響應(yīng)面法優(yōu)化大米肽果凍配方

黃瑩，趙彤，陳曦，楊曉

中國健康促進(jìn)基金會(huì)抗衰老營養(yǎng)與健康研發(fā)中心（武漢 430000）

我國幅員遼闊，水稻種植面積極大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年稻谷的總產(chǎn)量達(dá)到2.1億 t[1]，位居世界各國稻谷總產(chǎn)量的首位。稻谷在國民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位，但在稻谷加工成精米的過程中，會(huì)大量產(chǎn)生碎米和米糠這兩種副產(chǎn)物，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年我國會(huì)產(chǎn)生2 000萬 t碎米和1 400萬 t米糠，這些副產(chǎn)物絕大部分經(jīng)過簡單的粉碎或烘干處理后，作為動(dòng)物的蛋白飼料直接銷售，稻谷經(jīng)濟(jì)效益沒有得到充分發(fā)揮。碎米和米糠中含有豐富的大米蛋白，其含量約為7.4%[2]，這些大米蛋白可以作為制備大米肽的原料。近年來，大量研究表明，大米肽具有降血壓[3-4]、調(diào)節(jié)免疫活性[5]、抗氧化[6]、抗高尿酸[7]、預(yù)防年齡相關(guān)性認(rèn)知功能衰退和癡呆[8]，以及預(yù)防牙周炎[9]等生物活性。大米肽和大米蛋白一樣含有各種人體所需的氨基酸，但大米肽具有低抗原性，滿足人體營養(yǎng)需求時(shí)也不會(huì)造成身體的不良反應(yīng)。同時(shí)，大米肽的相對分子質(zhì)量比大米蛋白小很多，能通過腸道快速吸收，且消化性比大米蛋白更佳，使大米肽廣泛應(yīng)用到各類提高人體健康水平的保健類食品中，包括功能性食品、保健食品營養(yǎng)制劑和特醫(yī)食品等[10]，是研制功能性食品的理想原料[11]。

果凍產(chǎn)品因其良好的風(fēng)味，以及其特有的咀嚼性和彈性，是一種深受消費(fèi)者喜愛的食品[12]。同時(shí)可在果凍配方中添加功能性成分，使其具備一定的保健效果，滿足某些特殊人群的需求[13]。目前關(guān)于大米肽的功能性食品報(bào)道相對較少，試驗(yàn)以大米肽為主要原料，并輔以黑加侖果汁、凝膠劑，研制具有一定功能性的大米肽果凍，豐富大米肽的功能性食品應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大米肽、魔芋膠和卡拉膠（以下簡稱“復(fù)配膠”）、黑加侖果汁、檸檬酸鈉、氯化鉀、乳酸鈣、三氯蔗糖、黑加侖香精等均為市售。

1.2 儀器與設(shè)備

Scout電子天平[奧豪斯儀器（常州）有限公司]；AJL-10B電煮鍋（中山市奔邁電器有限公司）；HHS6數(shù)顯恒溫水浴鍋（江蘇金怡儀器科技有限公司）；FR-900多功能自動(dòng)封口機(jī)（溫州市瑞利包裝機(jī)械有限公司）；LB 901糖度計(jì)（廣州市速為電子科技有限公司）；TA.XT Plus質(zhì)構(gòu)儀（英國Stable Micro System公司）；HTC-150恒溫恒濕培養(yǎng)箱（上海三騰儀器有限公司）。

1.3 果凍的制備

1.3.1 工藝流程

膠液的制備→調(diào)配→過濾→灌裝→殺菌→冷卻→成品

1.3.2 操作要點(diǎn)

溶液一：將復(fù)配膠、氯化鉀、乳酸鈣按比例混合均勻，邊攪拌邊加入60 mL冷水，使膠充分溶脹后，置于沸水中加熱10 min。

溶液二：將大米肽、黑加侖果汁、檸檬酸鈉、三氯蔗糖等加入沸水溶解均勻后，降溫后保持溫度在60～70 ℃。

待溶液一溫度降到70 ℃左右加入溶液二，邊加邊攪拌使之混合均勻，再加入黑加侖香精。過濾后趁熱灌裝，于80～90 ℃滅菌20 min，冷卻得到大米肽果凍，備用（按100 g計(jì)）。

1.4 單因素試驗(yàn)

選擇復(fù)配膠添加量、大米肽添加量、復(fù)配膠配比、pH進(jìn)行單因素試驗(yàn)，每次試驗(yàn)中設(shè)置其中三個(gè)因素為固定值，另外一個(gè)為變量，對其進(jìn)行感官評價(jià)和質(zhì)構(gòu)分析，從而確定各個(gè)因素的適宜水平。復(fù)配膠添加量、大米肽添加量、復(fù)配膠配比、pH作為固定因素時(shí)，其值分別為0.8%，1%，2∶3和4。其他原料的添加量在各試驗(yàn)中保持一致。

1.5 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以復(fù)配膠添加量（A）、大米肽添加量（B）、復(fù)配膠配比（C）、pH（D）為主要影響因素，以感官評分為響應(yīng)值，采用響應(yīng)面法設(shè)計(jì)中心組合試驗(yàn)，優(yōu)化大米肽果凍配方工藝，因素水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素及水平

1.6 感官評價(jià)

選擇10名食品相關(guān)人士進(jìn)行感官評定，參考譚春明等[14]、GB 19299—2015[15]和GB/T 19883—2018[16]制定大米肽果凍感官評定表，總分為100分，具體評分標(biāo)準(zhǔn)詳見表2。

表2 果凍感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表

1.7 質(zhì)構(gòu)特性測定條件

TA.XT Plus型質(zhì)構(gòu)儀采用TPA模式測試。測試前探頭下降速度：2 mm/s；測試中探頭下降速度：1 mm/s；測試后探頭下降速度：2 mm/s；下壓距離：5.0 mm；兩次壓縮間隔時(shí)間：5 s；觸發(fā)力：5.0 gf；探頭直徑和類型：10.0 mm和P/0.5。3次平行試驗(yàn)，取平均值。

1.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用SPSS 19.0和Design Expert軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 復(fù)配膠添加量

由表3可知，在添加量范圍內(nèi)，隨著復(fù)配膠添加量的不斷增大，果凍的硬度、彈性、黏性和耐嚼性均呈上升趨勢，存在顯著性差異。由于膠添加量的增加，果凍凝膠中形成更多雙螺旋結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了果凍的膠凝狀態(tài)，使內(nèi)部分子之間排列更加緊密，形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[17]。但當(dāng)復(fù)配膠添加量達(dá)到2%時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的不溶膠，并呈現(xiàn)凝固狀態(tài)，是因?yàn)檫^量的凝膠使果凍過度凝聚而表現(xiàn)出硬度大、彈性小的質(zhì)構(gòu)特性[18]。在感官評價(jià)中，當(dāng)復(fù)配膠添加量較小時(shí)，果凍口感偏軟綿，隨著膠添加量的增大，口感爽滑Q彈，若持續(xù)增大，硬度、耐嚼性也增大，缺乏彈性，口感極差。綜合分析各因素，確定復(fù)配膠添加量0.8%為宜。

表3 復(fù)配膠添加量對果凍的影響

2.1.2 大米肽添加量

由表4可知，大米肽添加量影響果凍的感官評分和質(zhì)構(gòu)特性。隨著大米肽添加量增加，果凍的感官評分、硬度、彈性、黏性和耐嚼性存在顯著性差異，主要表現(xiàn)為下降趨勢，大米肽添加量影響了整個(gè)果凍膠體的結(jié)構(gòu)，可能原因是蛋白質(zhì)的疏水作用或等電點(diǎn)等影響了魔芋膠和卡拉膠的相互作用。大米肽添加量小于1%時(shí)，感官評分隨著大米肽添加量的增加而增加，當(dāng)大米肽添加量較低時(shí)主要表現(xiàn)為黑加侖的果味，基本無大米肽味。大米肽添加量大于1%時(shí)，感官評分呈下降的趨勢，主要原因是隨著大米肽添加量增加，大米肽味較重，口感較差。綜合分析各因素，確定大米肽添加量1%為宜。

表4 大米肽添加量對果感的影響

2.1.3 復(fù)配膠配比

由表5可知，在膠添加量不變的條件下，復(fù)配膠配比中隨著魔芋膠含量的降低、卡拉膠含量的升高，果凍表現(xiàn)為硬度、黏性、耐嚼性均呈下降的趨勢，彈性沒有顯著性的差異。陳婕等[19]研究朝鮮薊果凍，同樣采用魔芋膠與卡拉膠，隨著魔芋膠含量的降低、卡拉膠含量的升高，硬度和咀嚼性均降低，彈性無顯著性差異，當(dāng)配比為1∶3時(shí)，果凍的硬度、咀嚼性最低，果凍軟爛不成形，這與研究一致，因?yàn)樵趶?fù)配膠體系中，卡拉膠形成主要的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而魔芋膠填補(bǔ)到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，形成的膠體才更加穩(wěn)定。鄭鳳錦等[20]研究香蕉果凍時(shí)發(fā)現(xiàn)，魔芋膠與卡拉膠比例為3∶1，硬度和咀嚼性達(dá)到最大，魔芋膠通過氫鍵與卡拉膠相互作用，形成更加致密的膠體三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在復(fù)配膠配比為2∶3時(shí)，感官評分達(dá)到最大，此時(shí)果凍的硬度、彈性、黏性和耐嚼性均較適中。綜合分析各因素，確定復(fù)配膠配比2∶3為宜。

表5 復(fù)配膠配比對果凍的影響

2.1.4 pH

由表6可知，在pH范圍內(nèi)，隨著pH的增大，硬度、彈性、黏性和耐嚼性均呈現(xiàn)增大的趨勢。這與莊遠(yuǎn)紅等[21]研究的結(jié)果一致。當(dāng)pH 2時(shí)，在酸的作用下卡拉膠發(fā)生水解作用，被降解為小分子，凝固性變差，不能形成穩(wěn)定有序的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[22]。同時(shí)，高濃度的H+造成卡拉膠和魔芋膠之間氫鍵斷裂，分子舒展，破壞已形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致果凍硬度、彈性、黏性、耐嚼性下降[23-24]，隨著pH的增大，這些指標(biāo)也呈現(xiàn)上升的趨勢，因?yàn)閜H的增大，魔芋膠的多糖分子與大米肽中的蛋白質(zhì)和多肽通過疏水相互作用和氫鍵作用形成可溶性復(fù)合物，在果凍制備過程中加熱使其形成具黏彈性的三維結(jié)構(gòu)，把水分子包圍其中，使果凍硬度、彈性、黏性、耐嚼性逐漸增大[25]。在pH 4時(shí)，感官評分達(dá)到最大，此時(shí)果凍的硬度、彈性、黏性和耐嚼性均較適中，當(dāng)pH大于4時(shí)，果凍的顏色會(huì)變暗，呈黃褐色，可能是pH影響了大米肽或者黑加侖果汁的顏色，產(chǎn)生明顯的咸味，口感較差。綜合分析各因素，確定pH 4合適。

表6 pH 對大米肽果凍感官評分和質(zhì)構(gòu)特性的影響

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果分析

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

運(yùn)用Design Expert軟件，以感官評分為響應(yīng)值，復(fù)配膠添加量（A）、大米肽添加量（B）、復(fù)配膠配比（C）、pH（D）為因變量，進(jìn)行Box-Behnken四因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

2.2.2 回歸分析

利用Design Expert軟件對表7試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差及多元回歸擬合分析，得二次多項(xiàng)回歸模型方程：Y=93.60+0.83A+4.83B+0.083C-0.92D+2.75AB-2.25AC+1.00AD+0.25BC+2.50BD+0.25CD-4.72A2-9.22B2-7.84C2-11.09D2。

由表8可知，該回歸模型極顯著（P＜0.000 1），失擬項(xiàng)（P=0.091 1）不顯著，R2=0.978 6，Radj2=0.957 3，變異系數(shù)（C.V.）為2.02%＜10%，在可接受范圍內(nèi)，表明模型擬合度較好，可用于預(yù)測實(shí)際情況。由方差分析結(jié)果P值得出結(jié)論，一次項(xiàng)B極顯著（P＜0.01），其余均不顯著，二次項(xiàng)A2、B2、C2、D2均極顯著（P＜0.01）。由F值可知，各影響因素對大米肽果凍感官品質(zhì)的影響大小順序?yàn)锽＞D＞A＞C。

表8 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果方差分析

2.2.3 交互作用

利用Design Expert軟件繪制響應(yīng)面三維立曲面圖和等高線圖，響應(yīng)曲面傾斜程度反映了交互因素對感官評分的影響程度，即響應(yīng)曲面傾斜的角度越大，交互因素對感官評價(jià)的影響也就越大。如圖1所示，AD、BC和CD對感官評分影響不顯著，AC對感官評分影響為顯著，AB和BD對感官評分影響為極顯著。從響應(yīng)曲面可看出，響應(yīng)面BD的曲面坡度最大，說明其影響最大。感官評價(jià)隨著大米肽添加量和pH的增加，呈現(xiàn)先增加后減少。

圖1 兩兩因素交互作用對感官得分影響的響應(yīng)曲面

2.3 果凍最優(yōu)配方的驗(yàn)證

經(jīng)響應(yīng)面優(yōu)化得到最佳配方：復(fù)配膠添加量0.8%、大米肽添加量1%、復(fù)配膠配比2∶3、pH 4，在此配方條件下進(jìn)行3次重復(fù)性試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)果凍感官綜合評分均值為93分，與預(yù)測值誤差為1.06%，說明該模型與實(shí)際情況擬合度高，模型預(yù)測效果良好。其質(zhì)構(gòu)特性均值為硬度451.23 g、彈性0.98 mm、黏性338.47 g、咀嚼性325.46 mJ，可溶性固形物均值為16.3 g/100 g。因此，在實(shí)際操作中可用此模型建立大米肽果凍配方條件進(jìn)行生產(chǎn)。

3 結(jié)論

研究是以復(fù)配膠添加量、大米肽添加量、復(fù)配膠配比、pH為考察因素，通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)對大米肽果凍配方進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)結(jié)果表明，果凍最佳配方為復(fù)配膠添加量0.8%、大米肽添加量1%、復(fù)配膠配比2∶3、pH 4。在最佳配方條件下感官綜合評分為93分，質(zhì)構(gòu)特性為硬度451.23 g、彈性0.98 mm、黏性338.47 g、咀嚼性325.46 mJ，可溶性固形物為16.3 g/100 g。關(guān)于大米肽果凍的功能性有待后續(xù)進(jìn)一步研究。

目前關(guān)于大米肽功能性食品的報(bào)道相對較少，例如譚春明等[14]以大米肽為主要功能因子，研制一種口感好且穩(wěn)定、澄清的營養(yǎng)保健型大米肽飲料。目前市售的大米肽產(chǎn)品較少，以功能性飲料為主，例如顏如玉白肌酸大米肽液態(tài)飲、蜜拓蜜白肌酸美白飲等。大米肽其他劑型的功能性產(chǎn)品相對較少，研究采用果凍凝膠劑型，打開了大米肽應(yīng)用的新市場，為大米肽健康產(chǎn)品的開發(fā)與利用提供理論依據(jù)和新思路。