周玉蓉,姚軼俊,王博,王立峰*
(1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150028;2.南京財經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇南京 210023)
青稞和蕎麥在我國傳統(tǒng)飲食文化中占據(jù)了重要地位,其富含的生物活性物質(zhì)已被證明對人體具有降血糖、降血脂、抗氧化損傷等作用[1-3]。但由于雜糧具有口感粗糙、難以烹煮等缺點(diǎn),給雜糧相關(guān)產(chǎn)品的商業(yè)化帶來一定困難,這也造成了雜糧資源的浪費(fèi)。盡管我國雜糧產(chǎn)品種類多,但多數(shù)加工產(chǎn)業(yè)是以豆類、米面制品的加工為主,屬于初級加工。相比于其他農(nóng)業(yè)較發(fā)達(dá)的國家,我國針對雜糧的深層次加工占比不到雜糧生產(chǎn)總值的10%[4],亟需對雜糧資源進(jìn)行深層次利用。近年來,隨著超微粉碎技術(shù)在淀粉改性方面的應(yīng)用初見成效,將超微粉碎技術(shù)應(yīng)用于糧食作物的研究也越來越多,已有研究表明經(jīng)超微粉碎技術(shù)處理后的小麥超微粉[5]、大米超微粉[6]、大麥超微粉[7]、黑麥超微粉[7]及脫脂大豆超微粉[8]等溶解性增加、糊化溫度減小、持水性和持油性增加,超微粉碎技術(shù)對淀粉類食品的感官特性和加工特性具有顯著的改善作用。此外也有研究表明超微粉碎可顯著提高谷物中生物活性組分含量,更有利于人體的吸收利用[9]。
代餐食品是指能夠快速、便捷地為人體提供各種必要的營養(yǎng)物質(zhì),使其能完全取代或部分取代正餐的食品。Heymsfield 等[10]研究了不同添加物對代餐粉營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,結(jié)果表明經(jīng)過適當(dāng)?shù)膹?fù)配,代餐粉產(chǎn)品可以滿足正常人膳食營養(yǎng)需求,且能夠有效地降低體重,改善肥胖引起的相關(guān)疾病。另有研究表明,高膳食纖維、低熱量的代餐粉不僅能夠控制食欲,還具有調(diào)節(jié)血脂、血糖、改善消化系統(tǒng)功能的作用[11]。
目前代餐食品主要有代餐粉、代餐粥、代餐棒和代餐奶昔等,其中代餐粉主要以雜糧代餐粉為主。但由于其口感欠佳、質(zhì)地粗糙且不易沖調(diào),市售的大多數(shù)雜糧代餐粉添加了較大比例的主糧,使代餐粉的整體沖調(diào)性、組織形態(tài)和風(fēng)味得到改善[12]。然而,這導(dǎo)致雜糧代餐粉中雜糧含量降低,影響產(chǎn)品的營養(yǎng)價值和功能價值。鑒于此,在滿足其營養(yǎng)需求的前提下,通過優(yōu)化烘焙條件、主輔料配方并添加穩(wěn)定劑,創(chuàng)制一款無主糧添加的復(fù)配雜糧代餐粉,已成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。
本試驗(yàn)以青稞、蕎麥為主要原料,輔以脫脂奶粉、白砂糖、穩(wěn)定劑,利用模糊數(shù)學(xué)感官評價法對雜糧代餐粉進(jìn)行感官評價,結(jié)合單因素試驗(yàn)、正交試驗(yàn)篩選,確定最佳雜糧代餐粉配方,并與市售3 種代餐粉的營養(yǎng)成分進(jìn)行對比,以期開發(fā)一款具有淀粉、脂肪含量較低、膳食纖維含量較高特點(diǎn)的雜糧代餐粉,為雜糧相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)與資源利用提供思路。
青稞:產(chǎn)自青海西寧;蕎麥:產(chǎn)自山西大同;白砂糖、脫脂奶粉(均為食品級)、A、B、C 3 種雜糧代餐粉(主要成分為紅豆、薏米、大豆、山藥等):市售;海藻酸鈉、黃原膠、瓜爾豆膠、羧甲基纖維素(carboxymethyl cellulose,CMC)(均為優(yōu)級純)、α-淀粉酶(250 000 U/mL)、蛋白酶(5 U/mg)、淀粉葡萄糖苷酶(260 U/mL):美國Sigma 公司;鹽酸、氫氧化鈉、硫酸、硫酸銅、硫酸鉀、硫代硫酸鈉、硼酸、乙酸鉛、石油醚、無水乙醚、無水乙醇、甲基紅、丙酮、重鉻酸鉀、氨丁三醇[tris(hydroxymethyl)aminomethane,TRIS]、嗎啉乙磺酸(2-morpholinoethanesulfonic acid,MES)、冰乙酸(均為分析純):國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。
MG38CB 電烤箱:廣東美的廚房電器制造有限公司;CT293 錘式旋風(fēng)磨:丹麥福斯FOSS 分析儀器有限公司;J-50 氣流式粉碎機(jī):意大利Tecnologia Meccanica公司;101-34S 電熱鼓風(fēng)干燥箱:上海蘇進(jìn)儀器設(shè)備廠;84-1 磁力攪拌器:上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司;HWCL-3 恒溫水浴鍋:鄭州長城科工貿(mào)有限公司;TGL16M 高速冷凍離心機(jī):長沙湘智離心機(jī)儀器有限公司;SpectraMax M2e 多功能酶標(biāo)儀:美國Molecular Devices 公司;TecMaster RVA 快速黏度分析儀:瑞典Perten 公司。
1.3.1 復(fù)配雜糧代餐粉制作工藝流程
根據(jù)前期研究結(jié)果[13],由于青稞超微粉與蕎麥粉具有優(yōu)于其他雜糧超微粉的功能特性,因此選擇青稞超微粉與蕎麥超微粉作為雜糧代餐粉的原料。雜糧代餐粉的配方優(yōu)化工藝流程圖如圖1所示。
圖1 雜糧代餐粉配方優(yōu)化工藝流程Fig.1 Formulation optimization process of multigrain meal replacement powder
1.3.2 雜糧超微粉的制備
將青稞、蕎麥置于錘式旋風(fēng)磨中粉碎,收集得到的粗粉,將青稞粗粉、蕎麥粗粉置于60 ℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥至水分低于5%備用??諌罕玫臍饬鳒囟日{(diào)節(jié)至4 ℃,打開氣流式粉碎機(jī),環(huán)流氣壓調(diào)至1.2 MPa,文丘里噴嘴氣壓調(diào)節(jié)至1.0 MPa,進(jìn)樣器螺桿轉(zhuǎn)速調(diào)至140 r/min 并保證青稞、蕎麥粗粉的粉碎時間相同,制得青稞超微粉與蕎麥超微粉,儲存在-20 ℃冰箱。
1.3.3 雜糧超微粉糊化度的測定
根據(jù)文獻(xiàn)[14]的方法并稍作修改,分別準(zhǔn)確稱取1.00 g 青稞超微粉和蕎麥超微粉,加入30 mL 沸水并快速攪拌3 min 后,加入20 mL 蒸餾水,并標(biāo)記為P1;再次分別準(zhǔn)確稱取1.00 g 青稞超微粉和蕎麥超微粉,加入50 mL 蒸餾水,并標(biāo)記為P2;另取三角瓶加入50 mL 蒸餾水,標(biāo)記為B。其中,P1為試驗(yàn)組,P2為對照組,B 為空白組。向P1、P2、B 中分別加入1 mL 1%α-淀粉酶溶液后,置于60 ℃恒溫水浴鍋中振蕩水浴1 h,加入3 mL 1 mol/L 稀鹽酸溶液使酶失活,將溶液定容至100 mL 后待測。取3 組待測溶液各10 mL,加入1 mol/L NaOH 溶液至溶液pH 值>7.0 后,加入5 mL 1 mol/L 碘液后避光靜置反應(yīng)10 min。加入1 mL 25%的硫酸溶液,并用0.1 mol/L 的硫代硫酸鈉溶液滴定至藍(lán)色變淺后,加入淀粉指示劑,滴定至藍(lán)色完全消失,且保持5 min 不變色。記錄P1、P2、B 消耗硫代硫酸鈉溶液的體積。按下式計算樣品糊化度(D,%)。
式中:VB為滴定空白組B 消耗的硫代硫酸鈉溶液的體積,mL;V1為滴定試驗(yàn)組P1消耗的硫代硫酸鈉溶液的體積,mL;V2為滴定對照組P2消耗的硫代硫酸鈉溶液的體積,mL。
1.3.4 模糊數(shù)學(xué)感官評價法優(yōu)化雜糧代餐粉配方
1.3.4.1 感官評價
選擇10 名專業(yè)的老師和同學(xué)組成感官評定小組,評定人員培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)參照GB/T 23470.1—2009《感官分析感官分析實(shí)驗(yàn)室人員一般導(dǎo)則第1 部分:實(shí)驗(yàn)室人員職責(zé)》及GB/T 23470.2—2009《感官分析感官分析實(shí)驗(yàn)室人員一般導(dǎo)則第2 部分:評價小組組長的聘用和培訓(xùn)》,要求在評價前至少60 min 內(nèi)不接觸香水、香煙等氣味強(qiáng)烈的物質(zhì),24 h 內(nèi)不接觸辣椒、大蒜等味覺強(qiáng)烈的物質(zhì)。對雜糧代餐粉的外觀、氣味、口感、組織形態(tài)4 個方面進(jìn)行感官評定,并設(shè)定4 個等級,分別為好、較好、一般、差。感官評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。
表1 感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory rating criteria
1.3.4.2 模糊數(shù)學(xué)模型的建立
1)評語集與因素集的確定
以外觀、氣味、口感及組織形態(tài)為因素集,以好、較好、一般、較差為評語集,根據(jù)感官評定結(jié)果,建立4 個單因素評價矩陣,用模糊數(shù)學(xué)評定方法對其進(jìn)行分析。因素集U=(U1,U2,U3,U4)=(外觀,氣味,口感,組織形態(tài));評語集V=(V1,V2,V3,V4)=(好,較好,一般,差)。其中,好(9 分),較好(7 分),一般(5 分),差(3 分),即得分集X=(9,7,5,3)。
2)權(quán)重集的確定
評價因素權(quán)重集是雜糧代餐粉感官評價因素在評價過程中所占重要程度的集合,W=(W1,W2,W3,W4),Wn與Un是一一對應(yīng)關(guān)系,并且規(guī)定∑Wi= 1。10 名評定人員對雜糧代餐粉的3 個因素進(jìn)行一一比較,自身比較得1 分,重要因素得1 分,次要得0 分,確定各評價因素權(quán)重集W。
3)模糊關(guān)系綜合評判集
收集10 位評定人員的感官評價結(jié)果,統(tǒng)計對各因素的4 個等級的評定人數(shù),建立一個從因素集U到評語集V的模糊關(guān)系R。Rk=(rij),其中k=1,2,…,為樣品的編號;i表示第i個因素,j表示第j個評語,rij表示做出該評語的評價人員的數(shù)量除以10。
計算感官評價結(jié)果,依據(jù)模糊變換原理[15],模糊關(guān)系綜合評判集Y=X·R,其中第k個樣品的綜合評價結(jié)果Yk=X·Rk。
4)模糊處理評價分?jǐn)?shù)
對Yk進(jìn)行歸一化,得到矩陣Y',與評價因素權(quán)重集W的轉(zhuǎn)置矩陣相乘,得到模糊處理評價分?jǐn)?shù)Z=Y'·WT。
1.3.5 單因素試驗(yàn)設(shè)計
選擇熟化后的青稞超微粉與蕎麥超微粉為原料,對不同青稞超微粉與蕎麥超微粉質(zhì)量比(20∶80、40∶60、50∶50、60∶40、80∶20)、白砂糖添加量(2%、4%、6%、8%、10%)和脫脂奶粉添加量(2%、4%、6%、8%、10%)進(jìn)行單因素試驗(yàn),試驗(yàn)中對固定量的控制為青稞超微粉與蕎麥超微粉質(zhì)量比40∶60、白砂糖添加量為6%、脫脂奶粉添加量為6%。
1.3.6 正交試驗(yàn)設(shè)計
在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上,進(jìn)行L9(33)正交試驗(yàn),選用的因素和水平如表2所示。
表2 雜糧代餐粉正交試驗(yàn)因素和水平Table 2 Orthogonal test factors and levels of multigrain meal replacement powder
1.3.7 不同穩(wěn)定劑對雜糧代餐粉沖調(diào)穩(wěn)定性的影響
用200 mL 沸水沖調(diào)100 g 雜糧代餐粉,分別添加不同濃度(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%)的穩(wěn)定劑(海藻酸鈉、黃原膠、瓜爾豆膠、羧甲基纖維素),并測定穩(wěn)定系數(shù)R 以確定最優(yōu)的單一穩(wěn)定劑添加量。
將樣品沖調(diào)后靜置20 min,取上層液體稀釋100 倍后于540 nm 處測定吸光度,記為A1。將沖調(diào)樣品以3 000 r/min 的轉(zhuǎn)速離心20 min,取上清液稀釋100 倍后于540 nm 處測定吸光度,記為A2。穩(wěn)定性系數(shù)R=A1/A2,R<1。R值越大則表示樣品沖調(diào)穩(wěn)定性越好。
1.3.8 雜糧代餐粉營養(yǎng)成分的測定及感官評定
選擇雜糧代餐粉復(fù)配的最佳條件,并進(jìn)行營養(yǎng)成分的測定與感官評價。隨機(jī)選擇市售的3 種雜糧粉(A、B、C)記錄其營養(yǎng)成分組成,并對其進(jìn)行感官評價。
各樣品中蛋白質(zhì)含量的測定參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測定》,采用凱氏定氮法進(jìn)行測定;淀粉含量的測定參照GB 5009.9—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中淀粉的測定》,采用酸水解法進(jìn)行測定;粗脂肪含量的測定參照GB 5009.6—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測定》,采用索氏抽提法進(jìn)行測定;膳食纖維含量的測定參照GB 5009.88—2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中膳食纖維的測定》,采用酶重量法進(jìn)行測定。各樣品的感官評價參照1.3.3 所述方法,采用模糊數(shù)學(xué)感官評價法測定各樣品的感官評分。
每組試驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)3 次,數(shù)據(jù)分析與作圖軟件分別采用SPSS 20.0 和GraphPad Prism 9。結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。數(shù)據(jù)采用ANOVA 進(jìn)行Ducan 差異分析。
將經(jīng)過不同條件焙烤后的青稞、蕎麥超微粉沖調(diào),測定其糊化度,結(jié)果如圖2所示。
圖2 不同熟化條件下雜糧超微粉的糊化度Fig.2 Gelatinization degrees of multigrain ultrafine powder under different curing conditions
在焙烤過程中,焙烤溫度為180 ℃、焙烤3 min 后的雜糧超微粉出現(xiàn)焙烤不均勻、部分焦糊、夾生的現(xiàn)象,且隨著焙烤時間的延長焙烤不均勻的現(xiàn)象更為嚴(yán)重。由圖2 可知,當(dāng)焙烤溫度為120 ℃和140 ℃時,糊化度均小于85%,說明此時雜糧超微粉具有難蒸煮的特性,不符合代餐粉能夠即食的食用要求;焙烤溫度為180 ℃、焙烤時間大于3 min 時,雜糧超微粉的糊化度大于95%,此條件下制得的雜糧代餐粉在沖泡時會過于熟爛,并伴有高溫的帶來蛋白質(zhì)變性的異味[16]。綜合以上因素,選擇焙烤溫度160 ℃、焙烤時間12 min作為兩種雜糧超微粉的焙烤熟化條件。在此條件下得到的熟化青稞超微粉幾乎無顏色變化,具有獨(dú)特的芳香氣味;熟化蕎麥超微粉顏色略黃,無焦糊味且香味濃郁。
雜糧代餐粉的感官評價權(quán)重結(jié)果見表3。
由表3 可得感官評價權(quán)重集W=(W1,W2,W3,W4)=(0.28,0.20,0.31,0.21)。
單因素試驗(yàn)感官評定結(jié)果如表4、表5、表6所示。
表4 不同青稞、蕎麥質(zhì)量比代餐粉的感官評分分布Table 4 Distribution of sensory evaluation scores of meal replacement powder with different mass ratios of barley and buckwheat
表5 不同白砂糖添加量代餐粉的感官評分分布Table 5 Distribution of sensory evaluation scores of meal replacement powder with different addition amounts of white granulated sugar
表6 不同脫脂奶粉添加量代餐粉的感官評分分布Table 6 Distribution o of sensory evaluation scores of meal replacement powder with different addition amounts of skimmed milk powder
模糊處理流程以不同青稞、蕎麥配比雜糧代餐粉的感官評價為例。
統(tǒng)計5 種不同配比代餐粉樣品的各個評價語域的評價人數(shù)并除以10,得到如下5 個模糊關(guān)系矩陣。
依據(jù)模糊變換原理,Y=X·R,得到5 個模糊關(guān)系綜合評價集。
對Y進(jìn)行歸一化,得到矩陣Y',與評價因素權(quán)重集W的轉(zhuǎn)置矩陣相乘,得到5 個模糊處理評價分?jǐn)?shù)。
Z1=0.6042Z2=0.6550Z3=0.6064Z4=0.5844Z5=0.5686
由此可得,當(dāng)青稞超微粉與蕎麥超微粉質(zhì)量比為40∶60 時,模糊處理評分Z2最高,為最佳比例。
同理,得到不同白砂糖添加量的5 個模糊處理評價分?jǐn)?shù):
Z1=0.5842Z2=0.6226Z3=0.6550Z4=0.6338Z5=0.6012
可得,當(dāng)白砂糖添加量為6%時,模糊處理評分Z3最高,為最佳比例。
不同脫脂奶粉添加量的5 個模糊處理評價分?jǐn)?shù):
Z1=0.5924Z2=0.6326Z3=0.6550Z4=0.6816Z5=0.6142
可得,當(dāng)脫脂奶粉添加量為8%時,模糊處理評分Z4最高,為最佳比例。
綜上,各單因素最佳條件分別為青稞超微粉與蕎麥超微粉質(zhì)量比40∶60、白砂糖添加量6%、脫脂奶粉添加量8%。
為得到最優(yōu)的雜糧代餐粉配方,根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,選擇與之相鄰的比例或添加量作為適當(dāng)?shù)囊蛩嘏c水平進(jìn)行L9(33)正交試驗(yàn)。通過正交試驗(yàn)得到的感官評價票數(shù)分布如表7所示。
表7 正交試驗(yàn)感官評分分布Table 7 Distribution of sensory evaluation scores in orthogonal test
通過2.3 中模糊數(shù)學(xué)感官評分法,分析正交試驗(yàn)結(jié)果,得到編號為1~9 的樣品的模糊處理評價分?jǐn)?shù)Zk,感官評分Sk=Zk×100(k=1,2,…,9)。統(tǒng)計分析得到正交試驗(yàn)結(jié)果,見表8。
表8 雜糧代餐粉正交試驗(yàn)感官評分Table 8 Sensory scores of multigrain meal replacement powder in orthogonal test
由表8 可得,不同因素的重要性為青稞超微粉與蕎麥超微粉質(zhì)量比>白砂糖添加量>脫脂奶粉添加量;最佳組合為A2B2C2,即條件為青稞超微粉與蕎麥超微粉質(zhì)量比40∶60、白砂糖添加量6%、脫脂奶粉添加量8%。經(jīng)驗(yàn)證,在此條件下雜糧代餐粉感官評分為65.50,高于正交試驗(yàn)中最優(yōu)組合A2B2C3,故選擇A2B2C2組合作為最終雜糧代餐粉配方。此配方的雜糧代餐粉沖調(diào)后色澤均一,具有獨(dú)特的雜糧芳香,口感順滑,無較大的團(tuán)塊狀組織。
單種穩(wěn)定劑添加對雜糧代餐粉沖調(diào)穩(wěn)定性的影響如圖3所示。
圖3 穩(wěn)定劑的添加對雜糧代餐粉穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effect of stabilizer addition on the stability of multigrain meal replacement powder
由圖3 可知,海藻酸鈉對沖調(diào)穩(wěn)定性的影響低于其它3 種穩(wěn)定劑;羧甲基纖維素(CMC)在添加量小于0.4% 時,對沖調(diào)穩(wěn)定性的影響較高,當(dāng)添加量大于0.4%時,隨著CMC 添加量的增加,沖調(diào)穩(wěn)定性趨于穩(wěn)定;隨著瓜爾豆膠的添加量增加,雜糧代餐粉的沖調(diào)穩(wěn)定性也隨之提高;黃原膠的添加量為0.1%時,能夠明顯提升雜糧代餐粉的沖調(diào)穩(wěn)定性,在添加量大于0.5%時,沖調(diào)穩(wěn)定性趨于穩(wěn)定。有研究表明,黃原膠比瓜爾豆膠更能穩(wěn)定淀粉體系,降低淀粉糊的峰值黏度并提高熱穩(wěn)定性[17]。
綜上,黃原膠在低添加量的情況下便可對雜糧代餐粉的沖調(diào)穩(wěn)定性有顯著的提升作用,因此選擇黃原膠作為雜糧代餐粉的穩(wěn)定劑,添加量為0.5%,此時雜糧代餐粉的沖調(diào)穩(wěn)定性良好。
本產(chǎn)品與市售的3 種雜糧代餐粉(A、B、C)的營養(yǎng)成分表及感官評價如表9所示。
表9 不同雜糧代餐粉的營養(yǎng)成分與感官評分Table 9 Nutrients and sensory scores of multigrain meal replacement powder products
市面上已有的大部分雜糧粉類產(chǎn)品均添加了主糧粉(米粉、小麥粉等)。由表9 可知,A、B、C 3 種產(chǎn)品沖調(diào)后的色澤與組織形態(tài)優(yōu)于本產(chǎn)品,但產(chǎn)品B、C 存在入口稍有沙粒感、雜糧香氣淺薄的缺點(diǎn)。本產(chǎn)品具有口感順滑、雜糧香氣濃厚、淀粉與脂肪含量較低、膳食纖維含量高等優(yōu)點(diǎn),且提高了原料本身的功能特性。本產(chǎn)品與已有研究的綠茶麥胚代餐粉[18]、膨化核桃粉[19]、紫薯代餐粉[20]相比具有高蛋白質(zhì)含量、低脂肪含量、高膳食纖維含量的優(yōu)點(diǎn)。
本試驗(yàn)主要研究了雜糧代餐粉的制作工藝及配方優(yōu)化與感官評價。結(jié)果表明青稞超微粉和蕎麥超微粉在經(jīng)過160 ℃、12 min 的熟化后,得到具有雜糧特有芳香的熟化青稞粉與熟化蕎麥粉;通過模糊數(shù)學(xué)感官評價模型確定雜糧代餐粉的配方為青稞超微粉與蕎麥超微粉質(zhì)量比40∶60、白砂糖添加量6%、脫脂奶粉添加量8%;通過對雜糧代餐粉沖調(diào)穩(wěn)定性的測試,確定添加的穩(wěn)定劑為0.5%的黃原膠。經(jīng)過制作工藝及配方優(yōu)化后的雜糧代餐粉,在不額外添加主糧的情況下,具有淀粉、脂肪含量較低、膳食纖維含量較高、風(fēng)味怡人、口感順滑的特點(diǎn),提高了原料本身的功能性價值,為雜糧相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)與資源利用提供了思路。