红茶谷物冲调粉的配方优化及品质分析

周德杰,罗登欢,2,许 娜,2,3*,黄文潇,王 宇,庄 杰,夏业鲍

(1．安徽农业大学 茶与食品科技学院,安徽 合肥 230036;2.安徽农业大学 安徽省农产品加工工程实验室,安徽 合肥 230036;3．安徽农业大学 食品营养与安全研究中心,安徽 合肥 230036)

茶是一种纯天然饮料,与可可和咖啡并称世界三大无酒精饮料[1]。中国是世界茶叶主产国,产于安徽祁门县的祁门红茶位居世界三大高香茶之首,享誉世界[2]。茶具有提神、明目、解毒、消食、抗氧化、抗肿瘤、抗癌症、抗心血管疾病、抗慢性代谢疾病等多种药理作用[3-11]。

冲调粉是一种由谷类、豆类、薯类、果蔬等为主制成的方便冲调粉,属于高膳食纤维、低脂肪、低饱和脂肪酸、低胆固醇和低热量膳食,可以根据需求替代一餐或两餐,并在减少膳食能量摄入的同时,强化易缺乏维生素、矿物质、蛋白质等营养物质,满足机体营养要求[12]。近年来,人们的保健意识不断加强,单一五谷冲调粉已难满足人们的需求,而各种富含功能成分的冲调粉迅速发展[13-17],国内外研究的冲调粉有益生菌燕麦粉、哈密瓜汁粉、猴头菇粉等,但以谷物复合茶叶的冲调粉报道较少。因此本研究基于红茶的健康成分和独特风味,以红茶粉、大米粉、糙米粉为主要原料,辅以黄豆、紫薯、木糖醇、芡实、大豆分离蛋白、亚麻籽油制备复合粉。通过单因素、正交实验,响应面分析进行配方优化,并对红茶谷物冲调粉进行品质评价,以期为加茶冲调粉类新产品的开发提供依据,促进茶资源的综合利用与开发。

1 材料与方法

1.1 供试试验材料

祁门红茶粉(祥源茶业股份有限公司);大米、糙米、紫薯、黄豆(市售);芡实粉(五亩小村粗粮坊);木糖醇(山东福田药业有限公司);大豆分离蛋白(河南万邦化工科技有限公司);亚麻籽微囊粉(曼味轩生物科技有限公司)。

1.2 仪器与试剂

JM-A1002电子天平(诸暨市超泽横器设备有限公司);A11 basic分析研磨机(德国IKA);FD8-3真空冷冻干燥机(美国SIM);FS-1100D数显高速分散机(天津市顺诺仪器科技有限公司);SER148脂肪仪(意大利VELP);SX2-4-10Z马弗炉(上海博讯实业有限公司医疗设备厂);ZDDN-Ⅱ全自动凯氏定氮仪(浙江托普云农科技股份有限公司);BHH-4数显恒温水浴锅(常德比克曼生物科技有限公司);KDN-08C消化炉(浙江托普云农科技股份有限公司)。试剂均为分析纯(国药集团化学试剂有限公司)。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程 将购买原料大米、糙米、黄豆分别筛选除杂、清洗、干燥、分析研磨机研磨(每5秒停1秒)至粉末,过筛(100目)制备成粉备用;紫薯清洗、干燥、切片、浸泡10 min(复合护色剂柠檬酸、抗坏血酸、氯化钠的质量分数均为0.6%)、沥干、装袋、预冻(于-25 ℃冷冻室预冻8 h)、真空冷冻干燥(将紫薯片置于真空冷冻干燥设备中,冷阱温度为-50 ℃,干燥室压力为20 Pa,干燥24 h[18])、分析研磨机研磨(每5秒停1秒)至粉末,过筛(100目)制备成粉备用;红茶分析研磨机研磨(每5秒停1秒)至粉末,过筛(100目)制备成粉备用,将上述粉末再与市售的芡实粉、木糖醇、大豆分离蛋白、亚麻籽微囊粉按比例混合均质。预设基本配方：米粉42%、紫薯2%、红茶4%、糙米30%、黄豆11%、木糖醇5%、芡实6%、大豆分离蛋白2.5%、亚麻籽油1%。

1.3.3 单因素试验 依据冲调粉预设基本配方,以感官评价为指标,选取米粉、紫薯、红茶、糙米、黄豆、木糖醇添加量为单因素试验因子,考察米粉添加量[20](30%、36%、42%、48%和54%)、紫薯粉添加量(1%、1.5%、2%、2.5%和3%)、红茶粉添加量[21](2.5%、3%、3.5%、4%和4.5%)、糙米粉添加量(10%、15%、20%、25%和30%)、黄豆粉添加量[22](3%、7%、11%、15%和19%)、木糖醇添加量[23](5%、8%、11%、14%和17%)对营养配餐粉感官品质的影响,以筛选出6个因素的适宜添加量。

1.3.4 响应面试验 在单因素试验基础上,采用Box-Behnken原理设计三因素三水平响应面试验,来进一步优化配方。因红茶制成茶粉后苦味特征明显;糙米颗粒度较大,口感粗糙;黄豆提供优质蛋白且具有浓郁豆香和细腻顺滑的口感,三者对冲调粉的风味影响较大。中心组合设计的因素水平见表1。

表1 Box-Behnken试验因素水平表Table 1 Levels of experimental factor in Box-Behnken test

1.3.5 感官评定方法(感官评定) 取70 ℃热水,按照固液比1∶5对样品进行冲调,由固定的食品感官评定小组进行感官评定,其10名成员全部经过培训。采用百分制计分法,样品随机编号。评价员参照表2的评价指标及标准,对样品外观、冲调性、质地、风味、可接受程度5个方面进行打分,每个感官指标得分均取10人评判分数的平均值。

表2 营养配餐粉感官评价指标及评分标准Table 2 Sensory evaluation index and scoring standard of the meal replacement powder

1.3.6 基本组分的测定方法 蛋白质采用GB 5009.5—2016《食品中蛋白质的测定》凯氏定氮法测定,总淀粉采用GB 5009.9—2016《食品中淀粉的测定》酶水解法测定,脂肪采用GB 5009.6—2016《食品中脂肪的测定》索氏抽提法测定,水分按GB/T 5009.3—2016《食品中水分的测定》直接干燥法测定,总灰分按GB 5009.4—2016《食品中灰分的测定》测定。

1.4 数据处理

数据表示为平均值±标准差,利用Design Expert 8.0.6软件进行响应面分析,Microsoft Excel 2010和Origin pro 9.8.0软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 冲调工艺优化

2.1.1 水温的确定 选取50～90 ℃温水冲泡混合粉,结果见图1。随着温度的增加,冲调粉的冲调稳定性越来越好,这是由于水温上升水分子快速扩散,淀粉遇水后快速展开,黏度值增加,稳定性增加。当温度为70～90 ℃时稳定性在2%～3%,均符合指数小于5%的要求;而此时考虑到冲调粉糊的适口性和感官特性,均在70 ℃达到最佳,因此选择冲水温度为70 ℃。

2.1.2 固液比的确定 由图1可示,随着固液比中水量的增加,粉糊中每个颗粒直接与水接触的几率上升,颗粒间相互黏附降低,从而降低了结块形成,使稳定性增加。而由感官特性考察,水量过多会使冲调粉糊质地变稀,外观颜色变暗淡,且口感和风味均变差,因此综合感官特性和稳定性指数,选择固液比1∶5为最佳冲调配比。

图1 水温及固液比对冲调稳定性的影响Fig.1 Effects of temperature and ratio of liquid to solid on solution stability

2.2 营养冲调粉配方的单因素优化

2.2.1 米粉添加量的确定 为考察米粉添加量对营养配餐粉感官品质的影响,按照基本配方固定其他成分,筛选其适宜的添加量,结果见图2。米粉添加量在30%时,冲调粉米略显淡薄;添加量在36%时,冲调粉香醇厚、口感佳,分数最高;添加量高于36%后,使配方粉黏稠度增加,带来黏牙的口感,且掩盖茶香,综合评分呈下降趋势。因此,米粉添加量为36%时最适宜。

图2 米粉添加量对冲调粉的感官影响Fig.2 Sensory effects of rice flour addition on mixing powder

2.2.2 紫薯添加量的确定 按照冲调粉的预设基本配方固定其它各组分用量,设计紫薯粉添加量5个水平,分别为1%、1.5%、2%、2.5%、3%,以感官评价为指标确定紫薯粉的适宜添加量。结果见图3。随着紫薯粉添加量的增加,薯香越来越显著,粉糊紫色越凸现,口感的鲜甜度也增加,在2.5%时感官评价分数最高;添加量高于2.5%后,过多的添加使粉糊颜色变黑,影响感官,因而评分下降。选取2.5%为紫薯最适添加量。

图3 紫薯添加量对冲调粉的感官影响Fig.3 Sensory effects of purple potato addition on mixing powder

2.2.3 红茶粉添加量的确定 设计红茶粉添加量5个水平,分别为2.5%、3%、3.5%、4%和4.5%,以感官评价为指标确定红茶粉的适宜添加量,结果见图4。红茶添加量在2.5%～3.5%内,茶香逐渐凸现,给冲调粉带来良好的风味;添加量在3.5%时感官评价分数最高;添加量在4%和4.5%时评分下降,是因为过多的茶粉添加,苦涩味重,影响了冲调粉的最终风味。因此,红茶粉添加量在3.5%最适宜。

图4 红茶添加量对冲调粉的感官影响Fig.4 Sensory effects of black tea addition on mixing powder

2.2.4 糙米粉添加量的确定 同样按照冲调粉的预设基本配方固定各组分用量,设计糙米粉添加量5个水平,分别为10%、15%、20%、25%和30%,以感官评价为指标确定糙米粉的适宜添加量,结果见图5。糙米粉添加量在20%时感官评价分数最高。当糙米粉添加量少时,冲泡时糊的糊化程度不好影响口感;糙米粉添加量过多,则米香味过重,会掩盖茶香及其他原料的香气,因此,糙米粉添加量20%时最适宜。

图5 糙米添加量对冲调粉的感官影响Fig.5 Sensory effects of brown rice addition on mixing powder

2.2.5 黄豆粉添加量的确定 为了考察黄豆粉添加量对营养配餐粉感官品质的影响,按照基本配方固定其它成分,设计黄豆粉用量5个水平,分别为3%、7%、11%、15%和19%,结果见图6。黄豆添加量在11% 时感官评分最高;当黄豆添加量少时,豆香缺乏,整体风味不够醇厚;当黄豆添加量超过11%后,过多的量会产生豆腥味,亦影响综合风味。因此,黄豆粉添加量为11%时最适宜。

图6 黄豆添加量对冲调粉的感官影响Fig.6 Sensory effects of soybean addition on mixing powder

2.2.6 木糖醇添加量的确定 最后选取5个水平考察木糖醇添加量对冲调粉配方的影响,结果见图7。随着木糖醇添加量的增加,粉糊的甜味提升,当添加量过低时,甜味不能掩盖茶多酚的苦涩味;当添加量在11%时,甜、苦味口感协调、醇厚,感官评价分数最高;添加量高于11%后,木糖醇带来的甜腻口感加重,评分下降。最终确定木糖醇添加量在11%最适宜。

图7 木糖醇添加量对冲调粉的感官影响Fig.7 Sensory effects of xylitol addition on mixing powder

2.3 响应面法优化冲调粉配方

2.3.1 响应面设计及结果 依据单因素试验的结果,以红茶、糙米和黄豆等3个因素为自变量,以感官评分为响应值,使用Box-Behnken原理设计三因素三水平响应面试验,试验设计组合及结果见表3。

表3 Box-Behnken试验设计及结果Table 3 Design and results of Box-Behnken experiment

表4 回归模型的方差分析Table 4 Variance analysis of regression model

2.3.3 响应面分析及最佳工艺的确定 分析不同因素交互作用对冲调粉综合评分的影响,得到三维空间响应面,如图8所示,表示红茶粉、糙米粉和黄豆粉交互作用的响应面。从图8中可看出,感官评分的响应面趋势呈抛物线,即存在最高点,则回归方程有极大值。经软件分析知红茶谷物冲调粉的最优配方是：红茶粉3.38%、糙米粉20.92%、黄豆粉9.96%,综合得分最高为90.91。根据响应面分析的最优配方,经3次验证性试验,冲调粉的综合评分为(90.80±0.51)分。该值与理论预测值相近,说明优化后的工艺配方准确,具有实际指导意义。

图8 红茶营养配餐粉感官评分的响应面图Fig.8 Response surface diagram of sensory score of black tea meal replacement powder

2.4 红茶谷物冲调粉的营养成分分析

对优化后的冲调粉配方进行基本营养成分分析,其中总淀粉39.44%±0.01%、蛋白质7.60%±0.01%、脂肪1.99%±0.17%、灰分1.78%±0.02%、水分5.80%±0.01%。以100 g为单位,将红茶冲调粉与市售同类产品黑芝麻糊(南方黑芝麻糊)、藕粉(知味观)、高纤魔芋代餐冲调粉(五谷磨坊)、抹茶米浆(侎伽)进行能量和营养素对比,结果见表5。红茶冲调粉所含能量值较低,约为市售冲调粉的1/2;蛋白质含量与其他产品相当;脂肪含量为其他产品的1/4～1/5;碳水化合物含量为其他产品的1/2～2/3。可知该红茶冲调粉的特点是提供充分的优质蛋白质、脂肪和碳水化合物含量较低,能量较低,提供茶多酚及膳食纤维,并具有独特的红茶-谷物协调风味。

表5 红茶冲调粉与同类产品的营养对比分析Table 5 Nutritional comparison analysis of black tea powder

3 结论

本研究利用真空冷冻干燥结合高速粉碎工艺对原料进行加工,以期获得营养均衡的营养冲调粉。以感官评价为指标,通过单因素试验、Box-Behnken中心组合设计及响应面分析法对配方进行优化,最终确定冲调粉最佳配方为：糙米粉20.92%,红茶粉3.38%,黄豆粉9.96%,米粉36%,木糖醇11%,芡实粉6%,大豆分离蛋白2.5%,紫薯粉2.5%,亚麻籽油1%。此配方下的红茶营养冲调粉口味好,茶香浓郁,色泽亮丽,并复合了红茶、谷香与豆香的醇厚,具新颖、独特的风味。对冲调粉进行营养分析显示其总淀粉含量39.44%±0.01%、蛋白质含量7.60%±0.01%、脂肪含量1.99%±0.17%,灰分含量1.78%±0.02%,水分5.80%±0.01%;与市场同类产品相比,其脂肪和碳水化合物供能比极低,同时提供充足的优质蛋白质,更加适合普遍人群的膳食补充及膳食结构改善。本研究通过添加红茶粉,为冲调粉提供了营养成分,丰富其风味,为开发富含红茶的休闲食品提供参考。