糯玉米黏豆包抗老化剂配方的优化

任宇航，郑明珠，肖瑜，杨新标，封玲，林楠

（吉林农业大学食品科学与工程学院，吉林长春130118）

黏豆包是我国东北地区的一种地方特色主食，主要由糯玉米粉及红豆馅制作而成[1]。传统黏豆包在冬季大量制作，包制成型后利用低温速冻保存，食用时蒸制加热即可，具有营养均衡、耐储存、方便食用的特点，是一种典型的粗粮细作食品[2]。随着经济水平的不断提高，人们对于速冻食品食用品质的要求也逐渐提高，改善黏豆包的口感有助于进一步拓展市场。

传统黏豆包采用糯玉米粉制作，利用糯玉米粉制作的食物在冷却降温过程中由于淀粉回生食用品质会发生变化[3-6]。淀粉类食物在老化回生过程主要表现为硬度上升，这一现象的主要原因是冷却过程中淀粉分子发生了聚合。黏豆包由于淀粉的老化回生现象，导致黏豆包的偏硬，食用过程中口感不够细腻[7-8]。

通过外部添加抗老化剂是目前淀粉类食品抗老化的主要方式，食品工业领域利用亲水胶体、乳化剂、变性淀粉、多酚等对淀粉类食物进行抗老化已经有了相当广泛的应用，研究表明对不同抗老化剂进行复配使用可以取得更好的效果[9-15]。本试验通过比较不同抗老化剂对糯玉米粉糊化特性的影响，从黄原胶、卡拉胶、瓜尔豆胶、单甘脂、蔗糖酯、硬酯酰乳酸钠（sodium stiff esteryl lactate，SSL）、木薯羟丙基淀粉（hydroxypropyl tapioca starch，HPTS）、（acetylated distarch starch phosphate，ADSP）中按照种类筛选出3种效果较好的抗老化剂，研究抗老化剂添加量对糯玉米黏豆包硬度的影响，并对抗老化剂配方进行优化。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

糯玉米碴、黄原胶、卡拉胶、瓜尔豆胶、单甘脂、蔗糖酯、硬酯酰乳酸钠（SSL）、木薯羟丙基淀粉（HPTS）、木薯乙酰化二淀粉磷酸酯（ADSP）、红豆馅（均为食品级）：市售。

1.2 主要仪器

FW-100高速万能粉碎机：北京市永光明医疗仪器有限公司；DHG-9146A型电热鼓风干燥箱：上海试验仪器厂有限公司；WK2102电磁炉：广东美的生活电器制造有限公司；TA-XT plus物性测定仪：英国Stable Micro System公司；RVA-TecMasterTM快速黏度分析仪：澳大利亚Perten公司。

1.3 试验方法

1.3.1 黏豆包制作工艺流程

1.3.2 黏豆包的制作方法

黏豆包的制作方法参考董小涵等[16]的方法，并对其进行改进：

1）糯玉米用试验磨粉机粉碎后，使用80目粉筛进行过滤。筛上物重复粉碎、过筛直至所有原料均通过80目粉筛，粉碎得到的糯玉米粉放入干燥箱烘干8 h后密封保存。

2）将得到的糯玉米粉与一定比例的改良剂进行混匀。

3）向100 g糯玉米粉中缓慢加入80 g、25℃去离子水，在加水过程中不断搅拌。水全部加入后开始揉制，直至得到一个光滑的面团。

4）利用保鲜膜将光滑面团包裹起来，在23℃环境下静置20 min。

5）用面刀把面团切分成25 g左右的剂子，然后包入适量豆馅，修正黏豆包形状后置于裁剪好的笼屉纸上。

6）将制作好的黏豆包依次码入笼屉中，水开后加盖蒸制20 min。

7）黏豆包蒸制完成后，23℃下冷却15 min。

1.3.3 糯玉米黏豆包抗老化剂配方试验

1.3.3.1 糯玉米黏豆包抗老化剂筛选试验

将糯玉米粉按照亲水胶体0.05%、0.15%、0.25%；乳化剂0.05%、0.15%、0.25%；变性淀粉0.10%、0.30%、0.50%的比例分别进行混合，按照AACC Method 61-02《米粉糊化特性的测定——快速黏度仪法》进行测试。

1.3.3.2 糯玉米黏豆包抗老化剂添加量单因素试验

将糯玉米粉按照瓜尔豆胶0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%，单甘脂0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%，HPTS 0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%的比例分别进行混合。按照1.3.2的方法包制黏豆包进行蒸制后对黏豆包的质构特性测试。

1.3.3.3 糯玉米黏豆包抗老化剂响应面试验

根据单因素试验结果，利用Design-Expert 8.0.6进行响应曲面优化试验，糯玉米黏豆包抗老化剂配方，因素水平表见表1。

表1 响应面试验因素水平表Table 1 Response surface test factor level table

1.3.4 指标测定

1.3.4.1 糊化特性的测定

用快速黏度仪（rapid viscosity analyzer，RVA）快速测定其糊化特性，使用TCW（thermal cycle for windows）配套软件，进行数据采集及分析。测定过程为称样品量3.5 g（以干基计）加入测试用铝罐，向铝罐中加入25.0 mL蒸馏水，测定开始时罐内温度在50℃下保持1 min，随后以12℃/min上升到95℃，在95℃条件下保持2.7 min，逐渐降温至50℃并在此温度下保持2.0 min。测试的前10 s内搅拌桨转速为960 r/min，随后搅拌桨转速维持在160 r/min。每个样品进行3次平行试验，取平均值[17]。

1.3.4.2 质构特性测定

质地剖面分析（texture profile analysis，TPA）测试参照AACC74-09面包硬度测试（美国谷物化学协会）标准方法，探头型号为P36/R，测前速度5 mm/s，测中速度2 mm/s，测后速度5 mm/s，压缩距离40%[18]。每组样品进行3次平行试验，取平均值。

2 结果与分析

2.1 抗老化剂对糯玉米粉糊化特性的影响结果

2.1.1 亲水胶体对糯玉米粉糊化特性的影响结果

亲水胶体对糯玉米粉糊化特性的影响见表2。

表2 亲水胶体对糯玉米粉糊化特性的影响Table 2 Effect of hydrocolloid on gelatinization characteristics of waxy corn flour

如表2所示与空白组相比，糯玉米粉添加亲水胶体后衰减值与回生值明显降低。这一结果与刘敏等[19]对黄原胶和莲藕淀粉复配的研究结果相同。回生值减小，说明体系不容易老化，凝胶性能减弱；衰减值降低，表明糯玉米粉的热稳定性提高，糊化温度升高表明糊化过程受到抑制。添加亲水胶体后，亲水胶体与淀粉竞争体系中的水分，淀粉糊化过程中可利用水分降低，淀粉的糊化受到抑制，体系中直链淀粉的溶出量也因此减少，糯玉米粉的短期回生因此受到抑制。糯玉米粉回生值和衰减值降低的原因是亲水胶体与淀粉分子发生交联作用，提高了淀粉分子在空间中运动的阻力，抑制了淀粉分子的重结晶作用，缓解了糯玉米粉的老化回生趋势。根据试验数据还发现当亲水胶体添加量较多时（0.25%）时对于糯玉米粉短期老化的抑制效果减弱。综合分析亲水胶体对糯玉米粉糊化特性的影响，瓜尔豆胶对糯玉米粉的抗老化效果优于卡拉胶和黄原胶，因此选定瓜尔豆胶作为黏豆包的抗老化剂并进行单因素试验。

2.1.2 乳化剂对糯玉米粉糊化特性的影响结果

乳化剂对糯玉米粉糊化特性的影响见表3。

表3 乳化剂对糯玉米粉糊化特性的影响Table 3 Effect of emulsifier on gelatinization properties of waxy corn flour

如表3根据试验数据可以发现当加入乳化剂后，糯玉米粉的衰减值和回生值降低，糊化温度升高，这一现象与刘巧瑜等[20]研究蔗糖单酯对玉米淀粉糊化特性的影响相同。这种现象可能的原因是乳化剂与糯玉米粉的淀粉形成了对热稳定的复合物，这种复合物阻碍了淀粉颗粒的崩解，从而提高了糯玉米粉的糊化温度；乳化剂同时存在疏水基团和亲水基团可以进入淀粉颗粒的螺旋结构中并与之结合形成稳定络合物，阻碍了直链淀粉重结晶降低了糯玉米粉的衰减值和回生值，起到了对糯玉米粉的抗老化作用。根据试验数据可以得出3种乳化剂中单甘脂对糯玉米粉的抗老化效果优于蔗糖酯和SSL，因此选择单甘脂作为糯玉米黏豆包的抗老化剂并进行单因素试验。

2.1.3 变性淀粉对糯玉米粉糊化特性的影响结果

变性淀粉对糯玉米粉糊化特性的影响见表4。

表4 变性淀粉对糯玉米粉糊化特性的影响Table 4 Effect of modified starch on gelatinization characteristics of waxy corn flour

根据表4可以看出加入变性淀粉后，糯玉米粉的衰减值、回生值、糊化温度均下降，这一现象与杨景峰等[21]研究木薯淀粉合成工艺及性质的结果相同。其原因是变性淀粉相比于糯玉米淀粉更容易发生糊化，当与糯玉米粉混合后降低了整体的糊化温度；同时变性淀粉存空间位阻较大的基团，抑制了直链淀粉的重结晶趋势，从而延缓糯玉米粉的老化。通过分析变性淀粉对糯玉米粉糊化特性的影响，发现HPTS对糯玉米粉的抗老化性能优与ADSP，因此选定HPTS做为糯玉米黏豆包抗老化剂并进行单因素试验。

2.2 抗老化剂添加量单因素试验结果

2.2.1 瓜尔豆胶添加量单因素试验结果

瓜尔豆胶添加量对黏豆包硬度的影响见图1。

图1 瓜尔豆胶添加量对黏豆包硬度的影响Fig.1 Effect of the addition amount of guar gum on the hardness of sticky bean bun

如图1瓜尔豆胶加入糯玉米粉后黏豆包的硬度出现明显下降，当瓜尔豆胶的添加量为0.10%时黏豆包的硬度达到最低；继续提高瓜尔豆胶的添加量，黏豆包的硬度重新开始上升。出现这一现象可能的原因是在添加量较低时瓜尔豆胶与淀粉分子结合起到了抑制黏豆包老化回生的作用，当添加量较高时瓜尔豆胶的分子通过自身结合表现出一定的凝胶特性，使得糯玉米黏豆包的硬度重新升高。根据单因素试验结果确定糯玉米黏豆包中瓜尔豆胶的适宜添加量为0.10%。

2.2.2 单甘脂添加量单因素试验结果

单甘脂添加量对黏豆包硬度的影响见图2。

如图2当糯玉米粉中加入单甘脂后黏豆包的硬度下降，糯玉米黏豆包的硬度随着单甘脂添加量提高而降低。当单甘脂的添加量超过0.15%后糯玉米黏豆包的硬度的降低趋势逐渐平缓。由于单甘脂溶液自身不具有凝胶特性，因此单甘脂添加量较高时也不会引起黏豆包的硬度重新上升。根据单因素试验结果确定糯玉米黏豆包中单甘脂的适宜添加量为0.15%。

图2 单甘脂添加量对黏豆包硬度的影响Fig.2 Effect of the addition amount of monoglyceride on the hardness of sticky bean bun

2.2.3 HPTS添加量单因素试验结果

HPTS添加量对黏豆包硬度的影响见图3。

图3 HPTS添加量对黏豆包硬度的影响Fig.3 Effect of HPTS addition on the hardness of sticky bean bun

如图3当糯玉米粉中添加HPTS后黏豆包的硬度出现明显下降，当添加超过0.20%后糯玉米黏豆包的硬度随HPTS增加量变化趋势平缓。由于HPTS中淀粉分子发生交联减弱了凝胶特性，因此继续提高HPTS的添加量对糯玉米黏豆包的硬度不会产生明显影响。根据单因素试验结果确定糯玉米黏豆包中HPTS的适宜添加量为0.20%。

2.3 抗老化剂添加量响应面试验结果

2.3.1 响应面试验设计与结果分析

在单因素试验基础上，根据Box-Behnken试验设计原理，以黏豆包硬度值（Y）作为响应值，选取A（瓜尔豆胶添加量）、B（单甘脂添加量）、C（HPTS添加量）3个因素，进行三因素三水平的响应面优化试验，共17个试验点，响应面试验结果见表5。

2.3.2 回归模型的建立与显著性分析

运用Design-Expert 8.0.6对表5进行多元回归拟合，得到糯玉米黏豆包硬度值（Y）对自变量瓜尔豆胶添加量（A）、单甘脂添加量（B）、HPTS添加量（C）的多元回归方程：

表5 Box-Behnken试验设计方案与试验结果Table 5 Results of Box-Behnken central composite design and experiment results

对回归模型进行方差分析，结果见表6。

表6 回归模型方差分析表Table 6 Variance analysis of the developed regression equation

由表6可以看出，该二次多项式模型P值＜0.000 1，模型极显著，失拟项P值为0.159 9＞0.05，不显著，表明该回归方程拟合度较好，误差小，与实际预测值能够较好的拟合；该模型的复相关系数R2=0.998 8，校正系数R2adj=0.986 5，C.V.=0.96%说明建立的模型能够解释98.65%的响应值变化，可以用来进行黏豆包硬度值Y（响应值）的预测；通过比较各项Pr值，可以确定C、AB 为显著因素，A、B、AC、BC、A2、B2、C2极显著，通过F值的大小可以判定各因素对黏豆包硬度影响的重要性，F值越大影响程度越大，各因素对糯玉米黏豆包硬度的影响大小为B＞A＞C，即单甘脂添加量＞瓜尔豆胶添加量＞HPTS添加量。

2.3.3 响应面分析

响应面图形是响应值（糯玉米黏豆包硬度值Y）对各试验因素构成的三维曲面图，从图上可以找出最佳参数以及各参数之间的相互作用。糯玉米黏豆包硬度Y对瓜尔豆胶添加量（A）、单甘脂添加量（B）、HPTS添加量（C）所构成的三维曲面图见图4～图6。

图4 瓜尔豆胶添加量与单甘脂添加量交互作用对糯玉米黏豆包硬度的影响Fig.4 Effects of the interaction between the amount of guar gum added and the amount of monoglyceride on the hardness of waxy corn sticky bean bag

图5 瓜尔豆胶添加量与HPTS添加量交互作用对糯玉米黏豆包硬度的影响Fig.5 Effects of the interaction between the amount of guar gum added and the amount of HPTS added on the hardness of glutinous corn sticky bread

图6 单甘脂添加量与HPTS添加量交互作用对糯玉米黏豆包硬度的影响Fig.6 Effect of the interaction between the amount of monoglyceride and the amount of HPTS on the hardness of waxy corn sticky bean bag

由图4～图6可知，响应面图形是下凹、开口朝上的曲面，说明糯玉米黏豆包硬度值Y存在极值，该值为响应面的最低点。响应面图的弯曲程度代表各因素之间的交互作用对响应值的影响程度，通过图4～图6可以确定AB、BC的交互作用对响应值的影响程度大于AC，即单甘脂添加量与瓜尔豆胶添加量、HPTS添加量的交互作用对响应值的影响强于瓜尔豆胶添加量与HPTS添加量。响应面的等高线图反映了各因素之间交互作用的显著性，通过观察图4～图6发现AB、AC的等高线图相比BC更趋近于椭圆，说明AB、AC之间的交互作用强于BC，即瓜尔豆胶添加量与单甘脂添加量、HPTS添加量之间的交互作用强于单甘脂添加量与HPTS添加量。

2.3.4 响应面优化结果

通过Design-Expert 8.0.6对试验数据进行分析，预测出糯玉米黏豆包抗老化剂的最优配方：瓜尔豆胶添加量0.10%、单甘脂添加量0.15%、HPTS添加量0.20%，此时模型预测的黏豆包硬度为2 127.96 g，在此配方下进行3次验证试验，测得糯玉米黏豆包硬度为2 121.20 g，与理论预测值接近，说明该模型拟合程度较好，具有使用价值。

3 结论

分析不同添加剂对糯玉米粉衰减值与回生值的影响，确定瓜尔豆胶、单甘脂、木薯羟丙基淀粉（HPTS）的抗老化性能较好。通过单因素试验及响应面试验结果的分析，确定了糯玉米黏豆包抗老化剂的最优配方为：瓜尔豆胶0.10%、单甘脂0.15%、木薯羟丙基淀粉（HPTS）0.20%。按照这一添加比例制作糯玉米黏豆包的硬度值为2121.20 g，与空白样品相比硬度下降55.27%。