复合型枸杞果糕配方优化与抗氧化能力的评价

*索菲娅高云飞陶媛媛马进花

(1.北方民族大学，植物性农产品贮藏与加工重点实验室,宁夏银川 750021;2.北方民族大学生物科学与工程学院,宁夏银川 750021)

枸杞(LyciumBarbarumL.),又名枸杞子,是茄目茄科枸杞属植物的果实[1]。枸杞因含有丰富的维生素、蛋白质、微量元素及多种活性物质而具有增强免疫力、防衰老、抗肿瘤、抗氧化等功能,是“药食同源”的植物资源[2～3]。但枸杞采摘后不耐贮藏,常温7 d内极易发生褐变、质变和腐变[4]。因此,市场销售80%以上以干果为主,精深加工高附加值的枸杞产品较少[5],枸杞加工产品主要有枸杞酒[6]、枸杞面包[7]、枸杞粉[8]、枸杞精油[9]等,所以,开发更多的枸杞产品已经成为整个产业发展亟待解决的问题。

果糕作为水果深加工的一种较好方式,较大程度地保留了水果中营养物质,加工成天然的低糖营养食品,广受消费者喜欢[10]。但传统的枸杞果糕口感和营养单一,产品附加值较低,且枸杞性热，吃多易上火，使得枸杞果糕消费空间难以提升。而葡萄作为宁夏当地特色水果,含有矿物质、酚类物质等丰富的营养成分,对改善动脉粥样硬化、心脑血管疾病等有良好的效果[11];菊花可疏散风热、解毒[12～13],对枸杞引起的上火具有很好的缓解及中和作用。因此,开发符合市场需求的复合枸杞果糕十分必要。

当前,蜜饯果糕类食品的品质鉴定一般采用感官评定的方法,其在描述上具有主观性和模糊性,不能准确地反映处理间的差异[14],因此借助质构仪通过模拟人的口腔和手臂对食品进行质地分析,并将感官评定与质构仪器测定相结合,可以更科学的反映食品质量。此外,有关果糕产品抗氧化方面的研究较少,通过化学方法将复合枸杞果糕与其他果糕抗氧化能力进行比较,能够更全面的了解复合枸杞果糕的营养价值。

本研究在单因素实验和响应面优化的基础上,以枸杞、葡萄、菊花为原料制作复合枸杞果糕,并通过感官评价结合质构分析以及化学测定,对复合枸杞果糕进行品质和抗氧化能力的比较分析,合理、科学评价复合型果糕的价值,为枸杞的深加工开辟新途径,为复合型果糕的研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

宁杞5号鲜果 宁夏农林科学院枸杞研究所;新鲜葡萄、干菊花、白砂糖 北方民族大学百货超市;柠檬酸 广东味多美食品配料有限公司;琼脂粉 福建省绿麒食品胶体有限公司;卡拉胶 绿新食品有限公司;低酰结冷胶 河南明瑞食品添加剂有限公司。

JKLZ4烤炉 北京东孚久恒仪器技术有限公司;JYL-C012九阳榨汁机 九阳股份有限公司;TMS-Pro食品物性分析仪 美国FTC公司;DW-86L386超低温保存箱 青岛海尔特种电器有限公司;WK2102美的电磁炉 广东美的生活电器制造有限公司;722S分光光度计 上海精密科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程及操作要点 参考张雅娜等[15]方法制作工艺流程并修改,如下:

原料预处理→调配→熬煮→注模成型→冷却→烘烤→脱模切块

原料预处理:挑选新鲜的枸杞、葡萄洗净,葡萄去皮去籽;调配:枸杞、葡萄、菊花分别以1∶4、7∶3、1∶40的比例(依据预实验确定)添加水后,用榨汁机制成浆液,纱布过滤除去残渣,并以枸杞浆:葡萄浆:菊花浆为1∶1∶1的配比制成复合果浆,为响应面优化复合果浆的添加量做准备;熬煮:将白砂糖、柠檬酸、复合果浆、复合胶以及水的混合溶液置于电磁炉上熬制,时间控制在1 min左右,搅拌均匀即可;注模成型:准备25.5 cm×13.0 cm×6.2 cm的模具,倒入熬制好的浆料(浆料高度为1 cm);冷却、烘烤:常温冷却成型,成型样品在50 ℃烘制22～24 h,过程中翻转2～3次;脱模切块:烘烤结束,脱模并切成3.5 cm×5 cm的长方形块状物。

1.2.2 复合枸杞果糕配方单因素实验 以总重量(白砂糖、柠檬酸、复合果浆、复合胶和水的总重量)100 g为基准,考察不同添加量的白砂糖、柠檬酸、复合果浆、复合胶对复合枸杞果糕综合评分的影响,其单因素的具体实验见表1。其中,复合胶最佳配比参考张雅娜等[15]方法,即卡拉胶:琼脂:低酰结冷胶为1∶1∶0.12(前期正交试验确定,数据尚未发表)。

表1 单因素实验Table 1 Experiment of single factors

1.2.4 感官评定 参照曹冠华等[16]方法并进行修改,成立感官评定小组(食品专业10人,男女比例为1∶1),把不同的待评样品随机分配给品评员,由品评员对样品进行逐一评价,每进行完一个样品的评价后要漱口,2分钟后对下一个样品品评[17]。果糕感官评分见表3。

表3 果糕感官评价标准Table 3 Sensory evaluation standard of fruit cake

1.2.5 不同果糕的制作方法 总重量为100 g,在响应面优化的最佳配方基础上,分别制作空白果糕、复合枸杞果糕、枸杞果糕、葡萄果糕、菊花葡萄果糕、菊花果糕,制作工艺配方见表4。

表4 不同果糕工艺配方Table 4 Processing formulas of different fruit cakes

1.2.3 复合枸杞果糕响应面优化试验 在复合枸杞果糕单因素实验基础上,依据Box-Behnken设计原理,选取白砂糖、柠檬酸、复合果浆和复合胶添加量4个因素为自变量,综合评分为响应值,对复合枸杞果糕进行4因素3水平的响应面设计,各因素变化及水平编码见表2。

表2 响应面因素水平设计Table 2 Design of factors and levels of response surface

1.2.6 质构品质的测定 质构测定指标包括:硬度、弹性、粘附性、咀嚼性、内聚性[18-20]。参数设置:测试类型T.P.A;测试探头直径2 mm;测定前探头速度:1.0 mm/s;测定时探头速度:1.0 mm/s;测定结束探头速度:1.0 mm/s;应变:30%;触发点负载:5.0 g。把制作好的果糕切成15 mm×15 mm×7 mm的长方体,测定时,置于探头正下方,连续压缩2次样品,2次间隔时间为2秒,通过计算机读取数据,每1组样品测定次。

1.2.7 抗氧化活性的测定 参照张志宁等[21]方法测定6果糕中类胡萝卜素总量;参照袁燕等[22]方法测定果糕中黄酮含量;参照刘慧[23]和黄树苹等[24]方法测定果糕中总酚含量;参照吴灿军[25]和Afsaneh等[26]方法测定果糕中DPPH自由基清除率;参考黄菊华[27]和Shi等[28]方法来测定果糕中的铁离子还原力。

1.2.8 综合评分的计算

综合评分(分)=感官评分×40%+弹性×20%+硬度×20%+内聚性×20%

1.3 数据分析

2 结果与分析

2.1 复合枸杞果糕配方的单因素实验

由图1A可知,白砂糖添加量对复合枸杞果糕综合评分的影响呈单峰型变化。当添加量为17%时,综合评分最高。因此,确定白砂糖的最佳取值范围为14%～20%;如图1B所示,随着柠檬酸添加量的增加,综合评分呈先上升后下降趋势。当柠檬酸添加量为0.18%时,复合果糕口感最佳,综合评分最高,柠檬酸最佳取值范围为0.16%～0.20%;由图1C可知,随着果浆添加量增大,复合枸杞果糕综合评分先呈增大的趋势,当达到30%时,分值达到最大,之后快速下降,故确定复合果浆最佳添加量为25%～35%;由图1D可看出,随着复合胶添加量增加,综合评分先升高后下降。在复合胶为2.12%时,复合果糕综合评分最高,软硬适中,富有弹性,口感柔和。因此复合胶最佳取值范围为2.07%～2.17%。

图1 复合枸杞果糕不同单因素的添加量对综合评分的影响Fig.1 Effects of different single factor addition of Lycium barbarum compositefruit cake on comprehensive scores

2.2 响应面试验

运用Box-Behnken试验设计建立数学模型,白砂糖、柠檬酸、复合果浆和复合胶添加量为变量,以感官评分和质构测定的综合评分为响应值,4因素3水平响应面结果见表5、表6。

表5 响应面试验设计结果Table 5 Response surface design results

表6 方差分析结果Table 6 Variance analysis results

使用软件Design-Expert 8.0.5对试验结果进行二次多元回归拟合和方差分析,得到多元回归方程式为:

Y=32.36+0.13A-0.31B+0.29C-4.167E-003D+0.328AB-0.063AC-1.29AD-0.31BC-0.30BD-1.42CD-3.52A2-2.47B2-2.94C2-1.94D2

由表6可知,二次多项式模型P<0.0001,失拟项P=0.7655>0.05,说明方程拟合程度比较好,误差小,该方程与实测值能较好的拟合;复数相关系数R2为0.9816,表明回归方程对综合评分的预测值与实测值具有较好的相关性,则可用该模型进行复合枸杞果糕工艺优化的分析和预测。同时,除了柠檬酸B、复合果浆C对复合枸杞果糕综合评分的影响为显著,白砂糖和复合胶AD、复合果浆和复合胶CD及所有的二次项对结果的影响均为极显著(P<0.01)以外,其余均为不显著。各因素对复合枸杞果糕综合评分的影响不是简单的线性关系,影响顺序为B>C>A>D,即柠檬酸>复合果浆>白砂糖>复合胶。

等高线是响应面在水平方向的投影,等高线呈椭圆形表示两因素交互作用对响应值影响显著,等高线呈圆形则表示两因素交互作用对响应值影响不显著[29]。由图2可知,白砂糖和复合胶、复合果浆和复合胶的交互作用分别对复合枸杞果糕综合评分的影响较显著。如图2A,当柠檬酸和复合果浆的添加量不变时,随着白砂糖和复合胶添加量的增加,复合枸杞果糕的综合评分先增大后减小,同时白砂糖对响应面坡度的改变要大于复合胶,说明影响顺序白砂糖>复合胶;在图2B中,当白砂糖和柠檬酸添加量一定时,复合果浆和复合胶添加量的变化趋势与图2A相似,综合评分呈单峰型变化,同理,复合果浆对综合评分的影响要大于复合胶,这和方差分析结果是相一致的。

图2 不同因素对复合枸杞果糕综合评分交互作用的响应面图Fig.2 Response surface diagrams of interaction of different factors to comprehensive score ofLycium barbarum composite fruit cake

响应面优化得到复合枸杞果糕最佳添加量为:100 g总重量,其中白砂糖17.06%、柠檬酸0.18%、复合果浆30.29%、复合胶2.12%,复合枸杞果糕综合评分理论值为32.38分。将上述因素修正为:白砂糖17.10%、复合果浆30.30%,其余因素不变,进行3次验证实验,复合枸杞果糕综合评分实际值为32.34分,与理论值接近,说明测定结果较稳定,结论合理。

2.3 不同果糕感官品质分析

如图3,复合枸杞果糕在风味、甜酸比、口感指标方面均呈现出较高的分数,分别为12.0、8.17、11.50分,表现出复合枸杞果糕特有的滋气味,在外观、弹性、硬度、组织状态方面,复合枸杞果糕弹性好,按压后可恢复原型,软硬适中,糕体组织紧致均匀细腻,且表面平滑干爽,其分值达到了8.33、8.0、8.17、15.5分;在色泽方面,复合枸杞果糕色泽较均匀,呈浅橘红色,其分值达到了8.17分;复合型果糕较其他果糕的感官分值突出,为79.83分,表明同时添加枸杞、菊花、葡萄的复合枸杞果糕,具有添加复合果浆的和谐香味,且口感劲道不粘牙。

图3 不同果糕的感官品质分析Fig.3 Sensory evaluation analysis for different fruit cakes

2.4 感官和质构品质的皮尔逊相关性分析

从表7可知,外观、组织状态与各质构指标无显著相关性,说明部分感官指标与质构数值测定并没有直接关联;色泽、风味、甜酸度均与弹性、内聚性呈极显著相关(P<0.01),与咀嚼性呈显著相关(P<0.05),口感则与弹性、内聚性、咀嚼性呈显著相关(P<0.05),表明随着弹性、咀嚼性和内聚性的增加,呈现出来的果糕色泽、风味、甜酸度、口感更好;色泽、甜酸度、口感、感官硬度则与硬度均相关,其中甜酸度与硬度极显著相关(P<0.01),表明色泽、甜酸度等感官品质好的果糕也有一定的硬度。此外,感官弹性与粘附性呈负相关,果糕越粘牙,则感官弹性也就越差。综上所述,质构指标是果糕品质评价的一种有效方式。

表7 感官评价与质构指标的皮尔逊相关系数Table 7 Pearson correlation coefficient between sensory evaluation and texture index

2.5 不同果糕抗氧化能力分析

果糕中所含的类胡萝卜素主要来自于枸杞,类胡萝卜素既是枸杞果实中色素类物质,又是枸杞果实的功能成分之一,具有抗氧化、保护视力和肝脏等功效[30]。由图4A可知,复合枸杞果糕和枸杞果糕类胡萝卜素含量最高,分别为27.33和24.73 mg/100 g,其中复合枸杞果糕中类胡萝卜含量也均高于其他果糕。

图4 不同果糕抗氧化活性分析Fig.4 Analysis of antioxidant activity of different fruit cakes注:同一组不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

总酚是多羟基酚类化合物的总称,因在抗肿瘤、抗氧化、抗炎方面的作用效果显著,故将其作为评价生物抗氧化能力的重要指标之一[31],如图4B所示,6组果糕中复合枸杞果糕总酚含量最高,达到73.96 mg/100 g,6组果糕总酚含量由大到小依次为复合枸杞果糕>菊花葡萄果糕>枸杞果糕>葡萄果糕>菊花果糕>空白果糕。

研究表明黄酮类物质可以有效的清除生物体内的氧自由基,因此也是评价抗氧化能力的一个重要指标[32]。在图4C中,不同果糕之间在黄酮含量上存在显著性差异(P<0.05)。复合枸杞果糕黄酮含量略高于菊花葡萄果糕,为11.66 mg/100 g,菊花葡萄果糕为10.24 mg/100 g,两者黄酮含量均高于添加单一果浆的果糕。

如图4D可知,复合枸杞果糕与其他果糕的乙醇提取物对于DPPH自由基的清除能力存在显著性差异(P<0.05)。DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼)是一种以N为中心的自由基,通过样品对其有一定清除效果,表示样品具有一定抗氧化,减少活性氧损伤生物体的能力[33]。在6组果糕中复合枸杞果糕的DPPH自由基清除率达到42.7%,说明复合枸杞果糕具有较好的抗氧化活性,其抗氧化能力优于其余5组果糕,且自由基清除率从大到小依次为复合枸杞果糕>菊花葡萄果糕>枸杞果糕>葡萄果糕>菊花果糕>空白果糕。

如图4E,铁离子还原力(FRAP),是以待测样品将Fe3+还原成Fe2+的能力表示样品的抗氧化能力[34]。复合枸杞果糕铁离子还原能力最高,为18.51 mmol/L,表明其抗氧化能力在6组果糕中最强,且图4D和E的变化趋势相似。6组果糕铁离子还原能力从大到小顺序与图4D一致。

3 结论

以总重量100 g为基准,最终确定复合枸杞果糕最佳配方为:白砂糖17.10%、柠檬酸0.18%、复合果浆30.30%、复合胶2.12%;复合枸杞果糕的品质分析表明,其具有良好的感官品质,评分为79.83分,表现出弹性好,软硬适中,组织紧致,劲道不粘牙的特性;感官评价与质构品质具有相关性,质构指标是果糕品质评价的一种有效方式;对复合枸杞果糕的抗氧化能力进行分析,复合枸杞果糕的类胡萝卜素、总酚和黄酮含量,以及DPPH自由基清除率和铁离子还原能力等指标均高于葡萄和菊花复合的果糕,以及各原料单独制作的果糕,说明复合枸杞果糕的抗氧化能力均得到了提升;复合型枸杞果糕丰富传统果糕的单一口感,增加抗氧化能力和营养价值,并提升了消费空间,是一款老少皆宜的新型果糕,具有极大的开发前景。