莼菜水饅頭制作配方的優化

陳倩玉,申勤勤,陳 蘭,白 靜,褚之琳,汪昌保

(安徽師范大學環境科學與工程學院,安徽蕪湖 241002)

莼菜(Braseniaschreberi),俗名馬蹄草、水葵或露葵,生長于池塘、湖泊和沼澤中,是一種傳統珍稀水生野菜,有“水中人參”的美譽[1-2]。莼菜營養豐富,含有豐富的多糖和蛋白質,18種氨基酸和27種微量元素[3]。其中鋅的含量尤為豐富,鋅在莼菜各器官中均有積累,且所富集的鋅70%左右與有機化合物結合[4-5]。此外,還含有豐富的維生素A、維生素C、維生素E和少量的維生素B12[6]。同時,莼菜還有重要的藥用價值,莼菜表面的黏膠質為酸性雜多糖,具有抗癌[7]、調節免疫、抗氧化[8]、降血壓、降血糖[9]、降血脂、增強皮膚彈性和延緩皮膚衰老等功能。目前,在國內以鮮食和罐頭加工產品為主,深加工產品少且商品化程度低。賈于晶等[10]研制出的莼菜清蛋糕,鮮瑤等[9]通過對莼菜碎葉、莼菜漿、莼菜粗多糖三種莼菜處理方式研制出了莼菜保健面包,張弛等[11]研制出了莼菜保健飲料,張麗等[12]研制出了莼菜戚風蛋糕卷,這些研究為莼菜的加工利用奠定了一定的工作基礎。

近年來,水饅頭作為一種清涼爽口、老少咸宜的食品出現在了大眾面前。水饅頭晶瑩剔透,形狀美觀,味道香潤,口感幼滑,深受人們喜愛。目前國內對于水饅頭一類食品的透明外皮多以葛粉或澄粉為原料,例如吳樹錚[13]研究的紫糯番薯水晶包的外皮配方中就含有澄粉,也有一部分選擇在表皮中加入果蔬等富含膳食纖維的原料來豐富營養成分[14]。然而,水饅頭產品總體來看口感仍較單一,營養不夠豐富,目前相關產品的研制也較少,特別是以水產植物為原料的產品很少見。莼菜營養豐富,含有多糖、蛋白質、氨基酸以及多種微量元素。馬蹄含有水分、碳水化合物、蛋白質、脂肪、粗纖維、礦物質等多種營養物質[15],同時馬蹄富含多酚類、黃酮類、甾醇類、多糖類等功能活性成分,具有抗氧化、抗菌、免疫調節與抗腫瘤等多種保健功能[16-20]。菱角中含有豐富的淀粉、葡萄糖、蛋白質、維生素B和C、甾醇以及鈣、磷、鐵等成分[21],具有多種保健功能,其中抗癌方面成果顯著,此前日本學者已從菱角中提取出了高效抗癌新藥WTCC[22],另外,菱角粉有一股獨特的清香,加入水饅頭中會使水饅頭散發出菱角的清香味。葛根富含人體必需的氨基酸及鈣、鋅、銅、鎂、鐵、錳、鉀、鈉等十多種微量元素,還含有葛根素、大豆甙等黃酮類物質,具有清熱解毒、降血壓、改善循環系統、抗癌及解痙作用[23-25]。

因此,本研究選用瓊脂、馬蹄粉、菱角粉、葛根粉作為水饅頭的基體部分,利用三種粉料的優缺點進行復配達到協同增效作用,從而獲得較好的凝凍效果;選用莼菜、糖等物質為輔料來增加產品的營養價值并改善風味。最終制成營養豐富、外觀美觀、口感粉糯以及含有菱角清香的莼菜水饅頭,豐富水饅頭產品的營養和類型,同時對水饅頭制作工藝進行優化,以期為莼菜新型功能食品開發提供工作基礎和參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

莼菜 蘇州市吳中區生產;菱角粉 長沙生物博健有限公司;葛根粉 鐘祥市國森源葛粉實業有限公司;馬蹄粉 平樂宏源農業發展有限公司;瓊脂 石獅市環球瓊膠工業有限公司;白砂糖 上海金像食品有限公司;D-抗壞血酸鈉 江西德興市百勤異VC鈉有限公司;碳酸鈉 上海天越食品有限公司。

WT-型電子天平 杭州萬特衡器有限公司;HH-4型恒溫水浴鍋 江蘇金壇市億通電子有限公司;JYZ-V15型榨汁機 九陽股份有限公司;TGL-16M型、TGL-20M型臺式高速冷凍離心機 湖南湘儀實驗儀器開發有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 莼菜水饅頭制備工藝

圖1 莼菜水饅頭制作工藝

1.2.1.1 莼菜護色、熱燙 挑選出無病蟲害、無機械損傷的莼菜用清水洗干凈,瀝干之后,用2%碳酸鈉溶液進行浸泡10 min,一方面除去莼菜中的有機酸,另一方面可對莼菜進行一定程度的護色;將前處理的莼菜放入0.2%的D-抗壞血酸鈉中進行護色處理,可防止其褐變;將莼菜進行清洗之后,按照熱水莼菜比例20∶1進行熱燙,在95 ℃下熱燙45 s[26-27]。

1.2.1.2 莼菜勻漿制備 將處理好的莼菜進行榨汁處理,將濾渣用菜刀進一步剁碎后,與濾液混合均勻。

1.2.1.3 混合粉糊的制備 因為馬蹄粉、菱角粉、葛根粉在熱水中會有大部分結塊不溶化,影響成品外形,所以先用少量冷水將粉末溶解后再加入熱水。一定比例的葛根粉、菱角粉、瓊脂、白砂糖、馬蹄粉、莼菜勻漿加入水進行混合均勻后,放在100 ℃恒溫的水浴鍋中水浴3 min,讓混合粉料充分糊化。

1.2.1.4 冷卻定型 將水浴加熱后的物料趁熱倒入模具中,待其冷卻成型即可包裝。

1.2.2 瓊脂的優選試驗 瓊脂用量(瓊脂:水)以1.500%、1.625%、1.750%、1.875%、2.000%、2.125%、2.250%、2.375%分別加水調制瓊脂液[28],倒入模具制成純瓊脂水饅頭,根據感官評價得分與失水率的綜合得分確定最佳比例。

1.2.3 復合粉(馬蹄粉、菱角粉、葛根粉)比例優選

1.2.3.1 復合粉原料初步篩選 首先確定馬蹄粉、菱角粉、葛根粉單獨與瓊脂混合制備成產品的最大添加量。取水100 mL,加入瓊脂1.88%(1.2.2中確定的瓊脂:水的最佳比例),馬蹄粉用量(馬蹄粉:水)以0、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%分別加入水中,水浴加熱攪拌均勻后倒入模具冷卻成型,根據不同添加量的條件下產品脫模后的成型情況,得出馬蹄粉的最大添加量。之后按照此種方法分別進行菱角粉(用量(菱角粉:水)依次為0、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%)、葛根粉(用量(葛根粉:水)依次為0、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%)的比例優選預實驗得到各自的最大添加量。

1.2.3.2 復合粉(馬蹄粉、菱角粉、葛根粉)比例選擇 結合1.2.3.1中得出的馬蹄粉、菱角粉、葛根粉的最大添加量以及產品特性,設計單純形格子表{3,2}如表1所示進行混料試驗[29-31]。取水100 mL,加入瓊脂1.88%,之后按照表1加入各粉料用量,水浴加熱攪拌均勻后倒入模具冷卻成型,依次完成六組試驗并選取感官評價人員進行感官評價,將評分取平均值作為產品最終評分。記錄數據并用VB程序進行分析,初步獲得各粉料在單因素實驗中適宜的添加量。

表1 單純形格子實驗設計

1.2.4 單因素試驗

1.2.4.1 莼菜勻漿用量對綜合得分的影響 在100 mL水中加入瓊脂1.88%、葛根粉0.62%、馬蹄粉0.20%、菱角粉7.18%、蔗糖5.00%(蔗糖:水),莼菜勻漿的用量(莼菜勻漿:水)分別在1%、3%、5%、7%、9%的水平下,以水饅頭的感官評價得分與失水率為指標,考察不同莼菜勻漿用量對綜合得分的影響。

1.2.4.2 菱角粉用量對綜合得分的影響 在100 mL水中加入瓊脂1.88%、葛根粉0.62%、馬蹄粉0.20%、莼菜勻漿6.00%、蔗糖5.00%,菱角粉的用量分別在0、2%、4%、6%、8%的水平下,以水饅頭的感官評價得分與失水率為指標,考察不同菱角粉用量對綜合得分的影響。

1.2.4.3 蔗糖用量對綜合得分的影響 在100 mL水中加入瓊脂1.88%、葛根粉0.62%、馬蹄粉0.20%、菱角粉7.18%、莼菜勻漿6.00%,蔗糖的用量分別在2%、6%、10%、14%、18%的水平下,以水饅頭的感官評價得分與失水率為指標,考察不同蔗糖用量對綜合得分的影響。

1.2.4.4 葛根粉用量對綜合得分的影響 在100 mL水中加入瓊脂1.88%、馬蹄粉0.20%、菱角粉7.18%、莼菜勻漿6.00%、蔗糖5.00%,葛根粉的用量分別在0.0、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%的水平下,以水饅頭的感官評價得分與失水率為指標,考察不同葛根粉用量對綜合得分的影響。

1.2.4.5 馬蹄粉用量對綜合得分的影響 在100 mL水中加入瓊脂1.88%、葛根粉0.62%、菱角粉7.18%、莼菜勻漿6.00%、蔗糖5.00%、馬蹄粉的用量分別在0.00、0.15%、0.30%、0.45%、0.60%的水平下,以水饅頭的感官評價得分與失水率為指標,考察不同馬蹄粉用量對綜合得分的影響。

1.2.5 響應面試驗 為進一步優化莼菜水饅頭產品配方,選用莼菜勻漿用量(A)、菱角粉用量(B)、蔗糖用量(C)為影響因子,以莼菜水饅頭的感官評價得分與失水率為評價指標,根據Box-Beknhen中心組合實驗設計原理[32-34],進行了三因素三水平的響應面試驗。因素水平表如表2。

表2 響應面試驗因素水平設計

1.2.6 莼菜水饅頭綜合得分的計算

1.2.6.1 失水率的測定方法 將水浴加熱3 min的物料趁熱均勻倒入3個干凈的離心管中,記錄每一支帶管的樣品總質量。于室溫下(20 ℃左右)靜置3 d后,打開離心機預熱后以5000 r/min離心10 min,除去上清液,過120目篩除去離心管上層水分,稱取帶管沉淀總重量記錄數據。

失水率(%)=(樣品總質量-離心后沉淀總量)/樣品總質量×100

1.2.6.2 感官評價標準 挑選評價人選,參考表3中的評分標準進行感官評分,將評價人員給出的評分取平均值作為產品的最終感官評分。

表3 莼菜水饅頭感官評分標準

1.2.6.3 綜合得分 為制備在感官評價及持水性兩方面表現均良好的產品,將所得失水率和感官評分進行標準化后,再采用加權法進行計算綜合得分,即產品綜合得分較高意味著在感官評價和持水性上表現都相對較好,反之在某一方面表現不佳,往往也無法取得很高的綜合得分。綜合得分計算如下:

感官評價標準化后的值=(標準化前的值-最小值)/(最大值-最小值)

失水率標準化后的值=(最大值-標準化前的值)/(最大值-最小值)

綜合得分=0.5×感官得分(標準化)+0.5×失水率(標準化)

感官評價標準化前的值指的是所有感官評價人員對于試驗產品所給出的感官得分的平均值,失水率標準化前的值指的是最終計算的失水率數值,其中的最大值、最小值是一組試驗里面最終數據感官得分平均值以及失水率數值中的最大值、最小值。每組單因素試驗需進行三次重復實驗,分次進行計算綜合得分,從而得到相應因素的綜合得分均值。

1.3 數據處理

所有實驗數據均為3次平行實驗取平均值,應用Microsoft Excel 2007進行數據分析,SPSS軟件進行方差分析,Design-Expert軟件進行響應面分析。

2 結果與分析

2.1 原輔料的選擇

2.1.1 瓊脂的優選試驗 由表4可知,在瓊脂用量為1.875%時產品的綜合評分最高,此時產品質地均勻透明,口感軟硬適中富有彈性,持水度也相對較好。當瓊脂用量低于1.750%時產品持水度不佳,質地較軟,出現這種現象是因為瓊脂用量過低對水的束縛力不足[35],凝固后瓊脂結構不如用量在1.875%穩定;當瓊脂用量大于2.000%,隨著瓊脂的增多,產品質地越來越硬,但口感卻越來越不好,而瓊脂本身的腥氣加重,嚴重影響了感官評價結果,所以即使瓊脂的持水度隨著瓊脂的增多而增強,綜合評分依舊呈現下降的趨勢。所以根據表4,瓊脂用量1.875%為莼菜水饅頭中瓊脂最佳添加量。

表4 瓊脂含量對水饅頭產品品質的影響

2.1.2 復合粉原料初步篩選 經1.2.3.1的預實驗結果分析可得,100 mL水中葛根粉的最佳添加量為2%,馬蹄粉的最佳添加量為2%,菱角粉的最佳添加量為8%。葛根粉最大添加量為2%,當葛根粉添加量大于2%后產品軟塌,而且物料附著在模具內壁,無法順利脫模;馬蹄粉最大添加量為2%,添加量大于2%的產品質地過軟,咬勁差,從模具脫離后無法成型,不符合產品預期;菱角粉最大添加量為8%,用量大于8%的產品雖然依舊能夠成型,但顏色發灰,而且菱角的苦澀味會越發明顯,對產品的口感造成很大的不良影響。這三種粉的具體用量配比還需進一步采用單純形格子試驗進行分析,為了符合單純形格子混料實驗設計對于復合粉總添加量恒定的要求,三種粉的總添加量定為菱角粉的最大添加量8%,而這三種粉制備出的產品在口感、香氣、色澤上也有明顯差異,菱角粉香氣相較葛根粉、馬蹄粉更為濃郁,而且產品的凝膠強度高,彈性更好,口感更好,因此要求復合粉優選試驗中菱角粉用量不低于6%,依據上述要求制定單純性格子實驗設計表進行復合粉優選試驗。

2.1.3 復合粉(馬蹄粉、菱角粉、葛根粉)比例選擇 利用Microsoft Excel 2007處理表5數據得回歸方程系數分別為:b1=y1=6.1;b2=y2=6.3;b3=y3=6.8;b12=4y12-2(y1+y2)=4×5.6-2×(6.1+6.3)=-2.4;b13=4y13-2(y1+y3)=4×7.1-2×(6.1+6.8)=2.6;b23=4y23-2(y2+y3)=4×6.9-2×(6.3+6.8)=1.4。將計算所得到的回歸方程系數代入得到回歸方程如下:y=6.1x1+6.3x2+6.8x3-2.4x1x2+2.6x1x3+1.4x2x3,采用VB 語言程序經尋優得到在回歸方程的解為x1(葛根粉占比)=0.31;x2(馬蹄粉占比)=0.1;x3(菱角粉占比)=0.59,折合成三種粉用量可得:Z1(葛根粉用量)=0.62%;Z2(馬蹄粉用量)=0.20%;Z3(菱角粉用量)=7.18%。即經過混合粉配比優選實驗可得到葛根粉用量為0.62%,馬蹄粉用量為0.20%,菱角粉用量為7.18%。以上述各粉類用量以及瓊脂1.88%,莼菜6.00%,蔗糖5.00%的比例依據1.2.1.1中的工藝流程制備產品,進行感官評價。產品具有濃郁的菱角香氣,口感軟硬適中,但有些苦澀,存在不足,說明仍需要以單純形格子試驗得到的配比為基礎進行各因素的單因素實驗。

表5 單純形格子試驗設計結果

2.2 單因素實驗

2.2.1 莼菜勻漿用量對綜合得分的影響 如表6所示,通過方差分析可知,莼菜勻漿的添加量對莼菜水饅頭感官品質影響極顯著(P<0.01)。莼菜勻漿用量在1%～7%范圍內,感官評價得分隨著莼菜勻漿用量的增加而增加,產品失水率隨著莼菜勻漿用量增加而有所降低,因此產品綜合評分呈現上升趨勢。當莼菜勻漿用量大于7%時,由于大量膠質的存在會嚴重影響莼菜水饅頭感官品質,產品評分下降[10]。莼菜勻漿用量為7%時,產品有濃郁的莼菜清香,莼菜顆粒賦予產品特殊口感,而且持水度較好,綜合得分最高。

表6 莼菜勻漿含量對莼菜水饅頭產品品質的影響

2.2.2 菱角粉用量對綜合得分的影響 如表7所示,菱角粉的添加量對莼菜水饅頭感官品質影響極顯著(P<0.01)。菱角粉用量在0～2%范圍內,感官評價得分隨著菱角粉用量的增加而增加,產品失水率隨著菱角粉用量增加而有所降低,因此產品綜合得分呈現上升趨勢。當菱角粉用量大于2%時,由于大量菱角粉的存在會加深產品顏色,加重產品顆粒感,嚴重影響莼菜水饅頭感官品質,產品評分下降。菱角粉用量為2%時,產品口感細膩不粗糙,菱角粉賦予產品濃郁菱角清香掩蓋瓊脂腥味,而且持水度較好,綜合得分最高。

表7 菱角粉含量對莼菜水饅頭產品品質的影響

2.2.3 蔗糖用量對綜合得分的影響 如表8所示,蔗糖的添加量對莼菜水饅頭感官品質影響極顯著(P<0.01)。蔗糖用量在2%～6%范圍內,感官評價得分隨著蔗糖用量的增加而增加,產品失水率隨著蔗糖用量增加而有所降低,因此產品綜合得分呈現上升趨勢。當蔗糖用量大于6%時,由于大量蔗糖的存在會使口感過甜，掩蓋菱角粉等成分的口感,且持水率會降低,降低產品的品質[36],產品評分下降。蔗糖用量為6%時,產品甜度適中,而且持水度較好,綜合得分最高。

表8 蔗糖含量對莼菜水饅頭產品品質的影響

2.2.4 葛根粉用量對綜合得分的影響 如表9所示,葛根粉的添加量對莼菜水饅頭感官品質影響不顯著(P>0.05)。葛根粉用量在0.0～1.2%范圍內,感官評分并未出現大范圍波動,綜合得分呈先上升后下降的趨勢。葛根粉的用量為0.6%時獲得最高評分,但由于感官評價得分相差不大且失水率最終的持水性得分不是最佳值,綜合得分并不高。

表9 葛根粉含量對莼菜水饅頭產品品質的影響

2.2.5 馬蹄粉用量對綜合得分的影響 如表10所示,馬蹄粉的添加量對莼菜水饅頭感官品質影響不顯著(P>0.05)。馬蹄粉用量在0.00～0.60%范圍內,感官評分并未出現大范圍波動,綜合得分呈先上升后下降的趨勢。馬蹄粉的用量為0.45%時獲得最高評分,但由于感官評價得分以及失水率最終的持水性得分均不是最佳值,綜合得分并不高。

表10 馬蹄粉含量對莼菜水饅頭產品品質的影響

2.3 響應面試驗結果與分析

2.3.1 多元二次模型方程的建立和確定 采用單純性格子法優化的結果。利用Design Expert軟件對表11所得結果進行回歸分析,得莼菜水饅頭擬合回歸方程為Y=0.9325+0.0475A+0.0238B+0.0938C+0.0275AB+0.0625AC+0.0650BC-0.1763A2-0.0587B2-0.3238C2,決定系數R2=0.9040。對響應面模型進行方差分析,分析結果如表12所示:通過方差分析表數據可知,本實驗所選用的二次回歸方程模型顯著(P=0.0183<0.05),而失擬項不顯著(P=0.0541>0.05),這說明在顯著水平α=0.05下,本次實驗的數據是可信的,而試驗所得的二次回歸方程對于模擬該三因素三水平的優化實驗也是可行的,該模型擬合度較好,所以可以利用該二次回歸方差對產品配方進行優化。而通過表12的數據,也可以看出二次項A2(P<0.05)在5%水平下顯著,說明莼菜勻漿用量對產品品質有顯著影響;二次項C2(P<0.01)在1%水平下顯著,說明蔗糖用量對產品品質有極顯著影響。而交互項AB、AC、BC在顯著水平α=0.05下均不顯著,這說明這三個因素的交互作用對于莼菜水饅頭的品質均無顯著影響。

表11 響應面試驗設計及結果

表12 響應面試驗結果方差分析表

圖2 菱角粉用量和蔗糖用量影響綜合評分的響應面

2.3.2 響應面分析和優化驗證 利用Design Expert 軟件進行響應面分析,繪制響應面曲線圖如圖2～圖4所示。由圖2可知,產品綜合得分隨著菱角粉、蔗糖用量的增加均呈現出先增加后減少的變化趨勢,蔗糖用量的改變引起的變化比菱角粉更加顯著,而且兩者之間交互作用較弱;由圖3可知,產品綜合得分隨著蔗糖、莼菜勻漿用量的增加呈現出先增加后減少的變化趨勢,莼菜勻漿引起的變化相較于蔗糖的平緩,兩者之間交互作用較弱;由圖4可知,產品綜合得分隨著菱角粉、莼菜勻漿用量的增加呈現出先增加后減少的變化趨勢,這種變化都較為平緩,而且兩者之間交互作用較弱[37]。圖2～圖4中響應面均存在最高點,說明存在極值點,經過軟件的進一步計算分析,得出最優水平解為:A=0.146,B=0.271,C=0.186,變換為相應參數對應的理論值為:莼菜勻漿用量為7.292%,菱角粉用量為2.542%,蔗糖用量為6.744%,預測綜合得分為0.927。為驗證響應面法所得結果的可靠性,根據各因素最優水平進行三次重復試驗,實際條件為：莼菜勻漿7.29%，菱角粉2.54%，蔗糖6.74%，瓊脂1.88%，葛根粉0.62%，馬蹄粉0.20%，得感官評分為78.58±0.52,失水率為3.70%±0.30%,綜合得分為0.93±0.04,驗證試驗的綜合得分與預測綜合得分十分相近,說明模型擬合程度較好,最終產品口感滑嫩,軟硬適中,具有濃郁的菱角和莼菜的香氣,組織細膩,酸甜適口,富有韌性、彈性和咬勁,符合產品預期。

圖3 莼菜勻漿用量和蔗糖用量影響綜合評分的響應面

圖4 莼菜勻漿用量和菱角粉用量影響綜合評分的響應面

3 結論

經過單純形格子法、單因素實驗和響應面試驗,得出莼菜水饅頭的最佳配方為:(100 mL水為標準,百分比皆為占水的比例)葛根粉:0.62%,馬蹄粉:0.20%,瓊脂:1.88%,莼菜勻漿:7.29%,蔗糖:6.74%,菱角粉2.54%,綜合得分為0.93,所制得的產品口感滑嫩,具有濃郁的菱角和莼菜的香氣,組織細膩,酸甜適口,富有韌性、彈性和咬勁,產品在常溫下持水度良好。目前市場上莼菜深加工產品不足,而本產品為莼菜的應用提供了新思路。