張巧仙
(呂梁學(xué)院生命科學(xué)系,呂梁 033001)
紅棗是呂梁特產(chǎn),兼具藥食兩用價(jià)值[1],其果實(shí)口味甘甜,富含人體所需氨基酸、糖類、脂肪、VC、VB生物堿、類黃酮、酚、萜類等有益營(yíng)養(yǎng)成分[2];有補(bǔ)血補(bǔ)氣、健脾益胃、延緩衰老等功效[3]。研究結(jié)果表明,紅棗中含有三萜類化合物、環(huán)磷酸腺苷、黃酮類化合物、抗壞血酸和皂苷等多種生物活性成分[4,5],在抑癌、抗過(guò)敏和降血壓等方面具有藥用作用[6]。
沙棘盛產(chǎn)于呂梁嵐縣,是一種兼具藥食功能的植物[7]。國(guó)內(nèi)外關(guān)于沙棘方面的研究頗多,陳家明等[8]研究表明沙棘果渣富含有機(jī)酸、糖類、黃酮等,有利于提升賽馬的自身免疫力和自身抗病力。高峰等[9]報(bào)道沙棘黃酮有抗氧化和延遲衰老的作用。牟春堂等[10]研究發(fā)現(xiàn),風(fēng)干的沙棘果渣中含有多酚類化合物、黃酮類化合物、胡蘿卜素、VE等多種抗氧化、抗炎、免疫調(diào)節(jié)等功能的活性物質(zhì),作為飼料原料對(duì)增強(qiáng)動(dòng)物免疫機(jī)能有一定作用。Stanzin等[11]研究表明沙棘對(duì)鐵誘導(dǎo)癲癇神經(jīng)保護(hù)和行為改變有一定的積極作用。Hussain等[12]研究表明用響應(yīng)面法優(yōu)化超聲輔助可以提取沙棘渣中的可溶性膳食纖維。
目前雜糧饅頭的研究主要是以玉米、燕麥、大麥、紅薯等單一雜糧原料或者與小麥粉混合制作成的饅頭。這類雜糧饅頭因品種單一,口感、營(yíng)養(yǎng)較單一。本實(shí)驗(yàn)將紅棗泥和沙棘汁同時(shí)以一定比例經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)配伍加入小麥粉中,以期達(dá)到最佳口感,同時(shí)將此雜糧饅頭的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥理功能特性有機(jī)結(jié)合起來(lái),對(duì)促進(jìn)人體健康和拓展雜糧饅頭市場(chǎng)具有重大意義。
中筋小麥粉、酵母、沙棘、紅棗。
KLD-9205A干燥箱,F(xiàn)W-400A型榨汁機(jī),F(xiàn)A2104N電子分析天平,XJQ-0.5去核打漿機(jī),C22-IH65E8電磁爐,ZHG-2801T不銹鋼煮鍋,QJCK-350恒溫箱,TMS-Pllot食品物性分析儀。
1.3.1 工藝流程
原料準(zhǔn)備→和面→發(fā)酵→分割整形→醒發(fā)→蒸制→靜置→成品。
原料準(zhǔn)備:干棗用38 ℃溫水浸泡6 h,使棗吸水膨脹,攪拌5 min洗凈后倒入夾層鍋煮制1 h,使棗軟爛;用孔徑0.2 mm的雙道打漿機(jī)打漿,除去棗核和棗皮,然后入膠體磨磨漿,使果肉進(jìn)一步微?;?。沙棘除掉不可食用部分,清洗干凈榨汁過(guò)濾備用。
和面:將稱好的各原料倒入和面機(jī)中,慢速和面至面團(tuán)成團(tuán),表面光滑,有彈性。發(fā)酵:將面團(tuán)放在室溫條件下(30 ℃左右)發(fā)酵,發(fā)酵時(shí)間按實(shí)驗(yàn)要求控制。分割、整形:將面團(tuán)分為50 g的小份,并制成形狀大小一致的半球形。醒發(fā):反復(fù)揉制按壓面團(tuán),使氣體排出,表面光滑后分為若干坯子搓圓,室溫條件下醒發(fā)30 min。蒸制:沸水上鍋蒸18 min,到時(shí)間關(guān)火回氣靜置3~5 min取出并冷卻。中筋小麥粉饅頭作為對(duì)照樣品,和面時(shí)不添加紅棗泥和沙棘汁,其他加工工藝與紅棗沙棘饅頭相同。
1.3.2 單因素實(shí)驗(yàn)
由預(yù)實(shí)驗(yàn)和查找資料[13]進(jìn)行綜合分析,得到基本配方:中筋小麥粉100 g,(注:占100 g中筋小麥粉質(zhì)量的比)沙棘汁4%、紅棗泥10%、酵母1.5%、水40%、發(fā)酵時(shí)間50 min、發(fā)酵溫度38 ℃。以中筋小麥粉質(zhì)量100 g為基準(zhǔn),分別設(shè)置紅棗泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)(8%、9%、10%、11%、12%),沙棘汁質(zhì)量分?jǐn)?shù)(2%、3%、4%、5%、6%),含水量(30%、35%、40%、45%、50%),發(fā)酵時(shí)間(30、40、50、60、70 min),酵母質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%),發(fā)酵溫度(28、33、38、43、48 ℃),測(cè)定饅頭的硬度、彈性、咀嚼性、比容、色差,并進(jìn)行感官評(píng)分。
1.3.3 PB實(shí)驗(yàn)
根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn),先選定各因素的高低值,再以感官評(píng)分為指標(biāo),進(jìn)行PB實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),以感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)影響?zhàn)z頭品質(zhì)的6個(gè)因素:x1:紅棗泥添加量、x2:沙棘汁添加量、x3:水添加量、x4:發(fā)酵時(shí)間、x5:酵母添加量、x6:發(fā)酵溫度,實(shí)驗(yàn)分為12組。見(jiàn)表1。
表1 PB實(shí)驗(yàn)因素水平表
1.3.4 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)
由單因素實(shí)驗(yàn)和PB實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行BBD響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)。以A:紅棗泥添加量、B:沙棘汁添加量、C:酵母添加量,3個(gè)因子為自變量,以質(zhì)構(gòu)特性(硬度、彈性、咀嚼性),比容,色差(L*、b*),感官評(píng)分為指標(biāo)。響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素和水平見(jiàn)表2。
表2 響應(yīng)面分析因素和水平
在響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)中,對(duì)紅棗沙棘饅頭的質(zhì)構(gòu)特性(硬度、彈性、咀嚼性),比容,色差(L*、b*),感官評(píng)分為考察指標(biāo)。
根據(jù)原始數(shù)據(jù)的特征值、方差貢獻(xiàn)率以及累計(jì)方差貢獻(xiàn)率,選擇特征值大于1的各主成分,算出紅棗沙棘饅頭的綜合得分。
為消除各指標(biāo)不同量綱所產(chǎn)生的影響,對(duì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。以各主成分的方差貢獻(xiàn)率為系數(shù),進(jìn)行各主成分與對(duì)應(yīng)系數(shù)相乘求和,計(jì)算綜合評(píng)分[14]。
綜合評(píng)分按式(1)~式(3)計(jì)算。
F1=0.18X1+0.15X2+0.178X3+0.016X4+0.178X5+0.178X6+0.178X7
(1)
F2=0.084X1-0.134X2-0.054X3+0.958X4-0.054X5+0.11X6-0.054X7
(2)
F=0.785F1+0.149F2
(3)
式中:F1為主成分1評(píng)分;F2為主成分2評(píng)分;F為綜合評(píng)分;X1為硬度;X2為彈性;X3為咀嚼性;X4為比容;X5為L(zhǎng)*;X6為b*;X7為感官評(píng)分。
規(guī)范化綜合評(píng)分按式(4)計(jì)算。
規(guī)范化綜合評(píng)分(Y)=(F-Fmin)/(Fmax-Fmin)
(4)
式中:F為綜合評(píng)分;Fmin為綜合評(píng)分最小值;Fmax為綜合評(píng)分最大值。
1.3.5 指標(biāo)測(cè)定1.3.5.1 質(zhì)構(gòu)測(cè)定
參照文獻(xiàn)[15],并作改動(dòng)。使用食品物性分析儀的TPA模型對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè),將制作好的紅棗沙棘饅頭切成邊長(zhǎng)為25 mm的立方體,放在食品物性分析儀載樣臺(tái)的中央。測(cè)前速度1 mm/s,測(cè)試速度1 mm/s,測(cè)后速度1 mm/s,間隔時(shí)間5 s,壓縮程度50%,選用P432-036/037平底圓柱形探頭,檢測(cè)環(huán)境溫度25 ℃。通過(guò)儀器分析,從數(shù)據(jù)顯示屏上獲得硬度/N、彈性/mm、咀嚼性/N 3個(gè)TPA參數(shù)。每組樣品測(cè)量3次,最后取平均值。
1.3.5.2 色差
將樣品放入特制培養(yǎng)皿中,置于分光測(cè)色儀上對(duì)樣品的顏色進(jìn)行測(cè)定。儀器可測(cè)定的參數(shù)主要為亮度值L*、紅度值a*和黃度值b*。本實(shí)驗(yàn)主要測(cè)定參數(shù)L*和b*,每組樣品變換角度測(cè)量3次取平均值。
1.3.5.3 比容
參考文獻(xiàn)[16]并稍作修改,蒸制好的饅頭冷卻1 h后稱量。體積采用小米置換法測(cè)量,每組樣品測(cè)量3次,取平均值。
λ=V/m
式中:λ為饅頭比容/mL/g;V為饅頭體積/mL;m為饅頭質(zhì)量,g。
1.3.5.4 感官評(píng)分
由10名食品檢驗(yàn)員用盲評(píng)計(jì)分方式對(duì)紅棗沙棘饅頭進(jìn)行感官評(píng)分,參考文獻(xiàn)[17,18]并稍作修改,得到紅棗沙棘饅頭感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。
表3 紅棗沙棘饅頭感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)
1.3.5.5 主要營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)測(cè)定
所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,取均值。所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)都經(jīng)過(guò)Microsoft Excel 2010進(jìn)行處理,單因素實(shí)驗(yàn)作圖利用Graphpad Prism 8.0,各主成分?jǐn)?shù)據(jù)指標(biāo)的分析使用SPSS 26.0軟件進(jìn)行,利用Design-Expert 11軟件對(duì)Plackett-Burman(PB)實(shí)驗(yàn)和Box-Behnken Design(BBD)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析。
2.1.1 紅棗泥添加量對(duì)饅頭品質(zhì)的影響
由圖1可知,紅棗泥添加量對(duì)饅頭的感官評(píng)分、硬度、咀嚼性、比容、亮度(L*)、黃度值(b*)影響顯著(P<0.05),對(duì)彈性影響不顯著(P>0.05)。紅棗泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)在8%~12%,感官評(píng)分、硬度、彈性、咀嚼性、L*均先增后減。紅棗泥中膳食纖維破壞了面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),影響面筋結(jié)構(gòu)的展開(kāi),使發(fā)酵結(jié)果變差,致使饅頭比容下降、b*增加。綜合考慮,紅棗泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%為宜。
圖1 紅棗泥添加量對(duì)紅棗沙棘饅頭品質(zhì)的影響
2.1.2 沙棘汁添加量對(duì)饅頭品質(zhì)的影響
由圖2可知,沙棘汁添加量對(duì)饅頭的感官評(píng)分、硬度、咀嚼性、比容、亮度(L*)、黃度值(b*)影響顯著(P<0.05),對(duì)彈性影響不顯著(P>0.05)。沙棘汁質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%~6%,感官評(píng)分、彈性、硬度、咀嚼性、L*均先升后降,比容下降,b*增加。沙棘汁添加過(guò)量使饅頭褐色加深,所含膳食纖維破壞面團(tuán)結(jié)構(gòu),以致成品饅頭感官不良。綜合考慮,沙棘汁添加4%為宜。
圖2 沙棘汁添加量對(duì)紅棗沙棘饅頭品質(zhì)的影響
2.1.3 水添加量對(duì)饅頭品質(zhì)的影響
由圖3可知,水添加量對(duì)饅頭的感官評(píng)分、硬度、彈性、咀嚼性、比容影響顯著(P<0.05),對(duì)亮度(L*)、黃度值(b*)影響不顯著(P>0.05)。在40%,感官評(píng)分、比容最大;硬度、咀嚼性、b*達(dá)到最低。由于水添加少,不利于面團(tuán)的發(fā)酵,以致饅頭體積小,表面不光滑且內(nèi)部粗糙;而水添加多,面團(tuán)黏手,酵母產(chǎn)氣快,面團(tuán)持氣能力降低,制得饅頭容易塌。綜合考慮,含水量40%為宜。
圖3 水添加量對(duì)紅棗沙棘饅頭品質(zhì)的影響
2.1.4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)饅頭品質(zhì)的影響
由圖4可知,發(fā)酵時(shí)間對(duì)饅頭的感官評(píng)分、硬度、咀嚼性、比容影響顯著(P<0.05),對(duì)彈性、亮度(L*)、黃度值(b*)影響不顯著(P>0.05)。在30~70 min,感官評(píng)分、彈性、比容先上升后降低,隨發(fā)酵進(jìn)行,面團(tuán)體積增大,成品饅頭的蓬松度變好,表面光滑,內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)孔徑細(xì)小均勻;持續(xù)發(fā)酵,面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)破壞,發(fā)酵效果變差,成品饅頭感官不良。酵母菌的大量增殖會(huì)產(chǎn)生酸味,口感變差。綜合考慮,發(fā)酵時(shí)間設(shè)置為50 min。
圖4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)紅棗沙棘饅頭品質(zhì)的影響
2.1.5 酵母添加量對(duì)紅棗沙棘頭品質(zhì)的影響
由圖5可知,酵母添加量對(duì)饅頭的感官評(píng)分、硬度、咀嚼性、比容、黃度值(b*)影響顯著(P<0.05),對(duì)彈性、亮度(L*)影響不顯著(P>0.05)。酵母添加在0.5%~2.5%,感官評(píng)分、彈性、比容、L*、b*先升高后下降,隨酵母的增加,面團(tuán)產(chǎn)氣能力增大,所得饅頭體積、彈性增大,硬度降低。添加1.5%酵母后,面團(tuán)結(jié)構(gòu)破壞,成品饅頭有一定的酵母味和酸味,感官評(píng)分降低。綜合考慮,酵母添加1.5%為宜。
圖5 酵母添加量對(duì)紅棗沙棘饅頭品質(zhì)的影響
2.1.6 發(fā)酵溫度對(duì)饅頭品質(zhì)的影響
由圖6可知,發(fā)酵溫度對(duì)饅頭的感官評(píng)分、硬度、咀嚼性、比容影響顯著(P<0.05),對(duì)彈性、黃度值(b*)、亮度(L*)影響不顯著(P>0.05)。在28~48 ℃,饅頭的感官評(píng)分、彈性、咀嚼性、比容都先升后降。發(fā)酵溫度提升,酵母產(chǎn)氣逐漸增加,面團(tuán)體積變大,饅頭比容上升,蓬松度、外觀和口感變好;發(fā)酵溫度到38 ℃后,部分酵母無(wú)法適應(yīng)環(huán)境而喪失活性,面團(tuán)發(fā)酵變緩甚至停止,導(dǎo)致各項(xiàng)指標(biāo)下降。綜合考慮,發(fā)酵溫度設(shè)置為38 ℃。
圖6 發(fā)酵溫度對(duì)紅棗沙棘饅頭品質(zhì)的影響
PB實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表4,方差分析見(jiàn)表5。
表4 PB實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果
表5 PB實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方差分析
由表5可知,P=0.008 3<0.01,該模型顯著。紅棗泥添加量(x1)(P=0.001 3)、沙棘汁添加量(x2)(P=0.016 0)、酵母添加量(x5)(P=0.028 6)對(duì)饅頭感官評(píng)分的影響顯著,擬進(jìn)一步優(yōu)化其工藝參數(shù);其余3個(gè)因素:水添加量(x3)、發(fā)酵時(shí)間(x4)、發(fā)酵溫度(x6),對(duì)饅頭感官評(píng)分影響不顯著(P>0.05)。故選擇紅棗泥添加量(A)、沙棘汁添加量(A)、酵母添加量(C)3個(gè)顯著性因素,進(jìn)行三因素三水平BBD響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)。
2.3.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果
采用Design-Expert 11軟件進(jìn)行BBD響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表6。
表6 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果
2.3.2 主成分分析
采用SPSS 26.0軟件對(duì)表6中紅棗沙棘饅頭的各指標(biāo)進(jìn)行主成分分析。結(jié)果見(jiàn)表7、表8。
表7 各主成分的特征根、貢獻(xiàn)率及累計(jì)方差貢獻(xiàn)率
表8 成分載荷矩陣
由表7可知,主成分1、主成分2的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)93.313%,符合主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率大于85%的原則,能夠從中了解到原始數(shù)據(jù)的大部分信息。
由表8數(shù)據(jù)可知,硬度決定主成分1,比容決定主成分2。對(duì)綜合評(píng)分進(jìn)行處理,為了消除各變量之間的差異,減少變量的個(gè)數(shù),進(jìn)行降維,從而實(shí)現(xiàn)提升數(shù)據(jù)處理速度的目的,得到規(guī)范化綜合評(píng)分并作為響應(yīng)值進(jìn)行BBD響應(yīng)面試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)見(jiàn)表9。
表9 規(guī)范化綜合評(píng)分
2.3.3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
使用Design-Expert 11 軟件對(duì)表6與表9中數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合,得到方程:規(guī)范化綜合評(píng)分=0.95-0.194A-0.096B+0.062C+0.234AB+0.028AC-0.088BC-0.397A2-0.212B2-0.175C2
表10 回歸模型方差分析
對(duì)模型進(jìn)行顯著性進(jìn)行檢驗(yàn),由表10可知,響應(yīng)面模型P<0.000 1擬合檢驗(yàn)顯著;失擬項(xiàng)P=0.320 3>0.05失擬檢驗(yàn)不顯著,因此可用該模型對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬。
分析模型中各項(xiàng)系數(shù),可知因素A、B表現(xiàn)為極顯著(P<0.01),因素C表現(xiàn)為顯著(P<0.05);交互項(xiàng)AB表現(xiàn)為極顯著(P<0.01),交互項(xiàng)BC表現(xiàn)為顯著(P<0.05);二次項(xiàng)A2、B2、C2表現(xiàn)為極顯著(P<0.01),在響應(yīng)面預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)中,因素A、B、C的F值分別為107.66、26.12、10.97,表明3因素對(duì)紅棗沙棘饅頭規(guī)范化綜合評(píng)分的貢獻(xiàn)率為A(紅棗泥添加量)>B(沙棘汁添加量)>C(酵母添加量)。
運(yùn)用Design-Expert 11軟件對(duì)回歸方程進(jìn)行計(jì)算,將紅棗泥、沙棘汁、酵母添加量取值范圍分別設(shè)定為9%~11%、3%~5%、1%~2%,并將目標(biāo)值設(shè)定為最大值,獲得的最優(yōu)組合:紅棗泥、沙棘汁、酵母添加量分別為10.11%、3.60%、1.63%,制得紅棗沙棘饅頭規(guī)范化綜合評(píng)分為1.016分。
根據(jù)實(shí)際情況將最優(yōu)組合進(jìn)行修改:紅棗泥、沙棘汁、酵母添加量設(shè)為10%、3.5%、1.5%,制得紅棗沙棘饅頭規(guī)范化綜合評(píng)分為0.944分。由上分析可知回歸模型準(zhǔn)確,利用BBD響應(yīng)面結(jié)合主成分分析法優(yōu)化紅棗沙棘饅頭的配方和加工工藝的評(píng)價(jià)方法準(zhǔn)確可行。
對(duì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中的樣品與對(duì)照樣品進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)測(cè)定,由表11可以看出,紅棗沙棘饅頭的蛋白質(zhì)、脂肪、灰分、膳食纖維、碳水化合物、VC均高于中筋小麥粉饅頭(P<0.05)。由此可知,紅棗沙棘饅頭與中筋小麥粉饅頭相比具有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分。
表11 饅頭主要營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)測(cè)定結(jié)果
本研究通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)確定各個(gè)因素的水平,并進(jìn)行PB實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),篩選出3個(gè)對(duì)紅棗沙棘饅頭品質(zhì)影響最大的關(guān)鍵因素:紅棗泥添加量、沙棘汁添加量、酵母添加量。并在單因素實(shí)驗(yàn)和PB實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)紅棗沙棘饅頭的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析,得出規(guī)范化綜合評(píng)分,作為響應(yīng)值,用BBD設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合得到方程:Y=0.95-0.194A-0.096B+0.062C+0.234AB+0.028AC-0.088BC-0.397A2-0.212B2-0.175C2。對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析知,各因素影響紅棗沙棘饅頭顯著性的順序:紅棗泥>沙棘汁>酵母。
通過(guò)響應(yīng)面分析,得到紅棗沙棘饅頭的最佳工藝配方為:中筋小麥粉質(zhì)量100 g為基準(zhǔn),紅棗泥10%、沙棘汁3.5%、酵母1.5%、水40%、發(fā)酵時(shí)間50 min、發(fā)酵溫度38 ℃。采用此配方制作的紅棗沙棘饅頭柔軟有彈性,表面光滑、色澤明亮,剖面氣孔細(xì)小且分布均勻;食用不粘牙,甜味適中且賦有紅棗和沙棘特有的香氣,營(yíng)養(yǎng)豐富。