响应面法优化糖渍山药姜片工艺及其质构特性

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(1.渤海大学食品科学与工程学院,辽宁省食品安全重点实验室,生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心,辽宁锦州 121013;2.大连中超食品有限公司,辽宁大连 116400)

响应面法优化糖渍山药姜片工艺及其质构特性

芦宇1,焦天慧1,李萌萌1,崔芷萌1,王维民2,宋丹1,孙彤1,吕长鑫1,*,励建荣1,*

(1.渤海大学食品科学与工程学院,辽宁省食品安全重点实验室,生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心,辽宁锦州121013;2.大连中超食品有限公司,辽宁大连116400)

以生姜为原料,通过煮制、糖渍、干燥及包裹山药粉等工艺制得糖渍姜片。以感官评分为评价指标进行单因素实验,选取对糖渍姜片感官品质影响较大的煮制时间、糖渍时间及卡拉胶添加量3个因素进行Box-Behnken实验设计,采用响应面法优化糖渍姜片工艺并对其质构特性进行分析。结果表明:糖渍姜片最优条件为姜片厚度4 mm,煮制10 min,添加1.2 mg/mL的K-卡拉胶经糖渍11 min,60 ℃干燥4 h,感官评分为85.5分;此时物性指标为硬度22731.70 N,弹性0.46 mm,凝聚性0.45,胶着度10527.90 N,咀嚼性5176.96 N·mm。糖渍姜片软硬适中,具有生姜山药双重营养。

生姜,糖渍,质构,响应面,山药

Abstract:Ginger was taken as main material in this study. The processing of sugar-infused ginger slices includes cooking,sugar infusing,drying and wrapping yam powder. The factors cooking time,sugar infusing time,and concentration of k-carrageenan were chosen to optimize processing of sugar-infused ginger slices by response surface methodology. The results showed that:the sensory evaluation score was 85.5 while ginger thickness,cooking time,concentration of k-carrageenan,sugar infusing time,drying temperature,drying time were 4 mm,10 min,1.2 mg/mL,11 min,60 ℃,4 h. Using the physical device on texture profile analysis of the sugar-infused ginger slices,the hardness was 22731.70 N,the flexibility was 0.46 mm,the cohesiveness was 0.45,the adhesive nature was 10527.90 N,chewiness was 5176.96 N·mm,and product sense perception was best.

Keywords:ginger;sugar infused;texture profile;response surface;yam

生姜(ginger)是姜科姜属多年生草本植物。生姜中富含钙、铁等微量元素和多种维生素,具有温中止呕,温肺止咳,促进血液循环,消炎抗菌等作用,是一种药食同源的保健佳品[1]。以生姜为原料开发具有开胃健脾、驱寒解毒功效的健康食品符合当前人们对营养健康的需求。现有的生姜产品有姜茶、姜脯、姜汁饮料、姜汁软糖、姜奶茶、生姜精油、姜油树脂、生姜蛋白酶和红糖姜片等[2-3],生姜制品市场尚有广阔的发展空间;山药不仅营养丰富且具有健脾、补肺、固肾、益精等功效[4-6]。本文以生姜为原料开发一种新型休闲食品——糖渍姜片,将山药粉和糖粉按比例混合,将其均匀覆盖于糖渍姜片上以赋予产品多重营养,不仅能够丰富生姜制品市场,而且满足消费者对新型产品的需求。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

生姜、山药 市售;麦芽糖浆 黄龙食品工业有限公司;K-卡拉胶 连云港友进食品添加剂技术开发有限公司;饮用水 凌海市凌河泉饮用水有限公司;白砂糖 沈阳含饴食品有限公司;以上材料 均为食品级。

UV2700紫外分光光度计 日本岛津公司;TA-XT-PLUS质构仪 英国Stable Micro Systems公司;GT100X震动球磨仪 北京格瑞德曼仪器设备有限公司;HPP.L2-600/0.6超高压 天津市华泰森淼生物工程技术有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 糖渍山药姜片工艺流程

1.2.2 操作要点 挑选肉质肥厚、表面无缺陷的鲜嫩生姜,清洗后去皮,切片,经沸水煮制,在60 ℃下预干燥2 h后取出修整,250 mL麦芽糖浆与水1∶1混匀后添加K-卡拉胶,将姜片放入煮沸糖浆中,取出后一定温度下干燥1 h,将混合粉均匀敷在姜片表面,继续干燥一段时间,取出装入蒸煮袋真空封口,经500 MPa杀菌10 min。

挑选表皮无霉、无机械损伤的新鲜山药,洗净后去皮,切成4 mm薄片,采用热风干燥法在60 ℃下干燥6 h,取出研磨后过100目筛,制得山药粉备用[7]。

将白砂糖经1200 r/min研磨2 min过100目筛,山药粉和糖粉按2∶1的比例混合好备用。

1.2.3 单因素实验

1.2.3.1 切片厚度确定 取5份厚度分别为3、4、5、6、7 mm的姜片各200 g,放入沸水中煮制10 min,取出后在60 ℃的条件下预干燥2 h,取出进行修整,将麦芽糖浆与水1∶1混匀后,添加1.0 mg/mL K-卡拉胶,待糖浆沸腾后,将预干燥后的姜片放入其中熬煮10 min,在60 ℃下干燥1 h,取出待冷却后裹粉,再继续干燥4 h,装入蒸煮袋,真空封口机进行封口,经500 MPa杀菌10 min。测定其水分含量和感官评分。

1.2.3.2 煮制时间确定 取5份厚度为4 mm的姜片各200 g,分别放入沸水中煮制5.0、7.5、10、12.5、15.0 min,取出后在60 ℃的条件下预干燥2 h,取出进行修整,将麦芽糖浆与水1∶1混匀后,添加1.0 mg/mL K-卡拉胶,待糖浆沸腾后,将预干燥后的姜片放入其中熬煮10 min,在60 ℃下干燥1 h,其他操作同1.2.3.1。测定其水分含量、姜辣素浓度及感官评分。

1.2.3.3 K-卡拉胶添加量确定 取5份厚度为4 mm的姜片各200 g,放入沸水中煮制10 min,取出后在60 ℃的条件下预干燥2 h,取出进行修整,将麦芽糖浆与水1∶1混匀后,分别按0、0.5、1.0、1.5、2.0 mg/mL添加K-卡拉胶,待糖浆沸腾后,将预干燥后的姜片放入其中熬煮10 min,在60 ℃下干燥1 h,其他操作同1.2.3.1。测定其水分含量、感官评分和质构。

1.2.3.4 熬煮时间确定 取5份厚度为4 mm的姜片各200 g,放入沸水中煮制10 min,取出后在60 ℃的条件下预干燥2 h,取出进行修整,将麦芽糖浆与水1∶1混匀后,添加1.0 mg/mL K-卡拉胶,待糖浆沸腾后,将预干燥后的姜片放入其中分别熬煮5、7.5、10、12.5、15 min后,在60 ℃下干燥1 h,其他操作同1.2.3.1。测定其水分含量和感官评分。

1.2.3.5 二次干燥温度确定 取5份厚度为4 mm的姜片各200 g,放入沸水中煮制10 min,取出后在60 ℃的条件下预干燥2 h,取出进行修整,将麦芽糖浆与水1∶1混匀后,添加1.0 mg/mL K-卡拉胶,待糖浆沸腾后,将预干燥后的姜片放入其中熬煮10 min,分别在50、55、60、65、70 ℃条件下干燥1 h,其他操作同1.2.3.1。测定其水分含量和感官评分。

1.2.3.6 二次干燥时间确定 取5份厚度为4 mm的姜片各200 g,放入沸水中煮制10 min,取出后在60 ℃的条件下预干燥2 h,取出进行修整,将麦芽糖浆与水1∶1混匀后,添加1.0 mg/mL K-卡拉胶,待糖浆沸腾后,将预干燥后的姜片放入其中熬煮10 min,在60 ℃条件下干燥1 h,取出待冷却后裹粉,再分别干燥2、3、4、5、6 h,其他操作同1.2.3.1。测定其水分含量和感官评分。

1.2.4 响应面优化实验 在单因素实验基础上,选取对感官评分影响较大的3个因素(煮制时间、卡拉胶浓度、糖渍时间)为考察因素,以感官评分为响应值,采用响应面法优化糖渍姜片工艺,实验因素水平见表1。

表1 响应面实验因素水平表Table 1 Tactors and levels table of response surface methodology

1.2.5 测定方法

1.2.5.1 含水率测定 测定方法参照GB 50093-2010《食品安全国家标准-食品中水分的测定》[8]。

1.2.5.2 感官评分 Oey等[9]研究表明,产品的色泽、风味和组织状态对消费者感官和接受度有重要影响。根据产品的色泽、形态、口感和气味进行综合评分,优选10名评价员,按照感官评定标准对样品进行评分,感官评定标准见表2。

表2 糖渍姜片感官评分标准Table 2 The sensory scoring criteria of suger ginger

1.2.5.3 质构测定 采用质地多面分析糖渍姜片的硬度、弹性、粘聚性和咀嚼度等物性指标。选取P/50直径为50 mm圆柱形探头,测试参数如下:预压速度1 mm/s,下压速度0.5 mm/s,返回速度1 mm/s,糖渍姜片受压变形60%,两次压缩停顿时间为5 s,触发力为5 g,每项指标测定5次[10]。

1.2.5.4 姜辣素含量测定 姜辣素是生姜的主要呈味物质,其含量直接影响姜的品质[11]。目前姜辣素尚无纯品,但因香草醛与姜辣素结构相似,且最大吸收波长一致[12],故实验中选用香草醛作为对照。参照陈莉华[13]等人的测定方法得到香草醛回归方程y=0.0627x-0.01,R2=0.9991。吸取1 mL待测液至10 mL容量瓶中,用无水乙醇定容,以无水乙醇作空白,在280 nm下测定吸光度,根据下式计算姜辣素浓度:

式中:C-香草醛浓度,μg/mL;2.001-姜辣素的换算系数;V0-测定样品液总体积,mL;V1-吸取样品提取液的体积,mL。

1.2.6 数据处理 上述实验每组均重复3次,单因素取平均值作图,采用Office办公软件作图,IBM SPASS Statistics 22.0 软件进行方差分析;利用Design-Expert 8.0.1软件进行响应面数据分析。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 物料厚度对产品含水率及感官评价的影响 随着切片厚度的增加,糖渍姜片的含水率逐渐上升。由图1可知,切片厚度在4～5 mm时含水率上升缓慢。在厚度为4 mm的条件下感官评分最高82.33分,厚度超过4 mm时感官评分明显下降。切片厚度越大,糖渍姜片水分散失越慢,切片厚度对糖渍姜片的感官评分有较大影响。因此选择4 mm为最佳切片厚度。

图1 切片厚度对感官评分、含水率的影响Fig.1 The influence of slice thickness on sensory evaluation score and the moisture content注:图中同组内不同字母表示存在显著性差异(p<0.05),图2～图10同。

2.1.2 煮制时间对产品含水率、姜辣素浓度及感官评价的影响 煮制时间对生姜辛辣味影响较大,从而影响感官评分,且姜辣素是生姜的主要呈味物质,因此选择姜辣素作为指标考察煮制时间对产品影响。由图2和图3可知,随着煮制时间延长,含水率呈先上升后趋于平缓的趋势,姜中的姜辣素随之溶出,水中的姜辣素呈上升趋势。煮制时间过短,糖渍姜片口感辛辣,而煮制时间过长,失去生姜原有风味,糖渍姜片的感官评分呈先升高后下降趋势,煮制时间为10 min时,风味最佳,感官评价最好。因此,确定煮制时间为10 min。

图2 煮制时间对含水率的影响Fig.2 The influence of cooking time on moisture content

图3 煮制时间对感官评分、姜辣素浓度的影响Fig.3 The influence of cooking time on sensory evaluation score and the concentration of gingerol

2.1.3 卡拉胶对产品含水率、感官评价及质构影响

2.1.3.1 卡拉胶对产品含水率及感官评价影响 由图4可知,随着卡拉胶浓度增加,糖渍姜片内部水分蒸发速率减慢,含水率逐渐升高。糖渍姜片的感官评分整体呈先升后降趋势,卡拉胶浓度在0～1 mg/mL上升速度较快,卡拉胶浓度为1 mg/mL的条件下,糖渍姜片口感最佳。

图4 卡拉胶浓度对感官评分、含水率的影响Fig.4 The influence of carrageenan concentration on sensory evaluation score and the moisture content

2.1.3.2 卡拉胶对产品质构影响 在感官评价基础上对产品质构进行测定,TPA可以通过模拟人口腔的咀嚼运动,对样品进行两次压缩后分析出样品的硬度、咀嚼性、凝聚性、弹性等与人口感相关的质构特性,以便客观反应产品质构特性。

硬度是指食品达到一定变形所需的力,是食品保持自身形状的一种内部结合力[14]。由图5可知,随着卡拉胶浓度的不断升高,糖渍姜片的硬度呈下降趋势。卡拉胶浓度在0～1 mg/mL范围内变化明显,当卡拉胶浓度上升至1 mg/mL以后,硬度变化平缓。

图5 卡拉胶浓度对糖渍姜片硬度的影响Fig.5 The influence of carrageenan concentration on hardness of sugar ginger

弹性用来表示反映外力作用时变形及去力后的恢复程度[15]。由图6可知,随着卡拉胶浓度增加,糖渍姜片的弹性呈先升后降趋势;凝聚性表示在咀嚼过程中产品抵抗破坏所表现出的内部结合力[16]。在不同卡拉胶浓度条件下,糖渍姜片的凝聚性呈先上升后下降并平缓的趋势。

图6 卡拉胶浓度对弹性、凝聚性的影响Fig.6 The influence of carrageenan concentration on springiness and cohesiveness

咀嚼度表示固体食品咀嚼到可吞咽的程度所做的功,而胶着度反映了咀嚼糖渍姜片时,糖渍姜片对牙齿、舌头等接触面粘着的性质[16-17]。由图7可知,随着卡拉胶浓度的降低,咀嚼度和胶着度均呈下降趋势。

图7 卡拉胶浓度对咀嚼度、胶着度的影响Fig.7 The influence of carrageenan concentration on chewiness and adhesiveness

由感官评分和物性条件综合选择K-卡拉胶添加量为1 mg/mL,此时糖渍姜片口感最佳,物性条件最优。

2.1.4 糖渍时间对产品含水率及感官评价的影响 糖渍时间对感官评分影响较大,随着糖渍时间增加,含水率逐渐上升。由图8可知,糖渍时间在5～10 min时,感官评分上升幅度较大,糖渍10 min其感官评分达到最高83.5分,超过10 min感官评分迅速下降,因此确定最佳糖渍时间为10 min。

图8 糖渍时间对感官评分、含水率的影响Fig.8 The influence of infuseing time on sensory evaluation score and the moisture content

2.1.5 干燥温度对产品含水率及感官评价的影响 随着干燥温度升高,糖渍姜片中的水分蒸发加快,含水率逐渐降低。由图9可知,干燥温度在50～60 ℃时,感官评分上升幅度较大,在60 ℃时感官评分达到最大值84.67分;当干燥温度超过60 ℃时,糖渍姜片中水分含量降低,姜片口感较硬,使得糖渍姜片感官评分呈下降趋势,因此确定60 ℃为最佳干燥温度。

图9 干燥温度对感官评分、含水率的影响Fig.9 The influence of drying temperature on sensory evaluation score and the moisture content

2.1.6 干燥时间对产品含水率及感官评价的影响 干燥时间越长,糖渍姜片中含水率越少。由图10可知,含水率整体呈下降趋势。国标限制糖霜类蜜饯水分含量应低于20%[18],干燥时间在2～5 h含水率蒸发速度较慢,当干燥时间大于5 h时,姜片水分蒸发较快,含水率迅速降低。干燥时间过长,糖渍姜片口感较硬,对感官评分影响较大;而干燥时间过短,糖渍姜片中水分含量较大而影响口感。因此,感官评分呈先上升后下降趋势,干燥时间在4～5 h其感官评分变化不大,考虑到提高效率且节约成本等因素,因此确定4 h为最佳干燥时间。

表4 模型回归系数显著性检验Table 4 Analysis of variance of established regression model

注:**表示极显著(p<0.01);*表示显著(p<0.05)。

图10 干燥时间对感官评分、含水率的影响Fig.10 The influence of drying time on sensory evaluation score and the moisture content

2.2 响应面法优化糖渍山药姜片制作工艺

2.2.1 模型建立及其显著性分析 响应面实验结果见表3。

表3 响应面分析实验设计与结果Table 3 Design and results of response surface methodology

对表3中的实验数据进行分析,得到回归方程为:Y=85.32+0.66A+0.71B+0.67C-0.71AB-0.045AC+0.18BC-3.06A2-1.07B2-0.93C2。

2.2.2 响应面交互作用分析 响应面图可直观反应煮制时间和卡拉胶浓度对感官评分影响的整体趋势,等高线排列的密集程度表明二者变化对糖渍姜片感官评分的影响程度[20]。各因素之间的相互作用对糖渍姜片感官评分影响如图11所示。图11(b、c)中各因素交互作用不显著。由图11(a)可知,在糖渍时间为10 min时,随着煮制时间和卡拉胶浓度不断增加,糖渍姜片的感官评分呈先增后减趋势且曲线较陡,且等高线呈椭圆形,排列较紧密,煮制时间和卡拉胶浓度的交互作用显著。

图11 各因素间交互作用对感官评分的响应面和等高线图Fig.11 Response surface and contour plots for the effect on sensory score

2.2.3 最佳工艺优化及验证实验 根据回归模型得出糖渍姜片最优工艺条件:煮制时间10.16 min,糖渍时间10.98 min,K-卡拉胶浓度1.17 mg/mL。考虑到实际情况,将糖渍姜片的工艺条件修正为:煮制时间10 min,糖渍时间11 min,K-卡拉胶浓度1.2 mg/mL,在此条件下进行3次验证实验,得到糖渍姜片的感官评价为85.50分,与预测值85.60分基本一致,相对误差为0.12%,此时物性指标分别为硬度22731.70 N,弹性0.46 mm,凝聚性0.45,胶着度10527.90 N,咀嚼度5176.96 N·mm。综上,说明该模型与实际情况拟合程度较好,能够反映煮制时间、卡拉胶浓度、糖渍时间和感官评分之间的关系,可采用该模型对糖渍姜片的感官评分进行预测和分析[21]。

3 结论

通过响应面分析法优化糖渍姜片最佳工艺条件为：切片厚度4 mm,干燥温度60 ℃,干燥时间4 h,煮制时间10 min,糖渍时间11 min,卡拉胶浓度1.2 mg/mL,感官评分高达85.50分;经质构仪验证,物性指标分别为硬度22731.70 N,弹性0.46 mm,凝聚性0.45,胶着度10527.90 N,咀嚼度5176.96 N·mm,所制作出的糖渍姜片软硬适中,风味俱佳。

[1]李时珍. 本草纲目[M]. 南京：江苏人民出版社,2011:384-385.

[2]郭东菊. 低盐姜片加工工艺研究[D]. 泰安:山东农业大学,2014.

[3]张凤,庄桂东,仇宏伟,等. 红糖姜片真空渗糖工艺参数的探讨[J]. 中国调味品,2009,34(9):1-63.

[4]王震宙. 山药多糖的提取、分离、功能性及其功能食品工艺研究[D]. 南昌:南昌大学,2005.

[5]徐雅雯. 山药多糖的分离及山药复合饮料的研制[D]. 天津:天津科技大学,2013.

[6]何凤玲. 山药中活性成分的提取及降糖活性研究[D]. 重庆:西南大学,2011.

[7]李强,任雷厉,叶青,等. 山药粉加工工艺的研究[J]. 农产品加工·学刊,2011(12):66-69.

[8]GB 50093-2010,食品安全国家标准-食品中水分的测定[S].

[9]Oey I,Lille M,Loey AV,et al. Effect of high pressure processing on color,texture and flavor of fruit and vegetable-based food products:a review[J]. Trends in Food Science & Technology,2008,19(6):320-328.

[10]孙海涛,邵信儒,姜瑞平,等. 超声波对野生软枣猕猴桃果脯渗糖效果的影响及质构分析[J]. 食品科学,2015,36(20):49-55.

[11]吴贾锋,张晓鸣. 生姜风味物质研究进展[J]. 食品与发酵工业,2005,31(4):99-103.

[12]朱恩俊. 优化生姜粉加工工艺的实验研究[J]. 食品工业科技,2008,29(8):193-195.

[13]陈莉华,左林艳,唐玉坚. 微波辅助乙醇提取姜辣素及其对油脂的抗氧化性研究[J]. 食品科学,2011,32(4):69-73.

[14]林婉玲,杨贤庆,李来好,等. 脆肉鲩质构与感官评价的相关性研究[J]. 现代食品科技,2013,29(1):1-7.

[15]张昆明,张平. 葡萄贮藏期问果肉质地参数变化规律的TPA表征[J]. 食品与生物技术学报,2011,30(3):353-358.

[16]李萌萌,吕长鑫,芦宇,等. 红树莓蓝莓果粒乳饮料工艺优化及质构特性研究[J]. 中国食品学报,2015,15(7):117-124.

[17]徐坤华,赵巧灵,廖明涛,等. 金枪鱼质构特性与感官评价相关性研究[J]. 中国食品学报,2014,14(12):190-197.

[18]GB 10782-2006,蜜饯通则[S].

[19]林建原,季丽红. 响应面优化银杏叶中黄酮的提取工艺[J]. 中国食品学报,2013,13(2):83-90.

[20]李尚谦,张斌,郭辉,等. 响应面法优化杨梅叶中黄酮提取工艺的研究[J]. 食品工业,2015,36(2):108-111.

[21]姜建辉,赵俭波,兰亚刚. 响应面法优化巴坦木多糖提取工艺研究[J]. 食品科技,2015,40(11):166-171.

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Optimizationofsuger-infusedgingerslicestechnologybyresponsesurfacemethodologyanditstextureproperties

LUYu1,JIAOTian-hui1,LIMeng-meng1,CUIZhi-meng1,WANGWei-min2,SONGDan1,SUNTong1,LVChang-xin1,*,LIJian-rong1,*

(1.Food Science and Engineering Institute of Bohai University,Food Safety Key Lab of Liaoning Province,National & Local Joint Engineering Research Center of Storage,Processing and Safety Control Technology for Fresh Agricultural and Aquatic Products,Jinzhou 121013,China;2.Dalian Zhongchao Food Co.,Ltd.,Dalian 116400,China)

TS255.36

B

1002-0306(2017)18-0189-07

2017-02-27

芦宇(1992-)，女，在读硕士研究生，研究方向：农产品加工及贮藏研究，E-mail：luyu08088@163.com。

*通讯作者:吕长鑫(1965-)，男，硕士，教授，主要从事农产品贮藏加工与食品资源开发方面的研究，E-mail：lvchangxin6666@163.com。 励建荣(1964-)，男，博士，教授，主要从事生鲜食品(水产品和果蔬)贮藏加工及质量安全方面的研究，E-mail：lijr6491@163.com。

国家重点研发计划专项(2016YFD0400805)。

10.13386/j.issn1002-0306.2017.18.036