柯俊濤,王孟嬌,郭可依,李曉紅,2,*
(1.安徽師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,安徽 蕪湖 241000;2.安徽師范大學(xué)重要生物資源保護(hù)與利用研究安徽省省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽 蕪湖 241000)
黃精為百合科(Liliaceae)重要的藥食同源植物,主要包括多花黃精(Polygonatum cyrtonema Hua)、黃精(Polygonatum sibiricum Delar.ex Redoute)和滇黃精(Polygonatum kingianum Coll. et Hemsl)等,因其地下根狀莖具有豐富的藥用價(jià)值而多被開(kāi)采利用。黃精的應(yīng)用由來(lái)已久,早在公元前一世紀(jì)左右,《神農(nóng)本草經(jīng)》記載中就將之列為上品。黃精不僅能補(bǔ)氣養(yǎng)陰、健脾、潤(rùn)肺、益腎,還被廣泛用于治療脾胃氣虛、體倦乏力、胃陰不足、口干食少、肺虛燥咳、勞嗽咯血、精血不足、腰膝酸軟、須發(fā)早白、內(nèi)熱消渴等癥狀[1]。此外,黃精在調(diào)節(jié)免疫功能、調(diào)節(jié)血糖、抗菌消炎以及抗腫瘤方面的藥用價(jià)值也十分顯著[2]。近些年,一些研究學(xué)者開(kāi)始關(guān)注黃精的活性成分與美容效果的關(guān)系,主要包括抗衰老、抗菌、美白、保濕等作用[3]。除了傳統(tǒng)上人們對(duì)黃精的認(rèn)知,現(xiàn)代許多研究發(fā)現(xiàn),黃精含有多種天然活性成分,比如多糖類、甾體皂苷類、三萜類、生物堿類、黃酮類、植物甾醇類化合物及揮發(fā)油等[4-7],因此黃精沿用至今仍被認(rèn)為具有良好的應(yīng)用潛力和開(kāi)發(fā)前景。此外,現(xiàn)代研究還表明,黃精提取物具有各項(xiàng)生理功能,如降血脂[8]、防治糖尿病[9]、抗氧化[10]、抗癌[11]等。目前,人們面臨超重與肥胖的風(fēng)險(xiǎn),并且肥胖癥、糖尿病、高血糖和高血脂等疾病在年輕群體中也越來(lái)越常見(jiàn),因此,控制食物的血糖反應(yīng),在控制能量的基礎(chǔ)上提高食物的飽腹感,受到大眾和研究人員的關(guān)注[12],人們對(duì)具有相關(guān)功能食品的需求和期待日益增高。近年來(lái),黃精產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)主要體現(xiàn)在黃精功能飲料[13]、黃精酒[14]、黃精酸奶[15]等多種形式上。
本研究擬選用九華山“九蒸九曬”中藥黃精作為主要材料,以傳統(tǒng)餅干的制作工藝為基礎(chǔ),加入對(duì)人體有所裨益、能降低肥胖及高血糖風(fēng)險(xiǎn)且具有甜味的赤蘚糖醇以及給人體帶來(lái)飽腹感的粗糧和奇亞籽成分,不僅能夠賦予傳統(tǒng)中草藥新的生命力和活力,也能在一定程度上克服餅干自身存在的糖分和油脂含量高的局限,更能滿足消費(fèi)人群對(duì)于健康的需求。同時(shí),探究黃精、玉米油、赤蘚糖醇添加量對(duì)黃精代餐餅干感官品質(zhì)的影響,最后通過(guò)響應(yīng)面法優(yōu)化工藝配方,開(kāi)發(fā)出一款新產(chǎn)品,以期為該類代餐食品在開(kāi)發(fā)及應(yīng)用方面提供參考價(jià)值,提升中草藥黃精的附加值。
1.1.1 材料與試劑
市售低筋面粉,益海嘉里食品工業(yè)有限公司;綠豆粉、紅豆粉、黃豆粉、燕麥粉,均購(gòu)于菏澤高新區(qū)家田粗糧鋪;脫脂奶粉,新西蘭恒天然合作社集團(tuán)有限公司;精磨黃精粉,青陽(yáng)縣禪悅食品工貿(mào)有限公司;奇亞籽,安徽省沂澤生物科技有限公司;玉米胚芽油,秦皇島金海食品工業(yè)有限公司;赤蘚糖醇,山東三元生物科技股份有限公司;甜菊糖苷,萬(wàn)邦化工科技有限公司;以上材料均為食品級(jí)。
1.1.2 儀器與設(shè)備
YXDF60 電熱食品烤爐,上海一喜食品機(jī)械有限公司;NV622ZH 電子天平,上海衡平儀器儀表廠;C21-H1202 電磁爐,青島海爾成套家電服務(wù)有限公司;HM741 和面機(jī),青島漢尚電器有限公司;JP08P破壁料理機(jī),浙江紹興蘇泊爾生活電器有限公司;GZX-GF101-1-BS-Ⅱ電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,上海龍躍儀器設(shè)備有限公司;BCD-535WKZM(E)電冰箱,合肥美的電冰箱有限公司。
1.2.1 黃精代餐餅干的基本配方
低筋面粉50.0 g,豆類(紅豆、綠豆、黃豆)粉末均為5.0 g,燕麥粉5.0 g,脫脂乳粉5.0 g,奇亞籽2.0 g,甜菊糖苷0.2 g,黃精粉、玉米胚芽油、赤蘚糖醇均為變量。
1.2.2 工藝流程
預(yù)處理→原料稱量→面團(tuán)調(diào)制→和面→模具成型→烘焙→冷卻→包裝→成品
1.2.3 操作要點(diǎn)
1.2.3.1 預(yù)處理
將試驗(yàn)用具(不銹鋼盆等)經(jīng)沸水消殺后置于鼓風(fēng)干燥箱中50 ℃干燥0.5 h 后使用。
1.2.3.2 面團(tuán)調(diào)制
按照上述配方稱取低筋面粉,并向其中加入玉米胚芽油與其他原料(紅豆粉、黃豆粉、綠豆粉、燕麥粉、脫脂奶粉、奇亞籽),甜菊糖苷及赤蘚糖醇使用5.0 mL水溶解后加入其中。
1.2.3.3 和面、成型
將混合粉末置于和面機(jī)中攪拌均勻,連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)10 min 左右,至面團(tuán)基本成型且具有可塑性。將面團(tuán)用保鮮膜覆蓋,放入冰箱內(nèi)醒發(fā)30 min 以便成型。
1.2.3.4 烘焙
面團(tuán)使用模具塑型,使其厚薄基本均勻一致后,轉(zhuǎn)移至預(yù)熱20 min 的烘爐中,參數(shù)設(shè)置為:面火180 ℃,底火160 ℃,時(shí)間20 min。
1.2.3.5 冷卻與包裝
烘焙結(jié)束后冷卻,并及時(shí)進(jìn)行包裝及密封處理。
1.2.4 黃精代餐餅干配方優(yōu)化
1.2.4.1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)
根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果,在色澤、滋味、形狀、口感、結(jié)構(gòu)、甜度方面設(shè)置感官評(píng)分梯度表格,選取黃精粉添加量、玉米胚芽油添加量、赤蘚糖醇添加量作為單因素,固定黃精粉添加量3.0 g、玉米胚芽油添加量15.0 g 及赤蘚糖醇添加量8.0 g,分別研究黃精粉添加量(2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 g)、玉米胚芽油添加量(5.0、10.0、15.0、20.0、25.0 g)及赤蘚糖醇添加量(4.0、6.0、8.0、10.0、12.0 g)對(duì)黃精代餐餅干感官品質(zhì)的影響。
1.2.4.2 黃精代餐餅干配方響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)
以感官評(píng)分為指標(biāo),采用Box-Benhnken Design(BBD)在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上,優(yōu)化黃精代餐餅干配方。表1 為響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平。
表1 黃精代餐餅干配方BBD 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of BBD response surface test for polygonatum meal replacement biscuit formula單位:g
1.2.5 感官評(píng)定
感官評(píng)價(jià)參與人員為固定的8 人,根據(jù)表2 中的感官評(píng)分細(xì)則對(duì)制得的黃精代餐餅干進(jìn)行品嘗并評(píng)分,結(jié)果取平均值[16]。
表2 黃精代餐餅干感官評(píng)分細(xì)則Table 2 Sensory scoring criteria of polygonatum meal replacement biscuit
1.2.6 數(shù)據(jù)處理
采用Excel 2016 和Design-Expert 10.0.1 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。
2.1.1 黃精粉添加量的確定
由圖1 可知,當(dāng)黃精粉添加量為4.0 g 時(shí),黃精代餐餅干的感官評(píng)分最高,但伴隨著黃精添加量的繼續(xù)增加,感官評(píng)分呈下降趨勢(shì),分析其原因?yàn)椋狐S精本身具有一定的苦澀口感,當(dāng)其在餅干中添加量過(guò)大時(shí),將會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品苦澀味明顯,口感下降;此外,謝晶等[17]研究發(fā)現(xiàn),黃精粉的添加超過(guò)一定量時(shí),會(huì)影響高筋面粉面筋的形成,使得餅干表面粗糙且不平整,口感韌度不夠。因此,選擇適宜的黃精添加量為4.0 g。
2.1.2 玉米胚芽油添加量的確定
如圖2 所示,玉米胚芽油的最適添加量應(yīng)控制在15.0 g,該狀態(tài)下黃精代餐餅干表面有淡黃色光澤且不顯油膩,斷面結(jié)構(gòu)疏松多孔,氣孔體積小并且分布均勻。當(dāng)玉米胚芽油添加量在15.0 g 以下時(shí),黃精代餐餅干的感官評(píng)分隨著植物油添加量的增加而升高,主要是因?yàn)橛偷倪m量添加使得面團(tuán)黏度適中,易于塑形,持水力增強(qiáng);但當(dāng)玉米胚芽油添加量超過(guò)15.0 g時(shí),餅干的感官評(píng)分開(kāi)始呈現(xiàn)下降趨勢(shì),主要原因是:油脂分布在淀粉微粒和面筋蛋白周圍,會(huì)形成一層薄的油膜,限制面團(tuán)吸水,從而控制面筋的脹潤(rùn)性,油膜的隔離使面筋微粒相互粘合形成面筋網(wǎng)絡(luò),從而降低了餅干的抗裂能力,使面團(tuán)黏性差,不容易成型[18]。
2.1.3 赤蘚糖醇添加量的確定
由圖3 可知,當(dāng)赤蘚糖醇添加量達(dá)到10.0 g 時(shí),感官評(píng)分達(dá)到最佳值,餅干甜度適中,甜味較為接近真實(shí)蔗糖的口感,但繼續(xù)加大添加量則會(huì)導(dǎo)致感官評(píng)分出現(xiàn)下降趨勢(shì)。分析其原因?yàn)椋禾砑映嗵\糖醇會(huì)賦予餅干香甜的口感,且隨其添加量的增加(低于10.0 g),感官評(píng)定人員更容易接受;但當(dāng)糖醇添加量過(guò)高,導(dǎo)致其本身帶有的苦澀口感放大,給餅干帶來(lái)較強(qiáng)烈的苦齁味。因此赤蘚糖醇添加量以10.0 g 為宜。
圖3 赤蘚糖醇添加量對(duì)黃精代餐餅干感官評(píng)分的影響Fig.3 Effects of meso-erythritol addition on sensory score of polygonatum meal replacement biscuit
2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果
根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,確定3 個(gè)試驗(yàn)因素分別為黃精粉、玉米胚芽油以及赤蘚糖醇添加量。根據(jù)Box-Beheken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,采用三因素三水平響應(yīng)面分析,試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表3 所示,方差分析見(jiàn)表4。
應(yīng)用Design-Expert 10.0.1 軟件對(duì)表3 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)擬合,得到感官評(píng)分Y 與黃精粉添加量(A)、玉米胚芽油添加量(B)及赤蘚糖醇添加量(C)的二元多次回歸模型為:
表3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 3 Design and results of response surface optimization test
Y=85.20+5.29A+4.07B+9.39C-2.96AB+2.37AC-8.48BC-6.68A2-7.23B2-17.82C2
表4 方差分析結(jié)果表明:該模型P<0.01,回歸模型極顯著,說(shuō)明其與實(shí)際情況吻合,可反映綜合評(píng)分與各因素之間的關(guān)系;失擬項(xiàng)(P=0.436 1)不顯著,表明方程用于黃精代餐餅干配方優(yōu)化的效果理想;一次項(xiàng)A、B、C,交互項(xiàng)BC,以及二次項(xiàng)A2、B2、C2對(duì)黃精代餐餅干感官評(píng)分有極顯著影響(P<0.01)。
表4 Box-Behnken 試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 4 Analysis of variance of Box-Behnken test result
2.2.2 各因素交互作用分析
為驗(yàn)證方差分析結(jié)果,對(duì)響應(yīng)面圖和等高線圖進(jìn)行分析,曲面的陡峭程度反映對(duì)感官評(píng)分的影響程度,曲面越陡,說(shuō)明影響越大;而等高線反映了各因素交互作用的大小,橢圓表示作用顯著[19]。如圖4 所示。黃精粉和玉米胚芽油添加量交互作用的響應(yīng)曲面坡度較陡峭,其等高線呈橢圓形,表明黃精粉和玉米胚芽油兩者交互作用較明顯;黃精粉與赤蘚糖醇添加量的響應(yīng)曲面坡度明顯,其等高線呈橢圓形,表明赤蘚糖醇和黃精粉添加量的交互作用非常明顯;赤蘚糖醇與玉米油胚芽添加量的響應(yīng)曲面坡度較明顯,其等高線呈扁平橢圓形,則表明赤蘚糖醇與玉米胚芽油兩者交互作用極顯著(P<0.01)。
圖4 各因素之間的交互作用對(duì)黃精代餐餅干感官評(píng)分影響的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.4 Response surface and contour maps of effects of various factors interaction on sensory scores of polygonatum meal replacement biscuit
2.2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)
采用Design-Expert 10.0.1 軟件對(duì)二次多項(xiàng)式回歸方程進(jìn)行計(jì)算,最終確定黃精代餐餅干的最佳配方為:黃精粉添加量為4.50 g,玉米胚芽油添加量15.68 g,赤蘚糖醇添加量10.25 g。
根據(jù)實(shí)際應(yīng)用條件,將參數(shù)進(jìn)行調(diào)整后的最佳配方為:黃精粉添加量4.5 g,玉米胚芽油添加量16.0 g,赤蘚糖醇添加量10.0 g,并進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),3 組感官評(píng)定所得平均分為86.50 分,與預(yù)測(cè)值87.45 分誤差極小,說(shuō)明該模型能很好地?cái)M合黃精代餐餅干的配方。
選取黃精粉、玉米胚芽油、赤蘚糖醇三者的添加量作為變量,經(jīng)單因素與響應(yīng)面試驗(yàn),在原基本配方的基礎(chǔ)上,最終確定了黃精代餐餅干的最佳配方為:低筋面粉50.0 g,紅豆粉5.0 g,綠豆粉5.0 g,黃豆粉5.0 g,脫脂乳粉5.0 g,奇亞籽2.0 g,甜菊糖苷0.2 g,黃精粉4.5 g,玉米胚芽油16.0 g,赤蘚糖醇10.0 g。該配方制得的產(chǎn)品口感適宜,味道濃厚,營(yíng)養(yǎng)豐富,食用后飽腹感較強(qiáng)。