菠蘿渣超微膳食纖維冰淇淋的研制

孫瑩，姜淑蕾，高志潔，李佳琪，王玉，王雯漣，畢文慧

（山東農(nóng)業(yè)工程學院食品科學與工程學院，山東 濟南 250100）

冰淇淋是一種深受廣大消費者喜愛的休閑食品。2021年我國冰淇淋市場規(guī)模達1 600億元，人均冰淇淋消費量增長至2.9 kg，但這與全球約4.5 kg的平均水平相比還存在很大差異，我國市場潛力巨大[1-2]。雖然冰淇淋消費量持續(xù)增長，但不可忽視的是消費者對于傳統(tǒng)冰淇淋高脂、高糖和高熱量特性的抗拒，這也是制約冰淇淋行業(yè)發(fā)展的關鍵問題。創(chuàng)新性開發(fā)健康型冰淇淋，可以同時滿足消費者的消費及健康需求，助力冰淇淋產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品升級。

在冰淇淋產(chǎn)品中添加適當?shù)墓δ苄猿煞?，可以改善冰淇淋風味，加強冰淇淋產(chǎn)品的營養(yǎng)價值，降低潛在健康問題。膳食纖維是一種既不能被胃腸道消化吸收，也不能產(chǎn)生能量的多糖[3]。適當增加攝入量可以減少胃腸道慢性疾病的發(fā)病率，調(diào)節(jié)血糖和血脂，有效預防肥胖、糖尿病和冠心病等[4-5]，該營養(yǎng)成分已被廣泛應用于面包、功能性飲料、果凍等食品加工中[6-8]。但是膳食纖維的添加會導致產(chǎn)品質(zhì)量下降，林麗靜等[9]研究發(fā)現(xiàn)隨著膳食纖維的添加量不斷增加，產(chǎn)品質(zhì)量會出現(xiàn)先上升后下降的趨勢。膳食纖維的功能特性與其粒徑密切相關，羅欣等[10]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過超微粉碎，超微粉的流動性降低、吸濕速度加快、色差減小。

傳統(tǒng)冰淇淋產(chǎn)品以蔗糖為主要甜味劑，添加量可達17%[11]，高含糖量是冰淇淋容易引發(fā)糖尿病、肥胖和高血脂問題的重要因素。赤蘚糖醇是一種新型的糖醇功能性食品甜味劑，由于人體內(nèi)沒有代謝赤蘚糖醇的酶系，赤蘚糖醇進入人體后，不參與糖的代謝，幾乎不會引起血糖的變化[12]。同時，它還具有甜味協(xié)調(diào)性好，對酸、熱穩(wěn)定性高等優(yōu)良特性[13]，已有研究發(fā)現(xiàn)在冰淇淋中添加適量赤蘚糖醇，可以顯著提高冰淇淋的形狀保持能力[14]。

本文利用超微粉碎技術(shù)制備了菠蘿渣超微膳食纖維，并將其添加到冰淇淋中。利用單因素和響應面試驗對超微膳食纖維冰淇淋的配方進行優(yōu)化并對其品質(zhì)進行評價，以期為健康型冰淇淋的研發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

菠蘿：市售；全脂調(diào)制奶粉、淡奶油（食品級）：雀巢（中國）有限公司；赤蘚糖醇（食品級）：保齡寶生物股份有限公司；單甘酯、羧甲基纖維素鈉（carboxymethylcellulose sodium，CMC-Na）、明膠（食品級）：河南萬邦化工科技有限公司。

1.2 儀器與設備

超微粉碎機（WZJ-6J）：濟南倍力粉體技術(shù)工程有限公司；冰淇淋機（ICE-1510）：北京中興柏翠電器有限公司；低溫高速離心機（TGL-16M）：長沙湘儀離心機儀器有限公司；恒溫水浴鍋（HH-2）：常州越新儀器制造有限公司；恒溫培養(yǎng)箱（MJX-250B-Z）：上海博迅醫(yī)療生物儀器股份有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 菠蘿汁和菠蘿渣超微膳食纖維的制備

取新鮮的菠蘿，去除果皮，將果肉切成小塊，并加入0.3%～0.5%的維生素C，壓榨分離出菠蘿汁，菠蘿汁置-20℃冷凍保存。

向菠蘿渣中加入與果汁等質(zhì)量的蒸餾水，于70℃～80℃浸提10 min，進行第二次壓榨，收集菠蘿渣。將菠蘿渣干燥至水含量為3%～5%，冷卻至（25±1）℃。將干燥后的菠蘿渣放入超微粉碎機，粉碎80 s，過80目篩，得到超微膳食纖維粉[15]。

1.3.2 超微膳食纖維的品質(zhì)測定

分別檢測菠蘿超微膳食纖維和普通菠蘿膳食纖維的持水力、持油力和膨脹力。

1.3.2.1 持水力的測定

分別稱取菠蘿超微膳食纖維和普通菠蘿膳食纖維各1.00 g，加入30 mL蒸餾水，振蕩均勻，室溫下放置18 h，4 000 r/min離心20 min，棄上清液，稱重。按照公式（1）計算持水力[16]。

1.3.2.2 持油力的測定

分別稱取菠蘿超微膳食纖維和普通菠蘿膳食纖維各1.00 g，加入20 mL植物油，振蕩均勻，室溫下放置18 h，4 000 r/min離心20 min，丟棄上清液，稱重。按照公式（2）計算持油力[16]。

1.3.2.3 膨脹力的測定

分別稱取菠蘿超微膳食纖維和普通菠蘿膳食纖維各1.00 g，置于量筒中，記錄此時的體積，加入8 mL蒸餾水混合均勻，室溫下放置18 h，記錄膨脹后的體積。按照公式（3）計算膨脹力[16]。

1.3.3 冰淇淋加工工藝

配料→混合→巴氏殺菌→冷卻→均質(zhì)→老化→凝凍→灌裝→分裝[17-18]。

1.3.4 單因素試驗

基礎配方（非變量成分）：奶粉7.0%、淡奶油6.0%、蔗糖3.0%、明膠0.15%、CMC-Na 0.15%、單甘脂0.3%。

1.3.4.1 超微膳食纖維添加量對冰淇淋品質(zhì)的影響

在基礎配方中添加9.0%赤蘚糖醇和30%菠蘿汁；分別添加0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%的菠蘿超微膳食纖維粉。以產(chǎn)品的感官評分和膨脹率為指標，分析超微膳食纖維添加量對于冰淇淋品質(zhì)的影響。

1.3.4.2 赤蘚糖醇添加量對冰淇淋品質(zhì)的影響

在基礎配方中添加1.5%菠蘿渣超微膳食纖維和30%菠蘿汁；分別添加8.0%、11.0%、14.0%、17.0%和20.0%的赤蘚糖醇。以產(chǎn)品的感官評分和膨脹率為指標，分析赤蘚糖醇添加量對于冰淇淋品質(zhì)的影響。

1.3.4.3 菠蘿汁添加量對冰淇淋品質(zhì)的影響

在基礎配方中添加9.0%赤蘚糖醇和1.5%菠蘿超微膳食纖維；分別添加15%、25%、35%、45%和55%的菠蘿汁。以產(chǎn)品的感官評分和膨脹率為指標，分析菠蘿汁添加量對于冰淇淋品質(zhì)的影響。

1.3.5 響應面試驗

在單因素試驗的基礎上，以赤蘚糖醇添加量（A）、菠蘿汁添加量（B）和超微膳食纖維添加量（C）為因素值，以產(chǎn)品感官評分為響應值，根據(jù)Box-Behnken原理進行三因素三水平響應面試驗設計，對菠蘿渣超微膳食纖維冰淇淋的配方進行優(yōu)化。因素水平見表1。為驗證優(yōu)化后配方的穩(wěn)定性和產(chǎn)品品質(zhì)，對優(yōu)化后冰淇淋產(chǎn)品進行感官品質(zhì)、膨脹率與抗融率指標的檢測。

表1 響應面試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface experiment

1.3.6 冰淇淋品質(zhì)檢測

1.3.6.1 感官評定

由10人組成感官評價小組，對產(chǎn)品的色澤、滋味、組織狀態(tài)、風味進行感官評分[19-20]，感官評分標準見表2。

表2 感官評分標準Table 2 Organoleptic evaluation standard

1.3.6.2 膨脹率測定

分別量取等體積凝凍前冰淇淋漿料和凝凍后冰淇淋成品，稱重后按照公式（4）計算膨脹率[21]。

式中：M1為一定體積冰激凌漿料的質(zhì)量，g；M2為一定體積冰激凌成品的質(zhì)量，g。

1.3.6.3 抗融率測定

稱取30 g硬化24 h以上的成品冰淇淋，立即放置于（28±1）℃的恒溫培養(yǎng)箱中的篩網(wǎng)上，篩網(wǎng)下放置燒杯，用于呈放融化后的冰淇淋，經(jīng)過20 min，稱量融化的冰淇淋的質(zhì)量[22]，按照公式（5）計算抗融率。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Design Expert 12軟件進行響應面試驗設計、分析，采用Origin 2021軟件作圖。所有試驗均重復3次，數(shù)據(jù)取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 菠蘿超微膳食纖維品質(zhì)

菠蘿超微膳食纖維和普通菠蘿膳食纖維品質(zhì)見表3。

表3 菠蘿超微和普通膳食纖維品質(zhì)Table 3 Quality of pineapple superfine and normal dietary fiber

由表3可知，超微膳食纖維各項指標均高于普通膳食纖維，組間存在顯著性差異（P＜0.05）；與文獻[23]中不溶性菠蘿皮渣膳食纖維的持水力（4.53 g/g）、持油力（1.39 g/g）和膨脹力（3.18 mL/g）相比，也均有提升。以上表明超微粉碎處理可以提升菠蘿膳食纖維的整體性能。

2.2 單因素試驗結(jié)果

2.2.1 超微膳食纖維添加量對冰淇淋品質(zhì)的影響

超微膳食纖維添加量對冰淇淋品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 超微膳食纖維添加量對冰淇淋品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of superfine dietary fiber content on the quality of ice cream

由圖1可見，超微膳食纖維的添加會導致冰淇淋感官評分的降低。當超微膳食纖維添加量在1.5%以上時，產(chǎn)品感官評分開始低于80分，產(chǎn)品品質(zhì)不可接受。隨著超微膳食纖維添加量的上升，膨脹率呈降低趨勢，但組間差異性不顯著（P＞0.05）。當超微膳食纖維的添加量低于1.5%時，隨著超微膳食纖維添加量的增加脹率略有降低，下降了14.05%；當繼續(xù)增加超微膳食纖維添加量至2.5%，膨脹率快速下降至28.72%。綜合考慮超微膳食纖維對冰淇淋感官品質(zhì)和膨脹率的影響，確定超微膳食纖維的最適添加范圍為0.5%～1.5%。

2.2.2 赤蘚糖醇添加量對冰淇淋品質(zhì)的影響

赤蘚糖醇添加量對冰淇淋品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 赤蘚糖醇添加量對冰淇淋品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of erythritol content on the quality of ice cream

由圖2可見，隨著赤蘚糖醇添加量的增加，冰淇淋的感官評分逐漸升高，在添加量為11.0%時達到最大值（88.1±4.3），之后隨著赤蘚糖醇添加量的增加，產(chǎn)品感官評分下降。冰淇淋感官評分隨赤蘚糖醇添加量的增加變化不顯著（P＞0.05）。當赤蘚糖醇添加量低于14.0%時，冰淇淋膨脹率隨赤蘚糖醇添加量的增加而上升。在添加量為14.0%時膨脹率達到最大值為（52.61±1.7）%，之后呈下降趨勢?；诔嗵\糖醇對冰淇淋感官品質(zhì)和膨脹率的影響，確定赤蘚糖醇的最適添加范圍為8.0%～14.0%。

2.2.3 菠蘿汁添加量對冰淇淋品質(zhì)的影響

菠蘿汁添加量對冰淇淋品質(zhì)的影響見圖3。

圖3 菠蘿汁添加量對冰淇淋品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of pineapple juice content on the quality of ice cream

由圖3可見，當果汁添加量低于45.0%時，冰淇淋的感官評分隨添加量的增加而提高，添加量為45.0%時冰淇淋的感官評分達到最大值（89.0±6.3）。但是隨著菠蘿汁量的繼續(xù)增加，冰淇淋的感官得分反而降低。分析原因是由于果汁添加過多，導致產(chǎn)品口味偏甜，冰晶多且粗，適口性差，這也與何金蘭等[24]的研究結(jié)果相符合。隨著菠蘿汁添加量的變化，可導致膨脹率先增加后降低，組間無顯著性差異（P＞0.05)。當菠蘿汁添加量低于35.0%時，膨脹率隨著菠蘿汁添加量的增加而上升，在菠蘿汁的添加量為35.0%時膨脹率達到最大（52.5±1.5）%。當添加量超過35.0%時，隨著菠蘿汁添加量的增加膨脹率逐漸降低。結(jié)合考慮菠蘿汁對冰淇淋感官品質(zhì)和膨脹率的影響，確定菠蘿汁的最適添加范圍為35.0%～45.0%。

2.3 響應面試驗結(jié)果

2.3.1 響應面模型的建立及方差分析

響應面試驗設計與結(jié)果見表4。

表4 響應面試驗設計與結(jié)果Table 4 Response surface experiment design and results

對表4中的數(shù)據(jù)進行回歸分析，得到回歸模型方程：Y=91.04+1.15A+2.51B-0.49C+0.13AB-0.48AC-1.80BC-3.57A2-0.75B2-5.19C2。

響應面回歸方程方差分析見表5。

表5 響應面回歸方程方差分析Table 5 Variance analysis of the response surface regression equation

由表5可見，該模型的P＜0.01，表明建立的回歸模型具有極顯著性；失擬項P＞0.05，即模型失擬項不顯著；模型相關系數(shù)R2=0.952 7，說明該模型擬合情況良好，該模型可以用來分析和預測產(chǎn)品最優(yōu)配方。由主要因素A、B、C的F值可知，各因素對菠蘿渣超微膳食纖維冰淇淋感官品質(zhì)影響的順序：菠蘿汁添加量（B）＞赤蘚糖醇添加量（A）＞超微膳食纖維添加量（C）。

2.3.2 最優(yōu)配方確定與驗證試驗

驗證試驗結(jié)果見表6。

表6 驗證試驗結(jié)果Table 6 Validation test results

經(jīng)響應面回歸分析得到的最優(yōu)配方：超微膳食纖維添加量0.9%、果汁添加量45.0%、赤蘚糖醇添加量11.6%、全脂奶粉添加量7.0%、淡奶油添加量6.0%、白砂糖添加量3.0%、明膠添加量0.15%、單甘酯添加量0.30%，CMC-Na添加量0.15%，在此條件下預測冰淇淋感官評分為93.19。以最優(yōu)配方制備冰淇淋，所得產(chǎn)品顏色均勻一致，口感細膩，平均感官評分為92.70±1.15，與理論值基本相符，同時優(yōu)化配方后冰淇淋的膨脹率為（58.21±3.49）%，抗融率為（45.04±2.68）%，均在軟冰淇淋質(zhì)量標準SB/T 10418—2017《軟冰淇淋》范圍內(nèi)[25]，表明優(yōu)化后配方能夠提升產(chǎn)品品質(zhì)，且具有穩(wěn)定性。

2.3.3 因素交互作用分析

各因素兩兩交互作用對菠蘿渣超微膳食纖維冰淇淋感官評分影響的響應面圖見圖4。

圖4 各因素交互作用的響應面和等高線圖Fig.4 Response surface and contour plots of interaction of various factors

如圖4 a所示，超微膳食纖維添加量一定時，隨著菠蘿汁添加量的增加，感官評分略有上升；隨著赤蘚糖醇添加量的增加，感官評分先上升后下降。響應曲面平緩，兩因素交互作用不顯著。圖4 b可見，菠蘿汁添加量一定時，隨著赤蘚糖醇和超微膳食纖維添加量的增加，感官評分均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。等高線圖呈圓形，表明赤蘚糖醇和超微膳食纖維的交互作用不顯著。由圖4 c可見，赤蘚糖醇添加量一定時，隨著超微膳食纖維添加量的增加，感官評分先升高后降低；隨著菠蘿汁添加量的增加，感官評分呈下降趨勢，BC兩因素交互作用顯著。

3 結(jié)論

本試驗通過添加超微膳食纖維成分、利用赤蘚糖醇替代部分蔗糖，研發(fā)了一款膳食纖維含量高、熱量低的菠蘿味冰淇淋。利用超微粉碎技術(shù)處理菠蘿渣，可以制得較高品質(zhì)的超微膳食纖維。單因素試驗發(fā)現(xiàn)超微膳食纖維、赤蘚糖醇及菠蘿汁用量是影響菠蘿渣超微膳食纖維冰淇淋品質(zhì)的主要因素。為提高新產(chǎn)品品質(zhì)，利用響應面優(yōu)化實驗，對菠蘿渣超微膳食纖維冰淇淋的配方進行了優(yōu)化，確定最佳生產(chǎn)配方：超微膳食纖維粉0.9%、菠蘿汁45.0%、赤蘚糖醇11.6%、基礎配方（全脂奶粉10.0%、淡奶油6.0%、白砂糖3.0%、明膠0.15%、單甘酯0.30%、CMC-Na 0.15%）。此配方制備的菠蘿渣超微膳食纖維冰淇淋，顏色均勻一致，有濃郁的果香味，口感細膩。本試驗創(chuàng)新性研發(fā)的菠蘿渣超微膳食纖維冰淇淋，在較低成本下對傳統(tǒng)冰淇淋進行了升級，提升其健康屬性，豐富了產(chǎn)品種類，對于健康零食的開發(fā)具有參考借鑒意義。