響應面法優(yōu)化紫薯魔芋硬糖配方

王麗霞 ，陸東和，周鳳超

1. 莆田學院環(huán)境與生物工程學院（莆田 351100）；2. 莆田學院枇杷種質資源創(chuàng)新與利用福建省高校重點實驗室（莆田 351100）；3. 福建省農業(yè)科學院農業(yè)工程技術研究所（福州 350003）

紫薯營養(yǎng)豐富，除富含蛋白質、淀粉、膳食纖維、多種維生素和礦物質外，還富含硒元素和花青素。紫薯具有良好的著色能力，并具有多種功效，如清除自由基、保護肝臟、防癌抗癌、抗衰老、預防心腦血管疾病等[1-2]，因此被廣泛應用于各類食品的加工中，如紫薯面條、紫薯酒、紫薯饅頭、紫薯醋、紫薯糕點、紫薯酸奶、紫薯豆腐、紫薯果脯、紫薯果凍等[3-5]。

魔芋粉的主要成分是魔芋葡甘聚糖，是由葡萄糖和甘露糖以β-1, 4糖苷鍵連接起來的一種非離子型水溶性高分子多糖，具有凈化血液、清腸排毒、預防癌癥、改善膽固醇代謝、治療肥胖癥、提高耐糖能力等功效，具有優(yōu)良的親水性、增稠性、膠凝性、乳化性、粘結性等性能[6]。目前，主要用于軟糖生產中，其在硬糖生產中的應用鮮見報道。

糖果作為深受廣大消費者喜愛的休閑食品之一，已成為世界零售市場的重要組成部分，特別是在喜慶的節(jié)日中消費必不可少。近年來，隨著糖果制品加工技術的提升，糖果包裝形式的多樣化，以及新產品的不斷涌現(xiàn)，糖果的品質不斷提升，糖果的消費量逐年增加。隨著人們營養(yǎng)健康意識的日益增長，功能型糖果的開發(fā)成為未來的發(fā)展趨勢。在傳統(tǒng)硬糖配方及工藝基礎上，研制一種營養(yǎng)價值高、品質佳、色澤風味獨特并具有保健功能的紫薯魔芋硬糖具有實際意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫薯粉、白砂糖、葡萄糖漿、木糖醇、飲用純凈水，市售；魔芋精粉，云南省昭通市三艾有機魔芋發(fā)展有限責任公司。

1.2 儀器與設備

FR224CN電子天平，奧豪斯儀器上海有限公司；XT-9900A微波消解儀，新拓儀器有限公司；DHG-9031A電熱恒溫干燥箱，精宏實驗設備上海有限公司；ASC-7000型原子吸收分光光度計，中國島津企業(yè)管理有限公司；PF6-2非色散原子熒光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 工藝要點

1) 準確稱取制作硬糖的各種配料，置于一次性杯子中，待用。

2) 將水、白砂糖、葡萄糖漿、木糖醇倒入不銹鋼鍋中，用不銹鋼勺子稍微攪拌幾次。

3) 將不銹鋼鍋放在電磁爐上加熱，小火熬糖，當砂糖顆粒融化（近6 min）后加入魔芋粉，混勻后繼續(xù)熬糖。

4) 當不銹鋼鍋內糖漿沸騰，不斷冒泡時，用電子防水溫度計測定糖漿溫度接近120 ℃，且用勺子蘸取一點糖漿滴入裝有冷水的小碗中，糖漿在水中形成堅硬的小糖珠時（約17 min），關閉電源。

5) 于糖漿中加入紫薯粉，攪拌混合均勻，倒入模具內成形。

6) 冷卻至室溫，脫模，得紫薯魔芋硬糖成品。

1.3.3 單因素試驗

1.3.3.1 木糖醇添加量對硬糖感官品質的影響

稱取20 g水、15 g葡萄糖漿、0.8 g紫薯粉、0.2 g魔芋粉，固定木糖醇與白砂糖的總用量40 g，其中木糖醇添加量分別為1，2，3，4和5 g，制成硬糖，進行感官評價。

1.3.3.2 葡萄糖漿添加量對硬糖感官品質的影響

稱取20 g水、3 g木糖醇、37 g白砂糖、0.8 g紫薯粉、0.2 g魔芋粉，葡萄糖漿添加量分別為11，13，15，17和19 g，制成硬糖，進行感官評價。

1.3.3.3 紫薯粉添加量對硬糖感官品質的影響

稱取20 g水、3 g木糖醇、37 g白砂糖、15 g葡萄糖漿、0.2 g魔芋粉，紫薯粉添加量分別為0.8，1.0，1.2，1.4和1.6 g，制成硬糖，進行感官評價。

1.3.3.4 魔芋粉添加量對硬糖感官的影響

稱取20 g水、3 g木糖醇、37 g白砂糖、15 g葡萄糖漿，1.2 g紫薯粉，魔芋粉添加量分別為0.1，0.2，0.3和0.4 g，制成硬糖，進行感官評價。

1.3.4 響應面試驗

在單因素試驗的基礎上，選擇木糖醇、葡萄糖漿、紫薯粉、魔芋粉為自變量，進行四因素三水平響應面優(yōu)化試驗。

1.3.5 硬糖的感官評定

制成的紫薯魔芋硬糖由10位感官評價人員從組織、形態(tài)、色澤、風味、口感等方面進行評價，采用評分法，每項感官得分均取10人評定分數的平均值。根據硬糖本身特點及相關標準，制定紫薯魔芋硬糖感官評價標準[7]，具體細則見表1。

1.3.6 理化指標檢測

干燥失重的測定參考SB/T 10018—2017中干燥失重試驗方法；還原糖的測定參考GB 5009.7—2016中的第一法 直接滴定法；總砷的測定參考GB 5009.11—2014中的第一法 氫化物原子熒光光度法；鉛的測定參考GB 5009.12—2017中的第一法 石墨爐原子吸收光譜法；銅的測定參考GB 5009. 13—2017中的第一法 原子吸收光譜法。

1.3.7 微生物指標檢測

菌落總數的測定參考GB 4789.2—2016《食品微生物學檢驗 菌落總數測定》；大腸菌群的測定參考GB 4789.3—2016《食品微生物學檢驗 大腸菌群計數》；沙門氏菌檢驗參考GB 4789.4—2016《食品微生物學檢驗 沙門氏菌檢驗》；金黃色葡萄球菌檢驗參考GB 4789.10—2016《食品微生物學檢驗 金黃色葡萄球菌檢驗》。

表1 紫薯魔芋硬糖感官評價標準

2 結果與分析

2.1 木糖醇添加量對紫薯魔芋硬糖感官品質的影響

木糖醇作為一種理想的營養(yǎng)性甜味劑，被廣泛應用于食品工業(yè)中。在糖果中添加適量木糖醇，可使熬糖過程中不會產生沸騰現(xiàn)象，不易分解。木糖醇還具有良好的貯存性能，不易發(fā)酵，可延長糖果的貨架期。糖果中添加木糖醇能夠起到減輕齲齒、抑制血糖升高、促進雙歧桿菌增殖、改善胃腸功能的作用[8]。

從圖1可以看出，當添加少量的木糖醇時，硬糖感官品質呈升高趨勢，且入口后有明顯的清涼感。這主要是由于木糖醇的溶解，吸收大量的熱造成的[8]。再從糖果色澤看，其產品色澤穩(wěn)定，焦糖味低，這是由于木糖醇不產生美拉德反應[8]。當添加過量的木糖醇時，硬糖的感官品質會呈現(xiàn)降低趨勢，糖體表面光亮程度變差，糖塊變黏，這是由于僅僅使用木糖醇不能制成可塑性產品[8]，木糖醇可塑性低，硬糖成型性能下降，從而影響到糖果的總體評分。當木糖醇添加量為3 g時，紫薯魔芋硬糖甜味純正，有天然的清涼感，口感清新，無不良后味，糖體硬度適中，不粘牙，感官評分最高。

圖1 木糖醇添加量對硬糖感官品質的影響

2.2 葡萄糖漿添加量對紫薯魔芋硬糖感官品質的影響

葡萄糖漿中含有較多的還原糖，一方面能有效提高砂糖的溶解度，減少其重新排列成晶體時的分子運動；另一方面還原糖具有較強的吸水性，可控制或延緩硬糖的發(fā)烊或返砂速度[9]。由圖2可看出，隨著葡萄糖漿添加量的增加，糖果的感官品質呈先升后降的變化。當添加的葡萄糖漿量小于15%時，隨著葡萄糖漿的增多，硬糖色澤更加透亮，這是由于葡萄糖漿能提升糖體光亮度，糖漿越無色透明，越容易將糖膏調成色澤鮮艷的糖果；糖體的硬度降低，達到適中水平，這是由于葡萄糖漿中的還原糖能阻止砂糖再結晶，砂糖經濃縮后成為無定型狀態(tài)即非晶體狀態(tài)，可降低糖體硬度[9]；甜度降低，這是由于糖漿降低了糖果的甜度，使甜味更加飽滿、柔和。當添加的葡萄糖漿量較多時，隨著葡萄糖漿添加量的逐漸增加，糖體硬度增大，產生粘牙現(xiàn)象，這是由于葡萄糖漿增加了糖果的韌性、強度和黏性，具有較強的吸水性；且糖果甜度降低，因此，感官評分降低。當選用15 g左右的葡萄糖漿時，硬糖糖體呈透亮紫色，光澤度好，硬度適中，堅硬而脆，不粘牙，甜味純正，口感細膩。

圖2 葡萄糖漿添加量對硬糖感官品質的影響

2.3 紫薯粉添加量對紫薯魔芋硬糖感官品質的影響

由圖3所示，當紫薯粉添加量小于1.2%時，硬糖感官品質呈上升趨勢，此時糖果色澤逐漸加深接近紫薯色澤且鮮薯風味不斷增強。當紫薯粉添加量進一步增加時，感官評分呈下降趨勢，此時雖然糖果色澤和紫薯風味進一步增加，但色澤呈現(xiàn)出紫黑色且光澤度降低；糖體硬度也增大，這是由于紫薯粉含有淀粉，當紫薯粉和糖漿混合時，糖漿處于高溫、高濃度狀態(tài)下，紫薯粉在糖漿中不能充分吸水，導致生成淀粉水合物，進而影響淀粉的糊化和凝膠體的形成，使紫薯粉在糖漿中出現(xiàn)凝結塊，糖漿內部組織結構發(fā)生變化。當紫薯粉添加量為1.2 g時，制成的糖果有著誘人的紫顏色，糖體光澤度好，硬度適中，一咬就碎，有鮮明的紫薯風味。

圖3 紫薯粉添加量對硬糖感官品質的影響

2.4 魔芋粉添加量對紫薯魔芋硬糖感官品質的影響

在糖果制作中加入魔芋粉，可以增加糖漿的黏稠程度，改善糖體組織結構，加快糖體成型，使糖果具有一定的保健功能[10]。從圖4可以看出，當魔芋粉的添加量較低時，感官評分上升，糖果具有紫薯的色澤風味且有輕微的砂礫感，這是由于魔芋粉可以起到保護紫薯粉色澤的作用，而對紫薯的風味無不良影響。當魔芋粉添加量較高時，感官評分下降，糖果變硬、發(fā)黏，這是由于魔芋粉的增稠性、黏結性使得糖漿不斷增稠，糖體凝結和成型速度加快；魔芋粉的特殊氣味增強，口腔內砂礫感加劇，這是因為魔芋粉經魔芋初加工，其外囊還含有雜質，這些囊的硬度和韌性極大[11]，從而增加了糖體的粗糙感。當魔芋粉添加量為0.2 g時，糖果呈均勻的紫色，表面光滑具有光澤，硬度適中，不粘牙，甜味純正，入口后有輕微的砂礫感。

2.5 響應面優(yōu)化試驗

利用Design-Expert 8.0軟件的Box-Behnken中心組合設計，獲得紫薯魔芋硬糖配方的四因素三水平試驗設計和結果（表2）。對表2的試驗數據進行多元回歸擬合分析，建立木糖醇、葡萄糖漿、紫薯粉及魔芋粉4個因素對紫薯魔芋硬糖感官評分影響的二次多項式回歸方程：Y=90.70+0.67A+0.54B-0.75C+1.29D-8.00AB+1.50AC+0.75AD+2.38BC-1.25BD-0.88CD-6.27A2-7.33B2-7.89C2-3.83D2。

表2 響應面試驗設計及結果

由表3可知，試驗因素對硬糖感官評分所選用的試驗模型高度顯著（p＜0.000 1），回歸方程失擬項p=0.409 6＞0.05，說明差異不顯著；相關系數R2= 0.992 7，=0.985 3，=0.985 3，且這兩個值高并接近（-＜0.2），表明該模型可以充分說明工藝過程[12]；同時變異系數C.V.為0.94%，說明該方程具有較好的模擬性和重現(xiàn)性，可利用該回歸方程確定硬糖的最佳配方[13]。采用回歸方程一次項系數絕對值對各因素響應主次進行比較，結果表明，影響硬糖感官評分的因素順序為D＞C＞A＞B，即魔芋粉添加量＞紫薯粉添加量＞木糖醇添加量＞葡萄糖漿添加量。通過回歸方程的各項顯著性表明：D、A2、B2、C2、D2對硬糖的感官評分具有極顯著影響（p＜ 0.01），A、B、C對硬糖的感官評分具有顯著影響（p＜ 0.05），而交互項AB、BC對硬糖的感官評分具有極顯著影響（p＜0.01），AC、CD、BD對糖果的感官評分具有顯著影響（p＜0.05），而AD對感官評分無顯著性影響。

表3 回歸模型方差分析

2.6 工藝優(yōu)化與驗證試驗

通過軟件優(yōu)化得到紫薯魔芋硬糖感官評分最優(yōu)的參數：木糖醇添加量3.04 g、葡萄糖漿添加量14.94 g、紫薯粉添加量1.19 g、魔芋粉添加量0.22 g，此時感官評分為90.85分。為了實際操作方便，取木糖醇添加量3 g、葡萄糖漿添加量15 g、紫薯粉添加量1.2 g、魔芋粉添加量0.2 g，并在此工藝參數進行驗證試驗，重復3次，實際測得硬糖的感官評分為91.00分，與理論預測值相對偏差0.16%。這說明通過響應面模型的建立，可優(yōu)化得到確切的紫薯魔芋硬糖的配方參數。

2.7 感官指標

該產品外形完整，邊緣整齊，表面光滑；色澤呈透亮紫色，顏色分布均勻；硬度適中，堅硬而脆；不粘牙，甜味純正，口感清爽并帶有濃厚鮮薯風味；入口柔和，慢慢含化時有輕微砂礫感，給人以特別的感受。

2.8 理化指標

產品干燥失重為3.710 8 g/100 g，還原糖含量為13.312 0 g/100 g，總砷含量＜2×10-4mg/kg，鉛含量＜ 1×10-5mg/kg，銅含量＜0.1 mg/kg。

2.9 微生物指標

產品菌落總數為36 CFU/g，大腸菌群＜30 MPN/ 100 g，沙門氏菌和金黃色葡萄球菌未檢出。

3 結論

通過試驗確定了紫薯魔芋硬糖的最優(yōu)配方：木糖醇3 g，葡萄糖漿15 g，紫薯粉1.2 g，魔芋粉0.2 g，水20 g，白砂糖37 g，熬糖17 min左右待糖液溫度上升至120 ℃時取出成型，得到的糖果品質最佳。糖果呈紫紅色，顏色分布均勻有光澤，甜味純正并帶有紫薯風味，堅硬而脆，不粘牙。