崔海燕, 王　婧, 陳勉華, 李貞景, 王昌祿, 陳 迪

(天津科技大學食品工程與生物技術(shù)學院,天津 300457)

紅曲霉是為數(shù)不多的產(chǎn)食用色素的微生物之一,一直是國內(nèi)外學者研究的焦點.紅曲色素是由紅曲霉屬的絲狀真菌經(jīng)發(fā)酵而合成的天然色素,是紅曲霉的次級代謝產(chǎn)物,代替亞硝酸鹽用于肉制品中,還可以增強食品風味和抗菌、抑菌,延長產(chǎn)品保質(zhì)期,在我國被廣泛用作調(diào)味劑、紅腐乳制造原料、肉類保存劑和食品著色劑[1].另外,紅曲霉發(fā)酵產(chǎn)品因含有多種功能活性物質(zhì),使其在食品及藥物上的應(yīng)用備受關(guān)注[2],其中洛伐他汀(Monacolin K)可以競爭性抑制羥甲戊二酰輔酶A(HMG-CoA)還原酶(HMG-R),能有效地、特異性地抑制膽固醇的合成[3-4],同時還具有降壓、抗癌、抗炎、降低骨質(zhì)疏松和骨折危險的能力[5-7]等多種生理功能.然而發(fā)酵基質(zhì)的種類對紅曲霉代謝產(chǎn)物組成及活性有顯著影響[8].糙米含有多種保健成分,是一種營養(yǎng)價值高、健腦養(yǎng)人的食品.糙米中有多種保健功能成分,主要有谷胱甘肽(防止溶血)、氨基丁酸(降血壓、緩解動脈硬化等)、γ-谷維醇(抗氧化、抗衰老、去自由基等)、米糠脂多糖(增強免疫)、防過敏因子、肌醇六磷酸(抗氧化)等[9].課題組前期實驗發(fā)現(xiàn),與大米相比,糙米發(fā)酵紅曲可以顯著提高Monacolin K產(chǎn)量.紅曲發(fā)酵雜糧功能性食品的開發(fā),不僅可以開闊我國紅曲功能性食品的市場,也對雜糧食品的應(yīng)用進行了推廣,更加符合目前市場的需求.本文以糙米為紅曲發(fā)酵基質(zhì),發(fā)酵獲得紅曲粉,將其添加到小麥粉中,通過優(yōu)化工藝條件研發(fā)出一種紅曲糙米餅干,并建立該產(chǎn)品貯藏期預(yù)測模型,為我國紅曲功能性食品及雜糧制品市場的多元化發(fā)展進行了探索.

1　材料與方法

1.1　原料與主要儀器設(shè)備

小麥粉(低筋小麥粉)、糙米粉、麩皮、白砂糖、食鹽、植物油、奶粉、雞蛋、小蘇打(食用級)等均為市售,紅曲粉為實驗室自制.

T1000型電子天平,美國雙杰公司;GB11165型酸度計,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;XYF-2E-3P型遠紅外線食品烤爐,廣州紅菱電熱設(shè)備有限公司;TA.XT.Plus型質(zhì)構(gòu)儀,英國Stable Micro System公司等.

1.2　實驗方法

1.2.1紅曲糙米餅干基本配方

紅曲糙米餅干配方見表1.

表1　紅曲糙米餅干基本配方Tab.1　Basic formula of red yeast brown rice biscuit_%

1.2.2工藝流程及操作要點

原輔料預(yù)處理→調(diào)制面團→輥壓→成型→烘烤→冷卻→包裝.

操作要點:

1)原輔料預(yù)處理:將糙米浸泡1～2 h,烘干磨粉,過100目篩.

2)調(diào)粉和面:將紅曲粉、白砂糖、食鹽充分溶解,雞蛋與油攪打均勻,混合后形成均勻的水/油乳濁液,加入糙米粉及面粉調(diào)制成面團.調(diào)制過程盡量縮短調(diào)制時間,以防形成大量面筋.

3)輥壓成型:將調(diào)好的面團壓制成約2.5～3 mm的面片,用印模成型.

4)烘烤:上火180℃,下火150℃,焙烤10 min.

1.3　實驗設(shè)計

1.3.1紅曲糙米餅干烘烤溫度的確定

按紅曲糙米餅干的基礎(chǔ)配方,將烘烤溫度分別設(shè)置為:上火180℃,下火150℃;上火200℃,下火150℃;上火230℃,下火150℃;上火180℃,下火175℃;上火200℃,下火175℃;上火230℃,下火175℃.對其進行感官及客觀評價分析,并根據(jù)其Monacolin K的含量,確定餅干的烘烤溫度.

1.3.2紅曲糙米餅干配方的優(yōu)化

在單因素實驗基礎(chǔ)上,以紅曲糙米餅干品質(zhì)考核綜合指標作為觀察對象,對糙米粉、麩皮、白砂糖、植物油的用量4個影響因素進行優(yōu)化,因素水平見表2,設(shè)計正交試驗.

表2　紅曲糙米餅干配方優(yōu)化試驗因素水平表Tab.2　Levels and factors of red yeast brown rice biscuit%

1.4　紅曲糙米餅干的感觀品質(zhì)評價方法

1.4.1客觀評價方法

利用質(zhì)構(gòu)儀[10]對餅干硬度及脆度進行分析測定,并與感官評分進行相關(guān)性分析,從而得出最佳質(zhì)構(gòu)測定方法,作為感官評價以外的客觀評價方法.

1.4.2主觀評價方法

根據(jù)實驗配方,按照工藝要點制作出相應(yīng)的9組產(chǎn)品.結(jié)合紅曲糙米餅干的口感、硬度、脆度、色澤和外形5個方面的特點,制定出紅曲糙米餅干加權(quán)感官評分表,見表3.隨機選取10名食品專業(yè)的學生為感官評價評分員,采用模糊綜合評價法,對產(chǎn)品進行評價[11-12].

表3　紅曲糙米餅干加權(quán)感官評分表Tab.3　Weighted evaluation form of red yeast brown rice biscuit 分

1.5　紅曲糙米餅干貯藏期預(yù)測模型的建立

1.5.1貯藏期內(nèi)餅干酸價的測定

將分裝好的餅干(每包6片,約合50 g)置于37,47,57℃的恒溫干燥箱中,每隔7 d取樣一次,將樣品粉碎,過100目篩,測定樣品的酸價,每個樣品平行測定3次,取平均值.依據(jù)《GB 7100—2003餅干衛(wèi)生標準》規(guī)定:酸價(以脂肪計)(KOH)≤50 mg/g作為儲藏期判定終點.酸價測定按 GB/T 5009.56—2003執(zhí)行.

1.5.2動力學模型的建立

紅曲糙米餅干中含有一定的油脂,在餅干儲運和銷售等過程中易受周圍環(huán)境如光、溫度、氧等因素的影響發(fā)生氧化酸敗,導(dǎo)致餅干營養(yǎng)價值損失直至腐敗變質(zhì).質(zhì)量變化的程度由上述反應(yīng)進行的速度和時間決定,其中反應(yīng)速度受溫度制約.探討紅曲糙米餅干質(zhì)量變化的動力學問題,建立以溫度為基礎(chǔ)的動力學模型[13-15],見2.3.

2　結(jié)果與討論

2.1　紅曲糙米餅干烘烤溫度的確定

按照 1.4方法,研究不同烘烤溫度對餅干Monacolin K含量、感官品質(zhì)及硬度、脆度的影響,結(jié)果見圖1和圖2.

由圖1和圖2可以看出,烘烤溫度對餅干的感官評分、Monacolin K含量、硬度和脆度均有一定的影響.上火180℃、下火150℃和上火180℃、下火175℃時感官評分較高;上火180℃、下火175℃時餅干中Monacolin K含量最高;隨著溫度的升高,餅干硬度和脆度總體呈現(xiàn)增大的趨勢.根據(jù)感官評分和Monacolin K含量的大小,確定上火180℃、下火175℃為優(yōu)選烘烤溫度,此時餅干中Monacolin K含量約為65μg/g,硬度為1.25 kg,脆性為28.10 mm.

圖1　烘烤溫度對感官評分及Monacolin K含量的影響Fig.1　Influence of baking temperature on sensory evaluation and Monacolin K content

圖2　烘烤溫度對餅干硬度和脆度的影響Fig.2　Influence of baking temperature on hardness and brittleness of biscuit

2.2　紅曲糙米餅干配方正交試驗

紅曲糙米餅干正交試驗感官評定見表4.

表4　正交試驗感官評定表Tab.4　Orthogonal sensory evaluation results of biscuit

從表4中可以得出,1～9號產(chǎn)品的模糊評判矩陣,如1號產(chǎn)品的模糊評判矩陣為:

依次可得到其他產(chǎn)品的模糊評判矩陣,由權(quán)重集A和1～9號產(chǎn)品模糊評判矩陣,根據(jù)公式Y(jié)=AR可得到1～9號產(chǎn)品的權(quán)重Y1～Y9分別為:

為了方便排序比較,定出等級系數(shù)h1=90,h2=80,h3=70,從而求出感官評價值S.

式(1)中,J=1,2…9;j=1,2,3.得到S1～S9,填入正交試驗結(jié)果表中.

以糙米粉、麩皮、糖、油的添加量4個影響因素進行L9(34)正交試驗,結(jié)果見表5.

表5　L9(34)正交試驗設(shè)計與結(jié)果Tab.5　Orthogonal design and experimental results

試驗結(jié)果利用正交助手進行分析,由極差R得出,4個因素的添加量對餅干品質(zhì)的影響程度順序為:糙米粉＞麩皮＞植物油＞白砂糖.

根據(jù)S值可知,最優(yōu)水平為A2B1C2D3;根據(jù)正交試驗k值分析可知,最優(yōu)水平A2B2C2D3.兩種分析結(jié)果不同,需進行驗證實驗,結(jié)果見表6.

表6　驗證實驗結(jié)果Tab.6　Results of verification experiment

從表6可以看出,4號組的餅干感官評分較高,故確定正交試驗的最優(yōu)組合為4號實驗組.

正交試驗方差分析見表7.

表7　正交試驗方差分析表Tab.7　Anova of orthogonal test

從表7可以看出,糙米粉添加量為顯著因素.通過多重比較及驗證實驗可知,正交試驗結(jié)果較優(yōu)組合為A2B1C2D3.故紅曲糙米餅干配方為:糙米粉添加量為80%,麩皮添加量為2.5%,糖添加量為40%,油添加量為35%,即面粉100 g,糙米粉80 g,麩皮2.5 g,糖40 g,油35 g.

2.3　紅曲糙米餅干貯藏期模型的建立

2.3.1不同溫度條件下紅曲糙米餅干酸價的變化

按照1.5.1方法,研究不同溫度和貯藏時間條件下,紅曲糙米餅干酸價的變化,結(jié)果見表8.

由表8可以看出,貯藏過程中餅干的酸價值緩慢地變化,隨著時間的增加,酸價呈不同程度的上升趨勢,并且上升的幅度與貯藏溫度密切相關(guān).溫度越高,產(chǎn)品酸價的升高速度越快.

2.3.2反應(yīng)速率常數(shù)K和溫度系數(shù)Q10的計算

大多數(shù)食品的質(zhì)量與時間關(guān)系表現(xiàn)為零級或一級反應(yīng)[16],即n=0或1.動力學方程分別如下.零級反應(yīng):

表8　貯藏時間及溫度對紅曲糙米餅干酸價的影響Tab.8　Effects of temperature and time on acid value of biscuit

一級反應(yīng):式(2)中,A的保留量對時間θ作圖為一條直線,這條直線的斜率是反應(yīng)速率常數(shù)K.

式(3)中,A的保留量對時間θ作圖為一條曲線.

食品貯藏期通用動力學模型:

式(4)中,K0是頻率因子(又稱前因子),Ea是活化能,R是氣體常數(shù)8.314 J/(mol·K),T為絕對溫度.式(4)左邊是關(guān)于品質(zhì)A的函數(shù),右邊是貯藏時間θ與溫度T的關(guān)系式.

由式(6)可以看出,溫度是影響反應(yīng)速率常數(shù)最主要的因素.隨T增大,K值增大,反應(yīng)速度也加快.

由于食品品質(zhì)變化中的反應(yīng)十分復(fù)雜,很難直接得到反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系,因此通常采用Q10(溫度系數(shù))表示溫度與反應(yīng)速率之間的關(guān)系,定義為:

式(7)中,KT表示絕對溫度T時的反應(yīng)速度常數(shù);KT+10表示絕對溫度T+10時的反應(yīng)速度常數(shù);Q10表示溫度每升高10o反應(yīng)速度增加的倍數(shù).

將式(7)兩邊取對數(shù)、整理后得:

式(8)表明,在一定的溫度范圍內(nèi),活化能Ea越大,Q10就越大.

大多數(shù)食品在保存過程中,品質(zhì)呈遞減趨勢,設(shè)貯藏開始時食品的品質(zhì)為Q0,經(jīng)過時間θ品質(zhì)下降到Qθ.當品質(zhì)低于Qθ時,食品失去商品價值,此時稱θ為食品的保藏期限或貯藏壽命[17].食品的貯藏壽命與貯藏溫度之間線性關(guān)系有以下幾種:

式(9)～式(13)中,θ為食品的貯藏壽命,T為絕對溫度(單位:℃),C為攝氏溫度(單位:℃),m和K為待定常數(shù).

2.3.2.1反應(yīng)速率常數(shù)K的計算

不同貯藏溫度下的回歸分析見圖3.對圖3中的R2值進行比較(見表9),結(jié)果可知:紅曲糙米餅干在貯藏過程中的氧化反應(yīng)屬于一級反應(yīng).根據(jù)曲線回歸方程式可得出不同溫度下脂肪氧化反應(yīng)的速率常數(shù)K,見表10.

圖3　不同貯藏溫度下的回歸結(jié)果Fig.3　Regression results under different storage temperatures

表9　貯藏過程中紅曲糙米餅干酸價回歸分析Tab.9　Regression analysis of acid value of biscuit

表10　3種溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)Tab.10　Reaction rate constants at three different storage temperatures

2.3.2.2溫度系數(shù)Q10的計算

1)C=37℃和C+10=47℃時,速率常數(shù)分別為KC=0.01和KC+10=0.02代入式(7)即:Q10=KC+10/KC可得Q10=1.65.

2)C=47℃和C+10=57℃時,速度常數(shù)分別為KC=0.02和KC+10=0.032,代入式(7)即:Q10=KC+10/KC可得Q10=1.81.

從以上兩式可以看出,當餅干貯藏溫度在47℃以下時,溫度系數(shù)K值較小,貯藏溫度大于47℃時,溫度系數(shù)明顯增大,說明隨著溫度升高,紅曲糙米餅干的氧化酸敗受溫度變化的影響也增大,加速產(chǎn)品商用價值的喪失.因此,保持較低溫度的貯藏對保證產(chǎn)品品質(zhì)具有重要意義.

2.3.3以溫度為基礎(chǔ)的貯藏期模型的建立

不同溫度下貯藏時間見表11.將表11中的數(shù)據(jù)代入式(9)～(13)進行回歸分析,結(jié)果見圖4～圖8.

表11　不同溫度下產(chǎn)品貯藏時間Tab.11　Storage period of biscuit at different temperatures

圖4　式(9)的回歸結(jié)果Fig.4　Regression results of(9)formula

由圖4～圖8可以看出,式(11)擬合方程的相關(guān)性較好,R2=0.997 6,因此,可用公式(lg K)C來預(yù)測紅曲糙米餅干基于酸價和溫度關(guān)系的貯藏期:θ=10(-0.02C+3.12)(式中θ為餅干的貯藏壽命,單位為d;C為儲藏溫度).根據(jù)公式可以得出,室溫下(以25℃計),紅曲糙米餅干的貨架期為350 d.

圖5　式(10)的回歸結(jié)果Fig.5　Regression results of(10)formula

圖6　式(11)的回歸結(jié)果Fig.6　Regression results of(11)formula

圖7　式(12)的回歸結(jié)果Fig.7　Regression results of(12)formula

圖8　式(13)的回歸結(jié)果Fig.8　Regression results of(13)formula

3　結(jié) 論

本文將紅曲粉以添加劑的形式加入原料中制作餅干,通過研究不同烘烤溫度對餅干Monacolin K含量、感官品質(zhì)及硬度、脆度的影響,確定了烘烤溫度為上火180℃,下火175℃.經(jīng)正交試驗得到紅曲糙米餅干最佳配方:面粉100 g,糙米粉80 g,麩皮2.5 g,白砂糖40 g,植物油35 g.

通過以溫度變化為基礎(chǔ),餅干酸價為評價指標的紅曲糙米餅干貯藏期實驗可知:紅曲糙米餅干貯藏期預(yù)測模型為θ=10(-0.02C+3.12)(式中θ為餅干貯藏壽命,C為儲藏溫度),從而得出室溫下紅曲糙米餅干的貨架期為350 d.