红薯黑凉粉的配方优化

黄锦琪,江 联,温 笑,任艳明,王康明,付羽藤,王 茜,彭渝洁,马晨露,谢建华,*

(1.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室,江西南昌 330047; 2.南昌大学生命科学学院,江西南昌 330031; 3.江西得利园食品有限公司,江西丰城 331100)

凉粉草(MesonachinensisBenth.)系唇形科植物,在我国分布于浙江、江西、广东、广西、台湾等地[1-2]。凉粉草具备解暑、解毒、降血糖、降血脂、降血压等功能[3-5]。民间常以其与水煎煮,配以稀淀粉做成冻[6],是夏日消暑佳品。

凉粉草与不同淀粉之间的糊化强度会引起产品的口感质量等物理性质方面的变化[7]。凉粉草胶液口味独特,添加到食品中可以很大程度地改善食品的风味,形成的凝胶冻融稳定性好[8]。现在市面上黑凉粉常用的淀粉为木薯淀粉、玉米淀粉和大米淀粉等。然而,木薯、玉米和大米淀粉形成凝胶的能力差,糊液软糯,耐高温、耐剪切性较差[9],使得其在工业生产中受到限制。江西红薯资源丰富,课题组前期发现红薯淀粉与凉粉草胶液复配能够形成优良的凝胶制品,但未对其进行系统深入的研究。

目前开发绿色健康、品质优良的功能性凉粉食品具有很大的市场需求。本文以凉粉草和红薯淀粉为主要原料,通过单因素及响应面试验设计初步探求红薯淀粉、蔗糖、凉粉草胶液添加量对凉粉品质影响,确定了凉粉制备的最佳工艺条件,并且探讨其质构特性,为开发具有功能性的健康新型凉粉,为高品质凉粉制品开发与应用提供一定的理论基础和技术指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

凉粉草 江西省赣州市石城县;红薯淀粉 食品级,山东菱花有限公司;白砂糖 食品级,市售。

ME201电子天平 上海梅特勒托利多仪器有限公司;HH.S21-6水浴锅 上海博迅实业有限公司医疗设备厂;DHG-9246A电热鼓风干燥箱 上海精宏有限公司;TA-XTplus质构仪 英国TA仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 新型红薯黑凉粉的制备工艺流程 新型功能性红薯凉粉的工艺流程图如图1所示,具体技术路线指标参数如下:

图1 新型功能性凉粉的制备工艺流程图Fig.1 Process chart for preparing novel functional Chinese jelly

1.2.1.1 凉粉草胶液的制备 将凉粉草挑选除杂质,清洗干净。称取新鲜凉粉草50 g,添加去离子水500 mL(料液比1∶10)和0.5%(w/v)的食用碱,在恒温水浴锅中90 ℃下浸提1 h,冷却后用400目纱布过滤,除去上层滤渣。得到褐色的凉粉草胶液,放置于4 ℃冰箱备用。

1.2.1.2 淀粉和蔗糖的溶解 取适量蔗糖于容器中,加适量50 ℃热水,加热到糖分散溶解,再用200 目纱布过滤布过滤,冷却加入适量淀粉,搅拌使淀粉均匀分散,备用。例如,凉粉草胶与淀粉蔗糖比例为50∶50,5%(w/v)蔗糖、3%(w/v)淀粉,则添加50 mL水溶解5 g蔗糖,再加3 g淀粉混合成淀粉蔗糖混合液。

1.2.1.3 调配 将凉粉草胶液和淀粉蔗糖溶液按比例混合,充分搅拌,使其分散溶解。

1.2.1.4 糊化 将样品于水浴锅中水浴加热(95 ℃,10 min)使淀粉糊化,整个过程中要不断搅拌,防止淀粉下沉导致淀粉糊化不均匀[10]。

1.2.1.5 灌注 趁热将糊化完全的淀粉糊倒入模具里,缓慢倒入使其表面平整。

1.2.1.6 冷却 将倒好样品的模具在室温冷却30 min,然后放入4 ℃冰箱继续冷却,使凝胶更为稳固均匀。

1.2.2 配方的初步确定 根据传统配方[11]的研究确定初步配方。凉粉草胶液富含凉粉草多糖,凉粉草多糖具体较好的凝胶性能和生物活性,在本实验中充当凝胶剂和生物活性成分[12]。根据文献[11,13]及预实验初步确定配方:用料配比为凉粉草胶液(占40%)和淀粉蔗糖混合液(占60%),其中混合液辅料用量配比为3%淀粉(w/v)和蔗糖5%(w/v)。

1.2.3 单因素实验

1.2.3.1 考察凉粉草胶液添加量对红薯黑凉粉品质的影响 为使得凉粉具备清爽可口的凉粉风味、黑褐透亮的色泽及良好的营养价值,需添加适量的凉粉草胶液。以5%(w/v)蔗糖、3%(w/v)红薯淀粉为基础,凉粉草胶液和淀粉蔗糖混合溶液百分比例分别为20∶80、30∶70、40∶60、50∶50、60∶40做单因素实验,考察凉粉草胶液对凉粉感官评价和质构特性的影响。

1.2.3.2 考察淀粉添加量对红薯黑凉粉品质的影响 以5%蔗糖、凉粉草胶液和淀粉蔗糖混合溶液百分比例分别为50∶50为基础,红薯淀粉比例分别为2%、3%、4%、5%、6%做单因素实验,确定最佳淀粉添加量。

1.2.3.3 考察蔗糖添加量对红薯黑凉粉品质的影响 以凉粉草胶液和淀粉蔗糖混合溶液百分比例分别为50∶50,淀粉添加量4%为基础,蔗糖添加量分别为3%、4%、5%、6%、7%做单因素实验,确定最佳蔗糖添加量。

1.2.4 凉粉感官评分与质构参数相关性分析 为探索凉粉的感官评分与各因素水平的相关性,探讨影响凉粉品质的最关键因素,以凉粉的感官评分为纵坐标,各影响因素为横坐标进行线性拟合,比较各因素的相关性,从而确定对凉粉品质的主要影响因素。

1.2.5 响应面试验 为了确定新型凉粉的最佳配方,采用响应面试验法[14],以产品质构特性中的弹性为指标,以凉粉草胶液、淀粉添加量、蔗糖添加量3个因素的用量进行响应面实验。因素与水平见表1所示:

表1 红薯黑凉粉配方优化的响应面试验因素与水平编码Table 1 Response factors and level coding of optimization formula of sweet potato black Chinese jelly

1.2.6 感官评定 随机抽取20名南昌大学食品学院师生组成品鉴小组,男生女生各10人,按规定的评分标准(表2)对产品的四项指标进行综合评分[15],取平均值为最终结果。

表2 凉粉感官评分标准Table 2 Sensory evaluation standards of Chinese jelly

1.2.7 质构特性测定 将凉粉放置冰箱冷却1 h左右取出,恢复至室温,对其进行质构测试。采用TPA模式,使用P/50的探头,在测前速度2.0 mm/s,测试速度1.0 mm/s,测后速度2.0 mm/s压缩形变量50%下对凉粉进行质构特性指标测试,获得凉粉的硬度、弹性、黏着性、咀嚼性等质构参数[16]。

1.2.8 理化及微生物指标测定 根据国标GB/T 5009.53-2003 淀粉类制品卫生标准的分析方法测定凉粉的淀粉酸度[17],采用GB/T 5009.3直接干燥法测定凉粉的水分含量[18],采用王文洁[19]的方法测定凉粉凝胶的持水性,采用GB 4789.2-2016测定凉粉中菌落总数[20],采用GB 4789.3-2016 测定大肠菌群数[21],采用GB 4789.15-2016 测定霉菌和酵母数量[22]。

1.2.9 数据分析 采用SPSS 22.0统计分析软件、Origin 9.0作图分析软件、Design-Expert.V 8.0.6.1优化设计软件对数据进行显著性分析、方差分析、相关分析和作图。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 凉粉草胶添加量对红薯黑凉粉品质的影响 由表3和图2可以看出,在凉粉草胶添加量为20%～60%的范围内,随着凉粉草胶添加量的增加,凉粉的感官评分、硬度、胶黏性和咀嚼性都逐渐增加。凉粉的回复性随着凉粉草胶添加量的增加先增大后减小。当凉粉草胶添加量在20%～30%时粘性呈现下降的趋势,大于30%时粘性数值又随着浓度升高而增加。凉粉草胶添加量由20%增加到30%时,凉粉的弹性明显加强,继续添加凉粉草胶时,凉粉的弹性呈稳定波动,整体变化不大[23-24],即无显著性差别。综上所述,凉粉草胶的添加量在40%～60%之间为宜。

表3 凉粉草胶添加量对感官评分和质构特性的影响Table 3 Effects of the amount of Chinese jelly added on sensory score and texture characteristics

图2 不同凉粉草胶液、淀粉和蔗糖添加量 和对凉粉外观形貌的影响Fig.2 Influence of different amounts of gum,starch, and sucrose content on the appearance of Chinese jelly注:A～E代表凉粉草胶液添加量分别为 20%、30%、40%、50%、60%;F～J列代表红薯淀粉 添加量分别为2%、3%、4%、5%、6%; K～O代表蔗糖添加量分别为3%、4%、5%、6%、7%。

2.1.2 红薯淀粉添加量对红薯黑凉粉品质的影响 由表4和图2可知,在红薯淀粉添加量为2%～6%的范围内,红薯淀粉的添加量由2%增加到4%时,凉粉的感官评分显著增加(P<0.05),当添加量超过4%,凉粉的感官评分随红薯淀粉添加量的增加而减小;凉粉的硬度、弹性和咀嚼性随着红薯淀粉的添加量增大而持续增加，与Xiao等[25-26]的研究结果一致;凉粉的粘性数值随着红薯淀粉添加量的增加先减小后增加再减小,其中,当红薯添加量为3%时,凉粉的粘性数值最低;凉粉的内聚性和回复性随着红薯淀粉的添加而持续增强,当红薯淀粉添加量增加到4%时,凉粉的凝聚性和回弹性呈现平稳波动。凉粉的胶黏性随着红薯淀粉的添加量增加而持续增强。因此红薯淀粉的添加量在4%左右最为合适。

表4 红薯淀粉添加量对感官评分和质构特性的影响Table 4 Effects of sweet potato starch addition on sensory score and texture characteristics

2.1.3 蔗糖添加量对红薯黑凉粉品质的影响 由表5和图2可知,在蔗糖添加量为3%～7%的范围内,随着蔗糖添加量的增加,凉粉的感官评分持续增加,蔗糖主要影响凉粉的甜感,在蔗糖添加量达到6%时,凉粉的感官评分最高。而凉粉的硬度和蔗糖的添加量没有明显的联系,时而减小时而增加,这与孙燕[27]的研究结果类似。凉粉的凝聚性、胶黏性、回弹性、咀嚼性随着蔗糖逐渐增加并无明显的增加或减弱。综上所述,蔗糖的添加量为6%左右最合适。

表5 蔗糖添加量对感官评分和质构特性的影响Table 5 Effects of sucrose content on sensory score and texture characteristics

2.2 相关性分析

凉粉的感官评分与硬度、粘性、弹性、凝聚性、胶黏度、咀嚼性、回复性的相关性分析见表6。由相关性分析可知,凉粉的感官评分与凉粉的与硬度、粘性、弹性、内聚性、胶黏度、咀嚼性、回弹性呈正相关。除粘性外,其余指标均与感官评分均呈极显著相关(P<0.01)。并且感官评分与弹性的相关系数最高。因此,可用弹性从客观上评价凉粉的品质。

表6 凉粉的不同质构参数与感官评分的相关性系数Table 6 Correlation coefficient of Chinese jelly between different texture parameters and sensory score

2.3 响应面分析

2.3.1 响应面结果 响应面结果见表7,采用Design Expert V8.0.6.1对数据进行处理,经回归方程拟合后,得到回归方程为:

表7 凉粉优化工艺响应面结果Table 7 The response surface results of optimization process of Chinese jelly

Y=0.8800+0.0025A-0.0013B+0.0013C-0.0400AB-0.0100AC-0.0075BC-0.1100A2-0.0410B2-0.0310C2

如表8所示,采用单因素方差分析各因素对凉粉草胶液影响情况,该模型的F值为120.76,表明二次回归方程式具有显著意义[28]。P<0.0001,表明相关系数水平具有显著性水平,并且该模型适用于对凉粉性质进行分析。二次项系数A2、B2、C2及交互作用系数AB、AC均有显著性影响(P<0.05)。失拟分析F值为4.17,表明其与纯误差无显著关系(P>0.05)。

表8 方差分析Table 8 Variance analysis

2.3.2 各因素交互影响 图3显示出蔗糖添加量、淀粉添加量、胶体浓度对凉粉弹性的影响,其中胶液和淀粉交互作用对凉粉弹性影响显著,当胶液从40%增至50%、淀粉添加量从3%增至4%,凉粉的弹性显著增强(P<0.05);胶液和蔗糖交互作用对凉粉弹性影响也是显著的,当胶液从40%增至50%、蔗糖添加量从5%增至6%,凉粉的弹性显著增强(P<0.05);淀粉添加量和蔗糖添加量的交互作用不显著(P>0.05)。

图3 各两因素交互作用对凉粉弹性影响的响应面与等高线图Fig.3 The 3D-response surface plots showing the effects of interaction of two factors注:A、B:胶液浓度和淀粉对凉粉弹性影响的响应面图与等高线图;C、D:胶液浓度和蔗糖 对凉粉弹性影响的响应面图与等高线图;E、F:淀粉和蔗糖对凉粉弹性影响的响应面图与等高线图。

2.3.3 凉粉制备的最佳工艺条件的确定 根据响应面实验结果,通过回归方程求解得出凉粉制备的最佳工艺条件为胶液40%,淀粉添加量为5%,蔗糖添加量为6%，在该工艺条件下得到淀粉的弹性为0.78。该工艺条件下得到凉粉的弹性系数为0.77,与理论预测值(0.76)基本吻合,表明采用响应面法优化凉粉草胶的制备工艺条件具有良好的真实可靠性。

2.3.4 验证实验 运用响应面分析方法优化了产品配方,验证得到凉粉弹性较好的最佳工艺条件为胶液40%,淀粉添加量为5%,蔗糖添加量为6%。该工艺条件下得到凉粉的弹性为0.78,与理论预测值相比,误差小于3%。

2.3.5 理化及微生物指标测定 根据国标法测定了凉粉的理化及微生物指标。结果测得凉粉的酸度值为0,水分含量为87.31%±0.31%,持水性80.00%±4.31%;微生物检测显示细菌菌落总数为0,大肠菌群未检出,霉菌大约为1 CFU/g,酵母未检出。符合国家安全卫生标准。

3 结论

本文以凉粉草胶和红薯淀粉为主要原料,运用单因素实验,相关性分析,响应面分析法对凉粉草胶制作成的凉粉进行了初步工艺研究,探究了蔗糖添加量、淀粉添加量、凉粉草胶浓度等影响因素对凉粉的品质影响。结果表明凉粉的感官评价与质构特性中的弹性有较强的相关性。响应面分析显示,凉粉弹性的影响因素最强的是胶体浓度。最佳工艺条件为:胶液40%,淀粉添加量为5%,蔗糖添加量为6%。所建立的回归模型也显示了几种因素之间的交互作用对凉粉弹性的影响,为后续的理论研究和实际生产提供了参考依据。