王 新,柴朝源,聶中瓊,劉靖宇,2,孟俊龍,2,朱轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)
(1. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,山西晉中 030801;2. 黃土高原食用菌提質(zhì)增效協(xié)同創(chuàng)新中心,山西晉中 030801)
谷子(Setaria italica(L.) Beauv) 又稱黃粟或粟米,是我國(guó)北方半干旱地區(qū)重要的小雜糧作物。近年來(lái),因其獨(dú)特的風(fēng)味、色澤和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值而受到廣泛關(guān)注,谷子產(chǎn)品以小米的色澤,尤其是黃色作為判斷小米產(chǎn)品品質(zhì)最為重要的感官指標(biāo)[1]。小米中富含的黃色素,尤其是類胡蘿卜素是人體中必不可少的營(yíng)養(yǎng)素[2],是維A 的主要飲食來(lái)源,同時(shí)也是重要的抗氧化劑和自由基清除劑,如番茄紅素、蘆丁和玉米黃質(zhì),可以降低癌癥和心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)[3]。
蛹蟲(chóng)草(Cordyceps militaris (L.) Link),又名北冬蟲(chóng)夏草,是目前工廠化生產(chǎn)技術(shù)最為成熟的一種食用與藥用子囊真菌[4]。蛹蟲(chóng)草子實(shí)體因富含黃色素而呈現(xiàn)鮮艷的亮黃色,是天然黃色素的理想來(lái)源[5-6]。2009 年蛹蟲(chóng)草被我國(guó)衛(wèi)生部批準(zhǔn)為新資源食品[7]。Dong J Z 等人[8]的研究結(jié)果表明,蛹蟲(chóng)草黃色素,主要由4 種水溶性極好的類胡蘿卜素組成,且具有極強(qiáng)的體外抗氧化活性。2019 年課題組的前期研究結(jié)果也表明,蛹蟲(chóng)草水溶性類胡蘿卜素不僅具有較強(qiáng)的水溶性,且在食品常規(guī)加工工藝中呈現(xiàn)良好的穩(wěn)定性[9-10],是一種可提高食品的色澤及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的優(yōu)質(zhì)天然黃色素[11]。
試驗(yàn)以小米和蛹蟲(chóng)草子實(shí)體為主要原料,通過(guò)對(duì)β - 環(huán)狀糊精、蛹蟲(chóng)草子實(shí)體粉和山梨糖醇的添加量,以及干燥方式的系統(tǒng)研究,以期在提高小米速食粥感官品質(zhì)與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的同時(shí),研發(fā)出一種兼具小米與蛹蟲(chóng)草風(fēng)味特征的富含類胡蘿卜素的速食粥品。
小米為晉谷21;蛹蟲(chóng)草子實(shí)體,山西農(nóng)業(yè)大學(xué)食用菌中心提供;β - 環(huán)狀糊精、山梨糖醇,均為食品級(jí);正丁醇,分析純。
UTP-313 型電子天平,上海花潮電器有限公司產(chǎn)品;UV-8100 型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(Lab Tech);5804R 型離心機(jī);KS 型多用調(diào)速振蕩器,北京科偉永興儀器有限公司產(chǎn)品;封閉調(diào)溫電爐,北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司產(chǎn)品;GZX-9240MBE 型電熱鼓風(fēng)干燥箱,上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠產(chǎn)品。
1.3.1 蛹蟲(chóng)草小米粥的煮制
小米挑選→清洗→蛹蟲(chóng)草子實(shí)體→粉碎→加入β - 環(huán)狀糊精與山梨糖醇→加水煮沸。
1.3.2 速食粥的干燥及指標(biāo)測(cè)定煮制的小米粥→干燥→類胡蘿卜素含量測(cè)定→加入100 ℃開(kāi)水適量→沖泡5 min→復(fù)水率測(cè)定。
1.4.1 速食粥的煮制
按照米水比為1∶7,飲用水400 mL,稱取黃小米49.6 g,每次添加不同量的蛹蟲(chóng)草子實(shí)體粉、 β -環(huán)狀糊精、山梨糖醇,蒸煮時(shí)間為9 min,以不同配比的小米粥的感官評(píng)分為標(biāo)準(zhǔn),確定最佳速食小米粥的配方。
1.4.2 干燥工藝的確定
將按照最佳配方煮制的小米粥以0.2 mm 的厚度鋪在平板中,采取不同的干燥方式進(jìn)行干燥,并測(cè)定干燥后小米粥的復(fù)水率和類胡蘿卜素的含量。
1.5.1 感官評(píng)價(jià)指標(biāo)
感官評(píng)價(jià)指標(biāo)見(jiàn)表1。
表1 感官評(píng)價(jià)指標(biāo)
選取25 名感官評(píng)價(jià)人員評(píng)分,對(duì)3 次評(píng)分結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì),取平均值為最終結(jié)果。
1.5.2 復(fù)水率的測(cè)定
取干燥后的樣品A(g),置于平皿中,加入適量的100 ℃的開(kāi)水,攪拌后加蓋,5 min 后,瀝干水分,用吸水紙將樣品表面水分吸干,稱質(zhì)量,復(fù)水后米粥成品質(zhì)量B(g),復(fù)水率用B/A 表示。
1.5.3 類胡蘿卜素含量的測(cè)定
參照張耀元等人[1]的方法,測(cè)定類胡蘿卜素的含量。
稱取49.6 g 黃小米,依次選取β - 環(huán)狀糊精的用量為0.9,1.8,4.3,6.9,7.6 g,加入蛹蟲(chóng)草子實(shí)體粉1.6 g,山梨糖醇2.8 g, 倒入鍋中,加水煮沸9 min,制成蛹蟲(chóng)草小米粥。根據(jù)感官評(píng)價(jià)確定最佳的β - 環(huán)狀糊精用量。
稱取49.6 g 黃小米,依次選取蛹蟲(chóng)草子實(shí)體粉的用量為1.2,1.4,1.6,1.8,2.0 g,加入山梨糖醇2.8 g,β- 環(huán)狀糊精4.3 g,倒入鍋中,加水煮沸9 min,制成蛹蟲(chóng)草小米粥。根據(jù)感官評(píng)價(jià)確定最佳的蛹蟲(chóng)草子實(shí)體粉用量。
稱取49.6 g 黃小米,依次選取山梨糖醇的用量為1.6,2.2,2.8,3.4,4.0 g,加入蛹蟲(chóng)草子實(shí)體粉1.6 g,β- 環(huán)狀糊精4.3 g,倒入鍋中,加水煮沸9 min,制成蛹蟲(chóng)草小米粥。根據(jù)感官評(píng)價(jià)確定最佳的山梨糖醇用量。
在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,依據(jù)Box-benhnken 試驗(yàn)原理,以蛹蟲(chóng)草子實(shí)體粉用量、β - 環(huán)狀糊精用量、山梨糖醇用量為試驗(yàn)因素,以感官評(píng)分為響應(yīng)值,進(jìn)行三因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)。
表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)/g
按照最佳配方煮制蛹蟲(chóng)草小米粥,將產(chǎn)品以0.2 mm 的厚度平鋪于平皿上。處理1:在60 ℃條件下進(jìn)行熱風(fēng)干燥;處理2:在功率為800 W 條件下進(jìn)行微波干燥;處理3:在-20 ℃下預(yù)凍8 h,然后在-80 ℃下預(yù)凍12 h,放入真空凍干機(jī)進(jìn)行干燥48 h。每種干燥條件下平行試驗(yàn)3 次,測(cè)定產(chǎn)品的復(fù)水率和類胡蘿卜素的含量。
不同β - 環(huán)狀糊精用量對(duì)速食小米粥品質(zhì)的影響見(jiàn)圖1。
圖1 不同β - 環(huán)狀糊精用量對(duì)速食小米粥品質(zhì)的影響
隨著β - 環(huán)狀糊精的添加,產(chǎn)品的感官評(píng)分緩慢地先升高后降低。當(dāng)β - 環(huán)狀糊精用量為4.3 g時(shí),小米粥的感官評(píng)分最高,所制得的小米粥黏稠度適宜。當(dāng)β - 環(huán)狀糊精用量小于4.3 g 時(shí),復(fù)水后米湯滑稀,稠度低,分層現(xiàn)象嚴(yán)重;當(dāng)β - 環(huán)狀糊精用量大于4.3 g 時(shí),速食小米粥的感官評(píng)分降低,這可能是由于糊化劑的添加,復(fù)水后的方便粥過(guò)于黏稠,口感不好,不易于被大眾接受。因此,β - 環(huán)狀糊精的最適用量為4.3 g。
不同蛹蟲(chóng)草子實(shí)體粉用量對(duì)速食小米粥感官品質(zhì)的影響見(jiàn)圖2。
圖2 不同蛹蟲(chóng)草子實(shí)體粉用量對(duì)速食小米粥感官品質(zhì)的影響
隨著蛹蟲(chóng)草子實(shí)體粉的不斷添加,速食小米粥的感官評(píng)分值先升高后降低。當(dāng)蛹蟲(chóng)草粉末用量為1.6 g 時(shí),小米粥的感官評(píng)分最高,復(fù)水后的小米粥香味、色澤、口感較好;當(dāng)蛹蟲(chóng)草粉末用量少于1.6 g時(shí),小米粥的香味色澤略淡;當(dāng)蛹蟲(chóng)草粉末用量大于1.6 g 時(shí),雖然光澤亮度好,口感發(fā)澀,感官評(píng)分降低。因此,蛹蟲(chóng)草粉末的最適用量為1.6 g。
不同山梨糖醇用量對(duì)速食小米粥品質(zhì)的影響見(jiàn)圖3。
圖3 不同山梨糖醇用量對(duì)速食小米粥品質(zhì)的影響
隨著山梨糖醇的添加,小米速食粥的感官評(píng)分值先緩慢地升高,到達(dá)峰值后,迅速下降。當(dāng)山梨糖醇用量小于2.8 g 時(shí),可能是因?yàn)樯嚼嫣谴加昧康蜁r(shí),蛹蟲(chóng)草粉末在小米粥的占比較高而導(dǎo)致復(fù)配粥的苦味較重,影響小米粥的口感和品質(zhì);當(dāng)山梨糖醇用量大于2.8 g 時(shí),可能是由于山梨糖醇用量過(guò)多,小米粥的甜味明顯,影響了小米粥的香味和口感,不易被大眾接受。因此,山梨糖醇的最適用量為2.8 g。
2.4.1 回歸模型的建立與分析
據(jù)美方官方統(tǒng)計(jì),2017年中國(guó)對(duì)美國(guó)出口金額為5056億美元,而美國(guó)對(duì)中國(guó)的逆差金額為3752億美元,導(dǎo)致許多持零和博弈觀點(diǎn)的美國(guó)政界人士強(qiáng)烈不滿,近年來(lái)從倡導(dǎo)“自由貿(mào)易”調(diào)整為僅維護(hù)本國(guó)利益的“貿(mào)易保護(hù)主義”,這對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生諸多不利影響。
在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,以β - 環(huán)狀糊精用量、蛹蟲(chóng)草子實(shí)體粉用量、山梨糖醇用量3 種因素為自變量,以感官評(píng)分為響應(yīng)值,采用三因素三水平響應(yīng)面分析方法進(jìn)行富含類胡蘿卜素的蛹蟲(chóng)草小米速食粥生產(chǎn)工藝的優(yōu)化。
響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果見(jiàn)表3,回歸方程方差分析見(jiàn)表4。
表4 回歸方程方差分析
利用Design Expert 8.06 軟件對(duì)表3 數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,得到二次多項(xiàng)回歸方程,3 個(gè)因素(β - 環(huán)狀糊精用量(A)、蛹蟲(chóng)草粉末用量(B)、山梨糖醇用量(C) 經(jīng)擬合得到速食小米粥感官評(píng)分Y 的回歸方程為:
表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果
該模型R2=0.985 2,校正決定系數(shù)R2Adj=0.966 1,模型擬合程度好,對(duì)富含類胡蘿卜素的蛹蟲(chóng)草小米速食粥的感官評(píng)分預(yù)測(cè)可靠。模型回歸極顯著(p<0.000 1),失擬誤差不顯著(p=0.209 6>0.05),暗示未知因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的干擾較小,模型可較好地反映出試驗(yàn)的真實(shí)值。綜上說(shuō)明,該模型可用于預(yù)測(cè)蛹蟲(chóng)草小米速食粥的最佳配比方案。
利用Design Expert 8.06 軟件對(duì)模型進(jìn)行方差分析(見(jiàn)表4),根據(jù)對(duì)p 值的分析,3 個(gè)因素對(duì)富含類胡蘿卜素的蛹蟲(chóng)草小米速食粥感官評(píng)分的影響大小依次為B>C>A,即蛹蟲(chóng)草粉末用量>山梨糖醇用量> β - 環(huán)狀糊精用量。其中,B、C、A2、B2、C2因素對(duì)小米速食粥的感官評(píng)分有極顯著影響(p<0.01);AC 和BC 因素交互作用對(duì)富含類類胡蘿卜素的蛹蟲(chóng)草小米速食粥的感官評(píng)分有顯著影響(p<0.05)。
2.4.2 富含類胡蘿卜素的蛹蟲(chóng)草小米速食粥生產(chǎn)工藝的響應(yīng)面分析與優(yōu)化
利用Design Expert 8.06 軟件繪制的感官評(píng)分Box-benhnken 響應(yīng)面圖(立體圖) 和相應(yīng)的等高線圖可直觀地反映出各因素之間交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響。
山梨糖醇用量和β - 環(huán)狀糊精用量對(duì)小米粥感官評(píng)價(jià)的影響見(jiàn)圖4,蛹蟲(chóng)草粉末用量和山梨糖醇用量對(duì)小米粥感官評(píng)價(jià)的影響見(jiàn)圖5,β - 糊精用量和蛹蟲(chóng)草粉末用量對(duì)小米粥感官評(píng)價(jià)的影響見(jiàn)圖6。
圖4 山梨糖醇用量和β - 環(huán)狀糊精用量對(duì)小米粥感官評(píng)價(jià)的影響
圖5 蛹蟲(chóng)草粉末用量和山梨糖醇用量對(duì)小米粥感官評(píng)價(jià)的影響
圖6 β - 糊精用量和蛹蟲(chóng)草粉末用量對(duì)小米粥感官評(píng)價(jià)的影響
β - 環(huán)狀糊精用量(A) 和山梨糖醇用量(C)的互作等高線呈橢圓形,交互作用顯著。蛹蟲(chóng)草粉末用量(B) 和山梨糖醇用量(C) 的交互作用顯著,互作等高線呈橢圓形。AB 因素交互作用不顯著,表明對(duì)感官評(píng)分影響不顯著。
2.4.3 驗(yàn)證試驗(yàn)
通過(guò)響應(yīng)面分析可以預(yù)測(cè)出富含類胡蘿卜素的蛹蟲(chóng)草小米速食粥的最佳配方為β - 環(huán)狀糊精用量4.32 g,蛹蟲(chóng)草粉末用量1.54 g,山梨糖醇用量2.87 g,在該條件下方便小米粥的感官評(píng)分為93.183 1 分。采用上述最佳配方進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)??紤]到實(shí)際操作情況,將方便小米粥的配方修正為β - 環(huán)狀糊精用量4.3 g,蛹蟲(chóng)草粉末用量1.5 g,山梨糖醇用量2.9 g,此時(shí)小米粥的感官評(píng)分為93.2 分。
不同干燥方式對(duì)小米粥復(fù)水率的影響見(jiàn)圖7。
圖7 不同干燥方式對(duì)小米粥復(fù)水率的影響
在干燥后產(chǎn)品復(fù)水率的測(cè)定中,以真空冷凍干燥方式效果最好,復(fù)水率達(dá)4.26%;其次是熱風(fēng)干燥,復(fù)水率為1.79%;效果最差的是微波干燥,復(fù)水率為1.29%。
不同干燥方式對(duì)小米粥類胡蘿卜素含量的影響見(jiàn)圖8。
圖8 不同干燥方式對(duì)小米粥類胡蘿卜素含量的影響
在干燥后產(chǎn)品類胡蘿卜素含量的測(cè)定中,真空冷凍干燥方法效果最好,產(chǎn)品中類胡蘿卜素含量高達(dá)4.48 mg/kg;其次是微波干燥,類胡蘿卜素含量為4.02 mg/kg;熱風(fēng)干燥效果最差,產(chǎn)品中類胡蘿卜素含量最低,為2.16 mg/kg。
采用微波干燥和熱風(fēng)干燥方法,在干燥過(guò)程中,隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng),產(chǎn)品外觀焦黃、表面卷曲、質(zhì)地堅(jiān)硬,且產(chǎn)品干燥程度不均一。采用真空冷凍干燥,干燥后小米粥的粒形完整、呈米黃色。
試驗(yàn)確定蛹蟲(chóng)草小米速食粥的配方為每份黃小米49.6 g,蛹蟲(chóng)草子實(shí)體粉1.5 g,β - 環(huán)狀糊精4.3 g,山梨糖醇2.9 g,最佳干燥工藝為真空冷凍干燥,在此條件下獲得的蛹蟲(chóng)草小米速食粥的類胡蘿卜素含量為4.48 mg/kg,用100 ℃開(kāi)水沖泡5 min 即可獲得富含蛹蟲(chóng)草特有清香、色澤誘人的小米粥,產(chǎn)品復(fù)水率為4.26%。這一研究結(jié)果將為蛹蟲(chóng)草小米速食粥,以及其他蛹蟲(chóng)草與小米功能性產(chǎn)品的研發(fā)提供重要參考依據(jù)。