瑪咖曲奇餅干生產(chǎn)配方優(yōu)化及貨架期預(yù)測

,2,*

(1.漯河食品職業(yè)學(xué)院食品檢測系,河南漯河 462300;2.河南科技學(xué)院生命科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng) 453000)

瑪咖(Maca)不僅含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、膳食纖維、不飽和脂肪酸、鈣、鐵、鉀、VC等多種營養(yǎng)成分,還含有瑪咖烯、瑪咖酰胺等生物堿活性成份[1],具有增強(qiáng)人體免疫力[2]、抗氧化、緩解體力疲勞[3-4]、改善記憶力、改善性功能、提高生育力[5]等作用。2011年5月,瑪咖粉已經(jīng)正式通過我國衛(wèi)生部審批成為新食品原料[6]。目前,瑪咖粉主要應(yīng)用于制作瑪咖片、瑪咖酒,鮮少有學(xué)者將其應(yīng)用于餅干中。曲奇餅干是一種酥性餅干,備受人們青睞,感官屬性是評價(jià)其品質(zhì)的一個重要指標(biāo),由于其組織狀態(tài)、口感、色澤、風(fēng)味等屬性在描述時往往具有模糊性,難以劃分出清晰的界限,因此,為了獲得較為客觀的檢驗(yàn)結(jié)果,采用模糊數(shù)學(xué)評價(jià)法對曲奇餅干進(jìn)行數(shù)學(xué)化和定量化的描述和處理[7]。

ASLT(Accelerated shelf-life testing),是1985年由Schmidl和Labuza提出的一種有效、快速地預(yù)測食品貨架期方法[8],主要通過將產(chǎn)品儲存于一些加速破壞的惡劣條件下,提高儲存溫度加速變質(zhì),按一定時間間隔檢測該條件下的保質(zhì)期,然后以這些數(shù)據(jù)外推確定實(shí)際儲存條件下的保質(zhì)期[9-10]。本實(shí)驗(yàn)通過添加瑪咖超微粉制作瑪咖曲奇餅干,通過模糊感官評定確定瑪咖超微粉、白砂糖、水及奶油的添加量范圍,在此基礎(chǔ)上,以感官評分為響應(yīng)值,結(jié)合Box-Benhnken中心組合設(shè)計(jì),確定瑪咖曲奇餅干的最優(yōu)配方,并采用Arrhenius模型[11]預(yù)測瑪咖曲奇餅干的貨架期,為工業(yè)化生產(chǎn)瑪咖曲奇餅干提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

瑪咖粉 云南省昆明市官渡區(qū)冠升堂中藥材經(jīng)營部;小麥粉 鄭州金苑面業(yè)有限公司;白砂糖 鄭州市二七區(qū)喜紅食品廠;安佳(Anchor)淡奶油 安琪食品專營店。

表1 餅干的感官評定標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation criteria of biscuits

WFJ-20型超微粉碎機(jī) 江陰康和機(jī)械廠;FA1604型電子天平 上海天平儀器廠;CKWS.100.B型遠(yuǎn)紅外烤箱 廣東半球?qū)崢I(yè)集團(tuán)公司;HM740和面機(jī) 青島漢尚電器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 瑪咖曲奇餅干制備工藝流程 瑪咖曲奇餅干的制作工藝流程[12]如下:

1.2.2 關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

1.2.2.1 輔料預(yù)混 首先按照各試驗(yàn)要求準(zhǔn)確稱取奶油和糖粉的量,溶糖成糖漿,然后將奶油和糖漿進(jìn)行混合,攪打至呈乳白色時,再慢慢加入雞蛋液。

1.2.2.2 面團(tuán)調(diào)制 稱取面粉100 g,按試驗(yàn)設(shè)計(jì)定量稱取適宜的瑪咖超微粉,混合加入上述輔料,采用疊壓法和面,控制面筋力。

1.2.2.3 烘烤 將曲奇餅干放入已經(jīng)預(yù)熱過的烤箱中,固定上火180 ℃、底火150 ℃,烘烤時間:20 min。

1.2.2.4 冷卻 自然冷卻至常溫,整理、包裝、入庫。

1.2.3 模糊綜合評價(jià)方法

1.2.3.1 評定人員及方式的選擇 由10名食品專業(yè)人員組成,男女各5名,身體健康,無不良嗜好,對色香味有較強(qiáng)的分辨能力,評定過程中采用獨(dú)立評定,重復(fù)3次,取平均值。

1.2.3.2 確定產(chǎn)品因素集U和評語集V 確定產(chǎn)品質(zhì)量由組織狀態(tài)、口感、色澤、風(fēng)味4個因素構(gòu)成,即U=(組織狀態(tài)、口感、色澤、風(fēng)味);對每個因素的評價(jià)按優(yōu)、良、中、差4 個等級評定,即V={優(yōu)(V1)、良(V2)、中(V3)、差(V4)}[13-14]。

1.2.3.3 確定權(quán)重 采用強(qiáng)制決定法[15]確定各質(zhì)量因素的權(quán)重分別為組織狀態(tài)(0.15)、口感(0.25)、色澤(0.2)、風(fēng)味(0.4),即X=(0.15,0.25,0.20,0.40)。

1.2.3.4 評定標(biāo)準(zhǔn) 由專業(yè)技術(shù)人員和食品專業(yè)教師制定出瑪咖曲奇餅干的感官評定標(biāo)準(zhǔn)[16],見表1。

1.2.3.5 模糊綜合評判 數(shù)學(xué)模型的選取設(shè)食品感官因素綜合評判的結(jié)果向量為Y,它是感官因素由向量A和評價(jià)矩陣R的合成,即Y=X·R[17]。

Y=(y1,y2,y3,y4)=(x1,x2,x3,x4)

式(1)

1.2.4 單因素實(shí)驗(yàn) 固定基本配方中其他成分的添加量(面粉100 g、雞蛋15 g),以面粉添加量100%計(jì),研究瑪咖超微粉添加量(2%、4%、6%、8%)、白砂糖添加量(14%、18%、22%、26%)、水分添加量(10%、12%、14%、16%)、奶油添加量(20%、24%、28%、32%)對曲奇餅干感官特性的影響,做3次重復(fù)試驗(yàn),并通過10位評委綜合評定判定其等級,然后用加權(quán)平均型的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,最后做排序比較。經(jīng)感官評定人員和相關(guān)專家研究決定出如下等級系數(shù),h1=100,h2=80,h3=60,h4=40,從而求出感官評分值S。S=∑YjHi,i=1,2…n;j=1,2…m。

1.2.5 響應(yīng)面試驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,確定瑪咖超微粉添加量(A)、白砂糖添加量(B)、水分添加量(C)、奶油添加量(D)及感官評價(jià)結(jié)果進(jìn)行四因素三水平二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)(表2),采用Design-Expert 7.1.3對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并預(yù)測最佳工藝參數(shù)。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表Table 2 Factors and levels of response surface experiment

1.2.6 瑪咖曲奇餅干的貨架期預(yù)測 本實(shí)驗(yàn)主要采用ALST法中的Arrhenius模型探究溫度對瑪咖曲奇餅干中油脂氧化的影響,瑪咖曲奇餅干采用聚乙烯塑料袋封裝,分別置于40、60 ℃的干燥箱環(huán)境中存儲[11,18],每隔5 d測定其過氧化值。

表3 瑪咖超微粉添加量對曲奇餅干感官評定的影響Table 3 Effect of different amounts of Maca super powder on sensory evaluation of cookies

注:感官評分值為 3次重復(fù)試驗(yàn)平均值;肩標(biāo)相同小寫字母表示同行數(shù)據(jù)間無顯著差異;肩標(biāo)不同小寫字母表示同行數(shù)據(jù)間差異顯著(P<0.05),下同。

表4 白砂糖添加量對曲奇餅干感官評定的影響Table 4 Effect of different amounts of sugar on sensory evaluation of cookies

表5 水分添加量對曲奇餅干感官評定的影響Table 5 Effect of different amounts of water on sensory evaluation of cookies

表6 奶油添加量對曲奇餅干感官評定的影響Table 6 Effect of different amounts of cream on sensory evaluation of cookies

Arrhenius公式轉(zhuǎn)化式:

式(2)

油脂氧化的貨架壽命公式:

式(3)

式中:tT為瑪咖曲奇餅干在溫度T條件下的貨架壽命,d;T為瑪咖曲奇餅干貯藏環(huán)境溫度,K。

1.2.7 過氧化值測定 采用GB 5009.227-2016《食品中過氧化值的測定》方法測定過氧化值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

單因素實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Paired-samples T Test方法進(jìn)行顯著差異性分析,顯著差異水平:顯著(P<0.05);極顯著(P<0.01);響應(yīng)面數(shù)據(jù)利用Design-Expert軟件對回歸方程進(jìn)行方差分析;圖片采用Origin 7.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 瑪咖超微粉添加量的確定 瑪咖超微粉添加量對曲奇餅干評定的影響如表3所示。由表3可知,隨著瑪咖超微粉添加量的增加,瑪咖曲奇餅干的感官評分呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,其最優(yōu)添加量為4%,這主要是由兩方面的原因?qū)е碌?一方面瑪咖超微粉添加量過多,會導(dǎo)致面團(tuán)黏合性差,易出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象;另一方面,瑪咖中含有芥子油苷,使瑪咖甜中微帶辛辣味,添加量過多影響瑪咖曲奇餅干的味覺,而添加量過低瑪咖風(fēng)味不足,且達(dá)不到預(yù)期的效果。故本實(shí)驗(yàn)選取瑪咖超微粉添加量為2%、4%及6%進(jìn)行響應(yīng)面分析。

2.1.2 白砂糖添加量的確定 由表4可以看出,隨著白砂糖添加量的增加,曲奇餅干的感官評分先增加后逐漸下降,最優(yōu)添加量為22%。白砂糖添加量過低,曲奇餅干不易上色;白砂糖添加量過高,則容易烤糊。故本實(shí)驗(yàn)選取白砂糖添加量18%、22%及26%進(jìn)行響應(yīng)面分析。

2.1.3 水分添加量的確定 由表5可以看出,隨著水分添加量的增加,曲奇餅干的感官評分先增加后逐漸下降,最優(yōu)添加量為14%。水分添加量過少,不便于壓花紋,且容易出現(xiàn)白色結(jié)塊;反之,水分添加量過多,餅干花紋會消失,會使得餅干過硬,少了酥脆感。故本實(shí)驗(yàn)選取水分添加量12%、14%及16%進(jìn)行響應(yīng)面分析。

2.1.4 奶油添加量的確定 由表6可以看出,隨著奶油添加量的增加,曲奇餅干的感官評分先增加,而后逐漸下降,其最優(yōu)添加量為28%。奶油添加量過少,會影響餅干光澤;反之,奶油添加量過多,也會使得餅干過硬,缺少了酥脆感。故本實(shí)驗(yàn)選取水分添加量24%、28%及32%進(jìn)行響應(yīng)面分析。

2.2 響應(yīng)面分析

2.2.1 回歸模型的建立與分析 表7為Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果,利用 Design-Expert 軟件對表7結(jié)果進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸擬合,得到感官評分(Y)與瑪咖超微粉添加量(A)、白砂糖加量(B)、水分添加量(C)、奶油添加量(D)的多元回歸方程為:

Y=85.72+5.68A+3.97B+5.83C+3.56D+1.20 AB-3.42AC-0.48AD-0.25BC+0.82BD+1.18CD-6.98A2-6.14B2-7.78C2-8.71D2

表7 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 7 Design and results of Box-Behnken experiment

2.2.2 因素間的交互作用 利用Design-Expert軟件分析4個因素的交互作用對感官值的影響情況如圖1～圖6所示。等高線圖越陡峭表示該因素對感官值影響越顯著,反之,等高線圖越平緩則影響不顯著[21-23];等高線的形狀能反映出兩因素交互作用強(qiáng)弱,橢圓形表示交互作用強(qiáng),影響顯著,等高線形狀為圓形,則與之相反。

圖1 瑪咖超微粉和白砂糖添加量交互作用對曲奇餅干感官評定結(jié)果的影響Fig.1 Effect of interaction of amounts of Maca super powder and sugar on sensory evaluation of cookies

表8 回歸方程的方差分析Table 8 ANONA(analysis of variance)of regression equation

圖2 瑪咖超微粉和水分添加量對曲奇餅干感官評定結(jié)果的影響Fig.2 Effect of interaction of amounts of Maca super powder and water on sensory evaluation of cookies

圖3 瑪咖超微粉和奶油添加量對曲奇餅干感官評定結(jié)果的影響Fig.3 Effect of interaction of amounts of Maca super powder and cream on sensory evaluation of cookies

圖4 白砂糖和水分添加量對曲奇餅干感官評定結(jié)果的影響Fig.4 Effect of interaction of amounts of sugar and water on sensory evaluation of cookies

圖5 白砂糖和奶油添加量對曲奇餅干感官評定結(jié)果的影響Fig.5 Effect of interaction of amounts of sugar and cream on sensory evaluation of cookies

圖6 水分和奶油添加量對曲奇餅干感官評定結(jié)果的影響Fig.6 Effect of interaction of amounts of water and cream on sensory evaluation of cookies

注:**表示在P<0.01水平顯著,*表示在P<0.05水平顯著。

由表8和圖1～圖6可以看出,瑪咖超微粉添加量和水分添加量之間交互作用顯著,瑪咖超微粉添加量和白砂糖添加量、瑪咖超微粉添加量和奶油添加量、白砂糖添加量和水分添加量、白砂糖添加量和奶油添加量以及水分添加量和奶油添加量的等高線接近圓形,說明兩兩間交互作用較弱[17]。

2.3 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

通過模糊數(shù)學(xué)和響應(yīng)面的綜合評定,得出最優(yōu)瑪咖曲奇餅干的配方為,瑪咖超微粉添加量4.48%,白砂糖添加量23.84%,水的添加量14.28%,奶油添加量29.60%,理論最高感官評分值88.07。根據(jù)響應(yīng)面最佳條件進(jìn)行三次平行實(shí)驗(yàn)得到瑪咖曲奇餅干評分為(87.25±1.31)分。說明該方程與實(shí)際情況擬合性較好,證明該方程具有可靠性。

2.4 貨架期確定

2.4.1 貨架期測定 按照劉晶晶等[11,18]方法測定上述最優(yōu)條件下所獲得的瑪咖曲奇餅干在40、60 ℃條件下貯藏不同時間的過氧化值,結(jié)果見圖7。

圖7 不同溫度加速實(shí)驗(yàn)條件產(chǎn)品過氧化值的變化Fig.7 Change of peroxide value of products under different temperature accelerated test conditions

由圖7可知,瑪咖曲奇餅干的氧化速率隨著溫度的升高而加快,這是油脂酸敗所導(dǎo)致的。將實(shí)驗(yàn)所得的過氧化值取平均數(shù),再取其對數(shù),將過氧化值對數(shù)ln(POV)與時間t進(jìn)行回歸線性擬合,所得方程如表9所示。

表9 加速實(shí)驗(yàn)條件下產(chǎn)品的氧化速率擬合方程及貨架壽命Table 9 The regression equations of oxidation rate and shelf life of products under accelerated test conditions

從回歸方程的顯著性看,方程線性相關(guān)度顯著,參照GB7100-2015《餅干》,可知餅干允許的最大過氧化值為19.7 meq/kg(0.25 g/100 g),將其分別代入兩個不同溫度下的線性方程,可得到在40、60 ℃下貨架期壽命分別是106、79 d。將表6數(shù)據(jù)先后帶入式(2)、式(3),可得瑪咖曲奇餅干在常溫條件下(20 ℃)的貨架壽命為146 d,因此40、60 ℃的溫度下加速了油脂的反應(yīng)速度,導(dǎo)致預(yù)測常溫下的貨架期縮短。

3 結(jié)論

通過模糊綜合評定法和響應(yīng)面結(jié)合法最終確定瑪咖曲奇餅干制作的最優(yōu)配方為:瑪咖超微粉添加量4.48%,白砂糖添加量23.84%,水的添加量14.28%,奶油添加量29.60%,對此配方驗(yàn)證所得餅干的感官評分高達(dá)(87.25±1.31)分。此外,對最優(yōu)配方下所得瑪咖曲奇餅干的貨架期進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),在40、60 ℃下該瑪咖曲奇餅干的貨架期壽命分別是106、79 d。利用Arrhenius公式預(yù)測出瑪咖曲奇餅干在常溫條件下的貨架壽命為146 d。