方竹筍營養配方粉優化和理化分析

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(廣東省東莞市東陽光藥物研發有限公司,廣東東莞 523850)

貴州省桐梓縣盛產的方竹筍(Bamboo shoots ofChimonobambusaquadrangularis),為禾本科竹亞科寒竹屬植物,形態圓潤,肉厚鮮美,加之在秋后出筍,季節性市場優勢明顯[1]。其營養成分豐富,含有蛋白質、脂肪、粗纖維和微量元素及多種氨基酸,是一種高蛋白、低脂肪的綠色食品[2],其富含的粗纖維,能促進胃腸蠕動,利于消化和排泄,是健身減肥的主要成分[3];方竹筍含有的黃酮和多糖,具有清除自由基、保肝、降血糖、抗疲勞及調節免疫力等生物學功效[4]。除了方竹筍營養豐富之外,杜仲雄花是一種新資源食品,其含有環烯醚萜類、苯丙素類、黃酮類等活性物質,其提取物可以作為天然的抗氧化劑[5-6]。山藥中有多糖、多巴胺、山藥堿、尿囊素、皂甙等活性成分,有降血糖、抗衰老、降血脂的作用[7]。菊芋中的菊糖有增殖人體腸道內雙歧桿菌的作用,恢復胃腸道功能,并能促進鈣、鐵的吸收[8]。燕麥中含有的β-葡聚糖能降低膽固醇,預防心血管疾病[9]。

表1 感官評價標準Table 1 The standards of sensory evaluation

目前在國內外市場中大部分的竹筍產品還是使用傳統的腌、煮、煎竹筍加工方法制成[10],在加工的過程中易導致營養流失并且降低了產品的附加值,方竹筍季節性強,保鮮難、易變質,造成了成本上升和原料浪費,這束縛了方竹筍產品的市場空間。經過工藝處理的方竹筍粉解決了上述問題。但是單純的食用方竹筍粉存在口感差和營養單一的問題,所以預實驗將方竹筍粉與十幾種藥食兩用中藥材和新資源食品進行調配,通過工藝優化,最終確定了將方竹筍與杜仲雄花、山藥、菊芋、燕麥、白砂糖、麥芽糊精、木糖醇進行復配加工。這不僅簡化了工藝路線,提高了方竹筍的利用效率,而且彌補了方竹筍與配料之間的色澤和味差,制成的配方粉香甜可口,增強了營養功效的協同作用。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

方竹筍 采自貴州桐梓;杜仲雄花 神農金康旗艦店;山藥片 福東海旗艦店;燕麥片 吉百氏旗艦店;菊芋片 沂蒙山鮮達專賣店;白砂糖 上海農豐實業有限公司;木糖醇 湖南世紀華星生物工程有限公司;麥芽糊精 湖南世紀華星生物工程有限公司;所有原料和輔料均為食品級。

中藥粉碎機及網篩(50、60、80、100目) 瑞安永利制藥機械有限公司;ME2002E/0電子天平、水分測定儀 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;電熱鼓風干燥箱 天津市泰斯特儀器有限公司;RW20機械攪拌器、加熱式磁力攪拌器 德國IKA;Vortex-genie2漩渦混合器 Scientific Industries;HH-S3數顯恒溫水浴鍋 江蘇金壇市天宏實驗儀器廠;TG16-WS高速離心機 湖南湘儀離心機儀器有限公司;UV-7504型紫外-可見分光光度計 上海欣茂儀器有限公司;電感耦合等離子體質譜(ICP-MS) 美國安捷倫;超低溫粉碎機 河北本辰科技有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1 工藝流程 新鮮方竹筍→剝皮切片→殺青→與配料(杜仲雄花、山藥、菊芋、燕麥片)分別烘干→主配料按比例混合后粉碎→超微粉碎→過60目以上篩→與按比例配好的預粉碎輔料混勻→過60目以上篩方竹筍營養配方粉

1.2.2 感官評價 感官評定小組是隨機抽取實驗室15名有過感官評定經驗的人員組成,身體健康狀況良好,感官評定實驗室清潔明亮、無噪音、無異味等外界環境因素干擾。通過用眼看、鼻嗅和口嘗方式,對食品的色、香、味和外觀形態進行綜合性的鑒別和評價。

感官評定按百分制進行,產品滋味是產品的主要考察指標,定為70分,配方粉的外觀定為30分。評定內容見表1。

1.2.3 方竹筍營養配方粉配方優化

1.2.3.1 主配料的單因素實驗 以方竹筍為主原料,杜仲雄花、山藥、菊芋粉和燕麥片為配料,依據主配料占據的比重,設置配方中的各因素的用量梯度。

設定杜仲雄花用量6 g,山藥12 g,菊芋粉10 g,燕麥片10 g,方竹筍梯度用量8、16、24、32、40、48 g進行篩選。

設定方竹筍用量24 g,山藥12 g,菊芋粉10 g,燕麥片10 g,杜仲雄花用量2、4、6、8、10、12 g進行篩選。

設定方竹筍用量24 g,杜仲雄花6 g,菊芋粉10 g,燕麥片10 g,山藥用量4、8、12、16、20、24 g進行篩選。

設定方竹筍用量24 g,杜仲雄花6 g,山藥16 g,燕麥片10 g,菊芋粉用量6、8、10、12、14、16 g進行篩選。

設定方竹筍用量24 g,杜仲雄花6 g,山藥16 g,菊芋粉10 g,燕麥片6、8、10、12、14、16 g進行分別配比。

以上采用控制單一變量的方法,固定其他4種組方的最適添加量,主原料和配料按用量進行配比,混合后粉碎,再超微粉碎,過60目篩,按照配方粉與熱水的比例為1∶3進行沖調。每組獨立配比后進行感官評價,得出各組分的適宜用量。

1.2.3.2 主配料的正交實驗 根據主配料的單因素實驗結果優化出的各組分的4個梯度用量,設計L16(45)正交實驗,按照過篩后的配方粉與熱水的比例為1∶3進行沖調,以感官評價為指標,優化出最佳的添加量組合配方。

表2 原配料添加量的L16(45)正交實驗Table 2 Factors and levels in L16(45)orthogonal array design

1.2.3.3 輔料的單因素實驗 為了保證營養配方粉的甘甜可口,易沖調,加入白砂糖、木糖醇和麥芽糊精來進行調配。

取一份最優的主配料配方粉,添加白砂糖用量4、8、12、16、20 g、木糖醇8 g和麥芽糊精12 g進行篩選。

固定白砂糖用量8 g,麥芽糊精12 g,木糖醇梯度用量4、6、8、10、12 g進行篩選。

固定白砂糖用量8 g,木糖醇6 g,梯度添加麥芽糊精4、8、12、16、20 g。

輔料按用量配比混合后粉碎,然后其與最優的主配料配方粉按照質量比1∶1進行混勻后過60目篩,其它同方法1.2.3.1。

1.2.3.4 輔料的正交實驗 根據輔料的單因素實驗結果優選出各輔料3個梯度用量,設計L9(34)正交實驗,主配料和輔料按質量比1∶1進行混勻,按照混勻后的配方粉與熱水的比例為1∶3進行沖調,以感官評價為指標,優化出最好的組合配方。

表3 輔料用量的L9(34)正交實驗Table 3 Factors and levels in L9(34)orthogonal array design

1.2.4 配方粉的物理性質測定

1.2.4.1 堆積密度的測定 在10 mL刻度離心管中,其體積記為v,加入一定量的方竹筍營養配方粉,輕敲離心管底部,直到樣品與刻度線水平,其質量記為m[11]。堆積密度計算公式:

堆積密度(g/cm3)=m/v

1.2.4.2 持水力的測定取0.5 g配方粉,其質量記為m1,置于10 mL離心管中,記下離心管和配方粉質量為m2,加入5 mL純凈水混勻后浸泡24 h,在10000 r/min條件下離心10 min,用移液槍吸出上清液,并用濾紙吸除管內的多余水分,稱管重記為m3[12]。持水力的計算公式:

持水力(g/g)=(m3-m2)/m1

1.2.4.3 溶脹性的測定 稱取方竹筍營養配方粉1.0 g,記為m,置于10 mL量筒中,記下體積v1,加5.0 mL純凈水,振蕩均勻后于37 ℃下靜置24 h,記下體積v2[13]。溶脹性的計算公式:

溶脹性(mL/g)=(v2-v1)/m

1.2.4.4 分散性的測定 燒杯內分別注入60、70、80、90 ℃蒸餾水100 mL,取配方粉5 g放入燒杯中,放在磁力攪拌器上攪拌,轉速為60 r/min,同時開動秒表計時,攪拌直至配方粉塊全部分散停止秒表,計算不同溫度下的分散時間t。

1.2.4.5 持油力的測定 取0.5 g方竹筍營養配方粉,記為w1,置于10 mL的離心管中其質量記為w2,加入3 mL的色拉食用油,浸泡24 h后,在10000 r/min條件下離心5 min,用移液槍吸出上清油液,稱重記為w3。持油力的計算公式:

1.2.4.6 濕潤性的測定 濕潤性的測定采用莫爾檢測法檢測配方粉的濕潤性。燒杯內分別注入60、70、80、90 ℃蒸餾水100 mL,在燒杯邊緣放置一漏斗,漏斗內放10 g配方粉,底部開口處用研棒堵上,提起研棒,開動秒表,配方粉全部濕潤時停止秒表,記下時間t[14]。

1.2.5 配方粉的營養成分測定方法 蛋白質:參照GB/T 14489.2-2008《糧油檢驗 植物油料粗蛋白質的測定》的方法[15];脂肪:參照GB/T 5009.6-2003《食品中脂肪的測定》的索式抽提法進行檢測[16];總糖:按GB/T 15672-2009 《食用菌中總糖含量的測定》的方法進行檢測[17];多糖:按SN/T 4260-2015《出口植物源食品中粗多糖的測定苯酚-硫酸法》進行檢測,樣品不包含蔗糖、木糖醇和麥芽糊精的含量[18];膳食纖維:按GB 5009.88-2014《食品中膳食纖維的測定》方法測定總膳食纖維含量[19];總黃酮:配制蘆丁標準液,制得標準回歸曲線方程:y=12.9987x-0.0158,R2=0.9993,采用乙醇熱回流提取法[20],進行總黃酮的提取,在波長510 nm處測定吸光值,根據回歸方程計算總黃酮含量;礦物元素:電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)法測定[21]。

1.3數據統計分析

數據采用SPSS Software Ver. 22.0進行正交實驗設計和方差分析(Duncan’s新復極差法,p<0.05)和相關性分析(Pearson法,p<0.05)。

2 結果與分析

2.1主配料用量的單因素實驗

由圖1A可知,當方竹筍用量為24 g時,感官評分最高,低于24 g時,方竹筍感官評價隨著用量的增加而變高,因為方竹筍固有的香味遮掩了澀味;在32 g后,下降加快,因為方竹筍澀味增加且遮擋了配料的香味和色澤。

由圖1B可知,杜仲雄花用量的逐漸增加感官評分越高,在6 g時達到最高,在調配好的配方粉的近黑芝麻色和口感比較適宜;用量為12 g時,評分下降明顯,色澤變深,澀味上升是導致評分降低的原因。

由圖1C可知,山藥添加量16 g時評分最高,在其之前,評分緩慢升高,之后下降明顯,山藥口感遮蓋了其他主配料口感。

由圖1D可知,菊芋粉的添加量小于10 g感官評價呈緩慢升高趨勢,在大于10 g呈下降趨勢,隨著添加量的增加,配方粉在沖調時的黏度變大。

由圖1E可知,燕麥片用量在10 g時最好,之后隨著添加量的升高,評分降低,燕麥片遮蓋了其他主配料口感。

圖1 主配料的單因素實驗Fig.1 Single factor experim ents of the raw material and ingredients on sensory evaluation

表4 L16(45)正交實驗結果和分析Table 4 Results of L16(45)orthogonal experiments and analysis

2.2主配料用量的正交實驗結果

通過單因素實驗確定了各主配料的最適用量,根據評分高低,每個物料優選出4個用量作為正交實驗水平。

如表4所示,根據R值,影響感官評價的主配料因素的大小順序為方竹筍>杜仲雄花>燕麥片>菊芋>山藥;得出最好的組合是A2B3C3D3E2。然而直接從評分來看,最好的組合是A2B3C1D4E4,所以對兩個組合進行驗證實驗,A2B3C3D3E2得分89分,A2B3C1D4E4評為84分。方竹筍和杜仲雄花對口感和色澤影響很大,方竹筍有一定的澀味,與竹筍中含有的可溶性單寧含量有關系[22],菊芋粉和燕麥片含量增加,粉的黏度增大,不易粉碎,有沙粒感。故最優的配方為:方竹筍16 g,杜仲雄花8 g,山藥12 g,菊芋粉12 g,燕麥片8 g。

2.3輔料用量的單因素實驗結果

篩選出主配料的最佳用量后,對配方粉的輔料用量進行單因素篩選。從圖2A可知,白砂糖用量在8 g時,配方粉的感官評分最高,隨著用量增加,口感太甜,分值降低。從圖2B可以看出,木糖醇的用量在6～8 g時分值變化不大,因為木糖醇甜度較低,對整個甜度影響較小,但是清涼感覺較為突出,用量過大時,遮蓋了主配料的味道。從圖2C得出,麥芽糊精用量12 g時,評分最高,之后,用量提高分值迅速下降,表明過量會導致調和配方粉時色澤變淡。

圖2 輔料的單因素實驗Fig.2 Single factor experiments of auxiliary materials on sensory evaluation

2.4輔料用量的正交實驗結果

按照最佳的主配料組合與輔料組合配比按照1∶1進行配比篩選,每種輔料優化出3個正交實驗水平,進行感官評價。

表6 方竹筍營養配方粉物理特性測定結果Table 6 Determination results of physical properties of nutrient formula powder

注:不同字母表示差異顯著(p<0.05),下同。

從表5可以得出,根據極差值,影響感官評價得分高低的因素按順序排列為白砂糖>麥芽糊精>木糖醇,最好的組合是F1G2H2。然而直接從評分來看,最好的組合是F1G2H3,所以對兩個組合進行驗證實驗,得出F1G2H2和F1G2H3分別為93分和91分,所以最佳的配比為白砂糖8 g,木糖醇8 g,麥芽糊精8 g。通過添加木糖醇、白砂糖削弱了產品的澀味,使產品的口感更為適宜[23]。麥芽糊精增加了配方粉的流動性,用量增加但口感和色澤變化微小。綜上所述,得出方竹筍營養配方粉最優的配方組合是:方竹筍16 g,杜仲雄花8 g,山藥12 g,菊芋粉12 g,燕麥片8 g,白砂糖8 g,木糖醇8 g,麥芽糊精8 g。

表5 輔料用量的L9(34)正交實驗設計和結果Table 5 Results of L9(34)orthogonal array design experiments and analysis for sensory evaluation

2.5方竹筍營養配方粉的物理特性

2.5.1 在不同目數下配方粉的堆積密度、持水力、溶脹性和持油力的測定 由表6可知,方竹筍營養配方粉的堆積密度、持水力、溶脹性和持油力在p<0.05的水平上差異顯著。100目時堆積密度最低,60目時最高,目數和堆積密度不成反比關系。持水力和溶脹性隨著目數的增大而增大,說明粒徑變小,表面積增大,吸水能力變強。在目數小于100目,其持水力和溶脹性隨著目數的增大而增大;這和研究結論粒徑大于150 μm的竹筍膳食纖維粉末,其持水力、膨脹力隨著粒徑的減小而增大[24]相一致。100目持油力最大為1.0667 g/g;據研究,方竹筍殘渣的持水力、溶脹性和持油力是本次測定數值的5～7倍[25],說明方竹筍粉在改善配方粉的物理特性上起到重要作用。持水力高,有利于防止便秘;溶脹性好,能引起飽腹感,從而預防肥胖;持油力高,吸附脂肪的能力增強[26]。

表7 方竹筍營養配方粉營養成分含量和配料的營養成分的比較Table 7 Comparison of nutrient composition content between nutritious formula powder of bamboo shoots of Chimonobambusa quadrangularis and ingredients

表8 方竹筍營養配方粉中的礦物元素含量Table 8 Comparison of mineral element content between nutrient formula powder and bamboo shoots of Chimonobambusa quadrangularis

2.5.2 在不同溫度下配方粉的分散性和濕潤性的測定 從圖3看出,方竹筍營養配方粉的分散性和濕潤性有大致相同的曲線走勢,隨著溫度的升高,濕潤性和分散性逐漸降低;因水溫加快了水分子在顆粒內的擴散過程。在p<0.05時,80和90 ℃差異不顯著,時間差異較小,所以80 ℃的熱水達到較好的沖調效果。使用沸水促使糊化淀粉的氫鍵迅速作用,不利于水分的滲透和配方粉的溶解[27]。

圖3 在不同溫度下配方粉的濕潤性和分散性Fig.3 Wetting ability and dispersibility of nutrient formula powder under different temperature

2.6方竹筍營養配方粉的營養成分測定

從表7看出,雖然杜仲雄花在營養方面較好,但是每天的限量標準≤6克/天。方竹筍營養配方粉中總糖和多糖的含量最高,分別是77.00%、20.21%,可有效減少糖的攝入量,蛋白質、脂肪、黃酮和膳食纖維的含量居中,恰能起到均衡營養的作用。

從表8中得出,方竹筍營養配方粉和方竹筍粉中含量最高的元素是K,最低的是Cu。除K和Na含量低于單一方竹筍粉的含量外,其他5種元素均高于方竹筍粉的含量,這說明該配方有利于補充單一原料的礦物元素含量不足的問題。

3 結論

本文通過單因素和L16(45)和L9(34)正交實驗,篩選出最佳的組分含量是:方竹筍16 g,杜仲雄花8 g,山藥12 g,菊芋粉12 g,燕麥片8 g,白砂糖8 g,木糖醇8 g,麥芽糊精8 g。在對方竹筍營養配方粉不同篩目下的物理特性進行測定,得到在100目下,其持水力、溶脹性和持油力最好,堆積密度最小。在比較不同溫度下分散性和濕潤性的結果發現,在80 ℃時和90 ℃時差異不顯著,水溫越高時沖調越不方便,所以80 ℃作為沖調的最佳溫度。通過對配方粉的營養成分測定,確定了該配方可以有效補充單一配方營養成分含量不均衡和礦物元素含量不足的問題。方竹筍營養配方粉的開發解決了鮮筍保鮮難、物料不可持續利用、營養單一、口感差等問題。但是,杜仲雄花是一種較為珍貴的藥用花粉資源,在配方粉中的添加量較高,導致該產品的成本偏高,這是在今后的配方改進中需要解決的問題。

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