膨化玉米粉配方優(yōu)化及沖調(diào)性分析

曾德玉，龍安金，曾珍，黃銳，葉陽*

1. 四川輕化工大學(xué)生物工程學(xué)院（自貢 644000）；2. 四川省旌晶食品有限公司（德陽 618000）

玉米是我國除小麥、稻谷外第三大種植物，在食品、飼料及工業(yè)原料中均有應(yīng)用，被譽(yù)為“未來的谷物”。玉米粉含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，具有健脾益胃、美容養(yǎng)顏等功效[1-2]，但膨化玉米粉存在沖調(diào)性較差的問題，即沖調(diào)時速溶性差、易結(jié)塊、粉包、粘壁、穩(wěn)定性差[3-5]，這些制約著膨化玉米粉的發(fā)展。目前，采用淀粉改性[6]和優(yōu)化干燥工藝[7]，改變粉體的顆粒結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改善其沖調(diào)性。此外，在配方中加入一些添加劑[8]來改善粉體的沖調(diào)性。如麥芽糊精可改善膨化粉的分散性和粘壁現(xiàn)象[9]，降低結(jié)塊[10]，黃原膠[11]、單甘酯[12]、蔗糖酯[13]也可改善其沖調(diào)性能。但少有將這些添加劑加入膨化玉米粉中研究其沖調(diào)性能指標(biāo)的變化，此次研究以膨化玉米粉為原料，麥芽糊精、單甘酯、黃原膠和蔗糖酯為添加劑，通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化膨化玉米粉配方工藝，提高粉體的沖調(diào)性，旨在為膨化玉米粉在代餐粉中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

市售玉米粉，旌晶食品有限公司；麥芽糊精、黃原膠、單甘酯、蔗糖酯，河南萬邦實(shí)業(yè)有限公司。以上試劑均為食品級。

1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9075A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（北京中興偉業(yè)儀器有限公司）；HWS-12電熱恒溫水浴鍋（上海齊欣科學(xué)儀器有限公司）；NDJ-5S數(shù)字式黏度計(jì)（上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司）；TG-16臺式高速離心機(jī)（四川蜀科儀器有限公司）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 單因素試驗(yàn)

分別以麥芽糊精添加量（5%，10%，5%，20%和25%）、黃原膠添加量（0.1%，0.3%，0.5%，0.7%和0.9%）、單甘酯添加量（0.3%，0.4%，0.5%，0.6%和0.7%）、蔗糖酯添加量（0.03%，0.06%，0.09%，0.12%和0.15%）復(fù)配膨化玉米粉，以結(jié)塊率、沉淀率、分散時間、沖調(diào)穩(wěn)定性指數(shù)、吸水性指數(shù)、水溶性指數(shù)、黏度為指標(biāo)，確定最佳添加量。

1.3.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，確定四個響應(yīng)因素：麥芽糊精添加量（A）、黃原膠添加量（B）、單甘酯添加量（C）、蔗糖酯添加量（D）。以膨化玉米粉的黏度（Y1，mPa·s）和結(jié)塊率（Y2，%）為響應(yīng)值，使用全因子CCD進(jìn)行30組的響應(yīng)面試驗(yàn)，對膨化玉米粉的配方進(jìn)行優(yōu)化，因素及水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)的自變量和編碼值 單位：%

1.3.3 測定方法

1) 吸水性指數(shù)（WSI）、水溶性指數(shù)（WAI）的測定：參照張雪等[14]的測定方法。

2) 結(jié)塊率、離心沉淀率、分散時間、穩(wěn)定性指數(shù)和黏度的測定：分別參照樂梨慶等[15]、張?jiān)玛柕萚16]、張冬媛等[17]、肖宇琨[18]、孫雪姣等[19]的測定方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用Design Expert 8.0 Trial進(jìn)行響應(yīng)面分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 膨化玉米粉單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 麥芽糊精添加量對膨化玉米粉沖調(diào)性的影響

由表2可知：隨麥芽糊精添加量增加，膨化玉米粉的WAI呈上升趨勢；WSI、結(jié)塊率、黏度呈下降趨勢；離心沉淀率、分散時間和穩(wěn)定性指數(shù)呈先降低后增加趨勢。麥芽糊精添加量15%時，膨化玉米粉的結(jié)塊率最低，黏稠度適中，沖調(diào)效果好，孫延修等[20]研究表明即食糊中添加麥芽糊精對其結(jié)塊影響較大?？赡苁躯溠亢砑恿浚?5%時，膨化玉米粉的沖調(diào)穩(wěn)定性好，降低了結(jié)塊；添加量＞15%時，沖調(diào)粉黏度較低，流動性大，增加了顆粒間在水中的凝沉，從而增加了結(jié)塊。因此，麥芽糊精的最佳添加量為15%。

表2 麥芽糊精對膨化玉米粉沖調(diào)性能的影響

2.1.2 黃原膠添加量對膨化玉米粉沖調(diào)性的影響

由表3可知：隨黃原膠添加量增加，WAI、WSI、分散時間呈先增上升后下降趨勢，結(jié)塊率先下降后增加，黏度呈上升趨勢；沉淀率、穩(wěn)定指數(shù)呈下降趨勢。與空白組相比，黃原膠能顯著降低膨化玉米粉的沖調(diào)結(jié)塊率和分散時間，其中分散時間和結(jié)塊率在黃原膠添加量0.7%時最低，可能是黃原膠添加量增加，增加粉體的黏度，使得顆粒間有附著結(jié)塊的傾向，使顆粒增大，從而增大了結(jié)塊率和分散時間[21]；與杜長江等[22]在研究黃原膠添加量對沖調(diào)型核桃燕麥谷物粉的沉淀率和黏度變化趨勢一致，降低程度較好。

表3 黃原膠對膨化玉米粉沖調(diào)性能的影響

2.1.3 單甘酯添加量對膨化玉米粉沖調(diào)性的影響

由表4可知：隨單甘酯添加量增加，沖調(diào)粉的沉淀率和穩(wěn)定性指數(shù)先降低后增加，總體高于空白組，說明單甘酯可改善膨化玉米粉的沖調(diào)穩(wěn)定性，在添加量0.6%時，沉淀率和穩(wěn)定性指數(shù)最低，可能是隨著單甘酯用量的增加，玉米顆粒表面形成的界面表面張力降低，提高了沖調(diào)粉的穩(wěn)定性，添加量增加，則因減少界面黏性而促使淀粉聚集，降低了穩(wěn)定性。單甘酯添加量0.6%時，結(jié)塊率最低5.23%，與空白組相比降低了4.37%，與李琴[23]在研究單甘酯添加量對即食板栗粉結(jié)塊率的變化趨勢一致。

表4 單甘酯對膨化玉米粉各沖調(diào)性的影響

2.1.4 蔗糖酯添加量對膨化玉米粉沖調(diào)性的影響

由表5可知：隨著蔗糖酯添加量的增加，粉體WSI、離心沉淀率、分散時間、結(jié)塊率先降低后增加；水溶性指數(shù)、穩(wěn)定性指數(shù)先增加后降低；黏度增加，可能是蔗糖酯能與淀粉顆粒及其他顆粒間相互作用，以絡(luò)合物等方式聚集，使玉米粉粒子的溶劑化膜增強(qiáng)，有效力學(xué)半徑增大，即表現(xiàn)為體系黏度增大[24]。蔗糖酯的添加使沖調(diào)粉的離心沉淀率、分散時間、穩(wěn)定性指數(shù)優(yōu)于空白組，因?yàn)檎崽酋ナ欠€(wěn)定劑，具有增加穩(wěn)定性和促進(jìn)速溶的作用，與郝娟等[25]研究蔗糖酯對黑芝麻谷物乳的離心沉淀率變化趨勢一致。添加量0.09%時結(jié)塊率最低，因此，蔗糖酯最適添加量為0.09%。

表5 蔗糖酯對膨化玉米粉各沖調(diào)性的影響

2.2 膨化玉米粉響應(yīng)面試驗(yàn)

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

單因素試驗(yàn)表明，膨化玉米粉配方中麥芽糊精添加量、黃原膠添加量、單甘酯添加量和蔗糖酯添加量對沖調(diào)粉中黏度（Y1）和結(jié)塊率（Y2）有顯著影響（p＜0.05）。表6顯示了全因子CCD的30組試驗(yàn)，配方?jīng)_調(diào)性試驗(yàn)按序號進(jìn)行。通過多元回歸分析對響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行擬合，可以得到以下二階多項(xiàng)式方程，這些方程可以代表黏度（Y1）和結(jié)塊率（Y2）。

Y1=7 532.33+280.00A+95.00B+451.67C-174.17D-710.00AB+860.00AC+272.50AD-410.00BC+272.50BD-242.50CD

Y2=5.74-0.41A+0.36B+0.10C+0.19D-0.40AB-0.32AC+0.028AD-0.89BC-0.22BD-0.21CD

表6和表7分別顯示黏度和結(jié)塊率的試驗(yàn)結(jié)果和方差分析。模型值F值分別為3.09和2.61，p值分別為0.016 4和0.034 8（p＜0.05），表明這兩個模型均顯著。失擬項(xiàng)的p值分別為0.921 9和0.407（p＞0.05），表明兩模型均有效?？梢钥闯?，兩個模型均很好地描述每個因素與響應(yīng)值之間的真實(shí)關(guān)系，可以用來確定最佳配方。Y1模型中4個主因素對黏度影響的強(qiáng)弱為C＞A＞D＞B；Y2模型中4個主因素對結(jié)塊率影響的強(qiáng)弱為A＞B＞D＞C。

表6 膨化玉米粉中心復(fù)合設(shè)計(jì)（CCD）及試驗(yàn)結(jié)果

表7 中心復(fù)合設(shè)計(jì)（CCD）試驗(yàn)結(jié)果的方差分析

2.2.2 黏度和結(jié)塊率響應(yīng)面分析

交互項(xiàng)AB、AC顯著，p＜0.05，說明交互作用對膨化玉米粉沖調(diào)后的黏度有顯著性影響。圖1（a、b）是膨化玉米粉中各添加劑交互作用對黏度（Y1）影響的3D響應(yīng)面圖。若響應(yīng)曲面傾斜度越高，等高線越接近橢圓形，則說明交互作用越強(qiáng)。Y2模型中BC的交互作用在p＜0.05時顯著，其他交互項(xiàng)不顯著。圖1（c）是膨化玉米粉中黃原膠和單甘酯配比的交互作用對結(jié)塊率（Y2）影響的3D響應(yīng)面圖。

圖1 各因素交互作用的三維響應(yīng)面圖

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

使用Design Expert 8.0.6軟件優(yōu)化添加劑配方，即麥芽糊精添加量12.5%、黃原膠添加量0.60%、單甘酯添加量0.55%和蔗糖酯添加量0.07%。該模型的預(yù)測響應(yīng)值：黏度6 320 mPa·s，結(jié)塊率3.34%。進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)以驗(yàn)證預(yù)測模型，結(jié)果顯示，實(shí)際的黏度和結(jié)塊率分別為6 200 mPa·s和3.27%，表明實(shí)際值與預(yù)測值之間沒有顯著差異。

2.4 沖調(diào)性指標(biāo)分析

響應(yīng)面中心組合設(shè)計(jì)優(yōu)化后的膨化玉米粉配方，其吸水性指數(shù)、水溶性指數(shù)、分散時間、沖調(diào)穩(wěn)定性指數(shù)、離心沉淀率分別為2.83，24.84%，4.66 s，2.73%和40.27%。

3 結(jié)論

通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面中心組合設(shè)計(jì)模型得出：麥芽糊精添加量12.5%、黃原膠添加量0.60%、單甘酯添加量0.55%和蔗糖酯添加量0.07%時，其粉體的吸水性指數(shù)、水溶性指數(shù)、分散時間、沖調(diào)穩(wěn)定性指數(shù)、離心沉淀率、結(jié)塊率和黏度分別為2.83，24.84%，4.66 s，2.73%，40.27%，3.27%和6 200 mPa·s，與空白組的膨化玉米粉相比，結(jié)塊率降低了6.33%，在水中分散時間縮短了3.97 s，此時的膨化玉米沖調(diào)粉沖調(diào)時速溶、溶液均勻，結(jié)塊少，黏度適中。影響膨化玉米粉結(jié)塊率的因素強(qiáng)弱為麥芽糊精添加量＞黃原膠添加量＞蔗糖酯添加量＞單甘酯添加量，影響?zhàn)ざ鹊囊蛩貜?qiáng)弱為單甘酯添加量＞麥芽糊精添加量＞蔗糖酯添加量＞黃原膠添加量。