响应面法优化枸杞软糖工艺配方的研究

田其英

(江苏食品药品职业技术学院,江苏 淮安 223005)

软糖是一种含水量高、柔软、形状多样、香味纯正、色泽鲜艳的固体糖果,具有弹性和咀嚼感[1]。软糖是一种胶体分散体系,主要物质包括水分、糖和胶体。在此体系中,水是分散介质,溶胶、糖类是分散相,若添加果汁、果块、功能性物质等分散相,可使软糖的品质结构、香气和滋味更加多样。

枸杞在我国种植历史悠久,是药食两用材料。枸杞含有维生素、多糖物质、类胡萝卜素、黄酮类物质、氨基酸和生物碱等。研究证明,枸杞具有抗氧化、抗衰老、增强免疫力、抗肿瘤、保肝等作用[2-3]。本研究在明胶溶化中利用红枸杞汁作为溶剂,在软糖中加入红枸杞的可溶性成分,使得软糖的营养性和功能性大大增强。

1 材料与方法

1.1 原辅料和设备

明胶(凝冻力180、黏度13 °E):江苏甘园有限公司;葡萄糖浆:安徽好生物科技有限公司;柠檬酸、柠檬酸钠:长沙华日生化有限公司;红枸杞:宁夏枸杞食品厂;白砂糖:市售。

电炉:兴化市骏辉电热电器厂;熬煮锅:山东凯乐丰食品机械有限公司;JA2003型电子天平:上海良平仪器仪表有限公司;101-1-S型电热恒温鼓风干燥箱:上海跃进医疗器械厂;HH-6数显恒温水浴锅:上海医疗器械五厂;质构仪:英国Stable Micro Systems公司。

1.2 工艺流程

枸杞软糖制作工艺流程如图1所示。

图1 枸杞软糖制作工艺流程

1.3 操作要点

熬糖。在白砂糖中加适量的水搅拌溶解后,加入葡萄糖浆混合,加热至沸腾。滤去糖液不溶物,倒进熬糖锅,在115～120 ℃条件下熬煮30～40 min。

制备枸杞汁。挑选新鲜枸杞,冲洗干净后放入相当于其质量20倍的水中粉碎,加温至80～90 ℃并不断搅拌，提取水溶性营养物质,提取时间为1 h,过滤后冷却,备用。

制备明胶溶胶。将明胶与枸杞汁以1∶15质量比进行混合,充分浸润后,在水浴温度为70～75 ℃条件下搅拌溶解,直至无明胶胶粒存在,保温备用。

添加溶胶。待熬煮达标的糖浆冷却至85～90 ℃,慢慢加入溶胶溶液,拌匀后,再依次添加其余原料,快速混匀。

静置脱气。将糖液和溶胶等混合均匀后,在80 ℃条件下静置约30 min,使糖浆中的气泡聚集到表层,然后撇除气泡。

注模。保证模盘光滑洁净,均匀撒放少量干燥的淀粉于模盘内,便于后期糖粒脱模。为防止糖液黏稠引起的拉丝或凝块现象,倒模糖液温度应不低于70 ℃。

干燥。采用烘箱热风干燥,温度控制在35～45 ℃,时间为8～12 h。产品的最终含水量控制在15%～17%。

1.4 单因素实验方法

产品基础配方如下:白砂糖36%、葡萄糖浆52%、明胶10%、柠檬酸0.3%、柠檬酸钠0.15%、香精1 mL。经预试验确定明胶、白砂糖、葡萄糖浆和柠檬酸为主要影响因素,固定其他条件,分别考察明胶添加量(9%、9.5%、10%、10.5%、11%)、白砂糖添加量(34%、35%、36%、37%、38%)、葡萄糖浆添加量(48%、50%、52%、54%、56%)和柠檬酸添加量(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%)对枸杞软糖产品品质的影响。

1.5 响应面优化试验设计

依据单因素实验结果,确定响应面分析的影响因素水平,根据Box-Behnken Design的响应面优化方法,设计四因素三水平的响应面分析试验(见表1)。以产品感官综合评分为评价指标,对响应面试验结果进行分析。

表1 工艺优化响应面试验的因素水平表

1.6 感官评定法

由7名感官评定经验丰富的人组成评定小组,分别对软糖产品的组织状态、弹性、咀嚼性、滋味、气味等指标进行评判,采用百分制,分值分配见表2。每组产品的最后得分为7人评分的平均值,即为每组产品的感官综合评分[4-5]。具体评分标准见表2。

1.7 产品质构分析法

选取形状规则的软糖,用物性测定仪的TPA模式进行产品的弹性、强度、胶黏性、咀嚼性等测定。

1.8 产品理化检验方法

水分含量的测定,按GB/T 5009.3-2010执行。还原糖含量的测定,按GB/T 5009.7-2014执行。砷含量的测定,按GB/T 5009.11-2014执行。铅含量的测定,按GB/T 5009.12-2014执行。

1.9 产品微生物检验方法

菌落总数的测定,按GB 4789.2-2016执行。大肠菌群数的测定,按GB 4789.3-2016执行。致病菌的测定，按SN/T 2641-2010执行。

表2 明胶软糖的感官评分表

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果分析

2.1.1 明胶添加量对软糖品质的影响

明胶是一种亲水性胶体,其用量对软糖产品质构有重要影响。如图2所示,软糖的感官评分先随着明胶添加量的增大而逐渐提高,当添加量大于10%以后得分降低。这可能是因为明胶在一定浓度范围内的用量与凝胶的优良品质呈正相关关系。当明胶添加量过多时,产品的弹性和韧性会随之增加,韧性太强使得咀嚼感变差,也会使产品内部出现气泡的可能性增加。由此可知,明胶的最佳添加量为9.5%。

图2 明胶添加量对软糖感官评分的影响

2.1.2 白砂糖添加量对软糖品质的影响

白砂糖作为甜味料和软糖凝胶网络结构的填充剂,对软糖的口感和组织状态有着重要影响。当白砂糖添加量较少时,则糖浆较大,会增加产品黏度,使产品吸潮发黏;如果白砂糖添加量过多,糖会结合周围的自由水,使得糖体硬度增加,产品容易返砂且比较甜腻,降低口感。从图3可看出软糖产品感官品质随白砂糖添加量变化的趋势,白砂糖最佳添加量应为36%。

图3 白砂糖添加量对软糖感官评分的影响

2.1.3 葡萄糖浆添加量对软糖品质的影响

葡萄糖浆除了作为甜味料和软糖凝胶网络结构的填充剂,还具有调节产品中还原糖含量的作用,对软糖的口感、组织状态和保存品质都有着重要的影响[6]。在与白砂糖混合使用时,葡萄糖浆会缓解白砂糖添加不足或过量引起的品质变化。由图4可知：当葡萄糖浆添加量小于50%时,糖体糖度不足,口感有些硬和粗糙;当葡萄糖浆添加量大于54%时,糖体略显甜腻,口感较软。这主要与还原糖的抗结晶作用有关。当葡萄糖浆添加量在50%～54%时,软糖糖体的品质较稳定。因此,葡萄糖浆适宜的添加量为52%。

图4 葡萄糖浆添加量对软糖感官评分的影响

2.1.4 柠檬酸添加量对软糖品质的影响

在软糖中添加柠檬酸,除了可以平衡糖的甜度,在加热条件下还能促进白砂糖的转化,导致明胶分子的解构。可见,软糖的口感和组织状况受柠檬酸用量的影响显著。如图5所示,明胶软糖感官评分随着柠檬酸使用量的增加先逐渐提高，后又开始降低;在柠檬酸添加量为0.4%时,产品的得分最高。这可能是因为柠檬酸添加量加大时,产品的酸味加重,同时引起凝胶剂分解,使得产品质构硬度降低、黏度提高。经综合考虑,将柠檬酸最佳添加量定为0.4%。

图5 柠檬酸添加量对软糖感官评分的影响

2.2 响应面优化试验结果和分析

2.2.1 方差分析

回归分析的结果见表3,得出优化后的多项式方程:Y=+92.30-5.49×A+0.46×B-0.33×C-0.89×D-0.67×A×B-0.28×A×C+1.17×A×D-2.57×B×C-0.18×B×D-0.12×C×D-6.40×A2-3.12×B2-3.75×C2-6.57×D2由表3可知,模型的P值≤0.0001,说明该回归模型极显著,建立该模型有价值。由方差分析结果可知,对回归方程进行检验,模型的校正系数R2为0.9317,说明此模型与数据拟合度好,可用来预测实验结果。模型的一次项中A(明胶添加量)极显著。

表3 响应面试验设计及结果

续表:

二次项中A2、D2极显著,BC、B2、C2显著。4个因素对软糖感官品质影响的大小程度如下:明胶添加量>柠檬酸添加量>白砂糖添加量>葡萄糖浆添加量。响应面二次模型及其回归系数的方差分析见表4。

表4 响应面方差分析结果

注：P≤0.05 表示该指标显著,P≤0.0001表示该指标极显著

2.2.2 响应面分析

自变量B、C与响应值相关的响应面和等高线见图6。

图6 不同用量的白砂糖和葡萄糖浆交互作用下的响应面图和等高线图

响应曲面是固定的响应值对响应自变量交互作用下构成的三维空间图,可以直观反映各自变量及相互作用对响应变量的影响。响应曲面越陡峭,自变量对响应值的影响越显著[7]。等高线越接近于椭圆形,说明自变量对响应值的影响越显著;等高线越接近于圆形,说明自变量对响应值影响越不显著[8]。

从响应面曲线比较可知,只有图6的响应曲面较陡峭,呈钟罩状,且图6的等高线呈椭圆形。这说明白砂糖添加量和葡萄糖浆添加量的交互作用较显著,与表4的分析结果相同。

2.2.3 最佳工艺配方的确定和验证

通过Design Expert软件优化试验结果,得出优化的工艺配方:明胶9.28%、白砂糖36.16%、葡萄糖浆51.84%、柠檬酸0.39%。在此条件下软糖产品的感官评分为93.6。按上述优化配方进行验证实验,重复三次,制得产品的感官评分为93.4,与模拟预测值的差值为0.21%,进而验证了明胶软糖模型的可靠性。

2.3 产品的质构分析

对验证实验中代表性的产品开展TPA质构测定,测定曲线如图7所示。根据测定数据可知,枸杞明胶软糖硬度值在5000～10000,说明其大小适中[9]。根据感官评价和质构分析可知,枸杞软糖产品弹性好，韧性足,胶性小,较耐咀嚼,回复性好。

图7 软糖产品的质构图谱

3 结论

3.1 产品质量标准

3.1.1 感官指标

枸杞软糖的感官及评定结果见表5。

表5 枸杞软糖的感官品质及评定结果

3.1.2 理化指标

枸杞软糖的理化指标及检测结果见表6。

3.1.3 微生物指标

枸杞软糖的微生物指标检测结果见表7。

表6 枸杞软糖的理化指标及检测结果

表7 枸杞软糖的微生物指标及检测结果

3.2 工艺配方优化

以明胶为凝固剂可以满足枸杞软糖的加工需要。通过响应面试验可知：4个研究因素中白砂糖和葡萄糖浆交互作用影响显著;枸杞软糖的最佳工艺配方为明胶9.28%、白砂糖36.16%、葡萄糖浆51.84%、柠檬酸0.39%、柠檬酸钠0.15%、香精1mL。用此工艺配方制作的枸杞软糖呈金黄色,枸杞味浓郁,弹性好，韧性足,耐咀嚼。

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[2]杨仁明,索有瑞,王洪伦.青海不同地区枸杞微量元素分析研究[J].光谱学与光谱分析,2012,32(2):525-528.

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