糯玉米黏豆包抗老化劑配方的優(yōu)化

任宇航，鄭明珠，肖瑜，楊新標，封玲，林楠

（吉林農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，吉林長春130118）

黏豆包是我國東北地區(qū)的一種地方特色主食，主要由糯玉米粉及紅豆餡制作而成[1]。傳統(tǒng)黏豆包在冬季大量制作，包制成型后利用低溫速凍保存，食用時蒸制加熱即可，具有營養(yǎng)均衡、耐儲存、方便食用的特點，是一種典型的粗糧細作食品[2]。隨著經(jīng)濟水平的不斷提高，人們對于速凍食品食用品質(zhì)的要求也逐漸提高，改善黏豆包的口感有助于進一步拓展市場。

傳統(tǒng)黏豆包采用糯玉米粉制作，利用糯玉米粉制作的食物在冷卻降溫過程中由于淀粉回生食用品質(zhì)會發(fā)生變化[3-6]。淀粉類食物在老化回生過程主要表現(xiàn)為硬度上升，這一現(xiàn)象的主要原因是冷卻過程中淀粉分子發(fā)生了聚合。黏豆包由于淀粉的老化回生現(xiàn)象，導致黏豆包的偏硬，食用過程中口感不夠細膩[7-8]。

通過外部添加抗老化劑是目前淀粉類食品抗老化的主要方式，食品工業(yè)領(lǐng)域利用親水膠體、乳化劑、變性淀粉、多酚等對淀粉類食物進行抗老化已經(jīng)有了相當廣泛的應用，研究表明對不同抗老化劑進行復配使用可以取得更好的效果[9-15]。本試驗通過比較不同抗老化劑對糯玉米粉糊化特性的影響，從黃原膠、卡拉膠、瓜爾豆膠、單甘脂、蔗糖酯、硬酯酰乳酸鈉（sodium stiff esteryl lactate，SSL）、木薯羥丙基淀粉（hydroxypropyl tapioca starch，HPTS）、（acetylated distarch starch phosphate，ADSP）中按照種類篩選出3種效果較好的抗老化劑，研究抗老化劑添加量對糯玉米黏豆包硬度的影響，并對抗老化劑配方進行優(yōu)化。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

糯玉米碴、黃原膠、卡拉膠、瓜爾豆膠、單甘脂、蔗糖酯、硬酯酰乳酸鈉（SSL）、木薯羥丙基淀粉（HPTS）、木薯乙?；矸哿姿狨ィˋDSP）、紅豆餡（均為食品級）：市售。

1.2 主要儀器

FW-100高速萬能粉碎機：北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；DHG-9146A型電熱鼓風干燥箱：上海試驗儀器廠有限公司；WK2102電磁爐：廣東美的生活電器制造有限公司；TA-XT plus物性測定儀：英國Stable Micro System公司；RVA-TecMasterTM快速黏度分析儀：澳大利亞Perten公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 黏豆包制作工藝流程

1.3.2 黏豆包的制作方法

黏豆包的制作方法參考董小涵等[16]的方法，并對其進行改進：

1）糯玉米用試驗磨粉機粉碎后，使用80目粉篩進行過濾。篩上物重復粉碎、過篩直至所有原料均通過80目粉篩，粉碎得到的糯玉米粉放入干燥箱烘干8 h后密封保存。

2）將得到的糯玉米粉與一定比例的改良劑進行混勻。

3）向100 g糯玉米粉中緩慢加入80 g、25℃去離子水，在加水過程中不斷攪拌。水全部加入后開始揉制，直至得到一個光滑的面團。

4）利用保鮮膜將光滑面團包裹起來，在23℃環(huán)境下靜置20 min。

5）用面刀把面團切分成25 g左右的劑子，然后包入適量豆餡，修正黏豆包形狀后置于裁剪好的籠屜紙上。

6）將制作好的黏豆包依次碼入籠屜中，水開后加蓋蒸制20 min。

7）黏豆包蒸制完成后，23℃下冷卻15 min。

1.3.3 糯玉米黏豆包抗老化劑配方試驗

1.3.3.1 糯玉米黏豆包抗老化劑篩選試驗

將糯玉米粉按照親水膠體0.05%、0.15%、0.25%；乳化劑0.05%、0.15%、0.25%；變性淀粉0.10%、0.30%、0.50%的比例分別進行混合，按照AACC Method 61-02《米粉糊化特性的測定——快速黏度儀法》進行測試。

1.3.3.2 糯玉米黏豆包抗老化劑添加量單因素試驗

將糯玉米粉按照瓜爾豆膠0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%，單甘脂0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%，HPTS 0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%的比例分別進行混合。按照1.3.2的方法包制黏豆包進行蒸制后對黏豆包的質(zhì)構(gòu)特性測試。

1.3.3.3 糯玉米黏豆包抗老化劑響應面試驗

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，利用Design-Expert 8.0.6進行響應曲面優(yōu)化試驗，糯玉米黏豆包抗老化劑配方，因素水平表見表1。

表1 響應面試驗因素水平表Table 1 Response surface test factor level table

1.3.4 指標測定

1.3.4.1 糊化特性的測定

用快速黏度儀（rapid viscosity analyzer，RVA）快速測定其糊化特性，使用TCW（thermal cycle for windows）配套軟件，進行數(shù)據(jù)采集及分析。測定過程為稱樣品量3.5 g（以干基計）加入測試用鋁罐，向鋁罐中加入25.0 mL蒸餾水，測定開始時罐內(nèi)溫度在50℃下保持1 min，隨后以12℃/min上升到95℃，在95℃條件下保持2.7 min，逐漸降溫至50℃并在此溫度下保持2.0 min。測試的前10 s內(nèi)攪拌槳轉(zhuǎn)速為960 r/min，隨后攪拌槳轉(zhuǎn)速維持在160 r/min。每個樣品進行3次平行試驗，取平均值[17]。

1.3.4.2 質(zhì)構(gòu)特性測定

質(zhì)地剖面分析（texture profile analysis，TPA）測試參照AACC74-09面包硬度測試（美國谷物化學協(xié)會）標準方法，探頭型號為P36/R，測前速度5 mm/s，測中速度2 mm/s，測后速度5 mm/s，壓縮距離40%[18]。每組樣品進行3次平行試驗，取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗老化劑對糯玉米粉糊化特性的影響結(jié)果

2.1.1 親水膠體對糯玉米粉糊化特性的影響結(jié)果

親水膠體對糯玉米粉糊化特性的影響見表2。

表2 親水膠體對糯玉米粉糊化特性的影響Table 2 Effect of hydrocolloid on gelatinization characteristics of waxy corn flour

如表2所示與空白組相比，糯玉米粉添加親水膠體后衰減值與回生值明顯降低。這一結(jié)果與劉敏等[19]對黃原膠和蓮藕淀粉復配的研究結(jié)果相同?；厣禍p小，說明體系不容易老化，凝膠性能減弱；衰減值降低，表明糯玉米粉的熱穩(wěn)定性提高，糊化溫度升高表明糊化過程受到抑制。添加親水膠體后，親水膠體與淀粉競爭體系中的水分，淀粉糊化過程中可利用水分降低，淀粉的糊化受到抑制，體系中直鏈淀粉的溶出量也因此減少，糯玉米粉的短期回生因此受到抑制。糯玉米粉回生值和衰減值降低的原因是親水膠體與淀粉分子發(fā)生交聯(lián)作用，提高了淀粉分子在空間中運動的阻力，抑制了淀粉分子的重結(jié)晶作用，緩解了糯玉米粉的老化回生趨勢。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)還發(fā)現(xiàn)當親水膠體添加量較多時（0.25%）時對于糯玉米粉短期老化的抑制效果減弱。綜合分析親水膠體對糯玉米粉糊化特性的影響，瓜爾豆膠對糯玉米粉的抗老化效果優(yōu)于卡拉膠和黃原膠，因此選定瓜爾豆膠作為黏豆包的抗老化劑并進行單因素試驗。

2.1.2 乳化劑對糯玉米粉糊化特性的影響結(jié)果

乳化劑對糯玉米粉糊化特性的影響見表3。

表3 乳化劑對糯玉米粉糊化特性的影響Table 3 Effect of emulsifier on gelatinization properties of waxy corn flour

如表3根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)當加入乳化劑后，糯玉米粉的衰減值和回生值降低，糊化溫度升高，這一現(xiàn)象與劉巧瑜等[20]研究蔗糖單酯對玉米淀粉糊化特性的影響相同。這種現(xiàn)象可能的原因是乳化劑與糯玉米粉的淀粉形成了對熱穩(wěn)定的復合物，這種復合物阻礙了淀粉顆粒的崩解，從而提高了糯玉米粉的糊化溫度；乳化劑同時存在疏水基團和親水基團可以進入淀粉顆粒的螺旋結(jié)構(gòu)中并與之結(jié)合形成穩(wěn)定絡合物，阻礙了直鏈淀粉重結(jié)晶降低了糯玉米粉的衰減值和回生值，起到了對糯玉米粉的抗老化作用。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可以得出3種乳化劑中單甘脂對糯玉米粉的抗老化效果優(yōu)于蔗糖酯和SSL，因此選擇單甘脂作為糯玉米黏豆包的抗老化劑并進行單因素試驗。

2.1.3 變性淀粉對糯玉米粉糊化特性的影響結(jié)果

變性淀粉對糯玉米粉糊化特性的影響見表4。

表4 變性淀粉對糯玉米粉糊化特性的影響Table 4 Effect of modified starch on gelatinization characteristics of waxy corn flour

根據(jù)表4可以看出加入變性淀粉后，糯玉米粉的衰減值、回生值、糊化溫度均下降，這一現(xiàn)象與楊景峰等[21]研究木薯淀粉合成工藝及性質(zhì)的結(jié)果相同。其原因是變性淀粉相比于糯玉米淀粉更容易發(fā)生糊化，當與糯玉米粉混合后降低了整體的糊化溫度；同時變性淀粉存空間位阻較大的基團，抑制了直鏈淀粉的重結(jié)晶趨勢，從而延緩糯玉米粉的老化。通過分析變性淀粉對糯玉米粉糊化特性的影響，發(fā)現(xiàn)HPTS對糯玉米粉的抗老化性能優(yōu)與ADSP，因此選定HPTS做為糯玉米黏豆包抗老化劑并進行單因素試驗。

2.2 抗老化劑添加量單因素試驗結(jié)果

2.2.1 瓜爾豆膠添加量單因素試驗結(jié)果

瓜爾豆膠添加量對黏豆包硬度的影響見圖1。

圖1 瓜爾豆膠添加量對黏豆包硬度的影響Fig.1 Effect of the addition amount of guar gum on the hardness of sticky bean bun

如圖1瓜爾豆膠加入糯玉米粉后黏豆包的硬度出現(xiàn)明顯下降，當瓜爾豆膠的添加量為0.10%時黏豆包的硬度達到最低；繼續(xù)提高瓜爾豆膠的添加量，黏豆包的硬度重新開始上升。出現(xiàn)這一現(xiàn)象可能的原因是在添加量較低時瓜爾豆膠與淀粉分子結(jié)合起到了抑制黏豆包老化回生的作用，當添加量較高時瓜爾豆膠的分子通過自身結(jié)合表現(xiàn)出一定的凝膠特性，使得糯玉米黏豆包的硬度重新升高。根據(jù)單因素試驗結(jié)果確定糯玉米黏豆包中瓜爾豆膠的適宜添加量為0.10%。

2.2.2 單甘脂添加量單因素試驗結(jié)果

單甘脂添加量對黏豆包硬度的影響見圖2。

如圖2當糯玉米粉中加入單甘脂后黏豆包的硬度下降，糯玉米黏豆包的硬度隨著單甘脂添加量提高而降低。當單甘脂的添加量超過0.15%后糯玉米黏豆包的硬度的降低趨勢逐漸平緩。由于單甘脂溶液自身不具有凝膠特性，因此單甘脂添加量較高時也不會引起黏豆包的硬度重新上升。根據(jù)單因素試驗結(jié)果確定糯玉米黏豆包中單甘脂的適宜添加量為0.15%。

圖2 單甘脂添加量對黏豆包硬度的影響Fig.2 Effect of the addition amount of monoglyceride on the hardness of sticky bean bun

2.2.3 HPTS添加量單因素試驗結(jié)果

HPTS添加量對黏豆包硬度的影響見圖3。

圖3 HPTS添加量對黏豆包硬度的影響Fig.3 Effect of HPTS addition on the hardness of sticky bean bun

如圖3當糯玉米粉中添加HPTS后黏豆包的硬度出現(xiàn)明顯下降，當添加超過0.20%后糯玉米黏豆包的硬度隨HPTS增加量變化趨勢平緩。由于HPTS中淀粉分子發(fā)生交聯(lián)減弱了凝膠特性，因此繼續(xù)提高HPTS的添加量對糯玉米黏豆包的硬度不會產(chǎn)生明顯影響。根據(jù)單因素試驗結(jié)果確定糯玉米黏豆包中HPTS的適宜添加量為0.20%。

2.3 抗老化劑添加量響應面試驗結(jié)果

2.3.1 響應面試驗設(shè)計與結(jié)果分析

在單因素試驗基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken試驗設(shè)計原理，以黏豆包硬度值（Y）作為響應值，選取A（瓜爾豆膠添加量）、B（單甘脂添加量）、C（HPTS添加量）3個因素，進行三因素三水平的響應面優(yōu)化試驗，共17個試驗點，響應面試驗結(jié)果見表5。

2.3.2 回歸模型的建立與顯著性分析

運用Design-Expert 8.0.6對表5進行多元回歸擬合，得到糯玉米黏豆包硬度值（Y）對自變量瓜爾豆膠添加量（A）、單甘脂添加量（B）、HPTS添加量（C）的多元回歸方程：

表5 Box-Behnken試驗設(shè)計方案與試驗結(jié)果Table 5 Results of Box-Behnken central composite design and experiment results

對回歸模型進行方差分析，結(jié)果見表6。

表6 回歸模型方差分析表Table 6 Variance analysis of the developed regression equation

由表6可以看出，該二次多項式模型P值＜0.000 1，模型極顯著，失擬項P值為0.159 9＞0.05，不顯著，表明該回歸方程擬合度較好，誤差小，與實際預測值能夠較好的擬合；該模型的復相關(guān)系數(shù)R2=0.998 8，校正系數(shù)R2adj=0.986 5，C.V.=0.96%說明建立的模型能夠解釋98.65%的響應值變化，可以用來進行黏豆包硬度值Y（響應值）的預測；通過比較各項Pr值，可以確定C、AB 為顯著因素，A、B、AC、BC、A2、B2、C2極顯著，通過F值的大小可以判定各因素對黏豆包硬度影響的重要性，F(xiàn)值越大影響程度越大，各因素對糯玉米黏豆包硬度的影響大小為B＞A＞C，即單甘脂添加量＞瓜爾豆膠添加量＞HPTS添加量。

2.3.3 響應面分析

響應面圖形是響應值（糯玉米黏豆包硬度值Y）對各試驗因素構(gòu)成的三維曲面圖，從圖上可以找出最佳參數(shù)以及各參數(shù)之間的相互作用。糯玉米黏豆包硬度Y對瓜爾豆膠添加量（A）、單甘脂添加量（B）、HPTS添加量（C）所構(gòu)成的三維曲面圖見圖4～圖6。

圖4 瓜爾豆膠添加量與單甘脂添加量交互作用對糯玉米黏豆包硬度的影響Fig.4 Effects of the interaction between the amount of guar gum added and the amount of monoglyceride on the hardness of waxy corn sticky bean bag

圖5 瓜爾豆膠添加量與HPTS添加量交互作用對糯玉米黏豆包硬度的影響Fig.5 Effects of the interaction between the amount of guar gum added and the amount of HPTS added on the hardness of glutinous corn sticky bread

圖6 單甘脂添加量與HPTS添加量交互作用對糯玉米黏豆包硬度的影響Fig.6 Effect of the interaction between the amount of monoglyceride and the amount of HPTS on the hardness of waxy corn sticky bean bag

由圖4～圖6可知，響應面圖形是下凹、開口朝上的曲面，說明糯玉米黏豆包硬度值Y存在極值，該值為響應面的最低點。響應面圖的彎曲程度代表各因素之間的交互作用對響應值的影響程度，通過圖4～圖6可以確定AB、BC的交互作用對響應值的影響程度大于AC，即單甘脂添加量與瓜爾豆膠添加量、HPTS添加量的交互作用對響應值的影響強于瓜爾豆膠添加量與HPTS添加量。響應面的等高線圖反映了各因素之間交互作用的顯著性，通過觀察圖4～圖6發(fā)現(xiàn)AB、AC的等高線圖相比BC更趨近于橢圓，說明AB、AC之間的交互作用強于BC，即瓜爾豆膠添加量與單甘脂添加量、HPTS添加量之間的交互作用強于單甘脂添加量與HPTS添加量。

2.3.4 響應面優(yōu)化結(jié)果

通過Design-Expert 8.0.6對試驗數(shù)據(jù)進行分析，預測出糯玉米黏豆包抗老化劑的最優(yōu)配方：瓜爾豆膠添加量0.10%、單甘脂添加量0.15%、HPTS添加量0.20%，此時模型預測的黏豆包硬度為2 127.96 g，在此配方下進行3次驗證試驗，測得糯玉米黏豆包硬度為2 121.20 g，與理論預測值接近，說明該模型擬合程度較好，具有使用價值。

3 結(jié)論

分析不同添加劑對糯玉米粉衰減值與回生值的影響，確定瓜爾豆膠、單甘脂、木薯羥丙基淀粉（HPTS）的抗老化性能較好。通過單因素試驗及響應面試驗結(jié)果的分析，確定了糯玉米黏豆包抗老化劑的最優(yōu)配方為：瓜爾豆膠0.10%、單甘脂0.15%、木薯羥丙基淀粉（HPTS）0.20%。按照這一添加比例制作糯玉米黏豆包的硬度值為2121.20 g，與空白樣品相比硬度下降55.27%。