红曲糙米功能性饼干的开发

2014-06-26崔海燕陈勉华李贞景王昌禄

食品科学技术学报 2014年6期

崔海燕, 王　婧, 陈勉华, 李贞景, 王昌禄, 陈迪

(天津科技大学食品工程与生物技术学院,天津 300457)

红曲霉是为数不多的产食用色素的微生物之一,一直是国内外学者研究的焦点.红曲色素是由红曲霉属的丝状真菌经发酵而合成的天然色素,是红曲霉的次级代谢产物,代替亚硝酸盐用于肉制品中,还可以增强食品风味和抗菌、抑菌,延长产品保质期,在我国被广泛用作调味剂、红腐乳制造原料、肉类保存剂和食品着色剂[1].另外,红曲霉发酵产品因含有多种功能活性物质,使其在食品及药物上的应用备受关注[2],其中洛伐他汀(Monacolin K)可以竞争性抑制羟甲戊二酰辅酶A(HMG-CoA)还原酶(HMG-R),能有效地、特异性地抑制胆固醇的合成[3-4],同时还具有降压、抗癌、抗炎、降低骨质疏松和骨折危险的能力[5-7]等多种生理功能.然而发酵基质的种类对红曲霉代谢产物组成及活性有显著影响[8].糙米含有多种保健成分,是一种营养价值高、健脑养人的食品.糙米中有多种保健功能成分,主要有谷胱甘肽(防止溶血)、氨基丁酸(降血压、缓解动脉硬化等)、γ-谷维醇(抗氧化、抗衰老、去自由基等)、米糠脂多糖(增强免疫)、防过敏因子、肌醇六磷酸(抗氧化)等[9].课题组前期实验发现,与大米相比,糙米发酵红曲可以显著提高Monacolin K产量.红曲发酵杂粮功能性食品的开发,不仅可以开阔我国红曲功能性食品的市场,也对杂粮食品的应用进行了推广,更加符合目前市场的需求.本文以糙米为红曲发酵基质,发酵获得红曲粉,将其添加到小麦粉中,通过优化工艺条件研发出一种红曲糙米饼干,并建立该产品贮藏期预测模型,为我国红曲功能性食品及杂粮制品市场的多元化发展进行了探索.

1　材料与方法

1.1　原料与主要仪器设备

小麦粉(低筋小麦粉)、糙米粉、麸皮、白砂糖、食盐、植物油、奶粉、鸡蛋、小苏打(食用级)等均为市售,红曲粉为实验室自制.

T1000型电子天平,美国双杰公司;GB11165型酸度计,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;XYF-2E-3P型远红外线食品烤炉,广州红菱电热设备有限公司;TA.XT.Plus型质构仪,英国Stable Micro System公司等.

1.2　实验方法

1.2.1红曲糙米饼干基本配方

红曲糙米饼干配方见表1.

表1　红曲糙米饼干基本配方Tab.1　Basic formula of red yeast brown rice biscuit_%

1.2.2工艺流程及操作要点

原辅料预处理→调制面团→辊压→成型→烘烤→冷却→包装.

操作要点:

1)原辅料预处理:将糙米浸泡1～2 h,烘干磨粉,过100目筛.

2)调粉和面:将红曲粉、白砂糖、食盐充分溶解,鸡蛋与油搅打均匀,混合后形成均匀的水/油乳浊液,加入糙米粉及面粉调制成面团.调制过程尽量缩短调制时间,以防形成大量面筋.

3)辊压成型:将调好的面团压制成约2.5～3 mm的面片,用印模成型.

4)烘烤:上火180℃,下火150℃,焙烤10 min.

1.3　实验设计

1.3.1红曲糙米饼干烘烤温度的确定

按红曲糙米饼干的基础配方,将烘烤温度分别设置为:上火180℃,下火150℃;上火200℃,下火150℃;上火230℃,下火150℃;上火180℃,下火175℃;上火200℃,下火175℃;上火230℃,下火175℃.对其进行感官及客观评价分析,并根据其Monacolin K的含量,确定饼干的烘烤温度.

1.3.2红曲糙米饼干配方的优化

在单因素实验基础上,以红曲糙米饼干品质考核综合指标作为观察对象,对糙米粉、麸皮、白砂糖、植物油的用量4个影响因素进行优化,因素水平见表2,设计正交试验.

表2　红曲糙米饼干配方优化试验因素水平表Tab.2　Levels and factors of red yeast brown rice biscuit%

1.4　红曲糙米饼干的感观品质评价方法

1.4.1客观评价方法

利用质构仪[10]对饼干硬度及脆度进行分析测定,并与感官评分进行相关性分析,从而得出最佳质构测定方法,作为感官评价以外的客观评价方法.

1.4.2主观评价方法

根据实验配方,按照工艺要点制作出相应的9组产品.结合红曲糙米饼干的口感、硬度、脆度、色泽和外形5个方面的特点,制定出红曲糙米饼干加权感官评分表,见表3.随机选取10名食品专业的学生为感官评价评分员,采用模糊综合评价法,对产品进行评价[11-12].

表3　红曲糙米饼干加权感官评分表Tab.3　Weighted evaluation form of red yeast brown rice biscuit 分

1.5　红曲糙米饼干贮藏期预测模型的建立

1.5.1贮藏期内饼干酸价的测定

将分装好的饼干(每包6片,约合50 g)置于37,47,57℃的恒温干燥箱中,每隔7 d取样一次,将样品粉碎,过100目筛,测定样品的酸价,每个样品平行测定3次,取平均值.依据《GB 7100—2003饼干卫生标准》规定:酸价(以脂肪计)(KOH)≤50 mg/g作为储藏期判定终点.酸价测定按 GB/T 5009.56—2003执行.

1.5.2动力学模型的建立

红曲糙米饼干中含有一定的油脂,在饼干储运和销售等过程中易受周围环境如光、温度、氧等因素的影响发生氧化酸败,导致饼干营养价值损失直至腐败变质.质量变化的程度由上述反应进行的速度和时间决定,其中反应速度受温度制约.探讨红曲糙米饼干质量变化的动力学问题,建立以温度为基础的动力学模型[13-15],见2.3.

2　结果与讨论

2.1　红曲糙米饼干烘烤温度的确定

按照 1.4方法,研究不同烘烤温度对饼干Monacolin K含量、感官品质及硬度、脆度的影响,结果见图1和图2.

由图1和图2可以看出,烘烤温度对饼干的感官评分、Monacolin K含量、硬度和脆度均有一定的影响.上火180℃、下火150℃和上火180℃、下火175℃时感官评分较高;上火180℃、下火175℃时饼干中Monacolin K含量最高;随着温度的升高,饼干硬度和脆度总体呈现增大的趋势.根据感官评分和Monacolin K含量的大小,确定上火180℃、下火175℃为优选烘烤温度,此时饼干中Monacolin K含量约为65μg/g,硬度为1.25 kg,脆性为28.10 mm.

图1　烘烤温度对感官评分及Monacolin K含量的影响Fig.1　Influence of baking temperature on sensory evaluation and Monacolin K content

图2　烘烤温度对饼干硬度和脆度的影响Fig.2　Influence of baking temperature on hardness and brittleness of biscuit

2.2　红曲糙米饼干配方正交试验

红曲糙米饼干正交试验感官评定见表4.

表4　正交试验感官评定表Tab.4　Orthogonal sensory evaluation results of biscuit

从表4中可以得出,1～9号产品的模糊评判矩阵,如1号产品的模糊评判矩阵为:

依次可得到其他产品的模糊评判矩阵,由权重集A和1～9号产品模糊评判矩阵,根据公式Y=AR可得到1～9号产品的权重Y1～Y9分别为:

为了方便排序比较,定出等级系数h1=90,h2=80,h3=70,从而求出感官评价值S.

式(1)中,J=1,2…9;j=1,2,3.得到S1～S9,填入正交试验结果表中.

以糙米粉、麸皮、糖、油的添加量4个影响因素进行L9(34)正交试验,结果见表5.

表5　L9(34)正交试验设计与结果Tab.5　Orthogonal design and experimental results

试验结果利用正交助手进行分析,由极差R得出,4个因素的添加量对饼干品质的影响程度顺序为:糙米粉＞麸皮＞植物油＞白砂糖.

根据S值可知,最优水平为A2B1C2D3;根据正交试验k值分析可知,最优水平A2B2C2D3.两种分析结果不同,需进行验证实验,结果见表6.

表6　验证实验结果Tab.6　Results of verification experiment

从表6可以看出,4号组的饼干感官评分较高,故确定正交试验的最优组合为4号实验组.

正交试验方差分析见表7.

表7　正交试验方差分析表Tab.7　Anova of orthogonal test

从表7可以看出,糙米粉添加量为显著因素.通过多重比较及验证实验可知,正交试验结果较优组合为A2B1C2D3.故红曲糙米饼干配方为:糙米粉添加量为80%,麸皮添加量为2.5%,糖添加量为40%,油添加量为35%,即面粉100 g,糙米粉80 g,麸皮2.5 g,糖40 g,油35 g.

2.3　红曲糙米饼干贮藏期模型的建立

2.3.1不同温度条件下红曲糙米饼干酸价的变化

按照1.5.1方法,研究不同温度和贮藏时间条件下,红曲糙米饼干酸价的变化,结果见表8.

由表8可以看出,贮藏过程中饼干的酸价值缓慢地变化,随着时间的增加,酸价呈不同程度的上升趋势,并且上升的幅度与贮藏温度密切相关.温度越高,产品酸价的升高速度越快.

2.3.2反应速率常数K和温度系数Q10的计算

大多数食品的质量与时间关系表现为零级或一级反应[16],即n=0或1.动力学方程分别如下.零级反应:

表8　贮藏时间及温度对红曲糙米饼干酸价的影响Tab.8　Effects of temperature and time on acid value of biscuit

一级反应:式(2)中,A的保留量对时间θ作图为一条直线,这条直线的斜率是反应速率常数K.

式(3)中,A的保留量对时间θ作图为一条曲线.

食品贮藏期通用动力学模型:

式(4)中,K0是频率因子(又称前因子),Ea是活化能,R是气体常数8.314 J/(mol·K),T为绝对温度.式(4)左边是关于品质A的函数,右边是贮藏时间θ与温度T的关系式.

由式(6)可以看出,温度是影响反应速率常数最主要的因素.随T增大,K值增大,反应速度也加快.

由于食品品质变化中的反应十分复杂,很难直接得到反应速率与温度的关系,因此通常采用Q10(温度系数)表示温度与反应速率之间的关系,定义为:

式(7)中,KT表示绝对温度T时的反应速度常数;KT+10表示绝对温度T+10时的反应速度常数;Q10表示温度每升高10º反应速度增加的倍数.

将式(7)两边取对数、整理后得:

式(8)表明,在一定的温度范围内,活化能Ea越大,Q10就越大.

大多数食品在保存过程中,品质呈递减趋势,设贮藏开始时食品的品质为Q0,经过时间θ品质下降到Qθ.当品质低于Qθ时,食品失去商品价值,此时称θ为食品的保藏期限或贮藏寿命[17].食品的贮藏寿命与贮藏温度之间线性关系有以下几种:

式(9)～式(13)中,θ为食品的贮藏寿命,T为绝对温度(单位:℃),C为摄氏温度(单位:℃),m和K为待定常数.

2.3.2.1反应速率常数K的计算

不同贮藏温度下的回归分析见图3.对图3中的R2值进行比较(见表9),结果可知:红曲糙米饼干在贮藏过程中的氧化反应属于一级反应.根据曲线回归方程式可得出不同温度下脂肪氧化反应的速率常数K,见表10.

图3　不同贮藏温度下的回归结果Fig.3　Regression results under different storage temperatures

表9　贮藏过程中红曲糙米饼干酸价回归分析Tab.9　Regression analysis of acid value of biscuit

表10　3种温度下的反应速率常数Tab.10　Reaction rate constants at three different storage temperatures

2.3.2.2温度系数Q10的计算

1)C=37℃和C+10=47℃时,速率常数分别为KC=0.01和KC+10=0.02代入式(7)即:Q10=KC+10/KC可得Q10=1.65.

2)C=47℃和C+10=57℃时,速度常数分别为KC=0.02和KC+10=0.032,代入式(7)即:Q10=KC+10/KC可得Q10=1.81.

从以上两式可以看出,当饼干贮藏温度在47℃以下时,温度系数K值较小,贮藏温度大于47℃时,温度系数明显增大,说明随着温度升高,红曲糙米饼干的氧化酸败受温度变化的影响也增大,加速产品商用价值的丧失.因此,保持较低温度的贮藏对保证产品品质具有重要意义.

2.3.3以温度为基础的贮藏期模型的建立

不同温度下贮藏时间见表11.将表11中的数据代入式(9)～(13)进行回归分析,结果见图4～图8.

表11　不同温度下产品贮藏时间Tab.11　Storage period of biscuit at different temperatures

图4　式(9)的回归结果Fig.4　Regression results of(9)formula

由图4～图8可以看出,式(11)拟合方程的相关性较好,R2=0.997 6,因此,可用公式(lg K)C来预测红曲糙米饼干基于酸价和温度关系的贮藏期:θ=10(-0.02C+3.12)(式中θ为饼干的贮藏寿命,单位为d;C为储藏温度).根据公式可以得出,室温下(以25℃计),红曲糙米饼干的货架期为350 d.