基于正交分析方法的椰肉高粱果凍配制工藝優(yōu)化

楊巍巍, 郭 銳, 岳祺圣, 張 鑫, 魏明明

(沈陽(yáng)醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院， 沈陽(yáng) 110034)

引 言

果凍作為一種老少皆宜的零食一直廣受大家的喜愛(ài)，傳統(tǒng)果凍一般只注重果凍的口味、外觀等因素，導(dǎo)致果凍品種單一。但是在21世紀(jì)的今天，人們則更關(guān)注的是有關(guān)于果凍食用的安全問(wèn)題，因此人們更傾向于選擇那些營(yíng)養(yǎng)健康且綠色保健的果凍[1-4]。

果凍是以卡拉膠為主要的凝膠劑，其次進(jìn)行復(fù)配，如：香精、甜味劑和增稠劑、其他凝膠劑[5-8]等加工而成的膠狀半固體型的食品。因?yàn)楣麅龅目诟熊浕?，酸甜適宜，且色澤晶瑩剔透，所以深受廣大消費(fèi)者的喜愛(ài)[9-11]，特別是孩子及青少年。隨著生活水平的提高，人們對(duì)保健意識(shí)也逐漸加強(qiáng)，消費(fèi)者對(duì)休閑食品的要求變得越來(lái)越高，希望果凍的品質(zhì)不僅能提高，還能有助于身體健康[12]。

高粱俗稱二色高粱、蜀黍，屬一年生高大草本植物，是人類栽培的重要谷類作物之一，其傳入中國(guó)大約是在950年前的遼宋西夏時(shí)期[13]。高粱中含有多種人體所需的礦物質(zhì)元素，包括鐵、鋅、鈣、鎂、硒等。近些年來(lái)，隨著對(duì)高粱營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的深層研究，使得高粱在食品制作和加工方面的應(yīng)用范圍日益增大[14]。除此之外，高粱中含有的大量抗性淀粉可以降低血液中總膽固醇值的水平、降低葡萄糖濃度水平、減少胰島素的分泌[15]。另外，高粱中還含有多種活性物質(zhì)，其中多酚類化合物含量是最高的，種類也最為齊全的，這些活性物質(zhì)能夠很好地改善心血管疾病，還可以起到增強(qiáng)人體免疫力的作用，這是被大多數(shù)人們所接受的。同時(shí)，高粱的脂類中非極性或中性脂含量最為豐富，亞油酸及各類不飽和脂肪酸[16]，亞油酸可對(duì)糖尿病治療起到幫助，因此高粱在藥品中也得到了廣泛利用。

椰子，別名胥余，外層為纖維殼、內(nèi)層是可食性厚肉質(zhì)。椰子的營(yíng)養(yǎng)成分很豐富，同時(shí)具有良好的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，特別是椰肉。椰肉是"全身寶"椰果中營(yíng)養(yǎng)價(jià)值最為豐富的，同時(shí)也是可食用的重要部分，所以椰肉利用價(jià)值也廣受關(guān)注。據(jù)測(cè)算[17]，椰肉的營(yíng)養(yǎng)成分中，椰肉約占其鮮重總質(zhì)量的50%左右，營(yíng)養(yǎng)成分非常豐富，是食品加工利用的最主要部分。椰肉中不僅含有糖類、脂肪、蛋白質(zhì)、多種維生素以及鈣、鎂、鈉等多種元素[18]，還含有大量膳食纖維，而攝入適宜的膳食纖維不僅能夠幫助腸胃蠕動(dòng)促進(jìn)食物的消化吸收，還可將過(guò)剩的營(yíng)養(yǎng)排出體外。除了以上作用，膳食纖維也可以通過(guò)控制血液中的膽固醇和血糖水平讓其處于平衡狀態(tài)，減少血脂的形成[19]?？偟膩?lái)說(shuō) ,椰子是低能量、高可溶性膳食纖維的健康食物。

本次研發(fā)工藝的優(yōu)化采用的是以正交試驗(yàn)為主的分析方法。正交試驗(yàn)作為工藝優(yōu)化試驗(yàn)最常用的分析方法，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)如何進(jìn)行是第一步，其主要方法是設(shè)計(jì)和測(cè)試部分因素。概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)作為正交試驗(yàn)的基礎(chǔ)理論，用于支撐測(cè)試的進(jìn)行，試驗(yàn)的方案以標(biāo)準(zhǔn)化的正交表進(jìn)行確定，并通過(guò)計(jì)算分析得到結(jié)果，最后便可以便捷高效地確定最終優(yōu)化的方案，這種方法在處理多因素優(yōu)化問(wèn)題的過(guò)程中極為高效簡(jiǎn)便。正交表是通過(guò)試驗(yàn)因素各水平間的組合以及各試驗(yàn)因素均勻搭配和合理安排，將試驗(yàn)因素各水平進(jìn)行合理平均的分布，可以稱之為一種多因素、多水平、既經(jīng)濟(jì)又高效的試驗(yàn)方法[20]。

本次試驗(yàn)通過(guò)將高粱和椰果混合制成具有保健功能且綠色的營(yíng)養(yǎng)果凍。以吉利丁粉、檸檬酸、細(xì)砂糖、木糖醇、高粱、椰果等為原料，經(jīng)加水調(diào)配、攪拌煮制、殺菌加熱溶解、冷卻、最后制成果凍。通過(guò)單因素試驗(yàn)預(yù)實(shí)驗(yàn)，以及正交試驗(yàn)確定影響椰肉高粱果凍品質(zhì)的4個(gè)因素：高粱添加量、吉利丁粉、混合糖、檸檬酸，研究以上幾種因素對(duì)椰肉高粱果凍的影響作用，并確定最合適的添加量，確定椰肉高粱果凍制作最佳的優(yōu)化工藝配方，研制出有保健作用、綠色、且風(fēng)味優(yōu)良的綠色果凍，再對(duì)此進(jìn)行產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)標(biāo)簽的制作。總而言之，本次試驗(yàn)所研究的內(nèi)容是具有前瞻性的，且具有巨大的意義。

1 材料與方法

1.1 材料

高粱粉、椰肉果粒、細(xì)砂糖、純凈水均為市售產(chǎn)品、PU塑料模具(鄭州隆宇模具有限公司)；檸檬酸、吉利丁粉、木糖醇均為食品級(jí)。

1.2 儀器設(shè)備

JYC-21HEC05九陽(yáng)電磁灶(杭州九陽(yáng)生活電器有限公司)；套裝H26K81-130蘇泊爾電磁鍋(浙江蘇泊爾家電制造有限公司)；LCD電子天平(沈陽(yáng)拓宇衡器有限公司)。

1.3 椰肉高粱果凍的制作工藝

(1) 加水配制：將高粱粉、混合糖、檸檬酸加水在電磁鍋攪拌均勻。

(2) 攪拌加熱溶解：將攪拌均勻的混合液110 ℃加熱煮5分鐘。

(3) 加料灌裝：取出新鮮的椰肉果粒加入模具，倒入已煮好的混合液。

(4) 殺菌：將裝有混合液的模具100 ℃消毒3分鐘。

(5) 冷卻成型：果凍冷卻至20 ℃以下包裝。

1.4 單因素試驗(yàn)

1.4.1 高粱添加量對(duì)果凍品質(zhì)的影響

將購(gòu)買的高粱進(jìn)行挑揀處理，事先浸泡煮熟之后放涼干燥，放入打粉機(jī)得到試驗(yàn)所用的高粱粉。以水添加的總質(zhì)量計(jì)，加入0.06%的檸檬酸、2.5%的吉利丁粉和10%的混合糖、20%椰果肉粒，取高粱粉質(zhì)量比分別為3%、5%、7%、9%、11%做單因素試驗(yàn)，根據(jù)椰肉高粱的混合物的色澤、外觀、氣味確定高粱的最佳比例。

1.4.2 吉利丁粉添加量單因素試驗(yàn)

以水添加的總質(zhì)量計(jì)，加入0.06%的檸檬酸、7%的高粱粉、20%椰肉果粒和10%的混合糖，單因素試驗(yàn)分別以添加其1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%的吉利丁粉進(jìn)行，然后通過(guò)進(jìn)行食品感官評(píng)價(jià)，確定吉利丁粉的最佳添加量。

1.4.3 混合糖添加量單因素試驗(yàn)

(1) 混合糖比例的確定

糖是果凍甜味最主要來(lái)源，基于健康和照顧高血糖病人的緣由，選擇白砂糖和木糖醇混合的方式，把混合糖作為甜味劑，以水添加的總質(zhì)量計(jì)，加入2.5%的吉利丁粉、7%的高粱粉、20%的椰肉果粒、0.06%的檸檬酸，然后分別添加質(zhì)量比9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5的白砂糖和木糖醇(混合糖總添加量占10%)對(duì)果凍進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，并確定白砂糖和木糖醇添加的最佳比例。

(2) 混合糖總添加量的確定

以水添加的總質(zhì)量計(jì)，加入0.06%的檸檬酸、2.5%的吉利丁粉、7%的高粱粉、20%的椰肉果粒，單因素試驗(yàn)分別以其添加6%、8%、10%、12%、14%的混合糖進(jìn)行，然后通過(guò)進(jìn)行食品感官評(píng)價(jià)，確定混合糖總添加量。

1.4.4 檸檬酸添加量單因素試驗(yàn)

果凍的風(fēng)味由多種原料的添加量共同影響，其中檸檬酸的影響最為顯著，果凍的酸味主要由檸檬酸提供，若檸檬酸的用量合理，既能保證其風(fēng)味獨(dú)特和色澤透明，又能夠延長(zhǎng)果凍的保質(zhì)期。在果凍制作過(guò)程中，以水添加的總質(zhì)量計(jì)，加入2.5%吉利丁粉、7%的高粱粉、20%的椰肉果粒和10%的混合糖，單因素試驗(yàn)分別以其加入0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%的檸檬酸進(jìn)行，然后通過(guò)進(jìn)行食品感官評(píng)價(jià)，確定檸檬酸最佳添加量。

1.5 椰肉高粱果凍的工藝優(yōu)化

本果凍制作工藝的優(yōu)化，是以單因素試驗(yàn)的預(yù)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，采用L9(34)正交試驗(yàn)分析方法設(shè)計(jì)并優(yōu)化處理果凍的配方，試驗(yàn)的4個(gè)因素為吉利丁粉添加量、高粱添加量、混合糖添加量和檸檬酸添加量，見(jiàn)表1。最終以食品感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定了椰肉高粱果凍的最佳配比。

表1 正交因素水平表

1.6 椰肉高梁雜糧果凍的感官評(píng)價(jià)指標(biāo)

試驗(yàn)由15名來(lái)自食品專業(yè)不同年級(jí)的學(xué)生對(duì)果凍進(jìn)行評(píng)價(jià)打分，取其平均分四舍五入為整數(shù)，具體感官評(píng)定的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 椰肉高粱果凍感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.7 統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)評(píng)價(jià)人員得出的分?jǐn)?shù)，取其平均分，四舍五入的整數(shù)。每組分?jǐn)?shù)用SPSS21.0軟件進(jìn)行單因素方差分析。分析結(jié)果為椰肉高粱添加量感官評(píng)分、吉利丁粉添加量感官評(píng)分、混合糖添加量感官評(píng)分p<0.05，存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，檸檬酸添加量感官評(píng)分不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2 結(jié) 果

2.1 高梁混合物添加量的確定

如圖1所示，當(dāng)椰肉高梁添加量為7%時(shí)，感官評(píng)分分值較高，產(chǎn)品品質(zhì)最佳。因進(jìn)行單因素方差分析時(shí)p<0.05，感官評(píng)分分?jǐn)?shù)在統(tǒng)計(jì)學(xué)上存在差異。故正交試驗(yàn)因素水平中高梁添加量確定為7%、9%、11%。

圖1 椰肉高梁添加量對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響

2.2 吉利丁粉添加量的確定

如圖2所示，當(dāng)吉利丁粉添加量2.5%時(shí)，此時(shí)的果凍硬度較好，脆性較好，彈性也更適中，感官評(píng)分分值較高。因進(jìn)行單因素方差分析時(shí)p<0.05，感官評(píng)分分?jǐn)?shù)在統(tǒng)計(jì)學(xué)上存在差異。故正交試驗(yàn)因素水平中吉利丁粉添加量確定為2%、2.5%、3.5%。

圖2 吉利丁粉添加量對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響

2.3 混合糖比例及添加量的確定

2.3.1 白砂糖與木糖醇的比例的確定

由表3可知：當(dāng)白砂糖和木糖醇的比例為7∶3時(shí)，果凍的口感最佳，酸甜適度，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果考慮選擇白砂糖與木糖醇的比例為7∶3為最佳比例，并進(jìn)行接下來(lái)的試驗(yàn)。

2.3.2 混合糖總添加量的確定

如圖3所示，當(dāng)混合糖的添加總量為10%的時(shí)候感官評(píng)分最高，因進(jìn)行單因素方差分析時(shí)p<0.05，感官評(píng)分分?jǐn)?shù)在統(tǒng)計(jì)學(xué)上存在差異。故正交試驗(yàn)因素水平中混合糖添加量確定為8%、10%、12%。

表3 白砂糖與木糖醇配比對(duì)果凍的影響

圖3 混合糖添加量對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響

2.4 檸檬酸的添加量對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響

如圖4所示，檸檬酸添加量為0.06%時(shí)較為合適，此時(shí)的果凍酸甜協(xié)調(diào)，因進(jìn)行單因素方差分析時(shí)p>0.05，感官評(píng)分分?jǐn)?shù)在統(tǒng)計(jì)學(xué)上不存在差異。但綜合考慮試驗(yàn)結(jié)果，故正交試驗(yàn)因素水平中檸檬酸添加量確定為0.04%、0.06%、0.08%。

圖4 檸檬酸添加量對(duì)果凍感官品質(zhì)的影響

2.5 正交試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)因素ABCD分別為檸檬酸添加量、混合糖添加量、椰肉高梁添加量、吉利丁粉添加量。按表4正交實(shí)驗(yàn)因素水平表實(shí)驗(yàn)。

表4 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

根據(jù)表5中極差R值可知，各正交試驗(yàn)因素對(duì)椰肉高粱果凍感官評(píng)分的影響程度大小依次為A>C>B>D，即正交試驗(yàn)因素水平中檸檬酸添加量對(duì)感官評(píng)分的影響程度最大，其次是椰肉高梁添加量和混合糖添加量，吉利丁粉添加量對(duì)感官評(píng)分的影響程度最小。

表5 正交試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)極差分析，可理論上得出最優(yōu)組合為A2B2C3D1，對(duì)比單因素試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩者的最佳配方之間有差異，因此將正交試驗(yàn)的最優(yōu)組合和單因素試驗(yàn)中每個(gè)因素的感官評(píng)分最高得分的最佳組合放在一起進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，詳細(xì)結(jié)果見(jiàn)表6。由表6可得：?jiǎn)我蛩卦囼?yàn)得出的配方A2B2C2D2的感官評(píng)分略低于正交試驗(yàn)結(jié)果A2B2C3D1，雖然2種配方在外觀形態(tài)、色澤和氣味上差異不大，但從感官評(píng)定上看A2B2C2D2果凍的口味不夠協(xié)調(diào)、出現(xiàn)酸甜不一的結(jié)果，因此選擇果凍的最佳配方為A2B2C3D1，即以水的質(zhì)量計(jì)，8%的高梁粉、20%椰肉果粒、2%的吉利丁粉、0.06%的檸檬酸、10%的混合糖(白砂糖與木糖醇的比例為7∶3)。

表6 驗(yàn)證試驗(yàn)

3 討 論

果凍作為一種源于西方的甜食，其形態(tài)呈半固態(tài)膠體狀，目前市面上最常見(jiàn)的果凍都是水果味的果凍，所以將高粱混合椰果制成果凍是創(chuàng)新的想法，制造健康營(yíng)養(yǎng)的果凍將成為未來(lái)的一個(gè)趨勢(shì)。苗丁月等人研究過(guò)菊粉花茶果凍制作工藝優(yōu)化[21]，丁燕等人進(jìn)行過(guò)紫薯紅棗果凍制作工藝的研究[22]和山楂果凍制作工藝研究[23]。本次是試驗(yàn)緊跟當(dāng)前時(shí)代的研究潮流的。國(guó)外對(duì)于高粱品質(zhì)性狀的研究起步于21世紀(jì)初，主要研究其營(yíng)養(yǎng)成分的相關(guān)功能，經(jīng)國(guó)外研究發(fā)現(xiàn)，高粱中含有二十烷醇的多酚類復(fù)合物，這可能對(duì)維持心血管的健康起到重要作用[24]。椰肉中富含粗膳食纖維，可以降低體內(nèi)對(duì)于膽固醇吸收，同時(shí)加速膽固醇排出體外，有利于血脂的降低，此外還具有潤(rùn)腸通便，緩解便秘的功能。如果在不改變風(fēng)味的情況下，在果凍中加入適量的高粱粉和椰果，將有助于身體健康。既能預(yù)防由于營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩導(dǎo)致的心腦血管疾病、糖脂代謝異常病等“富貴病”的發(fā)生，同時(shí)又可以合理利用椰肉膳食纖維的營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)，充分發(fā)揮食物的互補(bǔ)作用，促進(jìn)食物的吸收。由于椰肉與高粱混合制成果凍能夠起到互補(bǔ)作用，使果凍既具有椰肉和高粱的獨(dú)特口感，又起到了營(yíng)養(yǎng)保健的作用。

正交試驗(yàn)是采取部分試驗(yàn)來(lái)代替全面試驗(yàn)的主要方法，選擇有代表性的試驗(yàn)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)代表性的試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析，了解試驗(yàn)的優(yōu)化情況，以實(shí)現(xiàn)工藝的優(yōu)化。本次試驗(yàn)采用四種因素三個(gè)水平的正交表對(duì)果凍的最佳配方進(jìn)行探索，最后得出檸檬酸對(duì)椰肉高梁的果凍的感官評(píng)分影響最大，其次對(duì)果凍的感官評(píng)分影響按順序排序?yàn)榛旌咸堑奶砑恿俊⒓》鄣奶砑恿?、椰肉高梁的添加量。在本次試?yàn)中，當(dāng)高梁添加量為3%時(shí)，果凍風(fēng)味普通，與市面上的一般果凍幾乎沒(méi)有差別，就缺少了椰肉和高梁的味到。當(dāng)高梁添加量為12%時(shí)，由于高梁添加量過(guò)多，高梁掩蓋了果凍本身的味道，口感粗糙，味道較差。當(dāng)吉利丁粉添加量為1.5%時(shí)，果凍不能成型，評(píng)分較低。當(dāng)吉利丁粉添加量超過(guò)3%時(shí)，果凍的脆性和彈性，及其硬度越來(lái)越差，入口溶化性也會(huì)降低?；旌咸堑奶砑恿繛?0%時(shí)，果凍酸甜適中，添加量過(guò)高則甜味太濃并且不利于健康，添加量偏少則口味清淡，不利于市場(chǎng)推廣。隨著檸檬酸添加量的增加，果凍的酸甜度會(huì)變得越來(lái)越酸，色澤也會(huì)加深，影響口感。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)單因素試驗(yàn)的預(yù)實(shí)驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定了以高粱椰肉為主要原料的果凍的最佳配比：以水添加的總質(zhì)量計(jì)，分別加入9%的高梁粉、20%椰肉果粒、2%的吉利丁粉、0.06%的檸檬酸、10%的混合糖(白砂糖與木糖醇的比例為7∶3)。依據(jù)此配方制成的椰肉高粱果凍色澤晶瑩剔透、風(fēng)味濃郁獨(dú)特，是一種營(yíng)養(yǎng)豐富、富含膳食纖維的果凍。