蓝莓渣复合籼米冲调粉的配方优化及品质分析

张新振, 梁 进, 李雪玲, 孙 玥, 高 洋, 王 冉, 刘杰梅, 徐雪野,张歌兴,李贝贝,钟 杨,周颖娣,李志鑫

(安徽农业大学安徽省农产品加工工程实验室,合肥 230036)

通常在籼稻谷加工中会产生许多碎米,其碎米率约占10%～15%[1]。尽管碎籼米与整米的营养成分相近,然而其价格低廉,亟待进行深加工和增值化开发利用,以提高其附加值。冲调粉是籼米加工的常见产品形式,因其食用省时、携带方便深受大众喜爱。李学琴等[2]以茯苓和籼稻米为原料,通过双螺杆挤压膨化制成茯苓复合营养粉,并对其冲调特性和感官进行评价。然而以碎籼米粉为原料制作冲调粉的相关研究还鲜有报道。但是仅以籼米粉为原料制作冲调粉,其营养较为单一,需要添加一些功能性成分比如蓝莓果渣粉等,以提升冲调粉的营养品质和风味特性。

蓝莓渣是蓝莓果汁加工中常见的副产物,其加工利用形式有限,而蓝莓渣中仍富含酚类等活性物质以及膳食纤维等功能性成分[3],仍值得深度开发利用。将蓝莓渣粉与碎籼米粉进行复配,经过挤压膨化和粉碎加工处理,研制出即食型蓝莓渣复合籼米冲调粉,并对产品的色差、香气、游离氨基酸、流变以及体外消化等品质特性进行检测与分析,以期增强蓝莓渣和碎米粉的增值化利用,也为冲调粉类产品的营养与品质提升提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

籼米粉,蓝莓渣。氢氧化钠、四水合酒石酸钾钠、无水亚硫酸氢钠、乙酸、乙酸钠、3,5-二硝基水杨酸、α-淀粉酶、糖化酶,均为分析纯。

DSE32-1双螺杆实验机,UV9000紫外可见分光光度计,CR-400手持色差计,PEN3电子鼻,DHR1旋转流变仪。

1.2 方法

1.2.1 原料制备

参照韩晶等[4]报道并结合预实验研究结果,将蓝莓渣粉和籼米粉按质量比为12∶88混合均匀并调节水分质量分数为16%后,放入双螺杆挤压机进料口,在挤压温度为50—80—110—130 ℃,进料速率为13 r/min,螺杆旋转速率为 17 Hz,得到的蓝莓渣膨化产品放入65 ℃的烘箱中干燥3 h后放入自封袋中冷却,然后用粉碎机将其粉碎,收集80目的膨化粉装于密封袋中并放置于4 ℃的温度下储存。

1.2.2 配方优化

参照本实验室王秀兰等[5]的研究并稍作修改,确定7 g的膨化粉为基准,以木糖醇质量分数(14%、28%、42%、56%、68%)、食盐质量分数(0.29%、0.57%、0.85%、1.13%、1.41%)和麦芽糊精质量分数(7.1%、14.2%、21.3%、28.4%、35.5%)为考察因素进行单因素实验,并在单因素实验的基础上设计正交实验(表1),优化蓝莓渣复合籼米冲调粉的配方。

表1 正交实验因素水平表

1.2.3 蓝莓渣复合籼米冲调粉感官品质的评定

评价标准参照GB/T 18738—2006 速溶豆粉和豆奶粉感官要求并稍加修改,由10名食品专业的人员组成评价员,并按表2进行感官评分。

表2 蓝莓渣复合籼米冲调粉感官评价指标及评分标准

1.2.4 建立模糊数学分析模型

1.2.4.1 对象集Y

对象集Y是研究中需进行感官评价的产品的集合。Y={Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,Y8,Y9},Y1～Y9分别为本研究中L9( 34) 中制作的9组蓝莓渣复合籼米冲调粉,Yi为9组蓝莓渣复合籼米冲调粉的综合评价,其中i=1,2,3,…,9。

1.2.4.2 因素集U

因素集U是研究中产品各感官属性的集合。U={U1,U2,U3,U4,U5},U1～U5分别为色泽外观、滋味气味、冲调性、可接受程度、口感等指标。

1.2.4.3 评语集V

评语集V为对上述各个因素的评语集合。V={V1,V2,V3},V1～V3分别为优、良和差。

1.2.4.4 评价权重X

评价权重指的是每个因素的重要程度。确定权重集X={X1,X2,X3,X4,X5}={ 0.15,0.15,0.2,0.2,0.3}。即色泽外观占0.15,滋味气味占0.15,冲调性占0.2,可接受程度占0.2,口感占0.3模糊数学综合评定为Y=X×y,其中X为权重集,y为模糊数学矩阵;其中y为各因素每一种评语的人数除以总评价人数。

1.2.5 色差的测定

首先使用白板和标准色卡对色差计进行白平衡和颜色的校正,再紧扣样品于专用白板上进行拍照测定。籼米冲调粉和样品分别各取5个点,测定每个点的L*值 (亮度),a*值 (红绿色), b*值 (黄绿色),去掉一个最大值和最小值,最终取平均值±标准差[6]。

1.2.6 电子鼻测定

分别取籼米冲调粉和样品2 g于顶空瓶内,瓶盖封住瓶口于50 ℃富集10 min后使用,采用顶空上样法分别对两种样品进行电子鼻分析检测。电子鼻检测的具体参数为顶空预进样时间5 s,自动归零时间10 s,测试时间120 s,清洗时间120 s,传感器仓流量300 mL/min,初始注射流量为300 mL/min[7]。各传感器对不同物质的响应类型[8]如表3所示。

表3 PEN3电子鼻的10个传感器及其传感物质

1.2.7 游离氨基酸的测定

参考李兴军等[9]的方法测定游离氨基酸的含量,计算公式为:

式中:C为由直线方程计算的值,即0.5 mL试样中氨基酸的微摩尔数/μmol;V为样品提取液经稀释后的总体积/mL;14表示氨基氮/g/mol;m为样品质量/g;mc为样品含水率/%。

1.2.8 流变特性的测定

参考樊红秀等[10]的方法并稍作修改,选用直径40 mm的不锈钢平行板夹具,设置间隙1.0 mm,取80 ℃的热水60 mL对样品进行冲调后,待样品冷却至室温后将其置于测试平台上。测试温度为25 ℃,剪切速率范围在0.1～100 s-1, 测定剪切应力、黏度随剪切速率的变化情况。采用Power Law幂律模型,见式(1),对流变曲线进行拟合,得到每个样品的k和n。

σ=kγn

(1)

式中:σ为剪切应力/Pa;γ为剪切速率/s-1;k为黏性常数;n为流态特性指数。

1.2.9 体外消化特性的测定

体外消化特性的测定参照邵子晗等[11]的方法,计算出其快速消化淀粉(RDS)、慢速消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)的含量。

1.3 数据处理

所有数据重复至少3次,使用Office软件处理数据,SPSS 26.0软件对数据进行ANOVA差异显著性分析,P<0.05表示差异显著,Origin 2021软件制图。

2 结果与分析

2.1 蓝莓渣复合籼米冲调粉配方优化模糊数学感官分析结果

由表4可知,影响蓝莓渣复合籼米冲调粉感官品质的因素主次顺序为A>C>B,即木糖醇质量分数的影响最大,其次是麦芽糊精质量分数,食盐质量分数的影响最小。根据感官评分最高分得出蓝莓渣复合籼米冲调粉的最佳配方组合为A2B1C2。根据极差分析得到蓝莓渣复合籼米冲调粉的最佳配方组合为A3B1C2,与感官评分最高分得出蓝莓渣复合籼米冲调粉的最佳配方组合不一致。因此,对2个最佳配方组合做对照实验,实验结果为:A2B1C2组合的感官分数为(77.13 ±7.20)分,(A3B1C2)组合的感官分数为(80.75±4.71)分。故蓝莓渣复合籼米冲调粉工艺的最优组合为A3B1C2,即以7 g膨化粉为基准,木糖醇质量分数为68%,食盐质量分数为0.85%,麦芽糊精质量分数为21.3%,所制成的蓝莓渣复合籼米冲调粉口味最佳。并对最优结果进行单样本检验,检验结果如表5所示。由单样本检验表可知t=1.387,sig.(双尾)=0.300>0.05,说明这3组数据与检验值差异不显著。说明在正交实验的最优条件下制成的蓝莓渣复合籼米冲调粉感官品质最佳。

表4 正交实验结果

表5 单样本检验表

2.2 色差分析

由表6可知,蓝莓渣复合籼米冲调粉的L*值和b*值较冲调粉显著下降,a*值显著上升。这可能是因为蓝莓渣中的花色苷在高温高压的挤压过程中发生了降解与转变[12]。赵学伟[13]研究表明挤压导致的自身色素的降解或转变会对最终产品的色差值产生影响。方浩标等[14]研究表明高温会带来花色苷的降解。

表6 不同样品的色差表

2.3 电子鼻香气分析

电子鼻信号值的变化可能是由不同浓度的芳香化合物的形成引起的[15]。由图1可见,籼米冲调粉和蓝莓渣复合籼米冲调粉的雷达图类似,但样品的挥发性气味在W1W传感器的响应值明显。而W1W传感器所敏感的香气种类为无机硫化物,表明硫化物在籼米冲调粉和蓝莓渣复合籼米冲调粉中的贡献率大小是导致2种样品香味存在差异的主要原因。李圆圆等[16]的研究表明籼米经过水热处理之后电子鼻对氮氧化合物和硫化氢等硫化物比较灵敏。

图1 不同样品的电子鼻雷达图

由图2可知,在不同样品挥发性气味的PCA分析中第1主成分贡献率为73.44%,第2主成分贡献率为14.89%,二者总贡献率为88.33%,说明该结果能够准确反映出样品的主要信息,可很好地表征各样品间的差异性。而图形的距离远近代表着不同样品挥发性气味的差异大小[17],籼米冲调粉与蓝莓渣复合籼米冲调粉相距较近,说明在一定程度上,复配之后的蓝莓渣复合籼米冲调粉与籼米冲调粉的风味物质差异不大。这与韩晶等[4]的研究结果相似。

图2 不同样品的电子鼻主成分分析图

2.4 游离氨基酸分析

由图3可知,蓝莓渣复合籼米冲调粉中的游离氨基酸含量低于籼米冲调粉中的游离氨基酸。这可能是因为原料蓝莓渣粉中含有的游离氨基酸含量显著低于籼米粉中的游离氨基酸含量,也可能是因为蓝莓渣复合籼米冲调粉在高温高压的挤压膨化过程中游离氨基酸和还原性糖发生了美拉德反应[18],导致含量降低。

图3 不同样品的游离氨基酸含量

2.5 静态流变特性分析

不同样品液的黏度与剪切速率的关系曲线如图4所示,所有的样品液均表现出典型的非牛顿行为和剪切稀化现象,即黏度随着剪切速率的增大而降低[19]。采用幂律方程对图5中样品剪切应力-剪切速率进行拟合,计算参数k和n。其中k为黏性常数,k越大,表明溶液体系的初始黏度越大,即流体阻力越大。n是流态特性指数,当n>l时,溶液体系表现为剪切变稠,为胀塑性流体;当n=l时,溶液体系为牛顿流体;当0

图4 不同样品的黏度-剪切速率图

图5 不同样品的剪切应力-剪切速率曲线图

由表7可知,当剪切速率从0.1 s-1增至100 s-1时,籼米冲调粉和蓝莓渣复合籼米冲调粉幂律拟合方程的决定系数分别是0.985 3和0.983 3。籼米冲调粉的k值显著高于蓝莓渣复合籼米冲调粉的k值,表明籼米冲调粉的黏度较高。黏度越高,分子链密度越大,体系中越易形成分子间作用力[21,22]。而籼米冲调粉和蓝莓渣复合籼米冲调粉的n值均小于1且蓝莓渣复合籼米冲调粉的n值显著低于籼米冲调粉的n值,表明两种样品液均为剪切稀化的假塑性流体,且蓝莓渣复合籼米冲调粉剪切稀化行为更显著。

表7 不同样品的幂律模型拟合参数

2.6 体外消化特性分析

从图6可以看出,2种样品粉在同等条件下的0～180 min的淀粉水解曲线趋势基本一致,蓝莓渣复合籼米冲调粉的淀粉水解率低于籼米冲调粉的淀粉水解率。这可能是由于在高温高压和挤压剪切力作用下,淀粉颗粒破碎,直链淀粉含量增加,与脂质形成了直链淀粉-脂质复合物[23]。该复合物的晶体结构由A型变为V型,更不易消化[24]。此外,蓝莓渣中含有大量的膳食纤维,降低了淀粉的消化率[25]。

图6 不同样品的淀粉体外消化曲线

在体外消化过程中不同样品粉的RDS、SDS和RS所占的比例是不同的。从表8可知相较于籼米冲调粉,蓝莓渣复合籼米冲调粉的RDS含量下降,SDS含量变化不明显,RS含量显著升高。这可能是由于样品中添加了蓝莓渣粉,而蓝莓渣中含有大量的膳食纤维,比谷类淀粉更不易消化[26];也可能是因为在挤压膨化过程中淀粉与脂肪形成了组织紧密且很难被水解的复合物[27],使淀粉的溶解性降低,从而使淀粉的消化吸收率下降。

表8 不同样品的淀粉体外消化分类

3 结论

蓝莓渣复合籼米冲调粉的最优配方为:以7 g膨化粉为基准,木糖醇质量分数为68%,食盐质量分数为0.85%,麦芽糊精质量分数为21.3%。该配方条件下获得的蓝莓渣复合籼米冲调粉具有蓝莓和籼米粉的风味,结块较少。此外对优化的蓝莓渣复合籼米冲调粉进行品质分析,与籼米冲调粉相比,色差结果显示样品的L*值和b*值显著下降,a*值显著上升;电子鼻检测结果显示两种样品间香气差异种类主要为无机硫化物,样品较籼米冲调粉的硫化物含量有所降低;样品的游离氨基酸含量较籼米冲调粉降低了22.03 μg/gdw;流变结果表明两者皆为剪切稀化的假塑性流体,但蓝莓渣复合籼米冲调粉的剪切稀化行为更显著;体外消化结果表明,蓝莓渣复合籼米冲调粉较籼米冲调粉的快消化淀粉含量降低了8.23%,抗性淀粉含量升高了8.17%。本研究的不足之处是对蓝莓渣复合籼米冲调粉的挥发性有机化合物以及体内消化实验进行进一步的探究,在之后会通过一些技术手段和小鼠实验对其有机化合物以及体内消化实验进行研究。