紫薯, 属旋花科草本植物, 其肉质呈紫色, 营养丰富。除含有普通红薯应有的淀粉、蛋白质、糖, 膳食纤维、维生素和氨基酸外, 还含有丰富的硒元素和天然花青素^[1-2]。花青素对改善视觉功能、改善大脑功能、抗肥胖症、抗糖尿病、抗心血管疾病和抗癌症等有明显作用^[3-6], 因此紫薯是绿色健康的保健食品, 有十分良好的发展前景。然而市场上销售的紫薯产品种类单一, 多数是以紫薯全粉、初级紫薯熟制加工品, 不能满足消费者对其高品质的追求。

随消费者安全意识和保健意识的增强, 富含天然成分的保健型食品受到推崇。目前紫薯果冻中紫薯成分添加量仅有5%和0.5%^[7], 因紫薯成分含量低, 相关产品仅是具有紫薯风味, 以紫薯为主要原料的果冻产品尚未面世。

本试验将以紫薯与食用胶为主要原料, 赋予果冻特别的紫薯风味, 突出紫薯中硒元素和天然花青素的保健功能, 利用单纯性质心混料设计和二次正交旋转实验设计优化紫薯果冻的加工工艺, 并对其参数进行实验验证, 为市场开发紫薯果冻产品提供技术依据, 丰富果冻产品种类, 同时也为紫薯的综合开发利用提供新思路。

1 材料与方法 1.1 主要材料

紫薯粉, 兴化市康华食品有限公司; 卡拉胶、黄原胶、果胶:食品级, 西安市福旺食品有限公司; L-苹果酸, 郑州市食代添骄化工产品有限公司; 无水乙醇、95%乙醇:分析纯, 西安化学试剂厂; 氢氧化钠、酚酞:分析纯, 天津市北联精细化学品开发有限公司。

1.2 紫薯果冻加工工艺流程 1.3 工艺技术要点

1) 紫薯汁的制备

将紫薯粉和白砂糖加水调制, 搅拌均匀, 使其充分溶解, 避免出现结块现象。

2) 复配胶的制备

将卡拉胶、黄原胶和果胶按照比例混合调制成复配胶, 复配胶加水溶解, 快速搅拌。

3) 混合均质

将紫薯汁加入上述配置好的复配胶中, 搅拌混合, 使两者充分接触, 互相融合。

4) 熬煮浓缩

在混合料液中加入L-苹果酸, 加热熬煮, 边加热边搅拌, 防止出现糊化现象, 加热15~20 min, 使溶液中的固体物质全部溶解, 溶液呈现均匀细腻的胶体物质。

5) 冷却成型

熬煮结束后, 趁热将胶体物质倒入模具中, 静置冷却, 至凝胶成型。

1.4 实验设计与方法 1.4.1 复配胶配方的确定

紫薯果冻的食用胶配方采用单纯性质心混料设计。以卡拉胶、黄原胶和果胶的添加量为考察变量, 依据预试验对3种食用胶的添加范围进行上下限设置, 其质量分数范围分别为卡拉胶45%~65%, 黄原胶20%~45%, 果胶10%~30%, 以感官评定得分作为响应值, 筛选出适宜的果冻基质成分和比例, 见表 1, 不同的配料组合配方见表 2。

1.4.2 紫薯果冻配方优化

以糖酸比(x₁), 复配胶质量分数(x₂), 紫薯粉质量分数(x₃)为实验因素A, B, C进行二次正交旋转实验设计, 以感官评定得分为响应值, 用Design Expert(Version 8.05)软件进行试验设计和结果分析, 预测最优配方并验证, 试验自变量因素编码及水平见表 3。

1.4.3 质构分析

采用美国Brookfield公司CT3质构仪进行TPA测试, 探头型号为TA5, 测试速度和返回速度均为0.5 mm/s, 负载单元1 000 g。

1.4.4 感官评定分析

对制作的紫薯果冻, 根据果冻的组织形态(25分)、滋味气味(25分)、口感(25分)和色泽(25分)对其进行综合评分, 感官评定标准如表 4所示。参考Meilgaard等^[8]的方法和感官评定实验的要求, 样品用3个数字组成的编号标记, 在当天由15位经过培训的食品科学与工程专业学生对产品进行评定, 取平均分作为感官评价结果。对以优化配方制得的紫薯果冻, 与其他品牌紫薯果冻进行感官比较时, 因表 4所列指标对紫薯果冻描述存在偏向性, 无法确定统一的感官评价标准, 因此只对紫薯果冻与市售产品进行喜好度的判别。

1.4.5 理化指标测定

糖度:手持糖度计测定; 总酸含量:参照GB/T 12456-2008《食品中总酸的测定方法》; 总花青素含量测定, 参照李文峰和肖旭霖(2014)方法^[10]; 总抗氧化能力用样品DPPH清除率表示^[10]。

1.5 数据统计分析

混料设计和二次正交旋转组合试验设计及结果处理采用Design-Expert 8.05软件进行, 方差分析采用Minitab 16数据处理软件完成。

2 结果与分析 2.1 复配胶配方的确定

选用卡拉胶、黄原胶和果胶进行复配, 利用单纯性质心混料设计方法, 对复配胶配方进行确定, 实验设计及结果见表 2。对实验数据进行回归分析, 得到回归方程:Y=74.94x₁+62.51x₂+68.85x₃+63.17 x₁x₂+2.45x₁x₃+45.48x₂x₃, 由模型的方差分析结果可以看出(表 5), 模型显著, 失拟项不显著, 该模型可以用来结果预测; 各单因素和交互项x₁x₂, x₂x₃对结果影响显著。复合胶的优化比例为:卡拉胶50.98%(质量比例)、黄原胶29.02%(质量比例)、果胶20%(质量比例)。

2.2 紫薯果冻配方的确定

本实验以糖酸比、复配胶比例、紫薯粉比例为实验因素, 采用二次正交旋转试验设计, 对紫薯果冻配方进行确定, 试验设计及结果见表 3。对数据进行拟合, 得到回归方程:

Y=75.83+5.32 x₁-0.35x₂+3.83x₃+0.34 x₁x₂+0.19x₁x₃-2.31 x₂x₃-0.97 x₁²-2.99x₁²-1.11x₃²。从模型的方差分析结果(表 6)可以看出:二次多项式模型(P < 0.05)达到显著水平, 说明用上述回归方程描述各自变量与响应值之间的关系时, 二次线性关系显著。回归方程一次项x₁, x₃, 交互项x₂x₃以及二次项x₂²均达到显著水平。3个因素对紫薯果冻的影响顺序依次为:复配胶比例(x₂)>紫薯粉比例(x₃)>糖酸比(x₁)。经响应曲面优化, 得到紫薯果冻的优化比例为糖酸质量比75:1(糖11.25%, 酸0.15%, 均为质量分数), 复配胶质量分数2.81%, 紫薯粉质量分数22.00%。

2.3 优化配方下紫薯果冻指标分析及比较

以2.2优化得到的紫薯果冻配方制作果冻, 对其进行质构测定、理化指标分析和喜好度判别, 并与其他市售产品进行比较。由表 7可知, 紫薯果冻与市售产品在硬度、黏力、黏性、内聚力、弹性、胶着性以及咀嚼性方面均有差异, 但总体上紫薯果冻各质构指标数值落于市售产品数值之间, 说明从质构角度, 本实验所制得果冻符合市售产品要求。

由表 8看出, 紫薯果冻总体糖度、酸度低于市售产品, 这与实验中糖酸添加量有关。因糖酸比为试验优化所得, 说明在紫薯风味影响下, 较低的糖酸含量更符合消费者感官要求。紫薯果冻中花青素含量为9.82 mg/100g, 约为新鲜紫薯中花青素含量的1/10。紫薯在干燥制粉过程中花青素损失率在20%~70%之间, 是影响紫薯粉中花青素含量的主要因素^[11-12]。市售产品四的总抗氧化能力最高, 可能于其中V_C含量较高有关; 紫薯果冻的总抗氧化能力低于市售产品四, 但高于其他3个产品, 说明紫薯果冻中花青素等成分起到了良好的抗氧化作用。经喜好度评价发现, 紫薯果冻与市售产品间无显著差异, 表明不同果冻类产品对感官评价结果影响并不显著, 紫薯果冻可满足消费者的感官要求。

3 结论

本实验采用混料试验设计方法确定复配胶的最佳配比, 结合响应曲面优化得出紫薯果冻的优化配方, 即ω(糖)11.25%, ω(L-苹果酸)0.15%, ω(复配胶)2.81%, ω(紫薯粉)22.00%, 该比例下的紫薯果冻颜色呈紫红色, 具有浓郁的紫薯风味, 组织细腻有弹性, 口感酸甜适口。优化配方下紫薯果冻质构数值与市售产品相符, 喜好度判别与市售产品无显著差异。总体上, 本实验所得紫薯果冻满足市场消费要求。