李秀花,孔維鳳,蔣依婷,琚飛龍,徐藝昕,梁進(jìn),孫玥,李雪玲
(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶與食品科技學(xué)院安徽省農(nóng)產(chǎn)品加工工程實(shí)驗(yàn)室,安徽 合肥 230036)
奶片的生產(chǎn)技術(shù)在20世紀(jì)60年代初于歐洲工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已有相關(guān)研究。我國(guó)于20世紀(jì)80年代初引進(jìn)該技術(shù),現(xiàn)已形成了成熟的生產(chǎn)工藝和完全配套的生產(chǎn)設(shè)備[1]。但以奶粉為原料制作奶片,口感較為單一,因此許多研究人員開(kāi)始研究風(fēng)味不同、功能不同的咀嚼奶片。李家磊等[2]在奶粉中加入薏苡仁多糖研制出具有保健作用的奶片;Shu等[3]將營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高的山羊奶粉與益生菌粉混合,研制出益生羊奶片。LEE等[4]將納米蛋殼和牡蠣殼添加到奶片中,研制出鈣含量豐富的新型奶片。葉美玉[5]以山楂和黨參為原料研制出黨參山楂健脾養(yǎng)胃咀嚼片;賀瑩等[6]利用猴頭菇制成猴頭菇發(fā)酵乳粉末,加入脫脂奶粉中研制出猴頭菇益生菌奶片。胡新等[7]以胡蘿卜、草莓和黃瓜、香蕉為原料,分別加入到奶粉中研制出胡蘿卜-草莓奶片和黃瓜-香蕉奶片。
石斛,又名仙斛蘭韻、不死草,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富。近年來(lái),石斛因藥食兩用的特性日益受到人們的關(guān)注,石斛中含有石斛多糖、芪類(lèi)化合物、黃酮類(lèi)化合物、生物堿類(lèi)化合物和其它類(lèi)成分,其中石斛多糖具有提高免疫力[8]、降血糖[9]、降血脂[10]、抗衰老[11]、抗腫瘤[12]的作用;石斛生物堿可用于預(yù)防和治療關(guān)節(jié)炎,保護(hù)消化道黏膜急性或慢性損傷,特別用于防治消化道慢性潰瘍[13]。此外,據(jù)研究發(fā)現(xiàn),石斛還具有潤(rùn)肺止咳、護(hù)嗓潤(rùn)喉的作用[14]。
近年來(lái)石斛產(chǎn)品不斷被研發(fā),如石斛餅干、石斛膠囊、石斛顆粒[15]、石斛花功能性酒[16]等。目前石斛已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外保健食品、醫(yī)療藥物等領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)[17]。奶粉與石斛粉復(fù)配壓片,可以改變普通奶片的風(fēng)味,增加石斛特有的草木清香;提高普通奶片的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值;還可以改善純石斛咀嚼片粘牙、難以下咽的特性。同時(shí),該產(chǎn)品也符合食品市場(chǎng)的需求,方便、快捷且兼具功能。另外,石斛的這種加工方式可以使保健功能充分發(fā)揮。
本試驗(yàn)旨在以紫皮石斛和奶粉作為原料,對(duì)配方和制作工藝進(jìn)行優(yōu)化,以達(dá)到改善風(fēng)味、提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的目的。以DPPH自由基清除能力、ABTS+自由基清除能力、總酚含量作為評(píng)價(jià)指標(biāo),分析石斛奶片的抗氧化特性,為其產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供一定的理論依據(jù)。
1.1.1 材料
石斛粉:安徽省斛生記生物科技有限公司;奶粉:內(nèi)蒙古伊利實(shí)業(yè)集團(tuán)股份有限公司;微晶纖維素(食品級(jí)):湖州市菱湖新望化學(xué)有限公司;乳糖(食品級(jí)):山東百龍創(chuàng)園生物科技股份有限公司;麥芽糊精(食品級(jí)):市售;木糖醇(食品級(jí)):南京甘汁園糖業(yè)有限公司;微粉硅膠(食品級(jí)):恒銳食品生物科技有限公司
1.1.2 試劑
DPPH、ABTS(分析純):美國(guó) sigma公司;過(guò)硫酸鉀(分析純):無(wú)錫市展望化工試劑有限公司;福林酚試劑(分析純):北京索萊寶科技有限公司;無(wú)水甲醇、沒(méi)食子酸、碳酸鈉(分析純):國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。
1.1.3 儀器與設(shè)備
800Y型高速多功能粉碎機(jī):永康市鉑歐五金制品有限公司;769YP-15A粉末壓片機(jī):天津市科器高新技術(shù)公司;JM-A10002電子天平:諸暨市超澤衡器設(shè)備有限公司;DHG-9053A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱:上海申賢恒溫設(shè)備廠;HC-3514高速離心機(jī):安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司;SHY-2A數(shù)顯水浴恒溫振蕩器:常州普天儀器制造有限公司;UV-9000紫外可見(jiàn)分光光度計(jì):上海元析儀器有限公司。
1.2.1 工藝流程
1.2.2 操作要點(diǎn)
1)原輔料過(guò)篩:石斛粉、奶粉、木糖醇過(guò)80目篩,備用。
2)配料、混合均勻:按一定比例稱(chēng)取各原料,混合、攪拌均勻。
3)加入潤(rùn)滑劑:稱(chēng)取0.2 g微粉硅膠,添加至混合粉中,攪拌均勻,攪拌時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。
4)壓片:使用壓片機(jī),壓制成片。
5)烘干:設(shè)置烘箱溫度為60℃,時(shí)間為60 min。
6)冷卻:冷卻至26℃。
1.2.3 石斛奶片配方單因素試驗(yàn)
1.2.3.1 石斛粉與奶粉質(zhì)量比的確定
在固定微晶纖維素和乳糖添加量75%、麥芽糊精添加量50%、木糖醇添加量9%的條件下,選取不同的石斛粉和奶粉質(zhì)量比為 2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4 進(jìn)行試驗(yàn)。
1.2.3.2 微晶纖維素和乳糖添加量的確定
在固定石斛粉與奶粉質(zhì)量比4∶6、麥芽糊精添加量50%、木糖醇添加量9%的條件下,選取不同的微晶纖維素和乳糖(質(zhì)量比2∶1)添加量57%、63%、69%、75%、81%進(jìn)行試驗(yàn)。
1.2.3.3 麥芽糊精添加量的確定
在固定石斛粉與奶粉質(zhì)量比4∶6、微晶纖維素和乳糖添加量75%、木糖醇添加量9%的條件下,選取不同的麥芽糊精添加量30%、40%、50%、60%、70%進(jìn)行試驗(yàn)。
1.2.3.4 木糖醇添加量的確定
在固定石斛粉與奶粉質(zhì)量比4∶6、微晶纖維素和乳糖添加量75%、麥芽糊精添加量50%的條件下,選取不同的木糖醇添加量3%、6%、9%、12%、15%進(jìn)行試驗(yàn)。
1.2.4 綜合評(píng)分的計(jì)算
在單因素試驗(yàn)中以石斛奶片的綜合評(píng)分作為考察指標(biāo),評(píng)定各單因素對(duì)石斛奶片質(zhì)量的影響。綜合評(píng)分采用加權(quán)法獲得,計(jì)算公式如下。
綜合評(píng)分=感官(60%)+質(zhì)構(gòu)(40%)
1.2.4.1 石斛奶片壓錠強(qiáng)度的測(cè)定
選擇直徑36 mm圓柱型探頭(P/36R)對(duì)奶片壓錠強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn),前速度為1 mm/s,測(cè)試速度為0.2 mm/s,后測(cè)試速度為5 mm/s,距離為4 mm,觸發(fā)力為20 g。選取5片,計(jì)算平均值作為最終結(jié)果[18]。根據(jù)市售樣品接受度制定石斛奶片壓錠強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。
式中:A為市售樣品所能接受的壓錠強(qiáng)度(16 500 g);X為石斛奶片實(shí)際測(cè)定的壓錠強(qiáng)度。
1.2.4.2 石斛奶片感官評(píng)價(jià)
由6名食品專(zhuān)業(yè)感官評(píng)定人員組成評(píng)定小組,分別對(duì)石斛奶片的感官品質(zhì)進(jìn)行評(píng)分,取其平均值作為最終感官分值,感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。
表1 石斛奶片感官評(píng)價(jià)Table 1 Sensory evaluation of Dendrobium milk tablets
1.2.5 石斛奶片配方優(yōu)化響應(yīng)面設(shè)計(jì)
在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選取對(duì)試驗(yàn)影響較大的微晶纖維素和乳糖添加量、麥芽糊精添加量、木糖醇添加量為試驗(yàn)因子,以產(chǎn)品的綜合評(píng)分為響應(yīng)值,利用Design expert 8.0.6軟件進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì),運(yùn)用Box-Behnken設(shè)計(jì)三因素三水平的中心組合試驗(yàn),考察試驗(yàn)因子間交互作用,優(yōu)化石斛奶片的配方,Box-Behnken設(shè)計(jì)因素水平表見(jiàn)表2。
表2 Box-Behnken設(shè)計(jì)因素水平Table 2 Level of Box-Behnken design factors
1.2.6 石斛奶片抗氧化特性研究
取2 g樣品過(guò)80目篩,加入40 mL濃度為80%甲醇,混合液在搖床上以220 r/min、37℃提取2 h,在4 000 r/min條件下離心5 min,取上清液待用。
1.2.6.1 DPPH自由基清除能力的測(cè)定
參照貢小輝[19]和龔慶芳等[20]的試驗(yàn)方法并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,用無(wú)水甲醇將DPPH配制成0.1 mmol/L的溶液,取2 mL DPPH溶液與2 mL提取液混合,避光反應(yīng)30 min,用紫外分光光度計(jì)于波長(zhǎng)517 nm處測(cè)定吸光度,全程避光。
式中:A樣為2 mL提取液和2 mL DPPH溶液反應(yīng)后的吸光度;A空白為2 mL無(wú)水甲醇和2 mL DPPH溶液反應(yīng)后的吸光度;A對(duì)照為2 mL提取液和2 mL無(wú)水甲醇反應(yīng)后的吸光度。
1.2.6.2 ABTS+自由基清除能力的測(cè)定
參照張勇[21]和王潔潔等[22]的試驗(yàn)方法并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,分別配制7 mmol/L的ABTS溶液和2.4 mmol/L的過(guò)硫酸鉀溶液,按體積比1∶1混合,避光反應(yīng)12 h,直至自由基生成。然后用無(wú)水甲醇稀釋?zhuān)敝廖舛葹?.70±0.02。最后取0.5 mL樣品溶液,加入4 mL ABTS溶液,反應(yīng)6 min,于波長(zhǎng)734 nm處測(cè)定吸光度。
式中:A樣為0.5 mL提取液和4 mL ABTS溶液反應(yīng)后的吸光度;A空白為0.5 mL無(wú)水甲醇和4 mL ABTS溶液反應(yīng)后的吸光度;A對(duì)照為0.5 mL溶液和4 mL無(wú)水甲醇反應(yīng)后的吸光度。
1.2.6.3 總酚含量的測(cè)定
總酚含量采用福林酚法[23-24]進(jìn)行測(cè)定并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制:精密稱(chēng)取沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)品0.011g,用蒸餾水溶解并定容至100mL,得到濃度為0.11mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)液,準(zhǔn)確吸取 0、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6 mL置于25 mL的棕色容量瓶中,加蒸餾水至6 mL。然后加入福林酚試劑0.5 mL,混勻,在0.5 min~8 min內(nèi)加入1.5 mL 20%的碳酸鈉溶液,充分混勻后定容,30℃條件下避光0.5 h。以不加標(biāo)準(zhǔn)液6 mL蒸餾水為空白對(duì)照,于760 nm處測(cè)定吸光度,每個(gè)樣品平行測(cè)定3次。以沒(méi)食子酸在反應(yīng)體系中的質(zhì)量濃度C為橫坐標(biāo),吸光度A為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,得到線性回歸方程:y=9.438 6x-0.032 1,R2=0.996 8。
供試品溶液的制備:準(zhǔn)確量取制備的樣品提取液0.5 mL于50 mL容量瓶中,加入9.5 mL蒸餾水,搖勻,再加入0.5 mL的福林酚試劑,混勻。在0.5 min~8 min內(nèi)加入1.5 mL 20%的碳酸鈉溶液,充分混勻后定容,30℃條件下避光0.5 h。以沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)液為空白對(duì)照,于760 nm處測(cè)定吸光度,每個(gè)樣品平行測(cè)定6次。
1.2.7 數(shù)據(jù)處理
采用Origin 9.0作圖、SPSS 26.0和Design-Expert 8.0.6軟件中的Box-Benhnken對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
2.1.1 石斛粉與奶粉質(zhì)量比對(duì)石斛奶片綜合評(píng)分的影響石斛粉與奶粉質(zhì)量比對(duì)石斛奶片綜合評(píng)分的影響見(jiàn)圖1。
圖1 石斛粉與奶粉質(zhì)量比對(duì)石斛奶片綜合評(píng)分的影響Fig.1 Influence of the quality ratio of Dendrobium powder and milk powder on comprehensive score of Dendrobium milk tablets
由圖1可知,石斛粉與奶粉質(zhì)量比對(duì)石斛奶片綜合評(píng)分影響較大。隨著石斛粉添加量的增加、奶粉添加量的減少,石斛風(fēng)味增加,奶粉味減弱,石斛奶片的綜合評(píng)分呈現(xiàn)上升趨勢(shì),當(dāng)石斛粉與奶粉質(zhì)量比為4∶6時(shí),綜合評(píng)分達(dá)到最大值。隨著石斛粉添加量的進(jìn)一步增加,石斛奶片出現(xiàn)硬度下降,粉質(zhì)感增強(qiáng),過(guò)于粘牙的現(xiàn)象,綜合評(píng)分呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。因此,綜合考慮各影響因素,石斛奶片中石斛粉與奶粉質(zhì)量比選取4∶6為宜。
2.1.2 微晶纖維素和乳糖添加量對(duì)石斛奶片的影響
乳糖和微晶纖維素的復(fù)配,可充分結(jié)合兩者各自的優(yōu)勢(shì),產(chǎn)生相加作用,改善片劑的硬度。微晶纖維素和乳糖添加量對(duì)石斛奶片綜合評(píng)分的影響見(jiàn)圖2。
圖2 微晶纖維素和乳糖添加量對(duì)石斛奶片綜合評(píng)分的影響Fig.2 Effects of microcrystalline cellulose and lactose supplementation on comprehensive score of Dendrobium milk tablets
由圖2可知,隨著微晶纖維素和乳糖添加量的增加,石斛奶片的綜合評(píng)分呈現(xiàn)上升趨勢(shì),原因是隨著微晶纖維素和乳糖添加量的增加,硬度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)[25],粉質(zhì)感減弱,口感較好;隨著微晶纖維素和乳糖添加量的進(jìn)一步增加,石斛奶片硬度過(guò)大,影響口感。因此,通過(guò)各因素綜合考慮,選取添加量為75%為宜。
2.1.3 麥芽糊精添加量對(duì)石斛奶片綜合評(píng)分的影響
麥芽糊精作為輔料,在壓片時(shí)可以提高奶片的硬度,改善結(jié)構(gòu),促進(jìn)產(chǎn)品成型,同時(shí)還可以緩解石斛的粘牙特性[26],降低甜度,改善風(fēng)味,預(yù)防潮解[27],延長(zhǎng)保質(zhì)期。麥芽糊精添加量對(duì)石斛奶片綜合評(píng)分的影響見(jiàn)圖3。
圖3 麥芽糊精添加量對(duì)石斛奶片綜合評(píng)分的影響Fig.3 Effect of dextrin amount on comprehensive score of Dendrobium milk tablets
由圖3可知,麥芽糊精添加量對(duì)石斛奶片綜合評(píng)分的影響呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。隨著麥芽糊精添加量的增加,石斛奶片的硬度上升,粉質(zhì)感減弱,甜度減弱,綜合評(píng)分呈現(xiàn)上升趨勢(shì);當(dāng)麥芽糊精添加量高于50%時(shí),硬度過(guò)大,影響口感,分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。因此,通過(guò)綜合考慮各因素,選取麥芽糊精的最佳添加量為50%。
2.1.4 木糖醇添加量對(duì)石斛奶片的影響
木糖醇作為甜味劑,在防齲齒[28]、不增加血糖值、作為糖尿病人食品等方面,顯示了比山梨醇、麥芽糖醇、甘露醇等醇的優(yōu)越性[29]。木糖醇添加量對(duì)石斛奶片綜合評(píng)分的影響見(jiàn)圖4。
圖4 木糖醇添加量對(duì)石斛奶片綜合評(píng)分的影響Fig.4 Effect of xylitol addition on comprehensive score of Dendrobium chewable milk tablets
由圖4可知,木糖醇的添加量對(duì)石斛奶片的綜合評(píng)分影響較大,使綜合評(píng)分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。隨著木糖醇添加量的增加,石斛奶片甜度增加,硬度上升,粉質(zhì)感減弱;當(dāng)木糖醇添加量高于9%時(shí),綜合評(píng)分呈現(xiàn)下降趨勢(shì),主要原因可能是木糖醇添加量多,石斛奶片過(guò)甜,對(duì)感官評(píng)價(jià)產(chǎn)生一定的影響。因此,選擇9%作為最佳添加量。
在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)石斛奶片配方進(jìn)行優(yōu)化,以綜合評(píng)分作為響應(yīng)值,采用DesignExpert V8.0.6軟件對(duì)微晶纖維素和乳糖添加量、麥芽糊精添加量和木糖醇添加量3個(gè)因素做進(jìn)一步優(yōu)化,運(yùn)用Box-Behnken設(shè)計(jì)三因素三水平的響應(yīng)面分析試驗(yàn),響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案及結(jié)果Table 3 Response surface design scheme and results
回歸模型的顯著性檢驗(yàn)及方差分析見(jiàn)表4。
表4 回歸模型的顯著性檢驗(yàn)及方差分析Table 4 Significance test and analysis of variance of regression model
由表4可知,回歸模型極顯著,失擬項(xiàng)不顯著,說(shuō)明模型與試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合充分。相關(guān)系數(shù)R2=0.992 9,表明模型擬合性好,試驗(yàn)誤差小?;貧w模型的校正決定系數(shù)R2adj=0.983 7,說(shuō)明該模型能解釋98.37%的響應(yīng)值變化,僅有1.63%的變化不能用該模型解釋?zhuān)俅巫C明了模型的有效性。
對(duì)表3的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合分析,得到的二次回歸方程為Y=87.43-1.75A-0.56B+C-1.46AB-1.10AC+0.66BC-7.02A2-4.59B2-2.90C2。
表 4 回歸方程的方差分析表明,A、C、AB、A2、B2、C2項(xiàng)達(dá)到極顯著水平(P<0.01),B和AC項(xiàng)達(dá)到顯著水平(P<0.05)。
根據(jù)回歸方程做相應(yīng)曲面圖及其等高線,見(jiàn)圖5~圖7,考察所擬合的響應(yīng)曲面形狀,分析各因素對(duì)石斛奶片品質(zhì)的影響。
圖5 麥芽糊精添加量、微晶纖維素和乳糖添加量對(duì)綜合評(píng)分影響的響應(yīng)曲面圖Fig.5 Response surface diagram of maltodextrin,microcrystalline cellulose and lactose addition on the comprehensive score
圖6 木糖醇添加量、微晶纖維素和乳糖添加量對(duì)綜合評(píng)分影響的響應(yīng)曲面圖Fig.6 Response surface diagram of xylitol,microcrystalline cellulose and lactose addition on the comprehensive score
圖7 木糖醇添加量、麥芽糊精添加量對(duì)綜合評(píng)分影響的響應(yīng)曲面圖Fig.7 Response surface diagram of xylitol and maltodextrin addition on the comprehensive score
綜合表4和圖5、圖6、圖7可知,影響綜合評(píng)分的因素主次順序?yàn)锳微晶纖維素和乳糖添加量>C木糖醇添加量>B麥芽糊精添加量,所考察的3個(gè)因素影響均顯著。AB與AC的交互作用顯著,這與回歸方程各項(xiàng)方差分析的結(jié)果相一致。
利用Design-Expert對(duì)回歸方程進(jìn)行優(yōu)化,得到最佳配方預(yù)測(cè)參數(shù)為微晶纖維素和乳糖添加量74.18%、麥芽糊精添加量49%、木糖醇添加量9.59%,綜合評(píng)分87.653 6??紤]到試驗(yàn)可行性,將試驗(yàn)參數(shù)調(diào)整為微晶纖維素和乳糖添加量75%、麥芽糊精添加量50%、木糖醇添加量9.6%。
根據(jù)此配方進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證回歸模型的有效性,實(shí)際測(cè)得綜合評(píng)分為87.495 7,與理論預(yù)測(cè)值(87.653 6)無(wú)顯著性差異(P<0.05),說(shuō)明該模型的擬合程度較好,具有一定的參考價(jià)值。
石斛奶片的抗氧化特性見(jiàn)圖8。
圖8 石斛奶片的抗氧化特性Fig.8 Antioxidant properties of Dendrobium milk tablets
由圖8可知,石斛奶片的DPPH自由基清除率、ABTS+自由基清除率和總酚含量都高于普通奶片。其中,石斛奶片的DPPH自由基清除率為85.556 1%、ABTS+自由基清除率為62.0239%、總酚含量為1.12mg/g;對(duì)照奶片的DPPH自由基清除率為45.5466%、ABTS+自由基清除率為43.496 2%、總酚含量為0.64 mgGAE/g。因此,試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明石斛奶片有一定的抗氧化能力,且高于對(duì)照奶片。
以石斛粉和奶粉為原料復(fù)配研制石斛奶片,通過(guò)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)得到最佳配方為石斛粉與奶粉質(zhì)量比4∶6、微晶纖維素和乳糖添加量75%、麥芽糊精添加量50%、木糖醇添加量9.6%,在此條件下制備的石斛奶片綜合評(píng)分最高(87.495 7),同時(shí),該石斛奶片具有良好的抗氧化特性,其抗氧化能力高于對(duì)照奶片。石斛奶片與普通奶片相比風(fēng)味獨(dú)特,具有石斛特有的口感和色澤,并且具有一定的保健功能。另外,把石斛以粉料的形式作為食品輔料應(yīng)用,可使其全草得到使用,改善了石斛的食用方式,且提高了石斛食用的便利性與便攜性。石斛奶片的研制為石斛的開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供一定的實(shí)踐依據(jù)。