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        響應(yīng)面優(yōu)化粽子抗老化工藝

        2021-02-07 01:53:00王明明董雪萌孫艷潔戴陽軍
        食品研究與開發(fā) 2021年3期
        關(guān)鍵詞:改良劑粽子海藻

        王明明,董雪萌,孫艷潔,戴陽軍*

        (1.蘇州大學(xué)后勤管理處,江蘇 蘇州 215001;2.常熟理工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院,江蘇 常熟 215500)

        粽子,又稱為“角黍”、“筒粽”,是具有中國特色的傳統(tǒng)食品之一,其香氣清雅、口感獨(dú)特,被國內(nèi)外消費(fèi)者所喜愛[1-2]。粽子以糯米為主要原材料,現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明,糯米中含有豐富的淀粉、蛋白質(zhì),以及多種維生素、礦物質(zhì)[3]。中醫(yī)認(rèn)為糯米藥性溫和,能夠調(diào)養(yǎng)脾胃,是很好的藥食同源食材[4]。

        目前從事粽子規(guī)模化生產(chǎn)的企業(yè)相對(duì)集中,產(chǎn)業(yè)化水平在整個(gè)食品行業(yè)中總體偏低,大部分生產(chǎn)企業(yè)仍采用傳統(tǒng)人工進(jìn)行生產(chǎn),存在生產(chǎn)效率低下、產(chǎn)品質(zhì)量難以控制等問題[5],尤其是成品粽子在儲(chǔ)存期間由于淀粉老化難以保持良好口感,而且消化吸收率也隨之降低。如何克服淀粉老化已經(jīng)成為粽子在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和銷售過程中一大難題,淀粉老化引起的產(chǎn)品品質(zhì)的下降會(huì)給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,是制約行業(yè)發(fā)展的困難點(diǎn)之一[3]。因此有效延緩糯米淀粉老化,能促進(jìn)糯米制品行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。鑒于此,本試驗(yàn)以粽子抗老化為切入點(diǎn),根據(jù)單因素的試驗(yàn)結(jié)果,通過響應(yīng)曲面試驗(yàn)設(shè)計(jì),對(duì)粽子配方進(jìn)行改善和優(yōu)化,以提高粽子的抗老化性,以期對(duì)工業(yè)化品質(zhì)改善提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料與設(shè)備

        1.1.1 材料

        糯米、粽葉:市售;可溶性大豆多糖:福建省泉州市味博食品有限公司;海藻糖:溧陽維信生物科技有限公司;Rice IK米面改良劑(β-淀粉酶、轉(zhuǎn)移葡萄糖苷酶)、LP-05DS糕點(diǎn)類防腐保鮮劑(聚賴氨酸、pH值調(diào)整劑):上海承佑實(shí)業(yè)有限公司。

        1.1.2 設(shè)備

        AWH計(jì)重桌秤:上海實(shí)干實(shí)業(yè)有限公司;WK2012電磁爐:美的集團(tuán)股份有限公司;BCD-230SDCY冰箱:青島海爾股份有限公司;SS1-FY50反壓高溫蒸煮鍋:北京法恩科貿(mào)有限公司;TA-XT Plus質(zhì)構(gòu)儀:英國Stable Micro System公司。

        1.2 制作工藝

        1.2.1 工藝流程

        1.2.2 操作要點(diǎn)

        糯米清洗:清水洗凈,去除糯米中的各種雜質(zhì)。

        浸泡:將洗凈糯米按質(zhì)量比1∶2加入水中浸泡4 h,使糯米充分吸水。

        瀝水:將糯米中多余的水分瀝干。

        拌料:按照配方加入添加劑,攪拌均勻,待用。

        粽葉浸泡:去除粽葉中的雜質(zhì),使粽葉逐漸軟化。

        粽葉煮制:沸水煮制,使粽葉的香味恢復(fù),進(jìn)一步軟化粽葉。

        成型:取軟化粽葉折成斗狀,填入原料,包制成型,要求粽子無夾米和漏米現(xiàn)象。

        熟制:將包裹好的粽子放入鍋中,沸水煮45min,再悶制15 min。

        冷卻:將煮好的粽子冷卻至25℃,防止包裝后有熱氣,容易脹袋。

        真空包裝:將冷卻好的粽子放入真空袋中,真空包裝。

        高壓滅菌:將真空包裝的粽子放入高壓滅菌鍋中,在121℃的條件下滅菌45 min。

        冷卻:將高壓滅菌后的粽子取出,用流動(dòng)水冷卻,保證其口感,冷卻至25℃后即為成品,方可用于檢測(cè)和感官評(píng)價(jià)。

        1.3 試驗(yàn)方法

        1.3.1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        通過預(yù)試驗(yàn)得到粽子基礎(chǔ)工藝配方,分別對(duì)可溶性大豆多糖添加量、海藻糖添加量、米面改良劑添加量3個(gè)抗老化因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)。在儲(chǔ)藏溫度4℃條件下,淀粉晶體成核速率最大,即在此溫度下,淀粉老化速度最快[6]。測(cè)定制熟并冷卻后粽子的硬度以及在4℃下保藏3 d后粽子的硬度,用第2次硬度值減去第1次硬度值得到硬度差,由于淀粉老化后,硬度上升,老化越嚴(yán)重,硬度差則越大,在一定程度上,硬度差可以作為淀粉老化的一項(xiàng)客觀指標(biāo)。

        1)可溶性大豆多糖添加量對(duì)粽子抗老化效果的影響:確定總糯米量不變,可溶性大豆多糖添加量分別選取0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%,海藻糖添加量為5.0%,改良劑添加量為0.5%,制成粽子,熟制并冷卻后,用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定其硬度,在4℃下保藏3 d后用質(zhì)構(gòu)儀再次測(cè)定硬度,得到硬度差,并進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

        2)海藻糖添加量對(duì)粽子抗老化效果的影響:確定總糯米量不變,海藻糖添加量分別選取2.0%、4.0%、6.0%、8.0%、10.0%,可溶性大豆多糖添加量為0.6%,改良劑添加量為0.5%,制成粽子,熟制并冷卻后,用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定其硬度,在4℃下保藏3 d后用質(zhì)構(gòu)儀再次測(cè)定硬度,得到硬度差,并進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

        3)改良劑添加量對(duì)粽子抗老化效果的影響:確定總糯米量不變,改良劑添加量分別選取0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%,可溶性大豆多糖添加量為0.6%,海藻糖添加量為5.0%,制成粽子,熟制并冷卻后,用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定其硬度,在4℃下保藏3 d后用質(zhì)構(gòu)儀再次測(cè)定硬度,得到硬度差,并進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

        1.3.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        通過單因素試驗(yàn)可以得到各個(gè)因素在單獨(dú)考慮的情況下,已選擇水平的最佳工藝參數(shù),無法對(duì)未選擇水平進(jìn)行比較,而響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法可以考慮各因素之間的交互作用關(guān)系,并且在多種因素之間尋求最佳參數(shù),而不僅僅局限于已選擇的參數(shù)水平。因此在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法可以進(jìn)一步優(yōu)化粽子抗老化配方設(shè)計(jì)。

        1.4 指標(biāo)測(cè)定

        1.4.1 感官評(píng)價(jià)

        參照張麗芬等[7]的感官評(píng)價(jià)方法,將成品置于4℃環(huán)境冷藏3 d后邀請(qǐng)10名接受過訓(xùn)練的食品專業(yè)人員進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。樣品隨機(jī)編號(hào),采用百分制,評(píng)價(jià)人員需獨(dú)立、客觀地對(duì)粽子的感官特性進(jìn)行評(píng)分,從色澤、香氣、組織狀態(tài)、口感4個(gè)維度進(jìn)行感官評(píng)價(jià),設(shè)定權(quán)重比為1∶1∶1∶1(單項(xiàng)滿分各25分)。感官評(píng)價(jià)細(xì)則如表1所示。

        表1 粽子感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation indexes of rice dumpling

        1.4.2 質(zhì)構(gòu)指標(biāo)的測(cè)定

        用模具將粽子壓成直徑2 cm,高1 cm等大圓柱形,用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)量樣品硬度,選用型號(hào)為TA35的柱形探頭進(jìn)行全質(zhì)構(gòu)(texture profile analysis,TPA)分析,測(cè)前速度為4 mm/s,測(cè)試速度為1 mm/s,測(cè)后速度為10 mm/s,測(cè)試類型為下壓,目標(biāo)模式為形變,目標(biāo)值為50%,接觸點(diǎn)力為10 gf,操作模式為單次測(cè)試。每個(gè)樣品測(cè)定3次,結(jié)果取平均值。將粽子放置于4℃下冷藏3 d,再次進(jìn)行硬度測(cè)量。第2次硬度值與第1次硬度值做差,即得到硬度差,此硬度差作為響應(yīng)值。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

        2.1.1 可溶性大豆多糖添加量對(duì)粽子抗老化效果的影響

        可溶性大豆多糖添加量對(duì)粽子抗老化效果的影響見圖1。

        圖1 可溶性大豆多糖添加量對(duì)粽子抗老化效果的影響Fig.1 Effect of soluble soybean polysaccharides on anti-aging effect of rice dumpling

        由圖1可知,在其它條件不變的情況下,隨著可溶性大豆多糖添加量的逐漸增加,粽子的硬度差先減小后增大,當(dāng)可溶性大豆多糖添加量達(dá)到0.8%左右時(shí),粽子的硬度差最小,此時(shí)感官評(píng)分達(dá)到最大值??扇苄源蠖苟嗵菍儆谟H水多糖,容易與水分子結(jié)合形成膠體,包被在淀粉分子外圍,降低淀粉分子之間的有序性和結(jié)晶性,提高淀粉持水能力,延緩因?yàn)槭鴮?dǎo)致的淀粉老化,同時(shí)增加糯米的舒展性,感官品質(zhì)提升[8-9]。因此在一定范圍內(nèi),可溶性大豆多糖的添加量與硬度差呈現(xiàn)出一定的負(fù)相關(guān)性,與感官評(píng)價(jià)呈正相關(guān)性。而添加量過多,會(huì)造成過多的水分保留,而影響粽子組織狀態(tài),使粽子軟爛,失去彈牙口感,感官評(píng)分下降。從整體的可溶性大豆多糖添加量對(duì)粽子的硬度差和感官評(píng)分而言,5組試驗(yàn)評(píng)分差距浮動(dòng)較大,所以可溶性大豆多糖添加量對(duì)粽子的硬度差和感官評(píng)分影響顯著,綜合考慮,確定粽子中可溶性大豆多糖添加量為0.6%~1.0%進(jìn)行下一步試驗(yàn)。

        2.1.2 海藻糖添加量對(duì)粽子抗老化效果的影響

        海藻糖添加量對(duì)粽子抗老化效果的影響見圖2。

        圖2 海藻糖添加量對(duì)粽子抗老化效果的影響Fig.2 Effect of trehalose addition on anti-aging effect of rice dumpling

        由圖2可知,隨著海藻糖添加量的增加,粽子的硬度差先減小后增大,當(dāng)海藻糖添加量超過6.0%后硬度差開始上升,感官評(píng)分與硬度差呈現(xiàn)出一定的反比關(guān)系。海藻糖同樣具有較強(qiáng)的保水性,而且能隨水分子進(jìn)入淀粉分子內(nèi)部,阻礙淀粉分子的黏結(jié)與重排,即阻礙淀粉老化過程。而且隨著海藻糖分子進(jìn)入大分子內(nèi)部空隙,能使物料質(zhì)地更加緊密,即提升了糯米的黏彈性[10-11]。當(dāng)海藻糖添加量過小,保水作用不明顯,抗老化效果不佳;海藻糖添加量過大,對(duì)物料結(jié)構(gòu)會(huì)有反作用,影響粽子的感官品質(zhì)。由于感官評(píng)分呈先增大后降低的趨勢(shì),在海藻糖添加量為6%時(shí),感官評(píng)分最高。綜合考慮,最終確定海藻糖添加量為4%~8%進(jìn)行下一步試驗(yàn)。

        2.1.3 改良劑添加量對(duì)粽子抗老化效果的影響

        改良劑添加量對(duì)粽子抗老化效果的影響見圖3。

        圖3 改良劑添加量對(duì)粽子抗老化效果的影響Fig.3 Effect of water retaining agent addition on anti-aging effect of rice dumpling

        由圖3可知,隨著改良劑添加量的增加,粽子的硬度差逐漸降低,其感官評(píng)分逐漸增加。改良劑主要成分為β-淀粉酶和轉(zhuǎn)移葡萄糖苷酶,β-淀粉酶可以使淀粉分子水解,游離出葡萄糖,而轉(zhuǎn)移葡萄糖苷酶可以在游離葡萄糖分子與淀粉分子之間形成α-1,6糖苷鍵,即形成較多支叉狀結(jié)構(gòu),促進(jìn)淀粉支鏈生成,此結(jié)構(gòu)不僅能抑制淀粉分子重結(jié)晶,而且能使糯米的黏彈性等性狀有明顯提升,所以出現(xiàn)硬度差減小,感官評(píng)分逐漸增加的現(xiàn)象。當(dāng)改良劑添加量達(dá)到0.4%左右時(shí),粽子的感官評(píng)分最高,之后開始下降。過多改良劑的加入會(huì)使淀粉支鏈含量比例明顯增加,使淀粉后期老化速度加劇,粽子的硬度差上升,感官評(píng)分下降。綜合試驗(yàn)結(jié)果,最終確定改良劑添加量為0.2%~0.6%進(jìn)行下一步試驗(yàn)。

        2.2 粽子抗老化工藝優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

        2.2.1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)與結(jié)果

        由單因素試驗(yàn)可知,硬度差與感官評(píng)分的趨勢(shì)相關(guān),當(dāng)硬度差達(dá)到最小時(shí),感官評(píng)價(jià)最高,且質(zhì)構(gòu)參數(shù)相對(duì)感官指標(biāo),更能客觀準(zhǔn)確地表達(dá)產(chǎn)品的變化情況,因此,采用硬度差(Y)作為響應(yīng)值進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì),以可溶性大豆多糖添加量(A)、海藻糖添加量(B)、改良劑添加量(C)為試驗(yàn)因素,確定Box-Behnken三因素三水平試驗(yàn)方案。具體設(shè)計(jì)因素水平見表2,方差分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果見表3。

        表2 響應(yīng)面設(shè)計(jì)因素水平Table 2 Factors and levels of response surface design

        表3 響應(yīng)面設(shè)計(jì)方法與結(jié)果Table 3 Method and results of response surface

        2.2.2 響應(yīng)曲面回歸方程與方差分析

        通過Design-Expert.V8.0.6軟件可得方差分析,見表4。

        粽子抗老化工藝硬度差(Y)與可溶性大豆多糖添加量(A)、海藻糖添加量(B)、改良劑添加量(C)這 3個(gè)因素之間的多元二次回歸方程為:Y=120.1-84.53A-51.17B-75.93C+36.98AB-30.66AC+89.37BC+201.26A2+29.42B2+176.30C2。

        據(jù)表4可以看出,模型P<0.01,為極顯著,而失擬項(xiàng)表示該模型失去擬合的程度,失擬項(xiàng)P>0.05為不顯著,P值及失擬項(xiàng)都說明該模型有較好的擬合程度,即該回歸方程可以很好地反映可溶性大豆多糖添加量(A)、海藻糖添加量(B)、改良劑添加量(C)和粽子硬度差的關(guān)系。由F值大小數(shù)量關(guān)系可知,3個(gè)因素對(duì)粽子硬度差的影響程度依次為:A>C>B,其中一次項(xiàng)A、B、C 均極顯著(P<0.01),交互項(xiàng) BC 極顯著(P<0.01),評(píng)分項(xiàng)中A2、C2均極顯著(P<0.01)。模型調(diào)整系數(shù)Radj2=0.962 7,說明該模型96.27%的可變性在可以解釋的范圍之內(nèi),換言之,方程預(yù)測(cè)值與真實(shí)值之間存在的誤差基本可以忽略[12],可以用該方程來確定粽子的最佳抗老化工藝。

        表4 回歸方程顯著性檢驗(yàn)與方差分析Table 4 Significance test and variance analysis of regression equation

        各因素對(duì)粽子硬度差影響的整體趨勢(shì)可以由響應(yīng)曲面圖形很直觀地反映出來,等高線圖中,其密集程度則能反映兩個(gè)因素變化對(duì)粽子硬度差的影響程度,響應(yīng)面坡度越陡,等高線呈橢圓形,說明該因素對(duì)粽子硬度差影響越大;相反,坡度相對(duì)平緩,等高線呈圓形,說明該因素對(duì)粽子硬度差影響越小[13-14]。顯著性交互項(xiàng)等高線圖及響應(yīng)曲面圖如圖4所示。

        圖4 海藻糖添加量和改良劑添加量交互作用對(duì)粽子硬度差影響的等高線和響應(yīng)曲面Fig.4 Contours and response surfaces of the interaction between trehalose and improver on the hardness difference of rice dumpling

        2.2.3 最佳工藝驗(yàn)證

        對(duì)回歸方程偏導(dǎo)求解,可得粽子抗老化的最佳工藝條件為:可溶性大豆多糖添加量0.83%、海藻糖添加量7.39%、改良劑添加量0.41%,根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況將工藝修正為:可溶性大豆多糖添加量0.8%、海藻糖添加量7.0%、改良劑添加量0.4%。在此工藝條件下,進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn),得到粽子硬度差95.56 gf,與預(yù)測(cè)值93.97 gf接近,相對(duì)誤差1.66%,相比未添加抗老化劑的粽子硬度差值530.65 gf,抗老化效果顯著。因此,該模型能較好地反映出可溶性大豆多糖添加量、海藻糖添加量、改良劑添加量與粽子抗老化效果之間的關(guān)系,可采用該模型對(duì)粽子的硬度差進(jìn)行預(yù)測(cè)。并且在此工藝條件下,粽子感官評(píng)分97.35分,分值較高,效果理想。

        3 結(jié)論

        目前,方便包裝的粽子產(chǎn)品已經(jīng)融入百姓的生活中,本試驗(yàn)針對(duì)淀粉老化使粽子在儲(chǔ)存期間無法長(zhǎng)時(shí)間保持口感的缺陷進(jìn)行了優(yōu)化,使粽子在較長(zhǎng)保存期內(nèi)依舊保持新鮮粽子的風(fēng)味與口感。試驗(yàn)以糯米為原料,以傳統(tǒng)的粽子工藝為基礎(chǔ),以硬度差作為老化評(píng)價(jià)指標(biāo),結(jié)合感官評(píng)價(jià)進(jìn)行單因素試驗(yàn),得出粽子的最佳工藝參數(shù),再以粽子的硬度差作為響應(yīng)值,通過對(duì)可溶性大豆多糖添加量、海藻糖添加量、改良劑添加量對(duì)粽子硬度差和感官評(píng)價(jià)的影響進(jìn)行研究,得到粽子抗老化效果中硬度差值與各因素的響應(yīng)面模型效果極顯著(P<0.000 1),確定粽子最佳配方為:可溶性大豆多糖添加量0.8%、海藻糖添加量7.0%、改良劑添加量0.4%。由此配方制成的粽子形態(tài)飽滿,細(xì)膩軟糯,放置一段時(shí)間后依舊柔軟,此加工工藝配方抗老化性良好,可見本試驗(yàn)所構(gòu)模型顯著優(yōu)化了粽子抗老化工藝,對(duì)現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)具有一定的價(jià)值。

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