不同改良劑對木薯粉圓品質(zhì)的影響

徐 露, 蔡淑玉, 陳樂宜, 余以剛

(華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)院,廣州 510640)

近年來,奶茶企業(yè)爆發(fā)式增長,據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的研究報告顯示,2020年我國奶茶門店數(shù)超過60萬家[1],在眾多奶茶飲品中,珍珠奶茶占據(jù)重要地位[2]。粉圓是珍珠奶茶中不可或缺的輔料,是以木薯淀粉為主要原料制成的直徑約為10 mm的圓球,粉圓熟制后外表晶瑩剔透,口感軟糯有嚼勁。木薯淀粉的品質(zhì)特性直接影響粉圓的品質(zhì)。木薯淀粉具有糊化溫度低,黏度大,透明度高和凍融穩(wěn)定性較優(yōu)的特點,但在實際生產(chǎn)應(yīng)用中,天然木薯淀粉在剪切穩(wěn)定性、黏彈性和老化性等方面存在不足[3],限制了粉圓品質(zhì)的提升。簡單配方(僅木薯淀粉和水)制成的粉圓在煮制之前結(jié)構(gòu)松散且表面較粗糙,煮制時固形物易溶出,蒸煮耗時長,煮后口感缺乏彈性,容易老化變硬,因此改善粉圓食用品質(zhì)和蒸煮性能是目前亟待解決的問題。

有關(guān)添加改良劑以改善淀粉加工制品品質(zhì)的研究有很多,已研究的改良劑類型有親水膠體[4]、脂質(zhì)[5]、多酚[6]、變性淀粉[7]和蛋白質(zhì)[8]等。目前,研究較多的粉圓品質(zhì)改良劑有黃原膠[9]、魔芋粉[10]、結(jié)冷膠[11]等親水膠體,醋酸酯淀粉[12]、羥丙基二淀粉磷酸酯[13]等變性淀粉,鮮見將多酚應(yīng)用于粉圓的研究,但多酚與淀粉的相互作用受到研究人員的廣泛關(guān)注[14,15],研究發(fā)現(xiàn)多酚能與支鏈淀粉通過氫鍵相互作用,阻礙了支鏈淀粉分子有序結(jié)構(gòu)的形成,從而改變淀粉凝膠結(jié)構(gòu),在粉圓的改良方面有極大的應(yīng)用潛力。此外,相比于單一改良劑,復(fù)合改良劑在品質(zhì)優(yōu)化方面往往更有優(yōu)勢[16],通過將不同類型的改良劑復(fù)配,不僅能減少添加量,而且能夠增強品質(zhì)改良的綜合效果。

研究親水膠體(黃原膠、瓜爾膠、羧甲基纖維素)、變性淀粉(羥丙基二淀粉磷酸酯、醋酸酯淀粉)和多酚(茶多酚、單寧酸、原花青素)對粉圓質(zhì)構(gòu)特性和蒸煮特性的影響,并從中篩選出合適的改良劑,在此基礎(chǔ)上探究復(fù)配改良劑對粉圓品質(zhì)的改善效果,以期得到粉圓品質(zhì)改良劑的最佳配方,為優(yōu)質(zhì)粉圓的生產(chǎn)與開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

木薯淀粉(純度95%以上);黃原膠、瓜爾膠、羧甲基纖維素、羥丙基二淀粉磷酸酯、醋酸酯淀粉、單寧酸、茶多酚、原花青素,食品級。

1.2 主要儀器與設(shè)備

WK2102T型電磁爐,GZX-9023型電熱溫鼓風(fēng)干燥箱,TAXT PLUS型物性分析儀,TG 16G型高速冷凍離心機,SPX-250B-Z型恒溫培養(yǎng)箱。

1.3 實驗方法

1.3.1 粉圓的制備

將9種改良劑溶于水,分別與木薯淀粉混合,固定水的添加量為45%,添加量均按木薯淀粉質(zhì)量百分比計。所有原料充分混勻后揉搓成直徑約為10 mm的圓球,制作成型的生粉圓密封于自封袋中,室溫保存待用。

1.3.2 粉圓配方優(yōu)化

1.3.2.1 單因素實驗

根據(jù)預(yù)實驗,設(shè)計親水膠體(黃原膠、瓜爾膠、羧甲基纖維素)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%(不添加其他改良劑,下同),變性淀粉(羥丙基二淀粉磷酸酯、醋酸酯淀粉)質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%、10%、15%、20%、25%,多酚(茶多酚、單寧酸、原花青素)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%,考察改良劑對粉圓質(zhì)構(gòu)和蒸煮特性的影響。

1.3.3.2 響應(yīng)面實驗

根據(jù)單因素實驗的結(jié)果,從3類改良劑中各選出1種,用Box-Behnken模型設(shè)計三因素三水平實驗。利用主成分分析法[17],將影響粉圓品質(zhì)的多個指標(biāo)降維并轉(zhuǎn)化成規(guī)范化綜合得分,并將規(guī)范化綜合得分作為響應(yīng)值,對實驗結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)面分析,得到粉圓改良劑的最佳配方。

1.3.3 粉圓品質(zhì)指標(biāo)的測定

1.3.3.1 質(zhì)構(gòu)的測定

參照吳邱靜等[18]的方法,稍作改動。將煮后的粉圓用物性分析儀進(jìn)行TPA質(zhì)構(gòu)測試,測定粉圓的硬度、彈性和內(nèi)聚性。探頭型號選擇P50,測試參數(shù)設(shè)置為:測前速度2 mm/s,測中速度和測后速度1 mm/s,停留時間2 s,壓縮50%,觸發(fā)力5 g,測定5組平行,結(jié)果取平均值。

1.3.3.2 蒸煮特性的測定

稱取約20 g木薯粉圓(m1),加入500 mL沸水中,蓋蓋煮制,通過觀察粉圓白心的消失的時間確定粉圓的最佳蒸煮時間[19]。將煮后的粉圓撈出,用去離子水漂洗后,吸干表面水分并稱質(zhì)量,記為m2,根據(jù)煮制前后粉圓的質(zhì)量差計算粉圓的干物質(zhì)吸水率。收集煮后的水和漂洗用水,待冷卻至室溫后轉(zhuǎn)移至500 mL容量瓶定容,從中取50 mL倒入已恒重的250 mL燒杯(m3)中,將燒杯中的水蒸發(fā)至近干,放入105 ℃烘箱內(nèi)干燥,恒重后稱量燒杯質(zhì)量,記為m4,干物質(zhì)吸水率和蒸煮損失率的計算公式為:

干物質(zhì)吸水率=m2-m1m1×100%

蒸煮損失率=100×(m4-m3)m1×100%

式中:m1為粉圓質(zhì)量/g;m2為煮后粉圓質(zhì)量/g;m3為恒重后燒杯的質(zhì)量/g;m4為燒杯和損失的干物質(zhì)的質(zhì)量總和/g。

1.3.3.3 感官評價

基于咨詢調(diào)查法和模糊數(shù)學(xué)二元對比法,建立粉圓感官評價細(xì)則,詳見表1。參考相關(guān)文獻(xiàn)中感官評價的方法[20,21],組織成立10人評價小組,并對粉圓的感官品質(zhì)進(jìn)行評價,評價組成員對粉圓各指標(biāo)按優(yōu)、良、中、差進(jìn)行評定,各等級對應(yīng)的分值分別為90、70、45、15。

表1 粉圓感官評價標(biāo)準(zhǔn)

1.3.3.4 菌落總數(shù)的測定

將生粉圓儲存于密封袋中,在4 ℃冰箱內(nèi)保藏0、1、3、5、7 d后測定菌落總數(shù),方法參照GB 4789.2—2016。

1.4 分析方法與數(shù)據(jù)處理

1.4.1 主成分分析

對響應(yīng)面各實驗組的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析[22,23],得到粉圓各指標(biāo)的特征值、貢獻(xiàn)率,對特征值大于1的因子提取主成分[23],根據(jù)主成分公式計算各實驗組的綜合得分和規(guī)范化綜合得分,計算公式為:

F=(F1Y1+F2Y2+F3Y3)/C

Z=(F-Fmin)/(Fmax-Fmin)

式中:F為綜合得分;F1、F2、F3分別代表3個主成分的得分;Y為各主成分的特征值;C是累積特征值;Z為規(guī)范化綜合得分;Fmax和Fmin分別代表綜合得分中的最大值和最小值。

1.4.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

所有數(shù)據(jù)至少平行測定3次,以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用IBM SPSS Statistics 22的單因素方差分析進(jìn)行顯著性分析和再通過因子分析進(jìn)行主成分分析,借助Design-Expert 8.0.6.1處理響應(yīng)面實驗結(jié)果,利用Origin 2021軟件制圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 粉圓改良劑配方的單因素實驗結(jié)果

2.1.1 不同親水膠體對粉圓品質(zhì)的影響

由表2可以看出,不同親水膠體對粉圓質(zhì)構(gòu)特性影響不同,3種親水膠體均顯著降低了粉圓的硬度(P<0.05),這可能是因為親水膠體與木薯淀粉間形成的氫鍵抑制了直鏈淀粉之間以及支鏈淀粉之間的相互作用[24],從而使凝膠結(jié)構(gòu)變得松散,從而改變了木薯淀粉凝膠結(jié)構(gòu),使粉圓更加質(zhì)構(gòu)更加松軟[25]。親水膠體對粉圓硬度的影響次序為:羧甲基纖維素>黃原膠>瓜爾膠。親水膠體與淀粉的相互作用與各膠體的分子質(zhì)量和交聯(lián)程度有關(guān)[26],且具有濃度依賴性[27]。隨著黃原膠和瓜爾膠的添加,粉圓的彈性略有降低,而羧甲基纖維素對粉圓的彈性影響的趨勢不顯著。黃原膠和羧甲基纖維素的加入對粉圓的內(nèi)聚性有較好的改善作用,瓜爾膠對粉圓內(nèi)聚性的影響不顯著(P>0.05)。3種親水膠體均減小了粉圓蒸煮后的干物質(zhì)吸水率和蒸煮損失率,延長了最佳蒸煮時間,推測是親水膠體使粉圓凝膠結(jié)構(gòu)更加致密,煮制時水分流動受阻。一般來說,蒸煮損失率與蒸煮品質(zhì)呈負(fù)相關(guān)[28],羧甲基纖維素添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30%時,蒸煮損失率最低,為41.19%,比對照組低了21.86%,可見3種親水膠體中,羧甲基纖維素對粉圓蒸煮特性的改良效果更優(yōu)。

表2 不同親水膠體對粉圓質(zhì)構(gòu)和蒸煮特性的影響

綜合考慮,選用羧甲基纖維素作為粉圓的品質(zhì)改良劑之一,選擇添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.20%～0.40%進(jìn)行后續(xù)復(fù)配改良劑響應(yīng)面實驗。

2.1.2 不同變性淀粉對粉圓品質(zhì)的影響

由表3可以知,羥丙基二淀粉磷酸酯和醋酸酯淀粉的添加均增大了粉圓的硬度和彈性,變性淀粉對粉圓彈性的影響次序為:羥丙基二淀粉磷酸酯>醋酸酯淀粉。這是因為兩者均為化學(xué)變性淀粉,其淀粉分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,變性淀粉的添加可能使粉圓凝膠體系中,出現(xiàn)了新的網(wǎng)絡(luò),從而增強了粉圓的硬度和彈性。這與毛慧佳等[29]研究發(fā)現(xiàn)的羥丙基二淀粉磷酸酯增大了湯圓的硬度,提高了其耐煮性的結(jié)果一致。隨著羥丙基二淀粉磷酸酯添加量的增加,粉圓內(nèi)聚性先降后增,而醋酸酯淀粉使粉圓內(nèi)聚性不斷減小。與親水膠體相似的,變性淀粉的添加減小了粉圓的干物質(zhì)吸水率和蒸煮損失率,改善了粉圓的蒸煮品質(zhì)。羥丙基二淀粉磷酸酯的添加使粉圓的最佳蒸煮時間先減后增,添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時,最佳蒸煮時間最小,為57.07 min。

表3 不同變性淀粉對粉圓質(zhì)構(gòu)和蒸煮特性的影響

綜合考慮,選擇羥丙基二淀粉磷酸酯作為粉圓的品質(zhì)改良劑之一,選擇添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%～15%進(jìn)行后續(xù)復(fù)配改良劑響應(yīng)面實驗。

2.1.3 不同多酚對粉圓品質(zhì)的影響

由表4可知,多酚的添加減小了粉圓的硬度,但對粉圓彈性影響不顯著(P>0.05)。3種多酚對粉圓硬度的影響次序為:茶多酚>原花青素>單寧酸,這與多酚的組成成分及與淀粉作用形式有關(guān)[30]。此外,多酚的添加也改善了粉圓的彈性和內(nèi)聚性,唐煜括等[31]發(fā)現(xiàn)茶多酚的添加會降低米粉的硬度并保持其彈性,與本實驗實驗結(jié)果相似。在蒸煮特性方面,與親水膠體和變性淀粉不同的是,3種多酚均增大了粉圓的干物質(zhì)吸水率和蒸煮損失率,其中單寧酸對其影響最大,茶多酚的影響最弱,這可能是多酚的添加使粉圓凝膠體系更加松散,促進(jìn)了水分在粉圓凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的擴散和遷移[32],致使粉圓蒸煮特性變差。

表4 不同多酚對粉圓質(zhì)構(gòu)和蒸煮特性的影響

綜合考慮,選擇茶多酚作為粉圓的品質(zhì)改良劑之一,選擇添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.20%～0.40%進(jìn)行后續(xù)復(fù)配改良劑響應(yīng)面實驗。

2.2 粉圓改良劑復(fù)配的響應(yīng)面實驗結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面實驗結(jié)果分析

根據(jù)單因素實驗的結(jié)果,選取羧甲基纖維素、羥丙基二淀粉磷酸酯和茶多酚作為響應(yīng)變量,實驗因素水平表見表5,利用Box-Behnken模型對粉圓配方進(jìn)行響應(yīng)面設(shè)計,響應(yīng)面實驗結(jié)果見表6。

表5 響應(yīng)面實驗因素與水平

表6 響應(yīng)面實驗設(shè)計與結(jié)果

2.2.2 粉圓主成分分析

對粉圓硬度、彈性、內(nèi)聚性、干物質(zhì)吸水率、最佳蒸煮時間和蒸煮損失率進(jìn)行主成分分析,分析數(shù)據(jù)后得到的KMO值為0.661,Bartlett球形檢驗極顯著(P<0.01),說明各因子之間有較高相關(guān)性,適用主成分分析法處理。粉圓品質(zhì)主成分的特征值和貢獻(xiàn)率見表7。前3個主成分的累計貢獻(xiàn)率達(dá)85.696%,能夠比較全面的代表粉圓的品質(zhì)信息,再根據(jù)表8可得:代表第1主成分的是蒸煮損失率和硬度,代表第2主成分的是內(nèi)聚性和彈性,代表第3主成分的是干物質(zhì)吸水率和最佳蒸煮時間。根據(jù)特征向量系數(shù)進(jìn)一步計算得到3個主成分的得分,根據(jù)各主成分貢獻(xiàn)率得到綜合得分,對其規(guī)范化處理后進(jìn)行排名,結(jié)果見表9。

表7 粉圓品質(zhì)主成分特征值及貢獻(xiàn)率

表8 主要指標(biāo)的特征向量表

表9 主成分得分值與規(guī)范化綜合得分

2.2.3 改良劑配方的響應(yīng)面回歸分析

粉圓規(guī)范化綜合得分對3個響應(yīng)變量的二次多項回歸模型為:Z=0.82-0.05A+0.027B+0.15C-0.014AB-0.11AC+0.056BC-0.45A2-0.31B2+0.079C2,如表10所示,此回歸模型極顯著(P<0.01),失擬項P值為0.56>0.05,模型擬合度較好。模型決定系數(shù)R2=0.941 4,矯正決定系數(shù)Radj2=0.866 1,說明模型具有統(tǒng)計學(xué)意義,可用以分析和預(yù)測粉圓配方的綜合得分。

表10 響應(yīng)面回歸模型方差分析

在3個一次項中,茶多酚對綜合得分影響極顯著(P<0.01),羧甲基纖維素(A)和羥丙基二淀粉磷酸酯(B)以及三者的交互作用均不顯著(P>0.05),根據(jù)一次項F值越大,P值越小,則對結(jié)果影響越大的原則,得出3種改良劑對粉圓綜合得分影響的順序為:茶多酚(C)>羧甲基纖維素(A)>羥丙基二淀粉磷酸酯(B)。

根據(jù)各因素的交互作用,羧甲基纖維素和羥丙基二淀粉磷酸酯(AB)的響應(yīng)面圖為開口向下的拋物線曲面,且坡面較平緩,說明在實驗范圍內(nèi),響應(yīng)面存在極大值,但兩者的交互作用對粉圓綜合評分的影響并不顯著,這與方差分析的結(jié)果一致。從另外兩組的交互圖可以看出,茶多酚含量越高,綜合得分越大,羧甲基纖維素和羥丙基二淀粉磷酸酯對綜合得分影響的趨勢相似,即隨著濃度的增加,粉圓綜合得分先增后減。

2.2.4 驗證實驗

確定粉圓的最優(yōu)配方為(質(zhì)量分?jǐn)?shù)):羧甲基纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.28%,羥丙基二淀粉磷酸酯添加量10.62%,茶多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.40%,此時模型預(yù)測的規(guī)范化得分為1.07。調(diào)整配方為羧甲基纖維素添加量0.30%,羥丙基二淀粉磷酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.00%,茶多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.40%,在該條件下進(jìn)行3次實驗驗證,取平均值,測得粉圓的硬度205.12 g,彈性0.903,內(nèi)聚性0.882,干物質(zhì)吸水率153.55%,最佳蒸煮時間69.28 min,蒸煮損失率35.69%,計算得到規(guī)范化綜合得分為1.02,與預(yù)測結(jié)果基本一致,說明該回歸模型與實際情況擬合良好,且符合實際。

為進(jìn)一步驗證響應(yīng)面實驗結(jié)果,對僅添加了單一改良劑以及添加復(fù)配改良劑后制得的粉圓進(jìn)行感官評價,結(jié)果見圖1。3種改良劑均能提高粉圓的感官評分,加入羧甲基纖維素、羥丙基二淀粉磷酸酯和茶多酚后粉圓的感官評分較對照組分別提高了12.02%、16.03%和5.68%,說明羥丙基二淀粉磷酸酯在改善粉圓感官品質(zhì)特性方面效果最優(yōu)。復(fù)配組粉圓感官得分為80.76分,較對照組提高了28.70%,即3種改良劑復(fù)配后對粉圓品質(zhì)具有協(xié)同增效作用,與響應(yīng)面結(jié)果一致。此模型可用以評估本實驗中3個因素對粉圓品質(zhì)的影響,對粉圓改良劑的選擇具有一定的參考價值。

圖1 不同配方組別粉圓的感官評分

2.3 配方優(yōu)化后粉圓的儲藏特性

2.3.1 生粉圓儲存期間菌落總數(shù)的變化

圖2是對照組以及添加單一改良劑和復(fù)配改良劑的生粉圓在4 ℃下儲藏0、1、3、5、7 d后菌落總數(shù)的變化,根據(jù)GB 2713—2015,將1×106cfu/g設(shè)為粉圓菌落總數(shù)可接受上限。結(jié)果顯示,隨著儲藏時間的延長,各組菌落總數(shù)均不斷增大,在儲藏7 d時,對照組的菌落總數(shù)(1.22×106cfu/g)超標(biāo),添加茶多酚和復(fù)配改良劑的粉圓菌落總數(shù)遠(yuǎn)低于限值,也顯著低于其他組別(P<0.05),說明復(fù)配的改良劑能有效減緩粉圓體系內(nèi)的微生物繁殖速度,其中起抑菌作用的主要成分可能是茶多酚[33],值得注意的是,復(fù)配組的菌落總數(shù)高于茶多酚組,可能是羧甲基纖維素和羥丙基二淀粉磷酸酯提高了體系黏度,阻礙了茶多酚的釋放[34],從而削弱了茶多酚的抑菌效果。

圖2 不同配方粉圓儲藏過程中的菌落總數(shù)

2.3.2 熟粉圓儲存期間硬度的變化

硬度是粉圓食用品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。由圖3可見,在室溫保藏24 h期間,2組粉圓的硬度均隨著時間的延長,不斷增大,這是由于木薯淀粉中的直鏈淀粉和支鏈淀粉發(fā)生重結(jié)晶[35],粉圓凝膠體系出現(xiàn)了不可逆的老化現(xiàn)象[36]。而與對照組相比,復(fù)配優(yōu)化組不僅減小了粉圓的初始硬度,而且減緩了粉圓在儲藏過程中老化的速度,說明復(fù)配改良劑有延緩粉圓老化的作用。

圖3 對照組和配方優(yōu)化組熟粉圓在儲藏過程中硬度的變化

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明,親水膠體、變性淀粉和多酚的添加均影響了粉圓的質(zhì)構(gòu)和蒸煮特性。3種親水膠體均減小了粉圓的硬度,但對彈性的影響不顯著,其中黃原膠和羧甲基纖維素改善了粉圓的內(nèi)聚性,瓜爾膠對此影響并不顯著。2種變性淀粉增大了粉圓的硬度、彈性和內(nèi)聚性,在內(nèi)聚性方面,羥丙基二淀粉磷酸酯有更好的改良效果。3種多酚均減小了粉圓的硬度,增大了彈性和內(nèi)聚性。在蒸煮特性方面,3類改良劑均延長了最佳蒸煮時間,不同的是,親水膠體和變性淀粉降低了粉圓蒸煮的干物質(zhì)吸水率和損失率,有改善粉圓蒸煮品質(zhì)的作用,多酚則反之。

優(yōu)化得到的粉圓改良劑配方(以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計)為羧甲基纖維素0.28%,羥丙基二淀粉磷酸酯10.62%,茶多酚0.40%。驗證實驗,得到粉圓的規(guī)范化綜合評分值達(dá)1.02分,與模型預(yù)測值1.07分接近。復(fù)配組粉圓感官得分較對照組提高了28.70%,且相比于單一改良劑,復(fù)配改良劑的感官提升效果更優(yōu)。通過儲藏實驗發(fā)現(xiàn),復(fù)配改良劑能夠有效控制生粉圓的菌落總數(shù),減緩熟粉圓老化的速率。