混料設(shè)計(jì)優(yōu)化功能性小米早餐粉的配方

王娜,儀慧蘭

(山西大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,山西 太原 030006)

混料設(shè)計(jì)優(yōu)化功能性小米早餐粉的配方

王娜,儀慧蘭*

(山西大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,山西 太原 030006)

以小米、黃豆、核桃、葡萄皮、白砂糖和黃原膠為原料研制了一種即食早餐粉,采用混料設(shè)計(jì)研究了配方中各成分比例對(duì)其感官質(zhì)量的影響,建立各組分配比與感官質(zhì)量之間的回歸模型,分析配方中各成分的互作效應(yīng),獲得的最優(yōu)配方為:小米27.76%、黃豆20.00%、核桃仁19.70%、葡萄皮5.00%、白砂糖24.44%、黃原膠3.00%。檢測發(fā)現(xiàn),最優(yōu)配方早餐粉具有一定的自由基清除功效,有較高的抗氧化能力。

混料設(shè)計(jì);即食早餐粉;五谷雜糧;抗氧化

谷子是一種在我國北方干旱和半干旱地區(qū)廣泛種植的雜糧作物,去殼后即為小米。小米在能量、蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)和維生素等營養(yǎng)方面優(yōu)于小麥、玉米和高粱[1],對(duì)降低血糖和膽固醇有一定作用[2]。長期以來,小米主要用于煮粥。隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活節(jié)奏的加快,以及對(duì)食品的多樣化需求,促進(jìn)了小米的深加工研究,出現(xiàn)了以小米為原料的掛面、飲料、酸奶及酒[3-5],以及具有快餐特點(diǎn)的小米方便粥和方便米飯等[6-9]，但小米快餐中未見有水果成分加入。本實(shí)驗(yàn)在小米早餐粉中加入了葡萄皮,并從營養(yǎng)學(xué)角度添加了黃豆和核桃。葡萄皮中含有多種天然活性物質(zhì),具有抗氧化、抗輻射、抗癌,增強(qiáng)機(jī)體免疫力等功效[10]。黃豆蛋白質(zhì)含量為糧食之冠[11],與小米搭配可以彌補(bǔ)小米缺乏賴氨酸的不足之處。核桃仁含有亞油酸、蛋白質(zhì)、磷、礦物質(zhì)和維生素等,能增強(qiáng)細(xì)胞活力,防止腦細(xì)胞的衰退[12]。鑒于以上幾種原料的特殊功效,本實(shí)驗(yàn)選取小米、黃豆、核桃、葡萄皮為主要原料,經(jīng)焙烤、粉碎后制成早餐粉。

混料設(shè)計(jì)已被應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)，在食品行業(yè)中主要用于制備雜糧早餐粉、飲料等的配方設(shè)計(jì),并取得了良好的效果[13-14]。我們在小米早餐粉研制中添加了葡萄皮,采用混料設(shè)計(jì)對(duì)即食型小米早餐粉的配方進(jìn)行優(yōu)化,目的在于開發(fā)一種符合日常膳食平衡要求的具有一定功能的小米方便雜糧食品。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

小米、黃豆、核桃 均為市售;葡萄皮:從新鮮葡萄果實(shí)上剝皮,60℃烘至恒重后密封保存;白砂糖、黃原膠 均為食品級(jí)。

1.2 儀器和設(shè)備

微波爐:Sharp R-2E56;粉碎機(jī):黃城HC-700;電熱鼓風(fēng)干燥箱:上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠 GZX-9076MBE;紫外可見分光光度計(jì):北京普析通用儀器有限責(zé)任公司 TU-1810。

1.3 早餐粉制備過程

仔細(xì)進(jìn)行原輔料的檢查,挑選新鮮、無蟲蛀、無霉?fàn)€、無雜質(zhì)的原料洗凈、晾干。將原料分別放入微波爐中焙烤,不同原料選用不同焙烤時(shí)間,以散發(fā)出濃郁香味,無焦糊現(xiàn)象為準(zhǔn),小米、大豆還要求90%以上顆粒爆裂。取已熟化的原料用粉碎機(jī)粉碎。因核桃含油量高,單獨(dú)粉碎不徹底,因此將其與小米按比例混合后一起粉碎。葡萄皮粉過120目篩,其它原料粉過80目篩,各種原料按比例混合均勻,于60℃烘至恒重。

1.4 早餐粉的感官評(píng)價(jià)

英語四項(xiàng)技能中，閱讀和聽力屬于輸入型技能，口語表達(dá)和寫作屬于輸出型技能。學(xué)生平時(shí)沒有大量的閱讀輸入，加之不勤于思考，表現(xiàn)在論文寫作時(shí)，沒有自己的獨(dú)特見解，人云亦云，論文自然缺乏新意。

稱取 5 g 谷物早餐粉,按照1 g早餐粉:7 mL水的比例加入60～70℃的熱水[8],攪拌均勻,請(qǐng)感官評(píng)定小組成員品評(píng)。感官評(píng)定小組由10名經(jīng)過培訓(xùn)的食品專業(yè)學(xué)生組成,采用“雙盲法”進(jìn)行評(píng)分。參照文獻(xiàn)[8,13]略作改動(dòng),以產(chǎn)品的滋味、風(fēng)味、色澤、沖調(diào)性為根據(jù)制定感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(表1)。感官評(píng)定過程中需不斷漱口,保持口腔清爽,以排除混雜的外來氣味對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響。

表1 感官評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.5 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用Design Expert 8.0.5中D-Optional限制成分上下界的方法,結(jié)合單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)6種成分范圍進(jìn)行人為的限制,通過對(duì)回歸方程及各組分等高線圖和響應(yīng)曲面的分析,將各種成分進(jìn)行優(yōu)化組合。最后通過設(shè)定各成分和響應(yīng)值的變化范圍,確定最優(yōu)組合。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見表2。

1.6 抗氧化活性測定

稱1 g早餐粉樣品于10 mL離心管中,加7 mL 60～70℃的熱水沖調(diào),再用熱水稀釋成10%、30%和50%的樣液。參考Wanwisa[15]方法檢測樣液的總抗氧化能力。參照韋霄[16]的方法檢測樣液對(duì)羥基自由基的清除率。采用SPSS 16.0 對(duì)三個(gè)重復(fù)實(shí)驗(yàn)的檢測值進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 模型建立

表2列出了以黃豆、小米、核桃、白砂糖、葡萄皮、黃原膠為成分的早餐粉的感官評(píng)價(jià)結(jié)果。運(yùn)用Design Expert 軟件建立的感官指標(biāo)回歸方程如下:

其中小米的添加量為X1,黃豆的添加量為X2,核桃的添加量為X3,葡萄皮的添加量為X4,白砂糖的添加量為X5,黃原膠的添加量為X6,Y為感官分值。

通過對(duì)回歸方程的方差分析,發(fā)現(xiàn)感官指標(biāo)的二次模型達(dá)到了0.05的顯著水平,判定系數(shù)R2=0.952 3,表明變量Y中95.23%的變異是由變量小米、黃豆、核桃、葡萄皮、白砂糖、黃原膠引起的,說明模型方程中指標(biāo)與配方比例的擬合程度較高。

2.2 配方中各成分變化對(duì)早餐粉感官指標(biāo)的影響

各組分的等高線圖和響應(yīng)曲面可直觀反映其含量變化對(duì)感官分值的影響。固定配方中的3種成分后,比較另外3種成分的交互作用對(duì)感官分值的影響。圖1是葡萄皮、白砂糖和黃原膠在固定水平時(shí),黃豆、小米、核桃的交互作用對(duì)感官分值的影響。當(dāng)核桃添加量為10.00%,且小米添加量在較低水平時(shí),小米的添加量與感官分值呈正相關(guān)；當(dāng)小米含量升高到一定水平后,產(chǎn)品感官分值與其含量呈負(fù)相關(guān),說明小米的添加量在一定范圍內(nèi)影響產(chǎn)品感官分值。黃豆和核桃對(duì)感官分值的影響趨勢與小米相似。從圖1可以看出,產(chǎn)品的感官分值有極大值。

注:A:小米B:黃豆C:核桃仁Fig.1 Effect of interaction effect among millet, beans and walnut on the sensory quality of product圖1 小米、黃豆和核桃的交互作用對(duì)產(chǎn)品感官質(zhì)量的影響

實(shí)驗(yàn)號(hào)因素A小米/%B黃豆/%C核桃仁/%D葡萄皮/%E白砂糖/%F黃原膠/%感官評(píng)分12957245620006881600300788522913272418635001600400866533517200010001000208340085784291524491457801203334583765243025211738100020113008335620002842200090618903638298735032971100550516803367265825062000189510002299300831693014300014065001780300860810246429031000885244830088141133922408149370816004008068123805218611695002040300848813291524491457801203334583151435962000189050016553598877

續(xù)表2 混料設(shè)計(jì)及感官分值的實(shí)測值

2.3 早餐粉的配方優(yōu)化

運(yùn)用軟件進(jìn)行最優(yōu)化分析,設(shè)定各變量的變化范圍后運(yùn)行軟件(表3),對(duì)軟件系統(tǒng)隨機(jī)給出的所有組合進(jìn)行最陡爬坡實(shí)驗(yàn),得到目標(biāo)響應(yīng)值。表4列出了接近或達(dá)到目標(biāo)響應(yīng)值的20個(gè)組合,并給出預(yù)測值,其中最優(yōu)組合為:小米27.76%、黃豆20.00%、核桃19.70%、葡萄皮5.00%、白砂糖24.40%、黃原膠3.00%。對(duì)這20個(gè)組合進(jìn)行感官評(píng)分,感官評(píng)分值最高的組合與軟件給出的最優(yōu)組合一致,其感官分值達(dá)98.30。

表3 實(shí)驗(yàn)變量和響應(yīng)值的目標(biāo)范圍

2.4 體外抗氧化活性

早餐粉樣液具有一定的羥基和ABTS+自由基清除功能,清除率隨著樣液濃度的升高而增大(表5)。羥基自由基清除率在10%樣液、30%樣液和50%樣液間存在極顯著差異(P<0.01),樣液濃度提高時(shí)清除活性增幅較大,50%樣液的羥基自由基清除率達(dá)到98.54%。ABTS+清除率在低劑量樣液(10%樣液)與較高劑量樣液(30%和50%樣液)間差異極顯著(P<0.01),較高劑量樣液(30%樣液與50%樣液)間差異不顯著。對(duì)于同一濃度的樣液,羥基自由基清除率高于ABTS+清除率,在高劑量組中羥基和ABTS+清除率的差異更加明顯,說明測試早餐粉對(duì)不同自由基的清除率存在一定差異。

表4 各成分優(yōu)化組合及預(yù)測結(jié)果

表5 早餐粉的抗氧化能力

3 討論

目前早餐粉配方中原料有玉米、燕麥、大米、小米、黃豆等,其中多數(shù)以前三者為主原料,如Camire[9]以玉米作為主原料,張穎[17]以大米為主原料,小米在其中所占比例很小。本研究以小米作為最主要的原料,并從營養(yǎng)學(xué)的角度出發(fā),選取黃豆、核桃和葡萄皮為輔料,研制了這款具有一定功效的雜糧早餐粉,豐富了小米深加工產(chǎn)品類型。

單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)都不能同時(shí)進(jìn)行全面、立體地篩選,且實(shí)驗(yàn)次數(shù)較多。D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)是一種可在同一時(shí)間段進(jìn)行全面、立體篩選,具有條件約束的回歸設(shè)計(jì),通過較少的實(shí)驗(yàn)次數(shù),獲得各指標(biāo)的回歸模型和各組分間交互作用,進(jìn)而確立工藝與性能之間的定量關(guān)系,達(dá)到事半功倍的效果。

本實(shí)驗(yàn)采用混料設(shè)計(jì)的方法,以感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo),研究早餐粉中的各組分組合。通過建立回歸模型,分析各組分之間的交互作用,發(fā)現(xiàn)小米、黃豆、核桃的加入量在產(chǎn)品的感官評(píng)分中存在一定的交互作用,在一定范圍內(nèi),成分的添加量越高,感官分值越大。運(yùn)用軟件的優(yōu)化功能,獲得早餐粉的最優(yōu)配方為:小米27.76%、黃豆20.00%、核桃19.70%、葡萄皮5.00%、白砂糖24.44%、黃原膠3.00%。對(duì)最優(yōu)配方早餐粉進(jìn)行體外抗氧化實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)本產(chǎn)品對(duì)羥基自由基有較高的清除率,有一定的抗氧化能力。

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Application of Mixture Design in Optimization of the Recipe of Functional Millet Breakfast Powder

WANG Na,YI Huilan*

(SchoolofLifeScience,ShanxiUniversity,Taiyuan030006,China)

In order to obtain the optimal recipe of functional millet breakfast powder, millet, beans, walnuts, sugar, grape skins and food additives xanthan gum were selected as the raw materials. The effects of different ratio of above components on sensory evaluation value were studied by using mixture design.The regression model on ratio of components and sensory evaluation score was established. The results suggested that the optimal recipe of coarse cereal breakfast powder was millet 27.76%, beans 20.00%, walnuts 19.70%, grape skins 5.00%, sugar 24.44%, and xanthan gum 3.00%.Moveover,the optimal formula showed higher capacity for hydroxyl radical scavenging together with higher total antioxidant capacity in vitro test procedure.

mixture design;instant breakfast powder;grain;antioxidant

10.13451/j.cnki.shanxi.univ(nat.sci.).2017.01.023

2016-10-14；

2016-11-01

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(30870454;30470318;31371868)

王娜(1991-),女,山西太原人,碩士研究生,研究方向?yàn)槭称坊瘜W(xué)與功能食品。E-mail:1040070692@qq.com

*通信作者：儀慧蘭(YI Huilan),E-mail:yihl@sxu.edu.cn

TS 217

A

0253-2395(2017)01-0169-06