响应面设计对生姜胶原蛋白饮品口味的优化

赵文竹,肖 月,于志鹏,*,王欣珂,张宏玲,陈月皎,刘静波,励建荣,*

(1.渤海大学食品科学与工程学院;生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心,辽宁锦州 121013;2.吉林大学营养与功能食品研究室,吉林长春 130062)



响应面设计对生姜胶原蛋白饮品口味的优化

赵文竹1,肖 月1,于志鹏1,*,王欣珂1,张宏玲1,陈月皎1,刘静波2,励建荣1,*

(1.渤海大学食品科学与工程学院;生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心,辽宁锦州 121013;2.吉林大学营养与功能食品研究室,吉林长春 130062)

本文以生姜为主要原料,并以柠檬酸、红糖、枣干和胶原蛋白为辅料制备生姜胶原蛋白饮品。在研究生姜胶原蛋白饮品口味的单因素基础上,采用Box-Behnken设计方法进行响应面实验设计,对主要影响饮品口味的因素进行优化。结果表明在生姜添加量为10.67%,枣干添加量为9.25%,柠檬酸添加量为0.29%,红糖质量分数4.49%,胶原蛋白添加量为25%下,熬煮15 min制备生姜胶原蛋白饮品口味感官评分最高为70.14分,口感最佳,饮品澄清、均一、稳定。

生姜,胶原蛋白,饮品,感官评价,响应面优化

生姜又名地辛,百辣云,系姜科属植物,属多年生草本[1]。生姜是一种药食兼用的植物,具有散寒解表,温中止吐,回阳通脉,燥湿消痰的功效[2-3]。生姜化学组成丰富,包括姜酚,多糖类,黄酮类和精油等[4-6]。其中生姜多糖和多酚类物质具有较高的抗氧化活性,具体表现为:对超氧自由基有抑制作用,对羟自由基有清除作用,对二价铁具有螯合能力[7-9]。我国生姜资源丰富,生姜的多种功效,使得生姜成为深受人们喜欢的食品原料。红枣中维生素含量非常高,有“天然维生素丸”的美誉,具有滋阴补阳,补血之功效[10]。胶原蛋白是人体中非常重要的蛋白质,可以保持皮肤的弹性[11]。本产品以生姜为主要原料,配以柠檬酸、红糖、枣干和胶原蛋白等辅料,通过响应面设计优化生姜胶原蛋白饮品的技术工艺参数。饮品操作简便,且具有投资少、成本低,易于工业化生产的特点,该产品市场前景广阔,具有良好的经济效益的同时产生良好的社会效益和生态效益。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

生姜、红糖和枣干 兴隆大家庭购物中心(锦州);柠檬酸 河南金诚生物科技公司;胶原蛋白(500 u) 河南兴源化工产品有限公司;乳糖链球菌素 深圳市龙岗区益味佳食品配料厂;电磁炉 杭州九阳生活电器有限公司;电子天平 凯丰集团有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 生姜保健饮品工艺流程 生姜拣选,选取新鲜无病害的生姜清洗、切片备用,分别称出所需的生姜片、枣干、柠檬酸、胶原蛋白备用。用量筒量出300 mL纯净水倒入锅中,将准备好的生姜、枣干和胶原蛋白放入锅中(其中胶原蛋白的添加量为固定值25%),用小火熬制15 min后将火关闭,倒入备好的柠檬酸,熬煮2 min,待柠檬酸溶解后,将生姜胶原蛋白饮品粗滤,加入0.20 g/kg乳糖链球菌素[12],灌装到玻璃器皿中,冷却,成品。

1.2.2 单因素实验 以生姜胶原蛋白饮品的色泽、风味及澄清度等感官评分为饮品口味配方的考察指标,通过单因素实验初步考察生姜的质量分数(%)、红糖的质量分数(%)、枣干的质量分数(%)及柠檬酸的质量分数(%)四个因素对生姜胶原蛋白饮品口味的影响。

1.2.3 响应面实验 利用Box-Behnken 进行响应面优化设计及方差分析[13-15]。在单因素实验的基础上,采用设计方法进行响应曲面法实验设计,实验设计方案见表1。

利用软件进行数据处理和回归分析。

表1 实验因素水平及编码Table 1 Design experimental factors and encoding

1.2.4 生姜胶原蛋白饮品的感官评定标准 以生姜胶原蛋白饮品的色泽、风味和澄清度为感官评定指标,见表2。色泽:正常无色盲、无颜色喜恶人群参照比色卡给出的颜色。澄清度:采用散棚室装置。采用不反光的黑背景,将受试物放到一张白纸上,用20 W的日光灯在20 cm处照射,先与黑色背景对照,后与白色背景对照,观察,如果生姜胶原蛋白澄清度良好,没有不溶物或浑浊现象出现则澄清度良好。气味:按照食品感官评价中评价气味的要求进行气味评价[16-17]。

表2 感官评分表Table 2 Sensory evaluation of ginger collagen drink

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

从图1中可以看出,随着生姜添加量的增加,感官评分呈现先上升后下降的趋势,并在12%达到峰值,添加量12%之后趋于平缓并有所下降,说明生姜过多,口感不受欢迎,因此12%感官评价分值较高。从图2中可以看出,随着枣干的逐步添加,感官评价分值呈现整体上升趋势,但是8%以后有下降趋势,再上升也不明显,因此初步确定枣干的添加量为8%。从图3中可以看出,随着柠檬酸添加量的增加,感官评分呈现先上升后下降的趋势,柠檬酸在0.25%达到峰值,添加了0.25%之后迅速下降,表明添加大量柠檬酸后影响口感,因此柠檬酸的添加量在0.25%感官评价分值较高。从图4中可以看出感官评分呈现先上升后下降的趋势,红糖4%达到峰值,并在4%之后下降,表明红糖加入量多,有甜腻感,不适饮用,因此红糖的添加量在4%感官评价分值较高。

图1 生姜添加量对饮品口味影响Fig.1 Effect of ginger on taste of oral liquid

图2 枣干添加量对饮品口味的影响Fig.2 Effect of dry dates on the taste of oral liquid

图3 柠檬酸添加量对饮品口味的影响Fig.3 Effect of citric acid on taste of oral liquid

图4 红糖添加量对饮品的影响Fig.4 Effect of brown sugar on taste of oral liquid

2.2 生姜胶原蛋白饮品的响应面分析

根据单因素实验确立的高感官评分因素水平范围进行响应面优化研究。采用Box-Behnken响应面实验设计法设计得到29个实验组合点。对实验结果分析得到以感官评分为响应值的回归方程为:Y=70.52-1.51X1+1.41X2+1.17X3-0.23X4-1.83X1X2-3.82X1X3+2.37X1X4+2.83X2X3+3.82X2X4+2.87X3X4-4.85X12-6.05X22-3.62X32-3.32X42

表3 生姜胶原蛋白饮品配方的响应面设计Table 3 The response surface design of ginger collagen drink

由图5可知,生姜和柠檬酸的添加量的交互作用对生姜胶原蛋白饮品口味感官评价的影响具有显著性,在柠檬酸添加量较高,生姜添加量较低时,两者的交互作用对感官评价影响较大。在交互等高线中,柠檬酸的添加量轴向等高线变化密集,而生姜轴向等高线变化相对稀疏,说明柠檬酸的添加量对生姜胶原蛋白饮品口味感官评价的响应值峰值的影响比较大。证明柠檬酸过高,不受品评师欢迎,影响产品口感。由图6可知,红糖和枣干的添加量的交互作用对生姜胶原蛋白饮品口味感官评价的影响具有显著性,随着枣干和红糖添加量的增加,生姜胶原蛋白饮品口味感官评价整体呈现先上升后下降的趋势。在交互等高线中,枣干添加量轴向等高线变化密集,而红糖添加量轴向等高线变化相对稀疏,说明枣干添加量对饮品感官评价的响应峰值的影响比红糖添加量的影响大,随着枣干和红糖添加量的逐渐增加,更受品评师的欢迎,此外柠檬酸添加量、生姜添加量、红糖添加量和枣干添加量的二次项作用对饮品口味感官评价均具有显著性。

表4 生姜胶原蛋白饮品显著性检验及方差分析Table 4 The significance test and variance analysis of ginger collagen drink

图5 生姜和柠檬酸添加量对感官评价的影响Fig.5 Effect of the content of ginger and citric acid on sensory evaluation

图6 枣干和红糖的添加量对感官评价的影响Fig.6 Effect of the content of dried dates and brown sugar on sensory evaluation

2.3 验证实验

根据回归模型分析,对回归方程求偏导,得出在感官评分最大值时四个因素的极大值,即红糖添加量为4.49%,枣干的添加量为9.25%,柠檬酸添加量为0.29%,生姜添加量为10.67%,在此条件下配制生姜胶原蛋白饮品,并请10位教师和学生进行感官评价,从感官评价的得分情况可以看出,饮品的最优化配方感官评价得分较高,感官评分的平均值为70.14。经响应面回归模型优化得出的最优工艺的感官评分为71.59分,与验证得分不具有显著性差异。在最优感官评分的工艺条件下配制的生姜胶原蛋白饮品,颜色呈均匀红棕色,具有少许生姜辛辣味,酸甜适中,饮品澄清、均匀。

3 结论

在单因素实验的基础上,对生姜胶原蛋白饮品制作工艺进行响应面优化研究,在生姜添加量为10.67%,柠檬酸添加量为0.29%,红糖添加量为4.49%,枣干的添加量为9.25%时感官评分最高,为71.59,验证实验得出感官评分为70.14,与感官评价模型得出的最优值不具有显著性差异,表明感官评价模型方程可以用来预测生姜胶原蛋白饮品的口感。此外,生姜切片加入材料预煮,加入胶原蛋白,具有粘稠感,加入柠檬酸适口而柔和,使整体风味更为丰富,通过实验确定较佳的口味配比,制得的生姜胶原蛋白饮品有较好的口感,酸甜度适口。生产生姜胶原蛋白饮品的制作工艺简便,且具有投资少、成本低,易于工业化生产的特点,该产品市场前景广阔,具有良好的经济效益的同时产生良好的社会效益和生态效益。

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Optimization of taste on ginger collagen beverage by response surface methodology

ZHAO Wen-zhu1,XIAO Yue1,YU Zhi-peng1,*,WANG Xin-ke1,ZHANG Hong-ling1，CHEN Yue-jiao1,LIU Jing-bo2,LI Jian-rong1,*

(1.College of Food Science and Engineering,Bohai University;National & Local Joint Engineering Research Center of Storage Processing and Safety Control Technology for Fresh Agricultural and Aquatic Products,Jinzhou 121013,China;2.Lab of Nutrition and Functional Food,Jilin University,Changchun 130062,China)

Gingercollagenbeveragewithrawmaterialsofginger,brownsugar,drieddates,citricacidandcollagenwasprepared.Thesensoryevaluationofgingercollagenbeveragewasoptimizedbysinglefactorandresponsesurfacemethodologydesign.Theresultsshowedthat,thebestflavorwasobtainedundertheconditionsof10.67%ginger,9.25%drydates,0.29%citricacid,4.49%brownsugarand25%collagen.Thesensoryevaluationofthebeverageboiledfor15minandthescorewas70.14withbestflavoruniformityandclarifies.

ginger;collagen;beverage;sensoryevaluation;responsesurfacemethodology

2016-05-10

赵文竹(1986-)，女，博士，讲师，研究方向：植物活性成分研究，E-mail：zhaowenzhu777@163.com。

*通讯作者:于志鹏(1984-)，男，博士，讲师，研究方向：蛋白质及活性肽的功能研究与产品开发，E-mail：yuzhipeng20086@sina.com。 励建荣(1964-),男，博士，教授，研究方向：水产品加工，E-mail:lijr6491@163.com。

国家自然科学基金项目(31601479);国家科技支撑课题(2012BAD00B03)；渤海大学博士启动项目(0515bs020)。

TS201

B

1002-0306(2016)21-0233-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.21.036