混料设计优化功能性小米早餐粉的配方

王娜,仪慧兰

(山西大学 生命科学学院,山西 太原 030006)

混料设计优化功能性小米早餐粉的配方

王娜,仪慧兰*

(山西大学 生命科学学院,山西 太原 030006)

以小米、黄豆、核桃、葡萄皮、白砂糖和黄原胶为原料研制了一种即食早餐粉,采用混料设计研究了配方中各成分比例对其感官质量的影响,建立各组分配比与感官质量之间的回归模型,分析配方中各成分的互作效应,获得的最优配方为:小米27.76%、黄豆20.00%、核桃仁19.70%、葡萄皮5.00%、白砂糖24.44%、黄原胶3.00%。检测发现,最优配方早餐粉具有一定的自由基清除功效,有较高的抗氧化能力。

混料设计;即食早餐粉;五谷杂粮;抗氧化

谷子是一种在我国北方干旱和半干旱地区广泛种植的杂粮作物,去壳后即为小米。小米在能量、蛋白质、脂肪、矿物质和维生素等营养方面优于小麦、玉米和高粱[1],对降低血糖和胆固醇有一定作用[2]。长期以来,小米主要用于煮粥。随着社会的发展和人们生活节奏的加快,以及对食品的多样化需求,促进了小米的深加工研究,出现了以小米为原料的挂面、饮料、酸奶及酒[3-5],以及具有快餐特点的小米方便粥和方便米饭等[6-9]，但小米快餐中未见有水果成分加入。本实验在小米早餐粉中加入了葡萄皮,并从营养学角度添加了黄豆和核桃。葡萄皮中含有多种天然活性物质,具有抗氧化、抗辐射、抗癌,增强机体免疫力等功效[10]。黄豆蛋白质含量为粮食之冠[11],与小米搭配可以弥补小米缺乏赖氨酸的不足之处。核桃仁含有亚油酸、蛋白质、磷、矿物质和维生素等,能增强细胞活力,防止脑细胞的衰退[12]。鉴于以上几种原料的特殊功效,本实验选取小米、黄豆、核桃、葡萄皮为主要原料,经焙烤、粉碎后制成早餐粉。

混料设计已被应用于多个行业的生产设计，在食品行业中主要用于制备杂粮早餐粉、饮料等的配方设计,并取得了良好的效果[13-14]。我们在小米早餐粉研制中添加了葡萄皮,采用混料设计对即食型小米早餐粉的配方进行优化,目的在于开发一种符合日常膳食平衡要求的具有一定功能的小米方便杂粮食品。

1 材料与方法

1.1 实验材料

小米、黄豆、核桃 均为市售;葡萄皮:从新鲜葡萄果实上剥皮,60℃烘至恒重后密封保存;白砂糖、黄原胶 均为食品级。

1.2 仪器和设备

微波炉:Sharp R-2E56;粉碎机:黄城HC-700;电热鼓风干燥箱:上海博迅实业有限公司医疗设备厂 GZX-9076MBE;紫外可见分光光度计:北京普析通用仪器有限责任公司 TU-1810。

1.3 早餐粉制备过程

仔细进行原辅料的检查,挑选新鲜、无虫蛀、无霉烂、无杂质的原料洗净、晾干。将原料分别放入微波炉中焙烤,不同原料选用不同焙烤时间,以散发出浓郁香味,无焦糊现象为准,小米、大豆还要求90%以上颗粒爆裂。取已熟化的原料用粉碎机粉碎。因核桃含油量高,单独粉碎不彻底,因此将其与小米按比例混合后一起粉碎。葡萄皮粉过120目筛,其它原料粉过80目筛,各种原料按比例混合均匀,于60℃烘至恒重。

1.4 早餐粉的感官评价

英语四项技能中，阅读和听力属于输入型技能，口语表达和写作属于输出型技能。学生平时没有大量的阅读输入，加之不勤于思考，表现在论文写作时，没有自己的独特见解，人云亦云，论文自然缺乏新意。

称取 5 g 谷物早餐粉,按照1 g早餐粉:7 mL水的比例加入60～70℃的热水[8],搅拌均匀,请感官评定小组成员品评。感官评定小组由10名经过培训的食品专业学生组成,采用“双盲法”进行评分。参照文献[8,13]略作改动,以产品的滋味、风味、色泽、冲调性为根据制定感官评分标准(表1)。感官评定过程中需不断漱口,保持口腔清爽,以排除混杂的外来气味对实验结果影响。

表1 感官评价指标

1.5 实验设计

采用Design Expert 8.0.5中D-Optional限制成分上下界的方法,结合单因素实验结果,对6种成分范围进行人为的限制,通过对回归方程及各组分等高线图和响应曲面的分析,将各种成分进行优化组合。最后通过设定各成分和响应值的变化范围,确定最优组合。实验设计见表2。

1.6 抗氧化活性测定

称1 g早餐粉样品于10 mL离心管中,加7 mL 60～70℃的热水冲调,再用热水稀释成10%、30%和50%的样液。参考Wanwisa[15]方法检测样液的总抗氧化能力。参照韦霄[16]的方法检测样液对羟基自由基的清除率。采用SPSS 16.0 对三个重复实验的检测值进行分析。

2 结果与分析

2.1 模型建立

表2列出了以黄豆、小米、核桃、白砂糖、葡萄皮、黄原胶为成分的早餐粉的感官评价结果。运用Design Expert 软件建立的感官指标回归方程如下:

其中小米的添加量为X1,黄豆的添加量为X2,核桃的添加量为X3,葡萄皮的添加量为X4,白砂糖的添加量为X5,黄原胶的添加量为X6,Y为感官分值。

通过对回归方程的方差分析,发现感官指标的二次模型达到了0.05的显著水平,判定系数R2=0.952 3,表明变量Y中95.23%的变异是由变量小米、黄豆、核桃、葡萄皮、白砂糖、黄原胶引起的,说明模型方程中指标与配方比例的拟合程度较高。

2.2 配方中各成分变化对早餐粉感官指标的影响

各组分的等高线图和响应曲面可直观反映其含量变化对感官分值的影响。固定配方中的3种成分后,比较另外3种成分的交互作用对感官分值的影响。图1是葡萄皮、白砂糖和黄原胶在固定水平时,黄豆、小米、核桃的交互作用对感官分值的影响。当核桃添加量为10.00%,且小米添加量在较低水平时,小米的添加量与感官分值呈正相关；当小米含量升高到一定水平后,产品感官分值与其含量呈负相关,说明小米的添加量在一定范围内影响产品感官分值。黄豆和核桃对感官分值的影响趋势与小米相似。从图1可以看出,产品的感官分值有极大值。

注:A:小米B:黄豆C:核桃仁Fig.1 Effect of interaction effect among millet, beans and walnut on the sensory quality of product图1 小米、黄豆和核桃的交互作用对产品感官质量的影响

实验号因素A小米/%B黄豆/%C核桃仁/%D葡萄皮/%E白砂糖/%F黄原胶/%感官评分12957245620006881600300788522913272418635001600400866533517200010001000208340085784291524491457801203334583765243025211738100020113008335620002842200090618903638298735032971100550516803367265825062000189510002299300831693014300014065001780300860810246429031000885244830088141133922408149370816004008068123805218611695002040300848813291524491457801203334583151435962000189050016553598877

续表2 混料设计及感官分值的实测值

2.3 早餐粉的配方优化

运用软件进行最优化分析,设定各变量的变化范围后运行软件(表3),对软件系统随机给出的所有组合进行最陡爬坡实验,得到目标响应值。表4列出了接近或达到目标响应值的20个组合,并给出预测值,其中最优组合为:小米27.76%、黄豆20.00%、核桃19.70%、葡萄皮5.00%、白砂糖24.40%、黄原胶3.00%。对这20个组合进行感官评分,感官评分值最高的组合与软件给出的最优组合一致,其感官分值达98.30。

表3 实验变量和响应值的目标范围

2.4 体外抗氧化活性

早餐粉样液具有一定的羟基和ABTS+自由基清除功能,清除率随着样液浓度的升高而增大(表5)。羟基自由基清除率在10%样液、30%样液和50%样液间存在极显著差异(P<0.01),样液浓度提高时清除活性增幅较大,50%样液的羟基自由基清除率达到98.54%。ABTS+清除率在低剂量样液(10%样液)与较高剂量样液(30%和50%样液)间差异极显著(P<0.01),较高剂量样液(30%样液与50%样液)间差异不显著。对于同一浓度的样液,羟基自由基清除率高于ABTS+清除率,在高剂量组中羟基和ABTS+清除率的差异更加明显,说明测试早餐粉对不同自由基的清除率存在一定差异。

表4 各成分优化组合及预测结果

表5 早餐粉的抗氧化能力

3 讨论

目前早餐粉配方中原料有玉米、燕麦、大米、小米、黄豆等,其中多数以前三者为主原料,如Camire[9]以玉米作为主原料,张颖[17]以大米为主原料,小米在其中所占比例很小。本研究以小米作为最主要的原料,并从营养学的角度出发,选取黄豆、核桃和葡萄皮为辅料,研制了这款具有一定功效的杂粮早餐粉,丰富了小米深加工产品类型。

单因素实验和正交实验都不能同时进行全面、立体地筛选,且实验次数较多。D-最优混料设计是一种可在同一时间段进行全面、立体筛选,具有条件约束的回归设计,通过较少的实验次数,获得各指标的回归模型和各组分间交互作用,进而确立工艺与性能之间的定量关系,达到事半功倍的效果。

本实验采用混料设计的方法,以感官评分为评价指标,研究早餐粉中的各组分组合。通过建立回归模型,分析各组分之间的交互作用,发现小米、黄豆、核桃的加入量在产品的感官评分中存在一定的交互作用,在一定范围内,成分的添加量越高,感官分值越大。运用软件的优化功能,获得早餐粉的最优配方为:小米27.76%、黄豆20.00%、核桃19.70%、葡萄皮5.00%、白砂糖24.44%、黄原胶3.00%。对最优配方早餐粉进行体外抗氧化实验,发现本产品对羟基自由基有较高的清除率,有一定的抗氧化能力。

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Application of Mixture Design in Optimization of the Recipe of Functional Millet Breakfast Powder

WANG Na,YI Huilan*

(SchoolofLifeScience,ShanxiUniversity,Taiyuan030006,China)

In order to obtain the optimal recipe of functional millet breakfast powder, millet, beans, walnuts, sugar, grape skins and food additives xanthan gum were selected as the raw materials. The effects of different ratio of above components on sensory evaluation value were studied by using mixture design.The regression model on ratio of components and sensory evaluation score was established. The results suggested that the optimal recipe of coarse cereal breakfast powder was millet 27.76%, beans 20.00%, walnuts 19.70%, grape skins 5.00%, sugar 24.44%, and xanthan gum 3.00%.Moveover,the optimal formula showed higher capacity for hydroxyl radical scavenging together with higher total antioxidant capacity in vitro test procedure.

mixture design;instant breakfast powder;grain;antioxidant

10.13451/j.cnki.shanxi.univ(nat.sci.).2017.01.023

2016-10-14；

2016-11-01

国家自然科学基金面上项目(30870454;30470318;31371868)

王娜(1991-),女,山西太原人,硕士研究生,研究方向为食品化学与功能食品。E-mail:1040070692@qq.com

*通信作者：仪慧兰(YI Huilan),E-mail:yihl@sxu.edu.cn

TS 217

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0253-2395(2017)01-0169-06