响应面法优化紫薯魔芋硬糖配方

2021-02-01王丽霞陆东和周凤超

食品工业 2021年1期

王丽霞，陆东和，周凤超

1. 莆田学院环境与生物工程学院（莆田 351100）；2. 莆田学院枇杷种质资源创新与利用福建省高校重点实验室（莆田 351100）；3. 福建省农业科学院农业工程技术研究所（福州 350003）

紫薯营养丰富，除富含蛋白质、淀粉、膳食纤维、多种维生素和矿物质外，还富含硒元素和花青素。紫薯具有良好的着色能力，并具有多种功效，如清除自由基、保护肝脏、防癌抗癌、抗衰老、预防心脑血管疾病等[1-2]，因此被广泛应用于各类食品的加工中，如紫薯面条、紫薯酒、紫薯馒头、紫薯醋、紫薯糕点、紫薯酸奶、紫薯豆腐、紫薯果脯、紫薯果冻等[3-5]。

魔芋粉的主要成分是魔芋葡甘聚糖，是由葡萄糖和甘露糖以β-1, 4糖苷键连接起来的一种非离子型水溶性高分子多糖，具有净化血液、清肠排毒、预防癌症、改善胆固醇代谢、治疗肥胖症、提高耐糖能力等功效，具有优良的亲水性、增稠性、胶凝性、乳化性、粘结性等性能[6]。目前，主要用于软糖生产中，其在硬糖生产中的应用鲜见报道。

糖果作为深受广大消费者喜爱的休闲食品之一，已成为世界零售市场的重要组成部分，特别是在喜庆的节日中消费必不可少。近年来，随着糖果制品加工技术的提升，糖果包装形式的多样化，以及新产品的不断涌现，糖果的品质不断提升，糖果的消费量逐年增加。随着人们营养健康意识的日益增长，功能型糖果的开发成为未来的发展趋势。在传统硬糖配方及工艺基础上，研制一种营养价值高、品质佳、色泽风味独特并具有保健功能的紫薯魔芋硬糖具有实际意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫薯粉、白砂糖、葡萄糖浆、木糖醇、饮用纯净水，市售；魔芋精粉，云南省昭通市三艾有机魔芋发展有限责任公司。

1.2 仪器与设备

FR224CN电子天平，奥豪斯仪器上海有限公司；XT-9900A微波消解仪，新拓仪器有限公司；DHG-9031A电热恒温干燥箱，精宏实验设备上海有限公司；ASC-7000型原子吸收分光光度计，中国岛津企业管理有限公司；PF6-2非色散原子荧光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

1.3.2 工艺要点

1) 准确称取制作硬糖的各种配料，置于一次性杯子中，待用。

2) 将水、白砂糖、葡萄糖浆、木糖醇倒入不锈钢锅中，用不锈钢勺子稍微搅拌几次。

3) 将不锈钢锅放在电磁炉上加热，小火熬糖，当砂糖颗粒融化（近6 min）后加入魔芋粉，混匀后继续熬糖。

4) 当不锈钢锅内糖浆沸腾，不断冒泡时，用电子防水温度计测定糖浆温度接近120 ℃，且用勺子蘸取一点糖浆滴入装有冷水的小碗中，糖浆在水中形成坚硬的小糖珠时（约17 min），关闭电源。

5) 于糖浆中加入紫薯粉，搅拌混合均匀，倒入模具内成形。

6) 冷却至室温，脱模，得紫薯魔芋硬糖成品。

1.3.3 单因素试验

1.3.3.1 木糖醇添加量对硬糖感官品质的影响

称取20 g水、15 g葡萄糖浆、0.8 g紫薯粉、0.2 g魔芋粉，固定木糖醇与白砂糖的总用量40 g，其中木糖醇添加量分别为1，2，3，4和5 g，制成硬糖，进行感官评价。

1.3.3.2 葡萄糖浆添加量对硬糖感官品质的影响

称取20 g水、3 g木糖醇、37 g白砂糖、0.8 g紫薯粉、0.2 g魔芋粉，葡萄糖浆添加量分别为11，13，15，17和19 g，制成硬糖，进行感官评价。

1.3.3.3 紫薯粉添加量对硬糖感官品质的影响

称取20 g水、3 g木糖醇、37 g白砂糖、15 g葡萄糖浆、0.2 g魔芋粉，紫薯粉添加量分别为0.8，1.0，1.2，1.4和1.6 g，制成硬糖，进行感官评价。

1.3.3.4 魔芋粉添加量对硬糖感官的影响

称取20 g水、3 g木糖醇、37 g白砂糖、15 g葡萄糖浆，1.2 g紫薯粉，魔芋粉添加量分别为0.1，0.2，0.3和0.4 g，制成硬糖，进行感官评价。

1.3.4 响应面试验

在单因素试验的基础上，选择木糖醇、葡萄糖浆、紫薯粉、魔芋粉为自变量，进行四因素三水平响应面优化试验。

1.3.5 硬糖的感官评定

制成的紫薯魔芋硬糖由10位感官评价人员从组织、形态、色泽、风味、口感等方面进行评价，采用评分法，每项感官得分均取10人评定分数的平均值。根据硬糖本身特点及相关标准，制定紫薯魔芋硬糖感官评价标准[7]，具体细则见表1。

1.3.6 理化指标检测

干燥失重的测定参考SB/T 10018—2017中干燥失重试验方法；还原糖的测定参考GB 5009.7—2016中的第一法直接滴定法；总砷的测定参考GB 5009.11—2014中的第一法氢化物原子荧光光度法；铅的测定参考GB 5009.12—2017中的第一法石墨炉原子吸收光谱法；铜的测定参考GB 5009. 13—2017中的第一法原子吸收光谱法。

1.3.7 微生物指标检测

菌落总数的测定参考GB 4789.2—2016《食品微生物学检验菌落总数测定》；大肠菌群的测定参考GB 4789.3—2016《食品微生物学检验大肠菌群计数》；沙门氏菌检验参考GB 4789.4—2016《食品微生物学检验沙门氏菌检验》；金黄色葡萄球菌检验参考GB 4789.10—2016《食品微生物学检验金黄色葡萄球菌检验》。

表1 紫薯魔芋硬糖感官评价标准

2 结果与分析

2.1 木糖醇添加量对紫薯魔芋硬糖感官品质的影响

木糖醇作为一种理想的营养性甜味剂，被广泛应用于食品工业中。在糖果中添加适量木糖醇，可使熬糖过程中不会产生沸腾现象，不易分解。木糖醇还具有良好的贮存性能，不易发酵，可延长糖果的货架期。糖果中添加木糖醇能够起到减轻龋齿、抑制血糖升高、促进双歧杆菌增殖、改善胃肠功能的作用[8]。

从图1可以看出，当添加少量的木糖醇时，硬糖感官品质呈升高趋势，且入口后有明显的清凉感。这主要是由于木糖醇的溶解，吸收大量的热造成的[8]。再从糖果色泽看，其产品色泽稳定，焦糖味低，这是由于木糖醇不产生美拉德反应[8]。当添加过量的木糖醇时，硬糖的感官品质会呈现降低趋势，糖体表面光亮程度变差，糖块变黏，这是由于仅仅使用木糖醇不能制成可塑性产品[8]，木糖醇可塑性低，硬糖成型性能下降，从而影响到糖果的总体评分。当木糖醇添加量为3 g时，紫薯魔芋硬糖甜味纯正，有天然的清凉感，口感清新，无不良后味，糖体硬度适中，不粘牙，感官评分最高。

图1 木糖醇添加量对硬糖感官品质的影响

2.2 葡萄糖浆添加量对紫薯魔芋硬糖感官品质的影响

葡萄糖浆中含有较多的还原糖，一方面能有效提高砂糖的溶解度，减少其重新排列成晶体时的分子运动；另一方面还原糖具有较强的吸水性，可控制或延缓硬糖的发烊或返砂速度[9]。由图2可看出，随着葡萄糖浆添加量的增加，糖果的感官品质呈先升后降的变化。当添加的葡萄糖浆量小于15%时，随着葡萄糖浆的增多，硬糖色泽更加透亮，这是由于葡萄糖浆能提升糖体光亮度，糖浆越无色透明，越容易将糖膏调成色泽鲜艳的糖果；糖体的硬度降低，达到适中水平，这是由于葡萄糖浆中的还原糖能阻止砂糖再结晶，砂糖经浓缩后成为无定型状态即非晶体状态，可降低糖体硬度[9]；甜度降低，这是由于糖浆降低了糖果的甜度，使甜味更加饱满、柔和。当添加的葡萄糖浆量较多时，随着葡萄糖浆添加量的逐渐增加，糖体硬度增大，产生粘牙现象，这是由于葡萄糖浆增加了糖果的韧性、强度和黏性，具有较强的吸水性；且糖果甜度降低，因此，感官评分降低。当选用15 g左右的葡萄糖浆时，硬糖糖体呈透亮紫色，光泽度好，硬度适中，坚硬而脆，不粘牙，甜味纯正，口感细腻。

图2 葡萄糖浆添加量对硬糖感官品质的影响

2.3 紫薯粉添加量对紫薯魔芋硬糖感官品质的影响

由图3所示，当紫薯粉添加量小于1.2%时，硬糖感官品质呈上升趋势，此时糖果色泽逐渐加深接近紫薯色泽且鲜薯风味不断增强。当紫薯粉添加量进一步增加时，感官评分呈下降趋势，此时虽然糖果色泽和紫薯风味进一步增加，但色泽呈现出紫黑色且光泽度降低；糖体硬度也增大，这是由于紫薯粉含有淀粉，当紫薯粉和糖浆混合时，糖浆处于高温、高浓度状态下，紫薯粉在糖浆中不能充分吸水，导致生成淀粉水合物，进而影响淀粉的糊化和凝胶体的形成，使紫薯粉在糖浆中出现凝结块，糖浆内部组织结构发生变化。当紫薯粉添加量为1.2 g时，制成的糖果有着诱人的紫颜色，糖体光泽度好，硬度适中，一咬就碎，有鲜明的紫薯风味。

图3 紫薯粉添加量对硬糖感官品质的影响

2.4 魔芋粉添加量对紫薯魔芋硬糖感官品质的影响

在糖果制作中加入魔芋粉，可以增加糖浆的黏稠程度，改善糖体组织结构，加快糖体成型，使糖果具有一定的保健功能[10]。从图4可以看出，当魔芋粉的添加量较低时，感官评分上升，糖果具有紫薯的色泽风味且有轻微的砂砾感，这是由于魔芋粉可以起到保护紫薯粉色泽的作用，而对紫薯的风味无不良影响。当魔芋粉添加量较高时，感官评分下降，糖果变硬、发黏，这是由于魔芋粉的增稠性、黏结性使得糖浆不断增稠，糖体凝结和成型速度加快；魔芋粉的特殊气味增强，口腔内砂砾感加剧，这是因为魔芋粉经魔芋初加工，其外囊还含有杂质，这些囊的硬度和韧性极大[11]，从而增加了糖体的粗糙感。当魔芋粉添加量为0.2 g时，糖果呈均匀的紫色，表面光滑具有光泽，硬度适中，不粘牙，甜味纯正，入口后有轻微的砂砾感。

2.5 响应面优化试验

利用Design-Expert 8.0软件的Box-Behnken中心组合设计，获得紫薯魔芋硬糖配方的四因素三水平试验设计和结果（表2）。对表2的试验数据进行多元回归拟合分析，建立木糖醇、葡萄糖浆、紫薯粉及魔芋粉4个因素对紫薯魔芋硬糖感官评分影响的二次多项式回归方程：Y=90.70+0.67A+0.54B-0.75C+1.29D-8.00AB+1.50AC+0.75AD+2.38BC-1.25BD-0.88CD-6.27A2-7.33B2-7.89C2-3.83D2。

表2 响应面试验设计及结果

由表3可知，试验因素对硬糖感官评分所选用的试验模型高度显著（p＜0.000 1），回归方程失拟项p=0.409 6＞0.05，说明差异不显著；相关系数R2= 0.992 7，=0.985 3，=0.985 3，且这两个值高并接近（-＜0.2），表明该模型可以充分说明工艺过程[12]；同时变异系数C.V.为0.94%，说明该方程具有较好的模拟性和重现性，可利用该回归方程确定硬糖的最佳配方[13]。采用回归方程一次项系数绝对值对各因素响应主次进行比较，结果表明，影响硬糖感官评分的因素顺序为D＞C＞A＞B，即魔芋粉添加量＞紫薯粉添加量＞木糖醇添加量＞葡萄糖浆添加量。通过回归方程的各项显著性表明：D、A2、B2、C2、D2对硬糖的感官评分具有极显著影响（p＜ 0.01），A、B、C对硬糖的感官评分具有显著影响（p＜ 0.05），而交互项AB、BC对硬糖的感官评分具有极显著影响（p＜0.01），AC、CD、BD对糖果的感官评分具有显著影响（p＜0.05），而AD对感官评分无显著性影响。

表3 回归模型方差分析

2.6 工艺优化与验证试验

通过软件优化得到紫薯魔芋硬糖感官评分最优的参数：木糖醇添加量3.04 g、葡萄糖浆添加量14.94 g、紫薯粉添加量1.19 g、魔芋粉添加量0.22 g，此时感官评分为90.85分。为了实际操作方便，取木糖醇添加量3 g、葡萄糖浆添加量15 g、紫薯粉添加量1.2 g、魔芋粉添加量0.2 g，并在此工艺参数进行验证试验，重复3次，实际测得硬糖的感官评分为91.00分，与理论预测值相对偏差0.16%。这说明通过响应面模型的建立，可优化得到确切的紫薯魔芋硬糖的配方参数。