料選用響應(yīng)曲面法確定果膠酶與纖維素酶復(fù)合酶酶解紅棗汁工藝條件,對(duì)鈣果原漿稀釋制備成鈣果汁;最后采用正交試驗(yàn)和模糊數(shù)學(xué)綜合感官評(píng)價(jià)法對(duì)紅棗汁和鈣果汁進(jìn)行復(fù)配,旨在研發(fā)一種酸甜可口、營(yíng)養(yǎng)豐富、老少皆宜的新型飲料。
山西木棗購(gòu)于山西臨縣;新疆和田玉棗購(gòu)于新疆烏魯木齊;山東金絲小棗購(gòu)于山東濱州;鈣果原漿購(gòu)于山西廈普賽爾食品飲料股份有限公司。
果膠酶(40 000 U/g)、纖維素酶(30 00 U/g)為北京索萊寶科技有限公司產(chǎn)品;鄰苯二甲酸氫鉀、NaOH、酚酞、1%酚酞指示劑、DNS、葡萄糖、碘-碘化鉀、堿性酒石酸銅甲液、堿性酒石酸銅乙液、亞硝酸鈉、蘆丁、乙醇、硝酸鋁、檸檬酸、黃原膠、F-T-50蛋白糖均為分析純;蒸餾水等。
DHG-9240A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏試驗(yàn)設(shè)備有限公司);UV-2010型紫外分光光度計(jì)(美國(guó)優(yōu)尼科儀器有限公司);FE20實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)(梅特勒-托多利儀器有限公司);JA1203N型精密電子天平(上海良平儀器儀表有限公司);HRHS24-Haier電熱恒溫水浴鍋(青島海爾醫(yī)用低溫科技有限公司);TDL-5型臺(tái)式離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠);81-2型恒溫磁力攪拌器(上海司樂(lè)儀器廠)。
1.3.1 木棗汁制備
1.3.1.1 酶解單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì) 其參考文獻(xiàn)[15-17]進(jìn)行。以木棗汁可溶性固形物為指標(biāo),考察料液比(1∶3,1∶4,1∶5,1∶6,1∶7(g/mL))、復(fù)合酶添加量(600,1 200,1 800,2 400,3 000 mg/L)、酶解時(shí)間(2,2.5,3,3.5,4h)3因素對(duì)指標(biāo)的影響。酶解初始條件料液比為1∶6(g/mL),復(fù)合酶添加量為1 800 mg/L,溫度為50℃,酶解時(shí)間為2 h,采用控制變量法進(jìn)行單因素條件篩選。
1.3.1.2 酶解響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì) 利用Box-Behnken Design試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理[18-20],以木棗汁可溶性固形物提取率為響應(yīng)值,在1.3.1.1單因素試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上,選取料液比、復(fù)合酶添加量、酶解時(shí)間3個(gè)因素為自變量,設(shè)計(jì)3因素3水平響應(yīng)面分析試驗(yàn)。試驗(yàn)因素水平表如表1所示。
表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平
1.3.2 鈣果汁制備 以鈣果汁可溶性固形物為指標(biāo),對(duì)鈣果原漿按一定料液比(1∶3,1∶4,1∶5,1∶6,1∶7(g/mL))進(jìn)行稀釋?zhuān)_定合適的料液比。
1.3.3 木棗、鈣果汁復(fù)配
1.3.3.1 復(fù)配調(diào)配劑量單因素試驗(yàn) 其參考文獻(xiàn)[21-26]進(jìn)行。以感官評(píng)價(jià)表2為評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),選取黃原膠添加量(0.05%,0.1%,0.15%,0.2%,0.25%,0.3%)、F-T-50蛋白糖添加量(0.101%,0.103%,0.105%,0.107%,0.109%,0.111%)、檸檬酸鈉添加量(0.01%,0.015%,0.02%,0.025%,0.03%,0.035%)3因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)。調(diào)配劑量初始條件黃原膠0.2%,F(xiàn)-T-50蛋白糖0.105%,檸檬酸鈉0.02%,采用控制變量法確定單因素最佳條件。
表2 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)
1.3.3.2 復(fù)合調(diào)配劑添加量正交優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)選取黃原膠、F-T-50蛋白糖、檸檬酸鈉添加量3因素,在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上,以感官評(píng)價(jià)值為評(píng)價(jià)指標(biāo),設(shè)計(jì)L9(34)正交試驗(yàn),因素水平表列于表3。
表3 正交試驗(yàn)因素水平 %
1.3.4 模糊數(shù)學(xué)綜合感官評(píng)價(jià)法確定復(fù)合飲料最佳配方 參考文獻(xiàn)[27-33]方法,采用正交試驗(yàn)和模糊數(shù)學(xué)綜合感官評(píng)價(jià)法相結(jié)合,對(duì)木棗鈣果復(fù)合飲料進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。該產(chǎn)品質(zhì)量由口感、色澤、香氣和組織形態(tài)4因素組成。對(duì)每個(gè)因素按優(yōu)、良、中、差4個(gè)等級(jí)進(jìn)行評(píng)定,本試驗(yàn)中m1~m4代表優(yōu)、良、中、差4 個(gè)等級(jí),即 M={優(yōu),良,中,差}={90,80,70,60}。采用強(qiáng)制決定法確定木棗鈣果復(fù)合飲料各因素權(quán)重(表 4),即 V={0.28,0.26,0.25,0.21},權(quán)重結(jié)果是口感>色澤>香氣>組織形態(tài)。
表4 感官指標(biāo)權(quán)重分配
評(píng)價(jià)小組由10名按照GB/T16291.1—2012嚴(yán)格訓(xùn)練的食品專(zhuān)業(yè)人員組成,參照GB/T13868—2009/ISO8589:2007中所要求的試驗(yàn)環(huán)境條件下對(duì)復(fù)合飲料按質(zhì)量特性逐一進(jìn)行評(píng)價(jià),對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果匯總建立模糊數(shù)學(xué)矩陣 Ri,其中,i=1,2,3,4,5,6,7,8,9,為樣品編號(hào),每一行代表一個(gè),評(píng)價(jià)因素的評(píng)價(jià)結(jié)果采用模糊數(shù)學(xué)綜合感官評(píng)價(jià)方法進(jìn)行分析,具體感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)NY82.2—1988并稍作修改(表5)。
表5 復(fù)合飲料感官評(píng)價(jià)
水分含量測(cè)定參考王永華等[10]測(cè)定方法進(jìn)行;可滴定酸測(cè)定參考曹建康等[11]方法進(jìn)行;總糖測(cè)定參考田芳年[12]方法進(jìn)行;還原糖測(cè)定采用直接滴定法[13](GB/T 5009.7—2008)進(jìn)行;黃酮測(cè)定參考文獻(xiàn)[14]的方法進(jìn)行。
本試驗(yàn)中每組試驗(yàn)3次重復(fù),以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差作為最后數(shù)據(jù)。采用Excel與Origin 8.0軟件進(jìn)行分析作圖,采用Design-Expert v8.0.6統(tǒng)計(jì)軟件處理數(shù)據(jù),采用SPSS20.0軟件進(jìn)行方差分析。
由表6可知,山西木棗的水分含量、總酸以及黃酮含量較高;總糖低于金絲小棗和新疆和田玉棗;還原糖略低于金絲小棗,高于新疆和田玉棗。綜合經(jīng)濟(jì)、營(yíng)養(yǎng)等各方面,選擇山西木棗作為后期試驗(yàn)的最佳原材料。
表6 3種棗營(yíng)養(yǎng)成分含量
2.2.1 料液比對(duì)木棗可溶性固形物提取率的影響
由圖1可知,在料液比低于1∶6(g/mL)時(shí),木棗提取率呈上升趨勢(shì);當(dāng)料液比大于1∶6(g/mL)時(shí),木棗提取率隨加水量變化趨于平緩。這是由于在以上酶解條件下料液比達(dá)到1∶6(g/mL)時(shí),木棗中可溶性固形物基本完全溶出。故選取最佳料液比為1∶6(g/mL)。
2.2.2 復(fù)合酶添加量對(duì)木棗可溶性固形物提取率的影響 從圖2可以看出,隨復(fù)合酶添加量增加,木棗提取率增加;當(dāng)復(fù)合酶添加量達(dá)到1 800 mg/L時(shí),木棗提取率達(dá)到最大,當(dāng)復(fù)合酶添加量再增加時(shí)提取率趨于平緩。這主要是由于隨復(fù)合酶添加量增加,木棗果肉中果膠物質(zhì)被分解增多,可溶性固形物溶出量也相應(yīng)增多[18],當(dāng)復(fù)合酶添加量達(dá)到1 800 mg/L時(shí),果膠物質(zhì)基本分解完畢,再增加復(fù)合酶添加量對(duì)可溶性固形物溶出影響不大。因此,選取最佳復(fù)合酶添加量為1 800 mg/L。
2.2.3 酶解時(shí)間對(duì)木棗可溶性固形物提取率的影響 由圖3可知,酶解2.5 h時(shí),紅棗可溶性固形物提取率達(dá)到最高值,當(dāng)酶解時(shí)間超過(guò)2.5 h時(shí),木棗可溶性固形物提取率減小后緩慢增加,這是由于隨酶解時(shí)間增加,木棗中可溶性固形物基本被提取出來(lái),時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)木棗可溶性固形物提取影響不大。因此,選取酶解最佳時(shí)間為2.5 h。
2.3.1 模型建立和顯著性檢驗(yàn) 使用Design-Expert v8.06統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)表7木棗可溶性固形物提取率試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合,得到回歸曲線(xiàn),并進(jìn)行數(shù)學(xué)模型建立和統(tǒng)計(jì)分析。木棗可溶性固形物提取率的回歸方程為Y=74.87+1.00A+0.88B+0.50C+1.49AB+0.82AC+0.24BC-3.09A2-3.70B2-2.30C2。對(duì)回歸曲線(xiàn)進(jìn)行方差分析,結(jié)果列于表8。
表7 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及其結(jié)果
由表8可知,P模型<0.000 1,說(shuō)明本試驗(yàn)建立的二次多項(xiàng)回歸模型達(dá)到極顯著水平,P失擬項(xiàng)=4.18>0.05,表明在P=0.05水平上不顯著,模型校正系數(shù)R2Adj=0.915 7,說(shuō)明此模型可以解釋91.57%的響應(yīng)值變化,只有總變異的8.43%不能用該模型解釋?zhuān)纱苏f(shuō)明,該模型擬合程度較好,能夠客觀地預(yù)測(cè)和分析復(fù)合酶對(duì)木棗可溶性固形物隨各因素的變化規(guī)律。由表 8 還可知,A,B,C,A2,B2,C2以及交互項(xiàng)AB影響顯著。依據(jù)系數(shù)估計(jì)值絕對(duì)值大小可知,對(duì)木棗可溶性固形物提取率影響主次順序?yàn)榱弦罕龋緩?fù)合酶添加量>酶解時(shí)間。
表8 回歸模型方差分析
2.3.2 響應(yīng)面結(jié)果分析 使用Design-Expert v 8.06數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件分析,得到木棗可溶性固形物提取率與各因素之間響應(yīng)面結(jié)果如圖4所示。在響應(yīng)面圖中,響應(yīng)面曲面越陡峭表示該試驗(yàn)因素對(duì)響應(yīng)值的影響越顯著。響應(yīng)面中等高線(xiàn)隨響應(yīng)面的變化而變化,其曲線(xiàn)越接近中心對(duì)應(yīng)的響應(yīng)值越大。
圖4-a表示固定酶解時(shí)間2.5 h,料液比和復(fù)合酶添加量對(duì)木棗可溶性固形物提取率的影響。由圖4-a可知,A,B的交互作用顯著,隨料液比和復(fù)合酶添加量增加,可溶性固形物的提取率呈先升高后下降的趨勢(shì);得出最佳水平范圍,即料液比(1∶6)~(1∶6.5)(g/mL),復(fù)合酶添加量為 1800~2000mg/L。
圖4-b表示固定料液比1∶6(g/mL),復(fù)合酶添加量和酶解時(shí)間對(duì)紅棗可溶性固形物提取率的影響。由圖4-b可知,B,C交互作用不顯著,隨酶解時(shí)間和復(fù)合酶添加量增大,可溶性固形物提取率呈上升趨勢(shì),當(dāng)達(dá)到某一值時(shí)曲面緩慢下降,表明隨酶解時(shí)間延長(zhǎng),復(fù)合酶添加量增大抑制酶解反應(yīng),從而影響可溶性固形物提取。由圖4-b可確定最佳水平范圍,即復(fù)合酶添加量為1 800~2 000 mg/L,酶解時(shí)間為2.4~2.8 h。
圖4-c表示固定復(fù)合酶添加量1 800 mg/L,料液比和酶解時(shí)間對(duì)紅棗可溶性固形物提取率的影響。圖4-c顯示,A,C交互作用不明顯。隨料液比和酶解時(shí)間增大,木棗可溶性固形物提取率呈先上升后緩慢下降趨勢(shì)。圖4-c可確定最佳水平范圍,即酶解時(shí)間 2.4~2.8h,料液比(1∶6)~(1∶6.5)(g/mL)。
以木棗可溶性固形物提取率為指標(biāo),依據(jù)Design-Expert v8.06統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)回歸方程求解,得復(fù)合酶添加量對(duì)木棗可溶性固形物提取率最優(yōu)條件參數(shù),其分別為:料液比 1∶6.22(g/mL),酶解時(shí)間2.58 h,復(fù)合酶添加量1 901.49 mg/L,此條件下,最大提取率可達(dá)75.10%。為了方便實(shí)際操作,可將試驗(yàn)條件矯正為:料液比 1∶6(g/mL),酶解時(shí)間 2.6 h,復(fù)合酶添加量1900mg/L。在上述最優(yōu)條件下做3次重復(fù)試驗(yàn),得到可溶性固形物提取率為74.87%。該結(jié)果表明,經(jīng)響應(yīng)面回歸方程擬合處理理論值與實(shí)際值相吻合,因此,可使用響應(yīng)面法優(yōu)化復(fù)合酶添加量對(duì)木棗可溶性固形物的提取率。
由圖5-a~c可知,黃原膠、F-T-50蛋白糖、檸檬酸鈉添加量對(duì)木棗、鈣果汁復(fù)合飲料均呈現(xiàn)相似的變化趨勢(shì),即感官評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)先增加后減少。黃原膠添加量為0.20%,感官評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)最高,添加量過(guò)高或者過(guò)低會(huì)導(dǎo)致復(fù)合飲料過(guò)稀或過(guò)稠,嚴(yán)重影響產(chǎn)品口感,故選擇0.15%~0.25%作為黃原膠最適添加量范圍;F-T-蛋白糖添加量為0.105%,感官評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)最高,添加量過(guò)高或者過(guò)低導(dǎo)致飲料過(guò)甜或過(guò)酸,影響產(chǎn)品口感,所以選擇0.103%~0.107%作為F-T-蛋白糖最佳添加量范圍。檸檬酸鈉添加量為0.025%,感官評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)達(dá)到最高,若繼續(xù)添加會(huì)導(dǎo)致飲料過(guò)酸,也會(huì)使體系pH值發(fā)生變化,影響復(fù)合飲料整體營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。所以,選擇0.02%~0.03%作為檸檬酸鈉最佳添加量范圍。
表9 感官評(píng)價(jià)結(jié)果
由10名專(zhuān)業(yè)食品評(píng)價(jià)員對(duì)木棗鈣果復(fù)合飲料按照口感、色澤、香氣和組織形態(tài)順序進(jìn)行評(píng)價(jià),收集數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果,感官評(píng)價(jià)結(jié)果列于表9。
從感官評(píng)價(jià)結(jié)果(表9)可以看出,在1號(hào)試驗(yàn)組口感等級(jí)中,有2人評(píng)優(yōu),3人評(píng)良,2人評(píng)中,3人評(píng)差,用各個(gè)等級(jí)評(píng)價(jià)人數(shù)與總?cè)藬?shù)之比得集合R口感=(0.3 0.4 0.1 0.2),同理,R色澤=(0.2 0.3 0.4 0.1),R香氣=(0.3 0.3 0.2 0.2),R組織形態(tài)=(0.3 0.4 0.2 0.1),因此,將表中9組試驗(yàn)在不同因素下得到的評(píng)價(jià)果結(jié)果列為矩陣。
根據(jù)模糊數(shù)學(xué)變換原理Y=V·R,確定模糊關(guān)系綜合評(píng)價(jià)集(Yj=V·Rj(j=1,2...9))。計(jì)算各個(gè)試驗(yàn)組不同指標(biāo)的平均結(jié)果為Y1={0.274 0.349 0.224 0.153},Y2={0.201 0.293 0.251 0.255},Y3={0.321 0.271 0.197 0.211},Y4={0.361 0.346 0.195 0.098},Y5={0.458 0.275 0.167 0.100},Y6={0.503 0.345 0.127 0.025},Y7={0.244 0.423 0.180 0.153},Y8={0.360 0.301 0.206 0.133},Y9={0.292 0.313 0.193 0.202}。
將評(píng)價(jià)等級(jí)優(yōu)、良、中、差4個(gè)等級(jí)分別賦予分?jǐn)?shù) 90,80,70,60,與綜合評(píng)價(jià)結(jié)果一一對(duì)應(yīng)相乘(M·Yj),并且求和,最終得到每個(gè)樣品感官得分(表10)。
表10 木棗鈣果復(fù)合飲料正交試驗(yàn)結(jié)果
由表11可知,采用SPSS 20.0進(jìn)行方差分析,影響木棗鈣果復(fù)合飲料感官評(píng)價(jià)結(jié)果主要因素排序?yàn)镈>E>F,最佳配方為D2E3F1,即檸檬酸鈉添加量0.025%,黃原膠0.2%,F(xiàn)-T-蛋白糖0.103%,在此條件下,木棗鈣果復(fù)合飲料口感細(xì)膩,具有濃濃的紅棗香氣,酸甜可口。由表10可知,第6組得分最高且處于優(yōu)良之間,綜合客觀評(píng)價(jià),認(rèn)定6號(hào)試驗(yàn)組為理論試驗(yàn)最佳條件。此外,3因素均為差異顯著,說(shuō)明檸檬酸鈉、黃原膠、F-T-50蛋白糖的添加對(duì)紅棗鈣果復(fù)合飲料感官評(píng)價(jià)產(chǎn)生顯著影響。
本試驗(yàn)對(duì)比新疆和田棗、山東金絲小棗、山西木棗3種紅棗水分含量、總糖、總酸、還原糖、黃酮的高低,最終選擇山西木棗作為本試驗(yàn)最佳原材料;以山西木棗為試驗(yàn)對(duì)象,研究果膠酶和纖維素酶復(fù)合酶解對(duì)木棗可溶性固形物提取率的影響,在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上,使用響應(yīng)面法優(yōu)化復(fù)合酶酶解工藝,根據(jù)Design-Expert v8.06統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)回歸方程求解,得到最優(yōu)條件為:料液比1∶6(g/mL),酶解時(shí)間2.6 h,復(fù)合酶添加量1 900 mg/L,提取率74.87%。在上述基礎(chǔ)上,采用正交試驗(yàn)和模糊數(shù)學(xué)綜合感官評(píng)價(jià)法相結(jié)合對(duì)木棗鈣果復(fù)合飲料進(jìn)行感官評(píng)價(jià),通過(guò)建立模糊數(shù)學(xué)矩陣對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行量化分析,考察檸檬酸鈉、黃原膠、F-T-50蛋白糖添加量對(duì)木棗鈣果復(fù)合飲料口感、色澤、香氣和組織形態(tài)的影響,得到最佳配方為檸檬酸鈉添加量0.025%,黃原膠0.2%,F(xiàn)-T-蛋白糖0.103%,此配方下,木棗鈣果復(fù)合飲料口感細(xì)膩潤(rùn)滑,色澤均勻,具有濃濃木棗鈣果香氣,組織形態(tài)均勻。本試驗(yàn)研發(fā)出一種酸甜可口、營(yíng)養(yǎng)豐富、老少皆宜的新型飲料,具有一定的實(shí)際意義和開(kāi)發(fā)價(jià)值,為木棗和鈣果的綜合利用及其產(chǎn)品深加工提供了理論指導(dǎo)。
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