基于响应面法果蔬奶片加工工艺优化

胡 新，单妍妍，姬 红，刘晓艳，王静宇，赵 胡，兰 伟

(阜阳师范大学 生物与食品工程学院，安徽 阜阳 236037)

随着国民生活层次的提高和改善,人们开始追求健康高质量的饮食。市面上的奶片缺乏多样和创新性,口感单一,奶片颜色基本为白色,且市面上销售的很多奶片含有过多的香精和其他添加剂[1-2]。由于制作奶片所采用的果粉大多是采用热风干燥或是喷雾干燥方法制的,其营养损失严重[3-6]。

本文采用真空冷冻干燥方法能够获得营养且色味俱全的果蔬原料,冻干后的果蔬在运输储藏过程可长时间保存且不变质,能够很大程度的减少我国在农产品方面造成的损失[7-9]。应用响应面技术,以奶片感官评分为指标,制成的果蔬奶片,不仅具有丰富的营养价值,且具有最佳感官体验。

目前市面上奶片品种有胡萝卜-发酵蓝莓奶片、西兰花冻干粉奶片[10-11]等。奶片品种口味较少,采用冻干技术制作奶片的更少,本研究以草莓、胡萝卜、黄瓜、香蕉等果蔬为原料制作胡萝卜-草莓、黄瓜-香蕉营养健康的复合果蔬奶片。本产品的加工工艺开发研究不仅丰富了市场奶片的种类,还为果蔬制品以及奶制品的进一步开发利用提供了科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

草莓、黄瓜、胡萝卜、香蕉等4种水果均为市购;奶粉购于内蒙古欧世蒙牛乳制品有限责任公司;干燥剂购于安徽安德生物科技有限公司。

LGJ-10D型台式真空冷冻干燥机(西盟国际金西盟(北京)仪器有限公司);HX-200型粉碎机(浙江省永康市溪岸五金五金药具厂);JA5003A型电子精密天平(广州罡然机电设备有限公司);封口机(常州新凯包装机械制造有限公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 果蔬奶片的工艺流程 挑选蔬菜和水果→清洗→切片→预冻→真空冷冻干燥→打粉→调配→压片→包装→成品

1.2.2 操作要点 挑选新鲜无腐烂的果蔬,清洗干净后,将果蔬切成3 mm厚片,0.1%抗坏血酸护色,-80 ℃下速冻4 h,立即取出放置真空冷冻干燥机中,条件为真空度:60 Pa,温度:-80 ℃,冷冻干燥时间为4 d。将冻干后的果蔬片粉碎成粉,迅速倒入装有干燥剂的密封袋中。将奶粉、胡萝卜、草莓、黄瓜和香蕉按不同比例混合制成奶片,包装成品。

1.2.3 单因素实验设计

1.2.3.1 奶粉添加量对于奶片感官的影响 奶粉为果蔬奶片主要原料,赋予奶片醇醇的奶香味。固定其他各因素添加量,而奶粉分别按照40%、45%、50%、55%、60%比例添加并混合压片。

1.2.3.2 胡萝卜添加量对胡萝卜草莓奶片感官影响 胡萝卜富含VA、VB等维生素,具有补肝明目作用,提高机体免疫力[12-13]。胡萝卜味道淡甜,颜色橙红,具有丰富营养,在提高胡萝卜-草莓奶片营养价值方面有很大的作用。固定奶粉、草莓的添加量,胡萝卜根据物料质量的12%、14%、16%、18%、20%比例加入并混合压片。

1.2.3.3 草莓添加量对胡萝卜草莓奶片感官影响 草莓营养价值丰富,富含各种维生素,由于其美容养颜功效而深受女性喜爱[14-15]。草莓味道酸甜,颜色呈红色,配合胡萝卜制成的胡萝卜-草莓奶片呈现诱人的红色,且果香四溢。奶粉和胡萝卜的添加量固定不变,草莓根据物料质量的30%、32%、34%、36%和38%比例加入并混合压片。

1.2.3.4 黄瓜添加量对于黄瓜香蕉奶片感官影响 黄瓜素有美容蔬菜之称,具有热量低,口感甘甜清爽等优点,同时富含VC,具有美白肌肤等功效[16-17]。固定奶粉、香蕉的添加量,黄瓜按照物料质量的24%、26%、28%、30%、32%比例加入并混合压片。

1.2.3.5 香蕉添加量对于黄瓜香蕉奶片感官影响 香蕉具有大量碳水化合物,能够提供充足的能量,具有降血压,防治心血管疾病等优点[18]。香蕉具有软糯的甜香味道,颜色淡黄,能够冲淡黄瓜深绿,让黄瓜-香蕉奶片呈现生机盎然的淡绿色,比深绿色更让人喜爱,且香气清香馥郁,使黄瓜-香蕉奶片香甜而回味悠长,唇齿留香。固定奶粉、黄瓜的添加量,香蕉按照物料的18%、20%、22%、24%、26%比例加入并混合压片。

1.2.4 感官评价标准 根据奶片的口感、表观、风味和组织状态共4个感官指标,选取男生和女生各5人,组成10人的感官评定小组,进行评分。根据表1的标准进行打分。

表1 果蔬奶片感官评分标准

1.2.5 响应面实验设计因素水平 根据响应面法实验设计原理,在前述单因素试验的基础上,确定了果蔬奶片各添加量的最优值,以果蔬奶片的感官评分为响应值,各添加量为响应值,选用响应面Box-Benhnken试验设计,建立2组三因素三水平的响应面实验分析,从而获得胡萝卜-草莓奶片(表2)、黄瓜-香蕉奶片(表3)的最佳配方工艺。

表2 胡萝卜草莓奶片响应面实验设计因素水平

表3 黄瓜香蕉响应面实验设计因素水平

1.2.6 数据处理 实验数据为3次重复实验结果的平均值,测定结果用利用Origin 8.5软件由得出的数据作图,应用Design-Expert.V 8.0.6.1软件对数据进行处理和分析。以均值±标准差(mean±SD)表示。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果分析

2.1.1 奶粉添加量对奶片感官的影响 由图1可知,奶粉在果蔬奶片中添加量少时,奶香味较淡,风味较淡;奶粉在果蔬奶片中添加量多时,奶香味过浓,奶片整体味道显得过于香腻。当奶粉添加量达到50%时,果蔬奶片的感官评分最高。

图1 奶粉添加量对奶片感官的影响

2.1.2 胡萝卜添加量对奶片感官的影响 由图2可知,随着胡萝卜添加量的增加,胡萝卜-草莓奶片感官评分先升高后降低,当胡萝卜添加量为16%,胡萝卜-草莓奶片的感官评分最高。这可能是由于添加量的不同,所呈现出来的奶片颜色也不同,影响感官评价。当胡萝卜添加量过少时,颜色不够均匀;胡萝卜过多时,能明显吃出胡萝卜味道,多数人不易接受。

2.1.3 草莓添加量对奶片感官的影响 由图3可知,随着草莓添加量的增加,胡萝卜-草莓奶片感官评分先缓慢升高后急剧升高,当草莓添加为34%时,胡萝卜-草莓奶片感官评分达到最高,然后就急剧下降。这可能是由于草莓中具有些许颗粒,量过多时,食用时颗粒感较强,影响口感且奶片表面光滑度下降;当草莓含量较少时,香甜味道较淡,草莓在奶片中占主导地位,并且尽量减少颗粒感。

图3 草莓添加量对奶片感官的影响

2.1.4 黄瓜添加量对奶片感官的影响 由图4可知,黄瓜添加量过多或过低都会影响奶片的感官,当适度添加黄瓜粉(添加量为28%)时,黄瓜-香蕉奶片感官评分最高。对于黄瓜-香蕉奶片,当黄瓜添加量过高时,奶片呈现深绿色,在外表上没有淡绿色给人的食用欲望较高一些;黄瓜含量过低时,黄瓜味道不够明显。

图4 黄瓜添加量对奶片感官的影响

2.1.5 香蕉添加量对奶片感官的影响 由图5可知,当香蕉添加量为22%时,黄瓜香蕉奶片的感官评分最高。这可能时由于香蕉具有浓浓的香甜味道,含量过高时,会导致奶片过甜且会粘腻;而当香蕉含量降低时,香蕉的香甜味道不能体现出来,奶片就缺失一种特别的香味。

图5 香蕉添加量对奶片感官的影响

综上所述,当奶粉添加量为50%,胡萝卜添加量为16%,草莓添加量为34%,黄瓜添加量为28%和香蕉添加量为22%时,所获得的果蔬奶片的感官评分最高。

2.2 响应面实验设计结果分析

2.2.1 响应面实验设计方案及结果 由单因素实验结果,做Box-Benhnken试验得到结果如下表4。通过采用 Design-Expert.V8.0.6.1软件对所得数据进行回归分析,如下图。其中有奶粉(A)、胡萝卜粉(B)、草莓粉(C)、胡萝卜-草莓感官评分(Y1)、黄瓜粉(B)、香蕉粉(C)、黄瓜-香蕉感官评分(Y2)。

表4 Box-Benhnken响应面试验设计及结果

2.2.2 回归方差分析

2.2.2.1 胡萝卜草莓奶片回归模型分析 胡萝卜-草莓奶片感官评分(Y1)二次多项式:

Y1=88.00+1.63-0.75B+0.38C+1.50AB-0.75AC+2.0BC-2.13A2-2.88B2-3.62C2

结果由表5可知,该感官评分模型P<0.01,即模型为极显著。失拟项P=0.4262，大于0.05,不显著,说明本实验方程模拟较好,能够很好地分析数据。模型的R2=0.979,Radj2=0.952也说明模型的拟合程度较好,可以用该模型来分析预测胡萝卜-草莓奶片的感官评分。回归方程模型的一次项A极显著(P<0.01)、B显著(P<0.05);二次项B2和C2均极显著;交互项AB和BC极显著,AC不显著。由表5可知F值的大小,选取的因素对响应值的影响次序为A>B>C,即奶粉>胡萝卜>草莓。

表5 胡萝卜草莓奶片方差分析

2.2.2.2 黄瓜香蕉奶片回归模型分析 黄瓜-香蕉奶片感官评分(Y2)二次多项式:

Y2=93.40-1.12A+0.38B-1.00C-0.75AB-2.00AC+1.00BC-2.58A2-4.08B2-2.32C2

结果由表6可知,该感官评分模型P<0.01,即模型为极显著。失拟项P=0.1985，大于0.05,不显著, 说明本实验方程模拟较好,能够很好的分析数据。并且模型R2=0.9807,Radj2=0.9558也说明黄瓜-香蕉口味奶片模型的拟合程度较好,可以用该模型来分析预测奶片的感官评分。回归方程模型的一次项A、C极显著(P<0.01);二次项B2、C2均极显著;交互项AC、BC显著,AB不显著。由表6可知F值的大小,选取的因素对响应值的影响次序为A>C>B,即奶粉>香蕉>黄瓜。

表6 黄瓜香蕉奶片方差分析

2.2.3 响应曲面图分析 为更好地研究奶片中各因素的交互作用,通过Design-Expert.V8.0.6.1统计软件获得响应面和等高线分析图,从下图能够观察分析出不同自变量对响应值的影响,响应值对不同自变量的敏感程度。通过等高线图和三维响应曲面图能够直观观察出最优值范围,由3D图的坡度以及等高线图颜色变化的剧烈、线的密度和图形是否近似椭圆等,能够直观得到两者交互作用和分析结果。

由图6可知,奶粉添加量和胡萝卜添加量(AB)以及当胡萝卜添加量和草莓添加量(BC)的等高线呈椭圆形,且3D图形较陡,说明AB和BC交互作用显著。BC等高线比AB等高线密集,则胡萝卜-草莓的添加量(BC)比奶粉-胡萝卜(AB)的添加量对奶片的感官评分影响要大一些。奶粉添加量和草莓添加量(AC)等高线接近圆形,两者交互作用不显著。在响应面图中出现最高值,即等高线中最小的椭圆中心点,说明因素取值为最优取值范围内,取值合理。

图6 胡萝卜草莓奶片的响应面和等高线图

由图7可知,奶粉添加量和黄瓜添加量(AB)的等高线接近圆形,交互作用不显著。奶粉添加量和香蕉添加量(AC)以及黄瓜添加量和香蕉添加量(BC)的3D响应面曲线图较陡,其等高线为椭圆形,其交互作用均显著。而AC等高线较BC等高线密集,则奶粉-香蕉添加量(AC)大于黄瓜-香蕉添加量(BC)对奶片的感官评分的影响。在响应面图中出现最高值,即等高线中最小的椭圆中心点,说明因素取值为最优取值范围内,取值合理。

图7 Y2=f(A,B)的响应面和等高线图

2.2.4 优化果蔬奶片工艺配方结果以及实验验证 应用Design-Expert.V8.0.6.1软件对响应面实验数据进行分析,得到胡萝卜-草莓奶片最佳配比:奶粉添加量为51.85%,胡萝卜添加量为15.93%,草莓添加量34.01%,感官评分88.31。根据这些数据,做出3组平行实验,进行感官评分,由下表7知,结果为89分,预测误差为0.77%,与预测值基本吻合。

黄瓜-香蕉奶片最佳配比:奶粉添加量为49.12%,黄瓜添加量为28.09%,香蕉添加量为21.74%,感官评分为93.57。根据该条件,进行3组实验,由表7,实际感官评分为93分,预测误差为0.61%,与预测值基本相吻合。说明该模型的可预测性和准测性,可应用来进行预测最优值。

表7 最佳配比预测误差

3 结论与讨论

综上所述,通过对胡萝卜-草莓奶片和黄瓜-香蕉奶片分别采用响应面法进行优化,从而获得最佳加工工艺。胡萝卜-草莓奶片最佳配比为:奶粉添加量为51.85%,胡萝卜添加量为15.93%,草莓添加量34.01分%,感官评分88.31分。在此配方下制得奶片,具有浓浓的草莓香气和充满食欲的红色,搭配适当,色泽均匀一致。获得健康营养、口齿留香的胡萝卜-草莓奶片。黄瓜-香蕉奶片最佳配比为:奶粉添加量为49.12%,黄瓜添加量为28.09%,香蕉添加量为21.74%,感官评分为93.57分。该配方下获得奶片,具有黄瓜的清香和香蕉的甜香,颜色呈现淡绿色,诱人且甜而不腻。制得黄瓜-香蕉奶片不仅香甜可口,醇香味美,富有绵绵果香,而且具有很高营养价值。此工艺条件下获得的胡萝卜-草莓和黄瓜-香蕉两种新型奶片,不仅为市场注入了新鲜血液,还为市场奶片的进一步开发提供了科学依据。