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餅干加工中丙烯酰胺的控制與工藝優(yōu)化

2024-01-03 12:27陳莫林董加寶
山東化工 2023年21期
關(guān)鍵詞:天冬酰胺丙烯酰胺成品

陳莫林,董加寶

(湖南科技學(xué)院 化學(xué)與生物工程學(xué)院,湖南 永州 425199)

丙烯酰胺(Acrylamide,AA)是一種小分子有機(jī)物,極易溶于水[1],為無色無味的結(jié)晶體,是一種不飽和酰胺分子,其化學(xué)分子式為CH2CHCONH2。有些食品如油炸薯?xiàng)l、面包、餅干和谷物早餐等在高溫加工(如油炸、烘焙等)過程會(huì)產(chǎn)生丙烯酰胺[1]。人類長(zhǎng)期接觸和吸收丙烯酰胺,會(huì)對(duì)身體產(chǎn)生一系列程度不同的損害,比如神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等,短時(shí)間內(nèi)大量攝入丙烯酰胺也會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)毒性癥狀的出現(xiàn)[2]。1994年,國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)組織(IARC)將丙烯酰胺列為“ⅡA類致癌物”,即“人類可能致癌物”[3]。

餅干是一種常見的高溫焙烤食品,具有食用方便、貯藏期長(zhǎng)、不易損壞、容易攜帶、口味豐富等眾多優(yōu)點(diǎn),深受人們喜愛。但在餅干的加工過程中由于其原材料、所需高溫焙烤等條件,常常容易導(dǎo)致丙烯酰胺的形成[4-5],而丙烯酰胺的生成量一旦超標(biāo),會(huì)造成對(duì)人體的傷害。因此,通過優(yōu)化餅干加工工藝對(duì)丙烯酰胺生成量控制具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 材料及試劑

本實(shí)驗(yàn)所用主要材料與試劑如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)主要材料與試劑

1.2 實(shí)驗(yàn)器材

本實(shí)驗(yàn)所用主要儀器設(shè)備如表2所示。

表2 主要實(shí)驗(yàn)儀器

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 餅干制作的工藝流程

配料稱重→配料預(yù)處理→混合攪拌均勻→調(diào)制面團(tuán)→發(fā)酵面團(tuán)→棍印成型→裝盤烘烤→冷卻→整理→成品。

1.3.2 操作要點(diǎn)

1)配料稱重:將制作餅干所需的各種物料按照配方稱好,備用。

2)配料:將已稱好的白砂糖與水充分混合,并不斷攪拌使糖溶解完全后,適當(dāng)?shù)渭訖幟仕崛芤夯旌?再把食用油、食鹽、食用碳酸氫銨、餅干膨松劑、小蘇打等加入攪拌機(jī)中混合攪拌乳化均勻,最后加入已混合均勻的面粉、全脂奶粉、雞蛋、淀粉等,攪拌3~5 min。攪勻?yàn)橹?不宜多攪。

3)棍印成型:將攪好的面團(tuán)放置3~5 min后,用手工成型。

4)裝盤:將烤盤放入指定位置,調(diào)整好前后位置,并在表面刷上一層食用油以避免面團(tuán)黏住。其中每個(gè)生坯的間距擺放不能過于密集,并且間距應(yīng)均勻。

5)烘烤:在已經(jīng)預(yù)熱好的烤箱中放入裝好面團(tuán)的烤盤,烘烤4~8 min,至餅干外觀表面呈棕黃色為止。

6)成品:將制成的餅干樣品冷卻,待用。

1.3.3 丙烯酰胺含量的測(cè)定

參考文獻(xiàn)[6]進(jìn)行樣品中丙烯酰胺含量的測(cè)定。

1.3.4 餅干加工工藝單因素實(shí)驗(yàn)

單因素實(shí)驗(yàn)采用餅干成品中丙烯酰胺的含量和感官評(píng)分作為評(píng)價(jià)指標(biāo),兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)所占比重一樣。分別考察烘烤溫度(140,160,180,200,220 ℃)、烘烤時(shí)間(4,5,6,7,8 min)、天冬酰胺酶添加量(300,400,500,600,700 mg/kg)及pH值(4.0,5.0,6.0,7.0,8.0)對(duì)餅干丙烯酰胺生成量和品質(zhì)的影響。

1.3.5 正交實(shí)驗(yàn)

以上述餅干加工工藝的單因素實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),在此基礎(chǔ)上選擇對(duì)餅干制作工藝的四個(gè)影響因素進(jìn)行三水平的正交實(shí)驗(yàn)(烘烤時(shí)間A、烘烤時(shí)間B、天冬酰胺酶用量C、pH值D四個(gè)因素按照L9(34)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)),同時(shí)以餅干成品的感官評(píng)分、丙烯酰胺含量作為指標(biāo)值,通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出最優(yōu)水平組合,并進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),最終得到使餅干口感最佳,丙烯酰胺含量最少的最優(yōu)加工工藝。

1.3.6 感官評(píng)價(jià)

選取10名非專業(yè)的同學(xué)(男生5名、女生5名)和10名本專業(yè)的同學(xué)(男生5名、女生5名),對(duì)制作出來的餅干進(jìn)行感官評(píng)價(jià)打分,主要包括以下四個(gè)方面的內(nèi)容:形態(tài)、色澤、氣味、組織與雜質(zhì),并根據(jù)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)餅干成品進(jìn)行客觀評(píng)分。在評(píng)分過程中,每個(gè)人對(duì)成品的評(píng)價(jià)要單獨(dú)進(jìn)行,相互不能進(jìn)行相關(guān)的溝通和交流,確定每個(gè)評(píng)分成員的個(gè)體性,最終選取平均分?jǐn)?shù)。表3即為感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。

表3 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)表

2 結(jié)果與分析

2.1 餅干加工工藝的單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 烘烤溫度的影響

不同烘烤溫度對(duì)餅干中丙烯酰胺的含量及感官評(píng)價(jià)見圖1。

圖1 烘烤溫度對(duì)餅干中丙烯酰胺含量及感官評(píng)分的影響

如圖1所示,剛開始時(shí),隨著烘烤溫度逐漸上升,餅干成品中的丙烯酰胺含量也在不斷增長(zhǎng),在180 ℃時(shí)丙烯酰胺的生成量達(dá)到最高,但隨著烘烤溫度的不斷增加,丙烯酰胺的生成量開始逐漸下降。同時(shí)對(duì)感官評(píng)分的曲線觀察可以看出,烘烤溫度上升,感官評(píng)分也隨之增加,但前期變化程度不算太大,在220 ℃時(shí)感官評(píng)分最高,但隨著烘烤溫度的增加,餅干有時(shí)會(huì)出現(xiàn)過焦現(xiàn)象,進(jìn)而導(dǎo)致感官評(píng)分下降。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,200 ℃時(shí)餅干中丙烯酰胺的含量及感官評(píng)分的綜合效果最佳。

2.1.2 烘烤時(shí)間的影響

不同烘烤時(shí)間對(duì)餅干中丙烯酰胺的含量及感官評(píng)價(jià)見圖2。

圖2 烘烤時(shí)間對(duì)餅干中丙烯酰胺含量及感官評(píng)分的影響

如圖2所示,烘烤時(shí)間從4~8 min不斷增加,餅干成品中的丙烯酰胺含量先隨之升高后降低。在烘烤時(shí)間為6 min時(shí),餅干成品中丙烯酰胺的含量達(dá)到最高,而對(duì)感官評(píng)分曲線進(jìn)行觀察可以看出,在4~5 min的時(shí)間內(nèi)感官評(píng)分呈增長(zhǎng)狀態(tài)達(dá)到最高,但烘烤時(shí)間越長(zhǎng),餅干成品的表面也會(huì)出現(xiàn)過焦變黑與破碎現(xiàn)象,因此導(dǎo)致餅干的外觀與口感的質(zhì)量也在不斷下降,即感官評(píng)分也隨之下降。結(jié)果顯示,烘烤時(shí)間為5 min時(shí)餅干中丙烯酰胺的含量及感官評(píng)分的綜合效果最佳。

2.1.3 天冬酰胺酶用量的影響

不同天冬酰胺酶用量對(duì)餅干中丙烯酰胺的含量及感官評(píng)價(jià)見圖3。

圖3 天冬酰胺酶的用量對(duì)餅干中丙烯酰胺含量及感官評(píng)價(jià)的影響

如圖3所示,當(dāng)天冬酰胺酶的用量不斷增加時(shí),餅干成品中丙烯酰胺的含量也隨之不斷下降。這是因?yàn)樘於0啡菀妆惶於0访复呋?形成天冬氨酸和氨,從而導(dǎo)致丙烯酰胺含量的減少,所以天冬酰胺酶的用量越多,丙烯酰胺的含量越少,但當(dāng)天冬酰胺酶的用量增加到500 mg/kg之后,其丙烯酰胺含量下降的程度開始不明顯。同時(shí)對(duì)感官評(píng)分的曲線觀察可以看出,天冬酰胺酶的用量在300~700 mg/kg不斷增加時(shí),在500和600 mg/kg時(shí)評(píng)分較高,但感官評(píng)分總體變化幅度不大,這是因?yàn)樘於0访覆粫?huì)影響參加美拉德反應(yīng)的其他氨基酸和還原糖。結(jié)果顯示,天冬酰胺酶用量為500 mg/kg時(shí)餅干中丙烯酰胺的含量及感官評(píng)分的綜合效果最佳。

2.1.4 pH值的影響

pH值對(duì)餅干中丙烯酰胺的含量及感官評(píng)價(jià)見圖4。

圖4 pH值對(duì)餅干中丙烯酰胺含量及感官評(píng)分的影響

如圖4所示,當(dāng)pH值從4增加到7時(shí),餅干成品中丙烯酰胺的含量不斷增加且增加幅度顯著,pH值為8時(shí)略有下降但含量仍較多,中性條件下為丙烯酰胺的最佳生成條件,當(dāng)pH值為酸性條件時(shí)丙烯酰胺含量較低,所以應(yīng)適當(dāng)降低體系中的pH值來減少丙烯酰胺的產(chǎn)生。結(jié)果顯示,pH值6時(shí)餅干中丙烯酰胺的含量及感官評(píng)分的綜合效果最佳。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

以餅干加工工藝的單因素實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論為基礎(chǔ),把對(duì)餅干產(chǎn)品中丙烯酰胺含量的影響因素烘烤溫度(A)、烘烤時(shí)間(B)、天冬酰胺酶用量(C)、pH值(D)四個(gè)因素按照L9(34)正交表格進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)各水平及各因素見表4,表5為正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果,以感官評(píng)分為考察指標(biāo),依據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果,確定最佳的餅干制作工藝條件。

表4 正交實(shí)驗(yàn)水平表

表5 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由表5正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可得:比較極差可知RA>RC>RD>RB,所以各加工工藝的影響因素按從大到小排列分別是:A>C>D>B,即烘烤溫度影響最大,其次是天冬酰胺酶的用量和pH值,而烘烤時(shí)間的影響程度相對(duì)來說最小。烘烤溫度越高,烘烤時(shí)間越長(zhǎng),就會(huì)容易導(dǎo)致餅干成品發(fā)生過焦現(xiàn)象,從而導(dǎo)致餅干表面變黑、產(chǎn)生糊味、口感變硬等,故感官評(píng)分也會(huì)變差,而當(dāng)處于過酸條件下時(shí)也會(huì)導(dǎo)致生成的餅干產(chǎn)品產(chǎn)生酸味,影響其口感等。而九組正交實(shí)驗(yàn)中由高效液相色譜法測(cè)得的丙烯酰胺含量相差較小,沒有較大區(qū)別,均在30~35 μg/kg,所以正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果主要以感官評(píng)分為判定指標(biāo)。在九組正交試驗(yàn)中,第六組實(shí)驗(yàn)A2B3C2D2的結(jié)果最好;而比較K值平均值可知最佳因素水平組合為A2B3C1D2,即烘烤溫度200 ℃,烘烤時(shí)間6 min,天冬酰胺酶用量400 mg/kg,pH值6為最佳的餅干加工工藝,其感官評(píng)分最好。

2.3 正交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

按照上述正交實(shí)驗(yàn)得出的最佳正交配方,對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),結(jié)果如表6所示,驗(yàn)證組餅干成品的感官評(píng)分平均值為88.50,即此配方結(jié)果優(yōu)于正交實(shí)驗(yàn)第六組的結(jié)果,故組合A2B3C1D2較好。

表6 正交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表

2.4 感官評(píng)價(jià)結(jié)果

挑選10名非專業(yè)的同學(xué)(男生5名、女生5名)和10名本專業(yè)的同學(xué)(男生5名、女生5名),分別從形態(tài)、組織與雜質(zhì)、色澤和氣味四個(gè)方面來進(jìn)行評(píng)價(jià),并按照表3的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)客觀進(jìn)行評(píng)分,取平均值,其結(jié)果見圖5。

圖5 感官評(píng)分結(jié)果雷達(dá)圖

如圖5所示,從感官評(píng)分結(jié)果來說,在氣味方面評(píng)分最高(評(píng)分為89分),具有該餅干品種本身的香味,且香味濃郁誘人;在色澤方面評(píng)分也很高(評(píng)分為83分),餅干成品總體呈棕黃色,且色澤均勻,觀感良好;在組織與雜質(zhì)方面評(píng)分比較低(評(píng)分為68分),其斷層結(jié)構(gòu)孔洞不夠細(xì)密,偶爾有零星大的孔洞出現(xiàn),但無異物產(chǎn)生;在形態(tài)方面評(píng)分最低(評(píng)分為59分),餅干成品的外觀形狀不夠完整,略微有破碎,且部分餅干成品的厚薄不夠均勻。

3 結(jié)論

本研究通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交試驗(yàn)來研究其加工工藝,運(yùn)用高效液相色譜法測(cè)定餅干產(chǎn)品中丙烯酰胺的含量,同時(shí)餅干產(chǎn)品進(jìn)行感官評(píng)分,綜合測(cè)得丙烯酰胺含量和感官評(píng)分兩者的結(jié)果,主要得到以下結(jié)論:通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn),以烘烤溫度(A)、烘烤時(shí)間(B)、天冬酰胺酶用量(C)、pH值(D)為自變量,以餅干成品的感官評(píng)分及丙烯酰胺含量為因變量,將這四個(gè)加工工藝因素的極差進(jìn)行比較進(jìn)而得出:RA>RC>RD>RB,即這四個(gè)加工工藝因素影響程度的順序?yàn)锳>C>D>B,即烘烤溫度對(duì)丙烯酰胺含量影響最大,其次是天冬酰胺酶用量,而pH值和烘烤時(shí)間的影響相對(duì)較小;得到最佳的組合是A2B3C1D2,即烘烤溫度為200 ℃,烘烤時(shí)間為6 min,天冬酰胺酶用量為400 mg/kg,pH值為6,該工藝條件下制作而成的餅干成品的丙烯酰胺含量相對(duì)而言較低,為30 μg/kg。同時(shí)餅干成品形態(tài)完整花紋清晰,顏色為該餅干品種特有的均勻的棕黃色,且香味濃郁誘人無異味,斷面結(jié)構(gòu)也較為細(xì)密,更為大多數(shù)人喜歡,感官評(píng)分也較高。

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