猴头菇压缩饼干研制及对小鼠运动耐力的影响

(南昌理工学院,江西南昌 330044)

压缩饼干是以小麦粉、油脂和白砂糖等为原料,经烘焙粉碎后,通过机械压缩制得的应急食品,因其具有体积小、能量密度高、易于携带并可长期存放等特点[1-2],能够满足长期户外运动人群要求,且需求量逐年递增,但该类食品口感单一,不易消化吸收,长期食用可能影响机体耐力,进而无法保证户外运动正常进行[1,3]。

猴头菇(Hericiumerinaceus)作为药食同源的真菌,富含天然多糖、甾醇、萜类等化合物和各类氨基酸、维生素等营养物质,具有保护消化系统、增强机体免疫调节的能力和抗氧化活性[4-6],目前猴头菇研究多集中在其营养成分的提取分离和相关保健食品的开发,其中杨雪、吴美媛等[7-8]研究分别发现其干粉和浸液均可明显提高体内肝糖原储备,降低血乳酸与尿素氮的生成,从而增强身体运动耐力,有效缓解机体运动疲劳,然而相关运动食品的开发和应用却鲜有报道。

本研究利用猴头菇生理活性,以猴头菇与低筋面粉为原料,另添加棕榈油、白砂糖、小苏打、全脂奶粉和食盐,通过单因素与响应面试验,探讨猴头菇压缩饼干的最佳配方工艺,并考察对小鼠运动耐力的影响,以期为长期户外运动人群饮食条件的改善提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

低筋面粉、全脂奶粉、白砂糖、食盐、小苏打、棕榈油 食品级,家乐福超市;猴头菇 福建冠辉食品有限公司;试验用水 纯化水;动物对象:健康雄性小鼠40只,体质量(10±2) g 由江西省实验动物中心提供(许可证号:SYXK 2018-0006),生长环境温度20～25 ℃,相对湿度50%～70%。

YJ-500A型超微粉碎机 济南亿健医疗设备有限公司;VH-33型食品电烤箱 上海喆研机械制造有限公司;ZPW-4-4型压缩机 上海天峰制药设备有限公司;FA1024型电子天平 上海舜宇衡平仪器仪表厂;WBL25B36型搅拌机 广州美的电器有限公司;CR-400型色差仪 柯尼卡美能达;ST-Z16型质构仪 山东盛泰仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 操作要点 面料混合:猴头菇完全干燥粉碎后,过80目筛,与低筋面粉、全脂奶粉按一定比例混合均匀;调配成型:向面料中加入白砂糖、食盐、小苏打和水,混合均匀,和成面团后,加入液化棕榈油,利用模具压制饼干成型;烘焙粉碎:预热3 min后,设置上火180 ℃,下火120 ℃,烘焙10 min,待成品冷却后,粉碎成末状[9];机械压缩:将饼干粉末置于压缩机内,设置压力为200 kg/cm2,压缩饼干至厚度2 cm。

1.3 试验设计

1.3.1 单因素实验 以面粉用量为基准，基本配方为低筋面粉100%、全脂奶粉8%、食盐1%和水15%。固定棕榈油用量24%，猴头菇粉用量30%，小苏打用量2%，考察白砂糖(2%、4%、6%、8%、10%)对压缩饼干感官品质的影响；固定白砂糖用量6%，猴头菇粉用量30%，小苏打用量2%，考察棕榈油(20%、22%、24%、26%、28%)对压缩饼干感官品质的影响；固定白砂糖用量6%，棕榈油用量24%，猴头菇粉用量30%，考察小苏打(0.5%、1%、2%、3%、4%)对压缩饼干感官品质的影响；固定白砂糖用量6%，棕榈油用量24%，小苏打用量2%，考察猴头菇粉(15%、20%、25%、30%、35%)对压缩饼干感官品质的影响。

1.3.2 响应面优化试验 在单因素实验结果基础上,固定小苏打用量为2%，以白砂糖用量(A)、棕榈油用量(B)和猴头菇粉用量(C)为考察因素,依照Box-Behnken 中心组合设计试验方法,以感官评分为衡量指标,进行三因素三水平的响应面试验,确定猴头菇压缩饼干的最佳配方工艺,响应面试验因素水平见表1所示。

表1 响应面试验因素水平Table 1 Factors and levels of response surface tests

1.4 感官评价

饼干感官品质的评价采用感官综合评分法,参考相关压缩饼干的评价标准[10],并结合该饼干的实际特性,制定猴头菇压缩饼干评价标准,见表2所示。聘请10位具有食品感官评价经验的人员,分别评价不同配方压缩饼干的色泽、气味、口感与组织形态,在得分中去掉最低分和最高分,均值结果即为该配方样品的感官评分。

1.5 饼干特性指标检测

1.5.1 色泽检测 将压缩饼干切割成厚度为0.5 cm、宽度1 cm的薄片,利用色差仪测定样品的色度值,其中L值代表亮度,a值代表红绿度,b值代表黄蓝度,平行测定六次,结果取平均值[10]。

1.5.2 质构分析 利用质构仪检测猴头菇压缩饼干的硬度、内聚性和咀嚼性,在TPA模式下,采用圆柱形探头,触发力5 g,测试速度2 mm/s,每个样品取三处位置测定,平行测定六次，结果取平均值[11]。

1.6 理化与微生物指标检测

按照相关国标所述方法[12-13],检测猴头菇压缩饼干的水分、碱度、松密度、酸价、过氧化值与微生物情况,每个项目平行测定六次,结果取平均值。

1.7 喂食猴头菇压缩饼干对小鼠运动耐力的影响

40只健康雄性小鼠,随机分为四组,每组10只,分别为对照组(喂食不含猴头菇的压缩饼干)、高剂量组(5 g/kg bw)、中剂量组(2 g/kg bw)、低剂量组(0.5 g/kg bw),每天喂食2次,连续喂食30 d。每组小鼠每天喂食1 h后于恒温游泳池内开展游泳训练,5 d为一训练周期,共训练4周。第30 d,喂食结束1 h后于鼠尾负重自身5%的重物,进行力竭性游泳试验,记录小鼠自入水至沉入水中10 s未浮出水面的时间[14-15]。

1.8 数据处理

试验结果采用均数、标准差描述,利用SPSS 19.0进行方差分析,当P<0.05表示具有显著性差异,P<0.01表示具有极显著性差异。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 白砂糖用量对猴头菇压缩饼干感官品质的影响 白砂糖的添加不仅可以提供口感甜味,还有利于控制面团调制时面筋的形成,从而避免饼干长期存放变形,同时在高温下可发生美拉德反应,在其外表形成焦糖色泽,进而丰富饼干的风味[16-17]。不同白砂糖用量对压缩饼干感官评分的影响如图1所示。随着白砂糖用量的增多,感官评分呈现先增大后减小趋势,在白砂糖用量为6%时达到最大,这是因为用量较少时,饼干甜度不够,而用量过多时,外表易出现裂痕,口感过于甜腻,并掩盖猴头菇的自身味道。因此为在后续试验中,减小白砂糖用量考察范围,选择白砂糖用量5%、6%、7%作为响应面试验的因素考察水平。

图1 白砂糖用量对压缩饼干感官品质影响Fig.1 The effect of white sugar addition on sensory score of compressed biscuit

2.1.2 棕榈油用量对猴头菇压缩饼干感官品质的影响 棕榈油具有疏水特性,可在面粉蛋白质和淀粉表面形成疏水膜,避免水分散发,从而提高面粉的可塑性[18-19]。不同棕榈油用量对压缩饼干感官评分的影响见图2。随棕榈油用量的增加,感官评分呈先升高后降低的趋势。当棕榈油用量偏低时,面团硬度偏大,不易成型,压缩后饼干表面有裂痕,用量为24%时,感官评分最大,而用量增至28%时,面团柔软性过强,且成品油脂味较重。因此选择选择棕榈油用量22%、24%、26%作为响应面试验的因素考察水平。

图2 棕榈油用量对压缩饼干感官品质影响Fig.2 The effect of palm oil addition on sensory score of compressed biscuit

2.1.3 小苏打用量对猴头菇压缩饼干感官品质的影响 小苏打有助于饼干内部组织结构细腻,口感疏松适宜。不同小苏打用量对压缩饼干感官评分的影响见图3。小苏打用量在0.5%～4%范围时,压缩饼干的感官评分呈现先升高后降低的趋势,但变化范围较窄,当用量为1%时,感官评分达到最高。因此直接确定压缩饼干的小苏打的用量为1%。

图3 小苏打用量对压缩饼干感官品质影响Fig.3 The effect of soda addition on sensory score of compressed biscuit

2.1.4 猴头菇粉用量对猴头菇压缩饼干感官品质的影响 不同猴头菇粉用量对压缩饼干的感官评分的影响见图4。从图4可知,随猴头菇粉用量的增加,感官评分呈先升高后降低的趋势。当猴头菇粉用量为30%时,感官评分达到最高。猴头菇粉用量增多,有助于丰富饼干外观色泽,增加猴头菇香味,但过多可能造成香菇多糖与面粉中水分子缠绕形成网状结构,使得产品粘性升高,口感绵软[20]。因此根据图4实验结果,减小猴头菇用量在后续试验的考察范围,选择猴头菇粉用量28%、30%、32%作为响应面试验因素考察水平。

图4 猴头菇粉用量对压缩饼干感官品质影响Fig.2 The effect of Hericium erinaceus powder addition on sensory score of compressed biscuit

2.2 响应面试验

2.2.1 结果与显著性分析 根据上述单因素实验结果可知,猴头菇粉、棕榈油和白砂糖用量对压缩饼干的感官评分影响较大,考虑单因素实验结果并非最优值,因此进行以上述三者为变量的响应面优化试验,结果见表6所示。同时对其进行多元回归拟合,得到以感官评分为目标函数,各参数编码值的二次多项回归方程:Y=86.46+0.45A-0.77B-1.31C-2.97AB+1.76AC+1.66BC-1.67A2-2.95B2-3.20C2,另对该模型进行方差分析和显著性检验,结果见表7所示。从表7可知,该回归模型水平极显著(P<0.01),能较好反映实际结果,R2=0.9777显示该模型拟合值与实际结果具有高度相关性,而模型失拟项P>0.05,表明非实验因素对结果影响不显著,另外B对饼干的感官评分影响显著(P<0.05),C、AB、A2、B2、C2对饼干的感官评分影响极显著(P<0.01),各因素对压缩饼干的感官评分影响程度顺序依次为:猴头菇粉用量>棕榈油用量>白砂糖用量。

表6 Box-Behnken试验设计及结果Table 6 The experimental design and results of the BBD

表7 回归模型方差分析Table 7 Regression model analysis of variance

2.2.2 不同因素交互作用 不同因素的响应面分析结果由图5所示。响应曲面陡峭,表明不同因素的交互作用对感官评分具有一定的影响[21-22]。从AB因素的等高线图为椭圆形可知,棕榈油与猴头菇粉用量的交互作用对饼干的感官评分影响极显著(P<0.01),而AC和BC因素的等高线图为圆形可知,白砂糖与棕榈油或猴头菇粉用量的交互作用对饼干的感官评分影响不显著(P>0.05),上述结论与表7的方差分析结果一致。

图5 不同组分用量对压缩饼干的感官评分影响Fig.5 The effect of different components amounts on sensory evaluation of compressed biscuit

2.2.3 最佳配方验证 根据上述研究,确定猴头菇压缩饼干的最佳配方为:低筋面粉100%,猴头菇粉29.6%，棕榈油23.3%,白砂糖6.4%,小苏打1%,全脂奶粉8%,食盐1%和水15%(该配方以面粉用量为基准),制得的压缩饼干亮度值L为65.72,红绿色度a值为11.41,黄蓝色度b值为28.84,硬度为2050.17 g,内聚性为0.38 g·s,咀嚼性为1.28 g,表现出口感疏松、色泽棕黄、猴菇香味浓郁且形态完整,实际感官评分为(86.79±1.12)分,接近预测值86.84分。

2.3 理化与微生物指标

最佳配方制得的猴头菇压缩饼干的理化与微生物指标检测结果,见表8所示。从表8可见,各项指标均符合相关国家标准要求[13],无异常结果出现。

表8 压缩饼干的理化与微生物检测结果Table 8 The results of physical,chemical indexes and health indicators in compressed biscuit

2.4 喂食猴头菇压缩饼干对小鼠运动耐力的影响

负重游泳时间的长短直接反映小鼠的运动耐力[23],猴头菇压缩饼干对不同组别小鼠运动耐力的影响见图6。从图6可知,与对照组相比,喂食猴头菇压缩饼干后的小鼠负重游泳时间显著延长(P<0.05),低剂量组具有显著性差异(P<0.05)中、高剂量组具有极显著差异(P<0.01),表明猴头菇压缩饼干有助于增强机体运动耐力。这可能与猴头菇多糖能够明显提高小鼠体内体内超氧化物歧化酶活力有关,从而加快体内自由基清除代谢反应,延缓机体疲劳产生[7-8]。

图6 不同组别小鼠的运动耐力比较Fig.6 Comparison of movement stamina of 注:与对照组比较,*表示差异显著(P<0.05), **表示差异极显著(P<0.01)。

3 结论

在单因素实验基础上,采用响应面试验法,以压缩饼干的感官评分为评价指标,确定猴头菇压缩饼干的最佳配方为:低筋面粉100%,猴头菇粉29.6%，棕榈油23.3%,白砂糖6.4%,小苏打1%,全脂奶粉8%,食盐1%和水15%(该配方以面粉用量为基准),制得的压缩饼干亮度值L为65.72,红绿色度a值为11.41,黄蓝色度b值为28.84,硬度为2050.17 g,内聚性为0.38 g·s,咀嚼性为1.28 g,实际感官评分为(86.79±1.12)分,接近预测值86.84分。各因素对压缩饼干的感官评分影响程度顺序依次为:猴头菇粉用量>棕榈油用量>白砂糖用量。最佳配方下制得的压缩饼干组织形态良好,口感疏松、色泽棕黄、猴菇香味浓郁均匀且形态完整,各项理化与卫生指标均符合国标要求,长期食用有助于增强机体的运动耐力,因而适于长期户外运动推广。