糯玉米又称黏玉米、蜡质玉米[1],是我国北方重要主食之一。糯玉米起源于我国西南云贵川一带,在我国种植历史悠久[2],含有丰富的营养物质(如淀粉、蛋白质、维生素A、维生素C 等)[3]。目前对糯玉米加工工艺的主要研究如下:姚国民[4]以万糯2000 的糯玉米为原料,经真空包装、高压灭菌等环节,制成糯玉米真空罐头的鲜食糯玉米类产品。张钟等[5]以黑糯玉米浆为原料,经乳酸菌发酵制得乳饮料的糯玉米发酵类食品。张钟等[6]以黑糯玉米为原料,将其干燥制粉处理后复配得到速食黑糯米粉的糯玉米粉类制品。以及以糯玉米为原料开发的其他新产品如黑糯玉米果冻、黑糯玉米红枣复合保健饮料等[7-8]。
随着当今社会食品标准化程度的提高和现代生活节奏的加快,消费者对食品的便利性和健康性有了更高的要求,对即食食品的需求越来越大[9]。20 世纪70 年代以来,即食食品的销售量在全球范围内持续增加,目前在国际市场上已经占据了主导地位[10-11]。目前关于即食食品的加工工艺和产品开发已有了大量研究,然而以糯玉米为原料的即食粥类食品的研究相对较少,这一领域仍然存在较大的研究空白。因此,本研究以糯玉米、荞麦、青稞、薏仁为原料制作一款杂粮粥,并对其配方工艺和原料的最佳预处理条件进行探索和优化,开发一款符合现代消费者需求的即食杂粮粥。在本研究中应急食品的相关内容也被纳入考虑,由于应急食品具有易消化、无需加热、方便开启和耐储存[12]等特点,在灾害和紧急情况下即食杂粮粥可以作为一种方便、易于保存和食用的食品为人们提供必要的营养支持,本研究有望丰富并扩大即食粥产品种类和市场,以期为即食杂粮粥的工业化生产提供参考。
糯玉米:阜新小东北食品有限公司;荞麦、青稞:甘肃祁连农庄有机农业发展有限公司;薏仁:市售;白砂糖:上海枫未实业有限公司;丙酮、亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠:天津市大茂化学试剂厂。所有试剂均为分析纯。
SCC-WE101 万能蒸烤箱:莱欣诺有限公司;CP100NX 高速冷冻离心机:株式会社日立制作所;LC-1.0 冷冻干燥机:沈阳航空信阳速冻厂;Infinite200 NANO 酶标定量测试仪:瑞士Tecan 公司;RD-198 全自动封罐机:温州鼎驰自动化包装设备有限公司;R20130019 杀菌釜:山东省诸城市金鼎食品机械有限公司。
1.3.1 工艺流程
原料选择→原料预处理→糖水调配→灌装→排气→封罐→灭菌熟化。
1.3.2 操作要点
1)原料选择:选用优质糯玉米作为主要原料同时搭配荞麦、青稞、薏仁3 种杂粮制作杂粮粥;糯玉米需冷冻保存,需要时直接使用。
2)原料预处理:将荞麦、青稞、薏仁在不同温度下,浸泡相同时间使其充分吸水糊化,避免在成品中出现籽粒硬芯现象影响感官品质。
3)糖水调配:配制一定浓度的蔗糖溶液。
4)灌装:以每罐粥净含量185 g 为基准,将冷冻的糯玉米以及预处理过的荞麦、青稞、薏仁按比例加入铝制马口铁罐中,向其中定量加入配制的蔗糖溶液。
5)排气:为了防止内容物氧化变质,使杀菌时热传导性良好[13],利用万能蒸烤箱对灌装后的杂粮粥进行蒸汽加热处理。
6)封罐:利用全自动封罐机对玉米营养粥进行封罐处理。
7)灭菌熟化:采用杀菌釜进行灭菌,121 ℃、20 min灭菌完成后得到即食的杂粮粥。
1.3.3 杂粮粥配方的确定
1.3.3.1 原料添加量的确定
在前期预试验的基础上,考虑到口感、组织状态等方面,在固定薏仁添加量不变的前提下,确定糯玉米添加量在40%~50% 之间、青稞添加量在10%~20% 之间,按照1.3.1 中的工艺流程制备杂粮粥,以黄酮含量和感官评分为指标确定杂粮粥中原料的最佳添加量,见表1。
表1 原料添加量的确定
Table 1 Addition ratios of raw materials
编号1 2 3 4 5 6 7 8 9糯玉米/%40 40 40 45 45 45 50 50 50荞麦/%35 30 25 30 25 20 25 20 15青稞/%10 15 20 10 15 20 10 15 20薏仁/%15 15 15 15 15 15 15 15 15
1.3.3.2 杂粮粥基础工艺确定
利用单因素试验,探究荞麦浸泡温度(30、40、50、60、70 ℃)、青稞浸泡温度(45、55、65、75、85 ℃)、薏仁浸泡温度(55、65、75、85、95 ℃)、浸泡时间(90、110、130、150、170 min)、固形物添加量(16%、20%、24%、28%、32%)、蔗糖浓度(4%、5%、6%、7%、8%)对杂粮粥感官品质的影响,以感官评分为指标选择最佳工艺参数。
1.3.3.3 响应面优化试验
根据单因素试验结果,选择最优试验点及前后两个水平[14],以荞麦浸泡温度、青稞浸泡温度、薏仁浸泡温度、浸泡时间为因素,感官评分为响应指标进行四因素三水平Box-Behnken 优化试验,试验因素水平见表2。
表2 响应面因素水平
Table 2 Factors and levels of response surface
水平-1 0 1因素A 荞麦浸泡温度/℃30 40 50 B 青稞浸泡温度/℃55 65 75 C 薏仁浸泡温度/℃75 85 95 D 浸泡时间/min 110 130 150
1.4.1 杂粮粥中黄酮物质的提取
根据文献[15]中的方法稍作修改,将杂粮粥匀浆后冻干成粉末状,称取1.00 g 杂粮粥冻干粉,以质量比1∶20 加入80% 丙酮溶液超声辅助提取40 min,3 000 r/min 离心15 min 后取上清液。
1.4.2 杂粮粥总黄酮含量测定
参照文献[16]中描述的方法,采用亚硝酸钠-硝酸铝法进行黄酮含量测定,配制不同浓度梯度的芦丁标准品,制作标准曲线得到回归方程Y=0.064 2X+0.040 1(R2=0.998 5),在510 nm 处测定吸光度。单位为mg RE/100 g DW。
1.4.3 感官评价
选择5 名男生、5 名女生,总共10 名食品专业学生组成评定小组,采取100 分制[17]根据口感(30 分)、色泽(20 分)、风味(20 分)、组织状态(30 分),对杂粮粥进行综合评分,感官评分标准见表3。
表3 杂粮粥感官评分标准
Table 3 Sensory scoring standard of multigrain porridge
指标口感(30)色泽(20)风味(20)评分标准杂粮颗粒饱满,口感层次分明,无硬粒,咀嚼性好杂粮颗粒较为饱满,口感层次稍有分明,有少许硬粒,咀嚼性较好杂粮颗粒不饱满,口感层次不分明,原料硬粒过多,咀嚼性较差糯玉米粥呈淡黄色带有微绿色,色泽明亮均匀糯玉米粥呈淡黄色并带有微绿色,色泽柔和较均匀糯玉米粥呈较暗黄色并带有浑浊灰绿色,色泽暗淡且不均匀具有浓郁的玉米和其他杂粮的香味,甜度适中玉米和其他杂粮的香味较小,甜度较低或较高,可以接受玉米和其他杂粮的香味小,甜度非常低或非常高,不能接受得分20~30 10~<20 0~<10 15~20 8~<15 0~<8 15~20 8~<15 0~<8
续表3 杂粮粥感官评分标准
Continue table 3 Sensory scoring standard of multigrain porridge
指标组织状态(30)评分标准呈软糯粥状,黏稠度适宜,无结块和分层,内容物分布均匀呈软糯粥状,黏稠度较低或较高,有少量结块和分层,内容物分布较均匀。不呈软糯粥状,黏稠度非常低或非常高,结块和分层现象严重,内容物分布不均得分20~30 10~<20 0~<10
采用IBM SPSS 统计软件对试验数据进行方差分析和显著性分析(P<0.05 差异显著),采用Origin 2019软件进行绘图。所有试验平行测定3 次,结果以平均值±标准差表示。
不同原料添加量对杂粮粥黄酮含量和感官评分的影响见表4。
表4 不同原料添加量对杂粮粥黄酮含量和感官评分的影响
Table 4 Effect of different proportions of raw materials on flavonoid content and sensory score of multigrain porridge
注:同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9糯玉米添加量/%40 40 40 45 45 45 50 50 50荞麦添加量/%35 30 25 30 25 20 25 20 15青稞添加量/%10 15 20 10 15 20 10 15 20薏仁添加量/%15 15 15 15 15 15 15 15 15总黄酮含量/(mg RE/100 g DW)1.84±0.10a 1.79±0.03a 1.64±0.10b 1.50±0.04c 1.30±0.04d 1.20±0.06d 1.48±0.03c 1.11±0.04d 1.30±0.03d感官评分89.33±1.15a 83.00±3.61b 81.67±1.15b 78.00±1.00c 75.33±2.31cd 69.67±2.52ef 74.67±1.15cd 67.00±2.00f 72.67±2.52de
黄酮是一种广泛存在于自然界的天然化合物,属于多酚类物质[18],在体内通常作为抗氧化剂,具有清除自由基的作用[19]。由表4 可知,编号1 的杂粮粥中总黄酮含量为1.84 mg RE/100 g DW,而编号8 的杂粮粥中总黄酮含量仅为1.11 mg RE/100 g DW。试验结果表明,9 种不同原料配比的杂粮粥总黄酮含量存在差异。综合黄酮含量并对表中9 种不同配比的杂粮粥进行感官评分,选择糯玉米、荞麦、青稞、薏仁的最佳添加量分别为40%、35%、10%、15%。
2.2.1 原料预处理条件对杂粮粥感官品质的影响
原料预处理条件对杂粮粥感官评分的影响见图1。
图1 原料预处理条件对杂粮粥感官品质的影响
Fig.1 Effect of raw material pre-treatment on sensory score of multigrain porridge
由图1 可知,原料的浸泡温度和浸泡时间对杂粮粥的口感评分和组织状态评分影响较大。杂粮粥的熟化过程主要是原料中淀粉的糊化过程[20],浸泡温度过低或浸泡时间过短会导致原料未能充分吸水膨胀,在灭菌熟化后会使杂粮粥的组织状态显得更加黏稠,且部分原料会保持其原有的硬度,从而造成杂粮粥口感粗糙,反之亦然。基于感官评分和上述分析,选择荞麦浸泡温度30、40、50 ℃,青稞浸泡温度55、65、75 ℃,薏仁浸泡温度75、85、95 ℃,浸泡时间110、130、150 min作为原料预处理条件进行后续响应面试验。
2.2.2 响应面优化设计与结果
响应面试验结果见表5。
表5 响应面试验设计与结果
Table 5 Design and results of response surface experiment
试验号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 A 荞麦浸泡温度/℃30 50 30 50 40 40 40 40 30 50 30 50 40 40 40 40 30 50 30 50 40 40 40 40 40 40 40 40 40 B 青稞浸泡温度/℃55 55 75 75 65 65 65 65 65 65 65 65 55 75 55 75 65 65 65 65 55 75 55 75 65 65 65 65 65 C 薏仁浸泡温度/℃85 85 85 85 75 95 75 95 85 85 85 85 75 75 95 95 75 75 95 95 85 85 85 85 85 85 85 85 85 D 浸泡时间/min 130 130 130 130 110 110 150 150 110 110 150 150 130 130 130 130 130 130 130 130 110 110 150 150 130 130 130 130 130 Y 感官评分80.6 73.0 79.0 72.8 71.8 79.4 64.4 65.0 70.0 77.4 70.4 63.6 70.6 78.2 80.6 73.4 75.8 70.4 75.2 69.2 74.0 70.4 69.0 68.4 83.8 82.2 82.8 79.8 80.0
2.2.3 回归方程与方差分析
响应面试验结果方差分析见表6。
表6 响应面试验结果方差分析
Table 6 Variance analysis of response surface experiment results
注:*表示影响显著(P<0.05);**表示影响极显著(P<0.01)。
方差来源模型A B C D AB AC AD BC BD CD A2 B2 C2 D2残差失拟项误差项总和平方和820.26 50.43 2.61 11.21 148.40 0.49 0.09 50.41 54.76 2.25 12.25 93.34 31.92 115.42 414.44 99.13 86.76 12.37 919.39自由度14 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 14 10 4 28均方58.59 50.43 2.61 11.21 148.40 0.49 0.09 50.41 54.76 2.25 12.25 93.34 31.92 115.42 414.44 7.08 8.68 3.09 F 值8.27 7.12 0.37 1.58 20.96 0.07 0.01 7.12 7.73 0.32 1.73 13.18 4.51 16.30 58.53 2.81 P 值<0.000 1 0.018 3 0.553 2 0.228 8 0.000 4 0.796 3 0.911 8 0.018 4 0.014 7 0.581 9 0.209 5 0.002 7 0.052 0 0.001 2<0.000 1 0.166 0显著性******* ******
利用Design-Expert 13 对表进行多元回归方程拟合,得到二次多项回归方程:Y=81.72-2.05A-0.466 7B+0.966 7C-3.52D+0.35AB-0.15AC-3.55AD-3.70BC+0.75BD-1.75CD-3.79A2-2.22B2-4.22C2-7.99D2。
由表6 可知,感官评分模型呈极显著,模型的失拟项呈不显著,说明该模型的适应性良好,试验误差小,回归方程可以较好地描述各因素与感官评分之间的关系[21]。由回归方程中各项系数的正负及绝对值大小可以看出该系数所在的因素对响应值的影响方向及影响程度[22]。影响杂粮粥感官评分的主次因素为D>A>C>B,即浸泡时间>荞麦浸泡温度>薏仁浸泡温度>青稞浸泡温度。其中浸泡时间对感官评分影响极显著(P<0.01)荞麦浸泡温度对感官评分影响显著(P<0.05),交互项AD、BC 对感官评分影响显著(P<0.05),交互项AC、AB、BD、CD 对感官评分影响不显著(P>0.05),二次项A2、C2、D2 对感官评分影响极显著(P<0.01),B2 对感官评分影响不显著(P>0.05)。
2.2.4 响应面曲面分析
原料预处理条件之间交互作用对响应值的影响见图2。
图2 荞麦浸泡温度、薏仁浸泡温度、青稞浸泡温度及浸泡时间交互的响应面
Fig.2 Response surfaces interacted with soaking temperature of buckwheat,soaking temperature of coix seed,soaking temperature of highland barley and soaking time
响应曲面的曲率反映各个因素对响应值的影响程度,曲率越大,对响应值的影响程度越大[14]。等高线的形状可直观反映各因素之间交互作用的强弱,形状越圆,两个因素的交互作用越不明显,形状呈椭圆形,交互作用越显著,且椭圆排列越紧密代表因素对响应值变化影响越大[23]。由图2 可知,根据响应曲面的曲率和等高线的变化,发现荞麦浸泡温度和浸泡时间、青稞浸泡温度和薏仁浸泡温度之间存在明显的交互作用,表明杂粮粥的感官评分受荞麦浸泡温度和浸泡时间、青稞浸泡温度和薏仁浸泡温度的影响较为显著,这与表中响应面的方差分析结果一致。
2.2.5 试验结果验证
以感官评分为响应值,选择感官评分最大值作为最终结果,利用响应面软件对试验数据进行处理。通过软件得到原料最佳预处理条件为荞麦浸泡温度38.13 ℃、青稞浸泡温度60.24 ℃、薏仁浸泡温度88.77 ℃、浸泡时间125.15 min,此条件下杂粮粥感官评分为82.63。考虑到实际生产加工中技术操作可行性,将参数修正为荞麦浸泡温度38 ℃、青稞浸泡温度60 ℃、薏仁浸泡温度90 ℃、浸泡时间125 min,进行验证试验并重复3 次,在此条件下制得的杂粮粥感官评分为82.60±1.52,与模型预测值基本相同,证实了杂粮粥原料预处理模型的准确性。
固形物添加量对杂粮粥感官评分的影响见图3。
图3 固形物添加量对杂粮粥感官评分的影响
Fig.3 Effect of solid content on sensory score of multigrain porridge
固形物添加量对杂粮粥产品组织状态有直接影响,选择合适的固形物添加量对产品最终品质至关重要。在前文分析结果的基础上,以每罐粥净含量185 g计,由图3 可知,固形物添加量对杂粮粥的组织状态评分具有明显影响。随着固形物含量的增加,杂粮粥的组织状态评分呈现先增大后减小的趋势,而对口感、色泽、风味评分影响较小。当固形物添加量为16% 时,由于固形物含量较少,杂粮粥整体较为稀薄,缺乏足够的黏稠度,无法呈现出软糯的粥状,导致评分较低。而当固形物添加量增至32% 时,由于固形物含量过多,杂粮粥中的固体颗粒过于聚集,导致整体过于黏稠,感官评分也较低。然而,当固形物添加量为24% 时,杂粮粥的整体黏稠度适宜,能够呈现软糯的粥状,获得了良好的感官评分。因此,选择最适宜固形物添加量为24% 进行后续试验。武庆阔[24]研究发现,随着固形物含量的增加,感官评分出现先升高后降低的趋势,与本文结论相似。
蔗糖浓度对杂粮粥感官评分的影响见图4。
图4 蔗糖浓度对杂粮粥感官评分的影响
Fig.4 Effect of sucrose concentration on sensory score of multigrain porridge
由图4 可知,随着蔗糖浓度的增加,杂粮粥的风味评分呈现先增大后减小的趋势,而对口感、色泽、组织状态评分影响较小。蔗糖浓度过低会使杂粮粥的风味变淡,而过高的蔗糖浓度则会使其风味过浓。在蔗糖浓度为6%时,杂粮粥的风味甜度适宜,评分最高。
本试验探究了即食杂粮粥在生产加工过程中原料配比、原料预处理等关键工艺参数,利用响应面优化试验对原料的预处理条件进行优化,利用单因素试验确定即食杂粮粥的固形物含量和蔗糖浓度。试验结果表明,最佳原料预处理条件为荞麦浸泡温度38 ℃、青稞浸泡温度60 ℃、薏仁浸泡温度90 ℃、浸泡时间125 min;糯玉米、荞麦、青稞、薏仁的最佳添加量分别为40%、35%、10%、15%;最佳固形物添加量为24%;最佳蔗糖浓度为6%。在此条件下得到的杂粮粥口感丰富、黏稠度适宜,感官评分最高。本试验后续将对杂粮粥在贮藏条件下稳定性进行研究,以便为其商业化生产提供更多参考依据。
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