王 琳,熊雙麗,李安林

(西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院,四川綿陽(yáng) 621010)

山藥(Dioscoreaopposita),又稱淮山藥、懷山藥、山薯、山藥薯,屬薯蕷科(Dioscoreaceae)山藥屬(Dioscorea),是我國(guó)傳統(tǒng)的藥食同源性植物,既是一種重要中藥又是常見蔬菜[1-2]。山藥大面積分布于山西、湖南、云南、廣西、四川等地區(qū),有產(chǎn)量大、質(zhì)量?jī)?yōu)等優(yōu)勢(shì)。山藥塊莖中含有多種營(yíng)養(yǎng)成分及活性物質(zhì),具有免疫調(diào)節(jié)、降血糖、抗氧化、延緩衰老、腸胃調(diào)節(jié)等保健功能[2-3]。Hou等[4]研究發(fā)現(xiàn),山藥含蛋白質(zhì)(Dioscorin),抑制胰蛋白酶活性,可能有調(diào)節(jié)體內(nèi)酸堿平衡功效,對(duì)呼吸系統(tǒng)有重要影響[5]。

隨著生活質(zhì)量的提高,人們的健康意識(shí)日益增強(qiáng),對(duì)功能性食品的需求不斷增加,對(duì)于天然產(chǎn)物和功能性食品的研究和開發(fā)利用也越來越多。山藥開發(fā)利用市場(chǎng)潛力非常大,雖然我國(guó)已開展了山藥功能性食品的相關(guān)研究,但產(chǎn)品單一,研究不夠深入,且目前關(guān)于山藥韌性餅干研究較少。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow chart

本研究以山藥粉為功能性原材料,以感官評(píng)價(jià)與質(zhì)構(gòu)作為評(píng)價(jià)指標(biāo),在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,通過響應(yīng)面-主成分分析法優(yōu)化山藥韌性餅干配方,以提升餅干品質(zhì)、拓寬山藥應(yīng)用領(lǐng)域。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

低筋小麥粉 肇慶市福加德面粉有限公司;山藥生粉(以下稱山藥粉) 河南焦作溫縣;綿白糖 山東雅匯糖業(yè)有限公司;橄欖油 益海嘉里食品營(yíng)銷有限公司;大豆改性磷脂(以下稱磷脂) 河南思維生物技術(shù)有限公司;食用鹽 四川南充順城鹽化有限責(zé)任公司;碳酸氫銨 四川省高宇化工有限公司;小蘇打 天津渤化永利化工股份有限公司;市售山藥薄餅(干) 東高唐好佳佳食品有限公司。

TA XTplus物性測(cè)試儀 英國(guó)SMS公司;HH-S型數(shù)顯恒溫水浴 金壇市正基儀器有限公司;萬(wàn)分之一電子分析天平 上海賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;VH-36型遠(yuǎn)紅外線食品烤爐 成都瑞昌儀器制造有限公司;DMT-5型電動(dòng)家用壓面機(jī) 龍口市復(fù)興機(jī)械有限公司;pH-030(A)型干燥/培養(yǎng)二用箱 上海齊欣科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 山藥韌性餅干工藝流程 主要工藝過程如下:將過80目篩的山藥粉和低筋面粉按一定比例預(yù)攪拌好,加入橄欖油混合均勻后,輔料按一定比例勻漿投入混合粉中,攪拌均勻,在38～40 ℃溫度條件下調(diào)制5 min,然后置于室溫下靜置10～20 min,根據(jù)需要而定[6]。用壓面機(jī)進(jìn)行輥軋9～13次,面坯厚約2～3 mm[7-8],采用帶有針柱的凹花印模壓模成型[9]。將箱提前預(yù)熱10 min左右,使烘烤溫度均勻。上火溫度170 ℃,下火溫度150 ℃條件下,烘烤時(shí)間通過研究山藥添加量對(duì)烘烤時(shí)間的影響確定。

1.2.2 山藥粉添加量對(duì)烘烤時(shí)間影響 經(jīng)前期預(yù)實(shí)驗(yàn)得到山藥韌性餅干基礎(chǔ)配方、烘烤溫度、烘烤時(shí)間。采用預(yù)實(shí)驗(yàn)烘烤溫度(上火溫度:170 ℃,下火溫度:150 ℃),探索山藥添加量(0%、10%、20%、30%、40%、50%)對(duì)烘烤時(shí)間影響?？鞠漕A(yù)熱10 min,放入整形好的餅干坯,烘烤至棕黃色,記錄烘烤時(shí)間。

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,研究山藥粉、水、綿白糖、磷脂、橄欖油添加量對(duì)餅干感官品質(zhì)與質(zhì)構(gòu)特性的影響。以粉(低筋面粉+山藥粉)100%計(jì),通過預(yù)實(shí)驗(yàn)確定單因素實(shí)驗(yàn)基本條件:山藥粉30%、橄欖油16%、綿白糖20%、水28%、磷脂1%、碳酸氫銨0.5%、小蘇打1%、鹽1%。各因素的水平分別為:山藥添加量:0%、10%、20%、30%、40%、50%;水添加量:20%、24%、28%、32%、36%;橄欖油添加量:8%、12%、16%、20%、24%。糖添加量:12%、16%、20%、24%、28%;磷脂添加量:0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%。單因素實(shí)驗(yàn)中的固定量與基本條件中相同。

1.2.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì) 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,以山藥添加量、水添加量、橄欖油添加量、磷脂添加量為考察指標(biāo),以餅干硬度、餅干柔韌性、感官評(píng)分為響應(yīng)值,根據(jù)Box-Behnken設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn),如表1所示。

表1 試驗(yàn)因素與水平Table 1 Test factors and levels

1.2.5 餅干感官評(píng)價(jià) 邀請(qǐng)16名評(píng)價(jià)人員對(duì)餅干進(jìn)行評(píng)分,試吃每一個(gè)系列的餅干前,要求漱口,減少實(shí)驗(yàn)誤差。結(jié)合GB/T 20980-2007[10]制定餅干評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),如表2所示。

表2 山藥韌性餅干感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)與細(xì)則Table 2 Yam toughness biscuits sensory scoring standards and rules

1.2.6 餅干質(zhì)構(gòu)測(cè)定 采用質(zhì)構(gòu)儀,選擇三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)[11],測(cè)定餅干的硬度和柔韌性。使用HDP/3PB探頭;測(cè)中速度:2.00 mm/s;位移:15.00 mm。每組樣品測(cè)定6次,取平均值。

1.2.7 主成分提取與規(guī)范化處理 將餅干硬度、餅干柔韌性、感官評(píng)分的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析,將得到綜合評(píng)分(F)進(jìn)行規(guī)范化處理,得到規(guī)范化綜合得分(Z),以規(guī)范化綜合評(píng)分(Z)為響應(yīng)值,確定餅干最優(yōu)配方[12]。

C1、C2:第1、2主成分貢獻(xiàn)率,F1、F2:第1、2主成分得分,Fmin:綜合評(píng)分最小值,Fmax:綜合評(píng)分最大值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel進(jìn)行基本數(shù)據(jù)處理,origin 9.0制圖,響應(yīng)面設(shè)計(jì)以及結(jié)果分析使用Design-Expert 8.0.6進(jìn)行處理,采用SPSS 13.0進(jìn)行主成分分析并將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 山藥粉添加量對(duì)烘烤時(shí)間影響

如圖2,隨山藥添加量增加,烘烤時(shí)間下降?？赡苁且?yàn)樯剿幹泻胸S富的膳食纖維[14],山藥量增加,面團(tuán)膳食纖維增加,吸水率增加。在相同水添加量下,隨山藥量增加,面團(tuán)含水量減小,烘烤時(shí)間降低,若不減少烘烤時(shí)間,餅干會(huì)出現(xiàn)焦糊現(xiàn)象。以此確定餅干烘烤時(shí)間。

圖2 山藥添加量對(duì)烘烤時(shí)間的影響Fig.2 Effect of yam addition on baking time

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

如表3,未添加山藥粉時(shí)餅干硬度最大,可能是因?yàn)槲刺砑由剿幏?面團(tuán)形成致密面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),面團(tuán)具有較強(qiáng)的凝聚力和彈性,使餅干硬度較強(qiáng)。山藥添加量在0%～20%范圍內(nèi),硬度下降;20%～30%硬度上升,30%后呈下降趨勢(shì)。可能是山藥粉的引入稀釋面筋蛋白,阻礙面筋網(wǎng)絡(luò)形成[15-16],降低面團(tuán)彈性,使餅干結(jié)構(gòu)變疏松。隨山藥粉添加比例增加,面團(tuán)中膳食纖維含量增加,膳食纖維作用占主導(dǎo)地位,餅干硬度增加,但由于山藥粉的添加使餅干結(jié)構(gòu)疏松多孔,降低餅干的總體強(qiáng)度,餅干硬度又出現(xiàn)下降[17]。未添加山藥粉時(shí)餅干柔韌性最大,后隨山藥粉添加量增加,先增加后減小,差異不顯著(P>0.05)。在0%～20%范圍,隨山藥粉增加,感官評(píng)分呈上升趨勢(shì),因?yàn)橛猩剿庯L(fēng)味,硬度適中;在20%～50%范圍,感官評(píng)分逐漸下降,山藥粉添加過多,粘牙感增強(qiáng),因此山藥粉最佳添加量為20%～30%。

表3 各因素對(duì)餅干品質(zhì)影響Table 3 The influence of various factors on the quality of biscuits

餅干柔韌性越小,則餅干越脆。餅干的硬度及柔韌性隨水添加量增加先下降后上升。硬度在20%～28%呈下降趨勢(shì),差異不顯著(P>0.05),在28%～36%,餅干硬度顯著增大(P<0.05)。可能是因?yàn)樗值脑黾邮沟玫矸酆潭雀?烘烤過后餅干變得更硬[18]。水添加量增加,感官評(píng)分先增后減,28%時(shí)達(dá)極值,水為32%時(shí),面團(tuán)較為粘稠,不易成團(tuán),不適合制作餅干。因此水最佳添加量為26%～30%。

隨橄欖油添加量增加,餅干硬度顯著減小,柔韌性逐漸減小,可能是因?yàn)殚蠙煊洼^少時(shí),面筋形成較多,使得餅干硬度較大;反之,當(dāng)橄欖油添加量較多時(shí),油起到反水化作用,阻礙面筋網(wǎng)絡(luò)形成,使餅干口感疏松,硬度下降。感官評(píng)分先增大后減小,橄欖油過多時(shí),餅干烘烤易出現(xiàn)較大凹底,組織狀態(tài)較差,韌性較差,餅干不酥脆。若橄欖油添加量太多,面團(tuán)出油較多,粘彈性變差,面團(tuán)不易成團(tuán),餅干成型困難,口感較油膩[19-20]。因此油的最佳添加量為12%～16%。

隨糖添加量增加,餅干硬度上升;餅干柔韌性變化趨勢(shì)差異不顯著(P>0.05)?？赡苁且?yàn)轫g性餅干糖添加量較少,對(duì)面團(tuán)的反水化作用不明顯,主要是發(fā)生焦糖化反應(yīng),引起餅干色澤與滋味的改變[21]。評(píng)分隨糖添加量增加,先增加后減小。糖量偏少時(shí),餅干滋味寡淡,但糖量過多,焦糖化反應(yīng)過度,可能會(huì)導(dǎo)致餅干烘烤后出現(xiàn)焦糊現(xiàn)象[22],且味道過甜。因此糖最佳添加量為20%。

餅干硬度隨磷脂添加量增大而減小。磷脂添加到2.0%,餅干柔韌性一直減小,但添加到2.5%磷脂時(shí),柔韌性增大,但不明顯,可能是因?yàn)榱字哂腥榛饔?能夠改善面團(tuán)筋性,使餅干疏松[23]。感官評(píng)分先增加后減小。磷脂過多,面團(tuán)易出油,餅干有苦澀味。因此磷脂最佳添加量為0.5%～1.5%。

2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案及結(jié)果 選擇山藥粉添加量(X1)、水添加量(X2)、橄欖油添加量(X3)、磷脂添加量(X4)為因素,餅干硬度(Y1)、餅干柔韌性(Y2)、感官評(píng)分(Y3)為響應(yīng)值,進(jìn)行響應(yīng)面方案設(shè)計(jì)。方案及結(jié)果如表4。

表4 響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案及結(jié)果Table 4 Response surface design scheme and results

續(xù)表

2.3.2 主成分分析 如表5,將累計(jì)貢獻(xiàn)率超過85%主成分提取出來,本試驗(yàn)選取兩個(gè)主成分,累積貢獻(xiàn)率達(dá)87.192%,提取兩個(gè)主成分可體現(xiàn)餅干品質(zhì)。

表5 各變量特征值及相應(yīng)的貢獻(xiàn)率Table 5 Characteristic value of each variable and corresponding contribution rate

表6給出兩個(gè)主成分的特征向量,可由此得出兩個(gè)主成分表達(dá)式。

表6 兩個(gè)主成分的特征向量Table 6 Eigenvectors of two principal components

兩個(gè)主成分表達(dá)式用F1、F2表示,ZY1、ZY2、ZY3分別為餅干硬度、餅干柔韌性、感官評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果。計(jì)算F:綜合評(píng)分值,Z:規(guī)范化綜合得分。

F1=0.782ZY1+0.835ZY2-0.863ZY3

F2=0.614ZY1-0.392ZY2+0.176ZY3

表7 主成分得分及規(guī)范化綜合得分Table 7 Principal component score and standardized comprehensive score

續(xù)表7

2.3.3 響應(yīng)面結(jié)果分析 以規(guī)范化綜合得分為響應(yīng)值,建立多元回歸模型,回歸方程:

表8 方差分析結(jié)果Table 8 Results of ANOVA

如圖3所示,3D圖像是向上凸曲面。固定山藥量,規(guī)范化綜合得分先隨水添加量增加而增大,且越來趨于平緩,而后減小;固定水添加量,規(guī)范化綜合得分先隨山藥添加量增加而增大,且增大趨勢(shì)越來越不明顯,而后減小,兩者交互作用顯著。

圖3 山藥添加量和水添加量響應(yīng)曲面圖Fig.3 Response surface graph of yam addition and water addition

如圖4所示,3D圖像是向上凸的曲面。固定山藥量,規(guī)范化綜合得分隨油增加先增加后減小;固定油添加量,規(guī)范化綜合得分隨山藥增加而增大后減小。從等高線圖疏密度可知,山藥添加量對(duì)規(guī)范化綜合得分的影響大于油添加量對(duì)于規(guī)范化綜合得分的影響。兩者交互作用顯著。

圖4 山藥添加量和油添加量響應(yīng)曲面圖Fig.4 Response surface graph of yam addition and oil addition

如圖5所示,3D圖像是向上凹凸結(jié)合的曲面,說明在該交互作用下規(guī)范化綜合得分在實(shí)驗(yàn)所測(cè)范圍沒有極值。固定山藥添加量,規(guī)范化綜合得分隨磷脂增加而減小,且減小趨勢(shì)越來越明顯;固定磷脂添加量,規(guī)范化綜合得分隨山藥增加先減小后增加,增加趨勢(shì)逐漸不明顯。從等高線圖疏密度可知,山藥添加量對(duì)規(guī)范化綜合得分的影響小于磷脂添加量對(duì)于規(guī)范化綜合得分的影響,兩者交互作用顯著。

圖5 山藥添加量和磷脂添加量響應(yīng)曲面圖Fig.5 Response surface graph of yam addition and phospholipid addition

2.3.4 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果 以空白餅干(無山藥粉)與市售餅干作參照便于分析本試驗(yàn)餅干質(zhì)構(gòu),市售餅干硬度:(702.60±62.02) g,柔韌性:(0.631±0.062) mm,感官評(píng)分:76.00±2.92,空白餅干質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)如表3。根據(jù)響應(yīng)面結(jié)合主成分分析得山藥韌性餅干最佳配方為:山藥粉添加量28%,水添加量26.76%,橄欖油添加量13.30%,磷脂添加量0.76%,此條件下由響應(yīng)面預(yù)測(cè)得到餅干規(guī)范化綜合得分0.725,測(cè)得餅干硬度:(697.01±20.83) g,柔韌性:(0.292±0.018) mm,感官評(píng)分:81.80±3.63。此條件下,質(zhì)構(gòu)特性高于空白餅干,在硬度上與市售餅干相近,綜合感官評(píng)分,山藥的添加有利于改善餅干品質(zhì)。

3 結(jié)論

以餅干色澤為判斷指標(biāo)研究山藥添加量對(duì)烘烤時(shí)間的影響,將感官評(píng)價(jià)與餅干質(zhì)構(gòu)結(jié)合,在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,通過主成分分析與響應(yīng)面結(jié)合的試驗(yàn)方法優(yōu)化山藥韌性餅干最佳配方:以粉(低筋面粉+山藥粉)100%計(jì),山藥粉添加量28%,水添加量26.76%,橄欖油添加量13.30%,磷脂添加量0.76%,糖添加量20%,食鹽1%,小蘇打1%,碳酸氫銨0.5%。烘烤溫度:上火170 ℃,下火150 ℃,時(shí)間12 min。此條件下,餅干品質(zhì)優(yōu)良,口感松脆,具有獨(dú)特的山藥風(fēng)味,山藥含量高,并且山藥中含多種功能性因子,山藥餅干有很大的研究潛力。