Development of Begonia Fruit Dissoluble Beans
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摘要: 为实现海棠果的创新应用,丰富老年食品类型,以海棠果、酸奶及奶粉为主要原料制作海棠果溶豆。以感官评分、速溶性、总抗氧化能力FRAP值、总还原力值、ABTS+·清除率为指标,通过单因素实验和响应面法对海棠果溶豆配方进行优化,并对其感官及微生物等质量指标进行测定。结果表明,海棠果溶豆的最佳配方为海棠果10 g、酸奶5 g、奶粉9 g、低聚果糖0.8 g。由此配方制作的海棠果溶豆口感及品质最佳,感官和微生物指标均合格,且总抗氧化能力FRAP值达到12.92±0.30 mmol/L,总还原力值达到0.036±0.004,ABTS+·清除率达到88.32%±1.75%,抗氧化能力明显高于原味溶豆(P<0.05);同时将海棠果溶豆与市售奶片、市售糖果进行速溶特性对比分析,海棠果溶豆的溶解时间为58.08±3.16 s,远远小于市售奶片(溶解时间186.27±3.20 s)和市售糖果(溶解时间378.14±7.05 s)(P<0.05)。可见,本研究产品较为适合牙口不佳又急需补充营养的老年人食用。Abstract: To realize the innovative application of begonia fruit and enrich the types of food for the elderly, begonia fruit dissoluble beans are made with begonia fruit, yogurt, milk powder as the main raw materials. The sensory score, solubility, total antioxidant capacity FRAP value, total reducing power value and the ABTS+· clearance rate were taken as the indicators. The formula of begonia fruit dissoluble beans was optimized by the single-factor experiments and response surface methodology, and its quality indicators such as sensory and microorganism were measured. The results showed that the optimal formula of begonia fruit dissoluble beans was 10 g of begonia fruit, 5 g of yogurt, 9 g of milk powder, and 0.8 g of oligofructose. The quality of begonia fruit dissoluble beans prepared by this formula was the best, the sensory and microbial indicators were all qualified, and the total antioxidant capacity FRAP value reached 12.92±0.30 mmol/L, the total reducing power value reached 0.036±0.004, and the ABTS+· clearance rate reached 88.32%±1.75%, the antioxidant capacity was significantly higher than that of the original flavor soluble bean (P<0.05). At the same time, the instant characteristics of begonia fruit dissoluble beans and commercial milk tablets and candies of the same quality were compared and analyzed. The dissolution time of begonia fruit dissoluble beans was 58.08±3.16 s, far less than the commercial milk tablets (dissolving time was 186.27±3.20 s) and commercially available candies (dissolving time was 378.14±7.05 s) (P<0.05). Obviously, this product was more suitable for the elderly who have bad teeth and were in urgent need of nutritional supplements.
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Keywords:
- begonia fruit /
- dissoluble beans /
- formula /
- vacuum freeze-drying /
- response surface methodology
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海棠果,又称海红果、楸子等,蔷薇科苹果属落叶植物的果实[1],富含维生素[2-3]、有机酸[4-6]、粗纤维[7-8]、钙、铁、磷等,此外,还含有黄酮[9-10]、多酚[11-13]、多糖等,具有健胃消食[14]、降血脂、软化血管、抗氧化[15-16]、抗癌[17-18]等功效。海棠果目前多作为观赏植物,其果实相关产品的研发匮乏,造成海棠果资源浪费,刘晓伟[19]、郭芳[20]等以观赏海棠果为原料分别制备了海棠果米酒保健饮料和海棠果玫瑰花复合果冻,海棠果其他产品的研究也多集中在果酱[21]、果汁[7-8]及果酒[9,22]等方面,因此,加强对海棠果的开发十分必要。
溶豆是将酸奶、果泥等原料混合,运用焙烤、冻干等工艺进行干燥,制得的产品结构疏松多孔、极易复水,食用时口感松脆、入口即化[23]。溶豆作为新型婴幼儿辅食,近年来在我国逐渐流行,但目前溶豆的研究尚不够深入,加工技术还不够成熟,国内还未出现大规模进行溶豆生产的厂家,市场在售的溶豆也并非都是由冻干技术生产的,传统焙烤技术生产的溶豆营养流失严重,且溶豆均针对6个月以上的婴幼儿食用[24-26],而老年人由于牙齿功能减退,很难将食物嚼得很细,影响食物中营养的吸收,同时有多项研究证明,氧化应激是癌症、心脑血管疾病、糖尿病和老年痴呆症等疾病的主要病因,至少有70种以上的疾病与自由基和脂质过氧化有关[27],而海棠果具有清除自由基、抗氧化的功效,因此研制老年人较易咀嚼的海棠果溶豆食品十分必要。本研究以海棠果为原料,采用真空冷冻干燥技术研制海棠果溶豆,较好的保存了原料的营养价值,既为老年食品提供一个新的发展方向,又为观赏海棠果的多元化开发打下基础。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
海棠果(垂丝海棠) 2020年9月采于校园海棠园中成熟度较高、无破损腐烂的果实;中老年多维高钙奶粉 内蒙古欧世蒙牛乳制品有限责任公司;老酸奶 石家庄君乐宝乳业有限公司;低聚果糖 食品级,广东冰缘生物科技有限公司;α-淀粉酶(酶活力10000 U/g 江苏锐阳生物科技有限公司;胃蛋白酶(酶活力10000 U/g) 山东爱采生物科技有限公司;胰蛋白酶(酶活力250 U/mg) 美国Sigma试剂公司; 猪胆盐(胆酸含量≥65%) 北京奥博星生物技术有限责任公司;三吡啶三吖嗪(TPTZ,纯度≥98%) 上海熹垣生物科技有限公司;NaCl、KCl、NaOH、NaHCO3、HCl、Na2HPO4、NaH2PO4 分析纯,天津市福晨化学试剂厂。
FD-1A-50真空冷冻干燥机 无锡沃信仪器制造有限公司;YP-B电子天平 南京肯凡电子科技有限公司;SJ3593苏泊尔磨粉机 浙江苏泊尔家居用品有限公司;DW-40超低温冰箱 沧州鑫兴实验仪器有限公司;YC-110X50水浴摇床 上海姚氏仪器设备厂;ZS-B7搅拌机 如东峰食品机械厂。
1.2 实验方法
1.2.1 海棠果溶豆的工艺流程及操作要点
海棠果→清洗→去核→切片→冻干→磨粉→加入酸奶→加入奶粉、低聚果糖→混合均匀→注模整型→预冻结→冻干→脱模→成品→包装。
海棠果清洗、去核、切片后置于−35 ℃的超低温冰箱中冻结3 h后,放入真空冷冻干燥机(冷阱温度−88 ℃,真空度4.00 Pa)干燥24 h,干燥完毕出仓。冻干后的海棠果片置于粉碎机中粉碎成海棠果粉,过100目筛,备用。
将海棠果粉和酸奶(用纱布过滤掉多余水分)加入搅拌机中预先混合,再添加奶粉、低聚果糖,低速混合均匀至无颗粒状。用裱花袋将混合后的糊状物挤入硅胶模具中,刮平整型至无气泡。将预制在模具中的糊状物置于−35 ℃的超低温冰箱中冷冻4 h[23]。取出冻结完全的糊状物迅速转移到真空冷冻干燥机中,在冷阱温度−88 ℃,真空度4.00 Pa的条件下冻干24 h,出仓脱模后即为海棠果溶豆。将脱模后的海棠果溶豆立即密封保存,防止产品吸潮破坏口感。
1.2.2 单因素实验
根据WS/T 556-2017《老年人膳食指导》中能量及主要营养素参考摄入量、GB/T 23528-2009《低聚果糖》中低聚果糖在食品中的推荐使用量和老年人对海棠果溶豆大小和质量的食用需求,以每份溶豆的质量控制在10 g为基准,经预试验确定,每份溶豆的基础配方为:海棠果8 g,酸奶10 g,奶粉12 g,低聚果糖0.8 g。固定酸奶10 g,奶粉12 g,低聚果糖0.8 g,探究海棠果添加量分别为4、6、8、10、12 g时对溶豆指标的影响;固定海棠果8 g,奶粉12 g,低聚果糖0.8 g,探究酸奶添加量分别为2、6、10、14、18 g时对溶豆指标的影响;固定海棠果8 g,酸奶10 g,低聚果糖0.8 g,探究奶粉添加量分别为4、8、12、16、20 g时对溶豆指标的影响。
1.2.3 响应面试验
在单因素实验结果的基础上,选取影响溶豆指标的海棠果添加量(A)、酸奶添加量(B)和奶粉添加量(C)3个主要因素为特征值,以制得的溶豆感官评分、速溶性、总抗氧化能力FRAP值、总还原力值、ABTS+·清除率为响应值, 采用 Design-Expert 10 软件设计三因素三水平的响应面试验,试验因素水平表见表1。
表 1 响应面试验设计因素和水平表Table 1. Response surface test factors and horizontal coding
水平因素 A海棠果添加量(g) B酸奶添加量(g) C奶粉添加量(g) −1 6 2 8 0 8 6 12 1 10 10 16 1.2.4 溶豆的感官评定标准
参考吴飞虎等[28]的方法,结合拟研制产品的适用人群定位及功能要求,制定海棠果溶豆的感官评定标准,由20名经过专业训练的评价员(男女各半)对溶豆的色泽、外形、组织状态、口感气味进行综合评定,以20名评价员评分的平均值作为海棠果溶豆感官评分试验结果。具体评定标准见表2。
表 2 海棠果溶豆感官评定标准Table 2. Sensory assessment criteria of begonia fruit dissoluble beans指标 分值(分) 优质(18~25分) 良好(10~17分) 较差(0~9分) 色泽 25 色泽均匀 色泽较均匀 明显色泽不均 外形 25 外形完整,花纹清晰,无变形 花纹清晰,有轻微变形 外形不完整,花纹不清晰 组织状态 25 组织细腻,内部气孔均匀 组织稍粗糙,内部气孔比较均匀 组织粗糙,内部气孔大小不均 口感气味 25 奶香、果香浓郁;口感松脆,
酸甜味适中,味道刚好有淡奶香味、淡果香味;口感较
松脆,酸甜味稍重或稍淡无奶香味、果香味;口感一般,
较硬,酸甜味过重或过淡1.3 分析方法
1.3.1 速溶性
参考欧阳锐等[23]、王雪竹[29]的方法并稍作修改。称取10 g溶豆样品置于100 mL烧杯中,装入30 mL 40 ℃的纯水后放于恒温水浴锅中保温,测定溶豆样品完全溶解的时间。
1.3.2 体外模拟消化
1.3.2.1 模拟消化液的制备
模拟唾液:分别称取KH2PO4 0.19 g、Na2HPO4 2.38 g、NaCl 8.00 g 溶于1000 mL蒸馏水中,用0.1 mol/L HCl将溶液的pH调至6.75,然后加入α-淀粉酶[30],使溶液的酶活力达到200 U。
模拟胃液:配制0.03 mol/L NaCl溶液1000 mL,用0.1 mol/L HCl将pH调至1.2,然后加入3.20 g胃蛋白酶[31]。
模拟肠液:分别称取胰蛋白酶0.05 g和猪胆盐0.30 g溶于35 mL 0.1 mol/L NaHCO3溶液中[32]。
1.3.2.2 模拟消化过程
模拟口腔消化过程(A):称取10 g溶豆样品于150 mL锥形瓶中,加入35 mL模拟唾液,置于37 ℃恒温摇床上,180 r/min震荡10 min,沸水浴10 min灭酶活。
模拟胃肠消化过程(B):用5 mol/L的HCl将A阶段消化液pH调至1.5,加入30 mL模拟胃液,37 ℃恒温摇床上振荡120 min,沸水浴10 min灭酶活,用0.1 mol/L的NaHCO3 将消化液pH调至6.0,加入30 mL模拟肠液,用1 mol/L的NaOH将pH调至7.0,加入5 mL 1 mol/L NaCl、5 mL 1 mol/L KCl 溶液,摇匀后,37 ℃恒温摇床上振荡60 min,沸水浴10 min灭酶活,待测。
1.3.3 总抗氧化能力(铁离子抗氧化能力ferric ion reducing antioxidant power,FRAP值)的测定
参照吴泽河[35]的方法进行测定。
1.3.3.1 标准曲线的绘制
准备7支10 mL的比色管,分别加入浓度为0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mmol/L的FeSO4溶液各60 μL,加入预热至37 ℃的FRAP工作液6.0 mL,混匀,37 ℃水浴反应10 min,在593 nm波长下测定吸光值,在浓度范围0.100~1.000 mmol/L的范围内,吸光值与FeSO4浓度成良好线性关系,直线为y=0.4378x+0.2306,R2=0.9934。
1.3.3.2 海棠果溶豆总抗氧化能力FRAP值的测定
将B阶段溶豆样品消化液代替FeSO4溶液,测定其在593 nm波长下的吸光值,将吸光值代入标准曲线一项式中,计算出海棠果溶豆的总抗氧化能力FRAP值。
1.3.4 总还原力的测定
取B阶段溶豆样品消化液0.1 mL,加入pH6.6的磷酸缓冲溶液2.5 mL、1% 铁氰化钾2.5 mL,混匀后置于50 ℃水浴反应20 min,依次加入10% 三氯乙酸2.5 mL、蒸馏水2.5 mL、0.1%氯化铁0.5 mL[35],静置10 min后在700 nm波长下测定吸光值。
1.3.5 ABTS+·清除能力的测定
取B阶段溶豆样品消化液40 μL,加入4 mL ABTS+·测定液,充分反应30 s后于734 nm波长下测定吸光值[35]。计算公式:
ABTS+⋅清除率(%)=(1−A样0.7)×100 1.4 数据处理
采用Microsoft Excel 2007作数据处理,使用origin 8.5绘制
图表,用SPSS 18进行方差分析,利用Design-Expert 10进行试验设计及响应面分析。
2. 结果与分析
2.1 单因素实验结果
2.1.1 海棠果添加量对溶豆指标的影响
海棠果添加量对溶豆指标的影响如图1所示。海棠果添加量为8 g时,溶豆感官评分达到最高评分81.54分,速溶性达到最低值60.43 s,总抗氧化能力FRAP值达到10.32 mmol/L,总还原力达到0.026,ABTS+·清除率达到80.56%。当海棠果添加量低时,总抗氧化能力较低,同时溶豆果香味不足,风味不突出,感官评分不高;当海棠果添加量提高时,溶豆中活性成分提高,抗氧化能力提升,但由于海棠果中大量的糖类会使溶豆可溶性固形物增多,甜度增大,同时纤维持水性达到饱和,果胶产生负效应,溶豆失去疏松口感,硬度增大,难溶解,速溶性较差,这与桑葚果粉对曲奇饼干硬度影响结果相似[36]。因此,本研究选择6、8、10 g海棠果添加量进行响应面优化试验。
2.1.2 酸奶添加量对溶豆指标的影响
酸奶添加量对溶豆指标的影响如图2所示。酸奶添加量为6 g时,溶豆感官评分达到最高评分81.36分;速溶性达到最低值38.57 s,总抗氧化能力FRAP值达到9.30 mmol/L,总还原力达到0.028,ABTS+·清除率达到84.67%。当酸奶添加量低时,溶豆香气不足,口感粗糙,感官评分较低;当酸奶添加量提高时,乳酸菌等含量提高,抗氧化能力提升[37],但溶豆酸味过重、质地偏硬、容易粘牙、速溶性差,这可能是与酸奶的凝胶化结构有关[38]。因此,本研究选择2、6、10 g酸奶添加量进行响应面优化试验。
2.1.3 奶粉添加量对溶豆指标的影响
奶粉添加量对溶豆指标的影响如图3所示。奶粉添加量为12 g时,溶豆感官评分达到最高评分80.47分;速溶性达到最低值57.44 s,总抗氧化能力FRAP值达到9.28 mmol/L,总还原力达到0.020,ABTS+·清除率达到73.23%。当奶粉添加量低时,溶豆奶香气不足,风味不佳,感官评分较低;奶粉作为溶豆营养的重要来源,从营养方面考虑,奶粉添加量越多,营养越高,当奶粉添加量提高时,抗氧化能力提升,但奶粉本身含糖会使溶豆甜味增加,奶味过重,影响溶豆风味的平衡度,同时奶粉中脂肪和蛋白质等大分子物质会影响冻干效果[26],溶质口感偏硬,速溶性较差。因此,本研究选择8、12、16 g奶粉添加量进行响应面优化试验。
2.2 响应面法优化溶豆配方
2.2.1 响应面试验结果
根据单因素实验结果,采用响应面方法对海棠果溶豆进行三因素三水平配方优化试验,根据因素水平表,利用 Design-Expert 10 软件设计出17组试验,试验结果见表3。
表 3 响应面试验设计与结果Table 3. Response surface experiment results实验号 A
(g)B
(g)C
(g)Y1 感官
评分(分)Y2 速溶
性(s)Y3 ABTS+·
清除能力
(%)Y4 总抗氧化
能力FRAP值
(mmol/L)Y5 总还
原力1 6 10 12 85.94 58.59 79.36 8.41 0.019 2 10 2 12 74.38 89.07 86.78 10.85 0.038 3 10 6 8 81.45 59.35 89.45 13.42 0.040 4 8 6 12 80.06 34.53 80.78 9.05 0.029 5 8 2 8 82.86 54.91 74.98 8.18 0.033 6 8 2 16 63.58 109.47 76.32 8.16 0.028 7 6 6 16 71.95 93.65 77.44 8.20 0.022 8 10 10 12 70.82 83.43 85.91 12.07 0.030 9 8 6 12 88.97 37.02 84.46 8.55 0.031 10 8 10 16 63.65 97.54 86.32 9.05 0.028 11 8 6 12 80.34 29.67 85.34 9.24 0.032 12 6 6 8 86.87 38.81 73.13 8.12 0.026 13 8 6 12 89.63 37.55 84.67 9.25 0.036 14 6 2 12 78.76 63.66 63.43 7.56 0.023 15 10 6 16 63.18 105.33 84.66 10.65 0.034 16 8 6 12 82.77 29.47 87.54 9.02 0.032 17 8 10 8 77.04 48.39 76.10 8.76 0.029 2.2.2 模型拟合
利用 Design-Expert 10 软件对试验数据进行方差分析及二次多项式回归拟合,结果见表4~表8。得数学模型如下:
表 4 感官评分回归模型的显著性分析及方差分析表Table 4. Significance analysis and variance analysis of sensory score regression model方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性 模型I 1100.00 9 122.22 8.49 0.0050 ** A 141.88 1 141.88 9.86 0.0164 * B 0.57 1 0.57 0.039 0.8483 C 542.19 1 542.19 37.68 0.0005 ** AB 28.84 1 28.84 2.00 0.1998 AC 2.81 1 2.81 0.19 0.6721 BC 8.67 1 8.67 0.60 0.4630 A2 8.25 1 8.25 0.57 0.4738 B2 126.42 1 126.42 8.78 0.0210 * C2 211.77 1 211.77 14.72 0.0064 ** 残差 100.74 7 14.39 失拟项 14.53 3 4.84 0.22 0.8749 不显著 纯误差 86.20 4 21.55 总离差 1200.74 16 注:*为差异显著,P<0.05;**为差异极显著,P<0.01;表5~表8同。 表 5 速溶性回归模型的显著性分析及方差分析表Table 5. Significance analysis and variance analysis of instant regression model方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性 模型I 12336.53 9 1370.73 87.37 <0.0001 ** A 850.16 1 850.16 54.19 0.0002 ** B 106.29 1 106.29 6.77 0.0353 * C 5229.07 1 5229.07 333.30 <0.0001 ** AB 0.081 1 0.081 5.177E-003 0.9447 AC 19.62 1 19.62 1.25 0.3003 BC 7.32 1 7.32 0.47 0.5166 A2 1421.41 1 1421.41 90.60 <0.0001 ** B2 1976.49 1 1976.49 125.98 <0.0001 ** C2 2087.00 1 2087.00 133.03 <0.0001 ** 残差 109.82 7 15.69 失拟项 49.17 3 16.39 1.08 0.4523 不显著 纯误差 60.65 4 15.16 总离差 12446.35 16 表 6 ABTS+·清除能力回归模型的显著性分析及方差分析表Table 6. Significance analysis and variance analysis of ABTS+· clearance rate regression model方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性 模型I 676.88 9 75.21 10.76 0.0025 ** A 356.98 1 356.98 51.09 0.0002 ** B 85.67 1 85.67 12.26 0.0100 * C 15.35 1 15.35 2.20 0.1819 AB 70.56 1 70.56 10.10 0.0155 * AC 20.70 1 20.70 2.96 0.1289 BC 19.71 1 19.71 2.82 0.1369 A2 9.14 1 9.14 1.31 0.2905 B2 74.73 1 74.73 10.70 0.0137 * C2 15.41 1 15.41 2.21 0.1811 残差 48.91 7 6.99 失拟项 25.12 3 8.37 1.41 0.3635 不显著 纯误差 23.80 4 5.95 总离差 725.79 16 表 7 总抗氧化能力回归模型的显著性分析及方差分析表Table 7. Significance analysis and variance analysis of the total antioxidant capacity regression model方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性 模型I 37.36 9 4.15 18.83 0.0004 ** A 27.01 1 27.01 122.52 <0.0001 ** B 1.57 1 1.57 7.11 0.0322 * C 0.73 1 0.73 3.32 0.1112 AB 0.034 1 0.034 0.16 0.7053 AC 2.03 1 2.03 9.21 0.0190 * BC 0.024 1 0.024 0.11 0.7510 A2 5.38 1 5.38 24.40 0.0017 ** B2 0.78 1 0.78 3.53 0.1025 C2 0.013 1 0.013 0.057 0.8178 残差 1.54 7 0.22 失拟项 1.22 3 0.41 5.04 0.0762 不显著 纯误差 0.32 4 0.081 总离差 38.90 16 表 8 总还原力回归模型的显著性分析及方差分析表Table 8. Significance analysis and variance analysis of the total reducing power value regression model方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性 模型I 4.580E-004 9 5.089E-005 9.90 0.0032 ** A 3.380E-004 1 3.380E-004 65.72 <0.0001 ** B 3.200E-005 1 3.200E-005 6.22 0.0413 * C 3.200E-005 1 3.200E-005 6.22 0.0413 * AB 4.000E-006 1 4.000E-006 0.78 0.4071 AC 1.000E-006 1 1.000E-006 0.19 0.6725 BC 4.000E-006 1 4.000E-006 0.78 0.4071 A2 1.289E-005 1 1.289E-005 2.51 0.1573 B2 3.184E-005 1 3.184E-005 6.19 0.0417 * C2 2.632E-007 1 2.632E-007 0.051 0.8275 残差 3.600E-005 7 5.143E-006 失拟项 1.000E-005 3 3.333E-006 0.51 0.6950 不显著 纯误差 2.600E-005 4 6.500E-006 总离差 4.940E-004 16 Y1=84.35−4.21A−0.27B−8.23C−2.68AB−0.84AC+1.47BC−1.40A2−5.48B2−7.09C2
Y2=33.65+10.31A−3.64B+25.57C−0.14AB−2.21AC−1.35BC+18.37A2+21.67B2+22.26C2
Y3=84.56+6.68A+3.27B+1.38C−4.20AB−2.28AC+2.22BC−1.47A2−4.21B2−1.91C2
Y4=9.02+1.84A+0.44B−0.30C+0.093AB−0.71AC+0.077BC+1.13A2−0.43B2−0.055C2
Y5=0.032+6.500E−003A−2.000E−003B−2.000E−003C−1.000E−003AB−5.000E−004AC+1.000E−003BC−1.750E−003A2−2.750E−003B2+2.500E−004C2
由表4~表8可知5个实验模型回归P值均小于0.01,说明5个模型回归显著可靠,失拟误差P值分别为0.8749、0.4523、0.3635、0.0762、0.6950,全部大于0.05,失拟度不明显,说明方程拟合度较高,模型适用于优化海棠果溶豆的配方。在回归模型中,因素C、C2对海棠果溶豆感官评分影响极显著(P<0.01),A、B2对海棠果溶豆感官评分影响显著(P<0.05);因素A、C、A2、B2、C2对溶豆速溶性影响极显著(P<0.01),B对溶豆速溶性影响显著(P<0.05);因素A对溶豆ABTS+·清除能力影响极显著(P<0.01),B、AB、B2对溶豆ABTS+·清除能力影响显著(P<0.05);因素A、A2对溶豆总抗氧化能力FRAP值影响极显著(P<0.01),B、AC对溶豆总抗氧化能力FRAP值影响显著(P<0.05);因素A对溶豆总还原力影响极显著(P<0.01),B、C、B2对溶豆总还原力影响显著(P<0.05)。
由F值大小可知,单因素对海棠果溶豆感官评分和速溶性显著性影响依次为:C奶粉添加量>A海棠果添加量>B酸奶添加量。单因素对ABTS+·清除能力、总抗氧化能力FRAP值和总还原力显著性影响依次为:A海棠果添加量>B酸奶添加量>C奶粉添加量。R2(Y1)=0.9161、R2(Y2)=0.9912、R2(Y3)=0.9326、R2(Y4)=0.9603、R2(Y5)=0.9271、校正系数Y1:R2Adj=0.8082、Y2:R2Adj=0.9798、Y3:R2Adj=0.8460、Y4:R2Adj=0.9093、Y5:R2Adj=0.8334,信噪比Y1:Adeq precisior=8.635、Y2:Adeq precisior=24.521、Y3:Adeq precisior=11.849、Y4:Adeq precisior=15.037、Y1:Adeq precisior=11.211,说明方程的拟合度和可信度很高,可用于海棠果溶豆的配方预测。
2.2.3 响应面直观分析
图4是海棠果添加量、酸奶添加量、奶粉添加量的响应面曲面图。通过响应面直观3种因素对不同因变量的影响,说明了海棠果溶豆的感官评分、速溶性受奶粉添加量的影响大,原料体系中乳脂含量会影响产品速溶性与口感[29]。其次,ABTS+·清除能力、总抗氧化能力FRAP值和总还原力受海棠果添加量影响大,海棠果添加量与总抗氧化能力、总还原力值、ABTS+·清除率呈正相关,但海棠果添加量过多时,也会打破原料中乳脂体系,影响溶豆速溶性和口感;ABTS+·清除能力、总抗氧化能力FRAP值和总还原力受酸奶添加量影响较大,酸奶中含有大量的乳酸菌,具有消除自由基的活性[37]。各因素交互作用影响在感官评分、速溶性、总还原力不显著,海棠果添加量与酸奶添加量因素的交互作用对ABTS+·清除能力指标影响显著,海棠果添加量与奶粉添加量因素的交互作用对总抗氧化能力FRAP值指标影响显著。
图 4 海棠果添加量、酸奶添加量、奶粉添加量交互的响应面图注:a:海棠果添加量和酸奶添加量对感官评分的影响;b:酸奶添加量和奶粉添加量对感官评分的影响;c:海棠果添加量和奶粉添加量对感官评分的影响;d:海棠果添加量和酸奶添加量对速溶性的影响;e:酸奶添加量和奶粉添加量对速溶性的影响;f:海棠果添加量和奶粉添加量对速溶性的影响;g:海棠果添加量和酸奶添加量对ABTS+·清除能力的影响;h:海棠果添加量和奶粉添加量对总抗氧化能力FRAP值的影响;i:海棠果添加量和酸奶添加量对总还原力的影响。Figure 4. Interactive response surface diagram of the amount of begonia fruit, yogurt and milk powder利用Design-Expert软件对模型回归方程Y1、Y2、Y3、Y4、Y5进行计算,得到海棠果溶豆的最佳配方为:海棠果9.95 g、酸奶5.40 g、奶粉8.90 g、低聚果糖0.8 g,通过方程求解得到预测值为海棠果溶豆感官评分82.16 分,速溶性57.25 s,总抗氧化能力FRAP值12.54 mmol/L,总还原力0.039,ABTS+·清除率89.45%。为实际操作方便,将最佳配方调整为:海棠果10 g、酸奶5 g、奶粉9 g、低聚果糖0.8 g,最佳配方做3次平行验证,得到产品的感官评分为81.95分,速溶性58.08 s,总抗氧化能力FRAP值12.92 mmol/L,总还原力0.036,ABTS+·清除率88.32%,各因变量的实际值分别达到了理论预测值的99.74%、101.45%、103.03%、92.31%、98.74%,与理论预测值拟合度高,说明本研究响应面模型能较好的预测和反映海棠果、酸奶、奶粉等因素对溶豆感官评分、速溶性、总抗氧化能力、总还原力、ABTS+·清除能力的影响。
2.3 质量指标检测结果
溶豆各项质量指标检测结果见表9。因溶豆没有现行国家卫生标准,所以参考GB 7100-2015《食品安全国家标准 饼干》对海棠果溶豆的产品质量进行判定。
表 9 质量指标检测结果Table 9. Test results of quality indicators质量指标 检测指标 检测结果 卫生指标 菌落总数 1.2×102 CFU/g(检测依据GB 4789.2-2016) 大肠菌群 未检出(检测依据GB 4789.3-2016) 霉菌总数 3.0 CFU/g(检测依据GB 4789.15-2016) 感官和速溶
性指标感官性状 色泽均匀、外形完整、花纹清晰、组织细腻、
入口即化,富有海棠果和奶香混合香气。速溶性 市售奶片:186.27±3.20b s 市售糖果:378.14±7.05a s 海棠果溶豆:58.08±3.16c s 抗氧化指标 总抗氧化能力FRAP值 原味溶豆:0.82±0.16 mmol/L
海棠果溶豆:12.92±0.30 mmol/L总还原力值 原味溶豆:0.014±0.002
海棠果溶豆:0.036±0.004ABTS+·清除率 原味溶豆:30.19%±2.160%
海棠果溶豆:88.32%±1.75%卫生指标:由表9可以看出,根据上述优化得到的最佳配方制作的海棠果溶豆,其各项检测指标均符合国家标准要求,大肠菌群未检出,菌落总数和霉菌总数在国家允许安全范围之内,因此,该海棠果溶豆产品可以进行商业化生产。
感官和速溶性指标:将最佳配方制作的海棠果溶豆与相同质量的市售奶片、市售糖果进行了速溶性比较,速溶性检测结果显示,市售奶片、市售糖果和海棠果溶豆的溶解时间分别为186.27±3.20、378.14±7.05、58.08±3.16 s,三者的速溶性能存在显著性差异(P<0.05),这是由于奶片和糖果均属于压制成型,颗粒结构过于紧密,入口后崩解缓慢,而海棠果溶豆在冻结状态下进行真空干燥,冰直接升华为水蒸气,干燥后产品疏松多孔,呈海绵状,遇水后溶解迅速而完全,入口即化,因此特别适合牙口不佳的人群食用。
抗氧化指标:将最佳配方制作的海棠果溶豆与原味溶豆进行了抗氧化能力比较,检测结果显示,海棠果溶豆的总抗氧化能力FRAP值、总还原力值、ABTS+·清除率分别为12.92±0.30 mmol/L、0.036±0.004、88.32%±1.75%,与原味溶豆相比均存在显著性差异(P<0.05)。由此可见,海棠果溶豆具有较强的抗氧化能力,能有效清除自由基。自由基是人体自身代谢产生的,过多的在人体内堆积会影响人体健康,有研究显示,老年人的很多慢性疾病均与体内产生的自由基过多有关[39],例如癌症、心脑血管疾病等,ABTS+·是一种人体较为常见且性质较为稳定的有色自由基,食品检测中常将ABTS+·清除能力作为食品抗氧化能力的指标之一[40]。而本文研发的海棠果溶豆,随着消化过程的不断进行,溶豆中的活性成分逐渐得到释放,释放出来的活性物质与人体代谢产生的自由基相结合,从而产生抗氧化的效果。同时海棠果溶豆还富含许多对人体有益的蛋白质、维生素等营养物质,实现了溶豆作为休闲零食又保障老年人身体健康的目的。
3. 结论
本研究以海棠果为原料,对海棠果溶豆配方进行了优化。以感官评分、速溶性和抗氧化能力等为指标,通过单因素实验和响应面优化试验得到了制备海棠果溶豆的最佳配方:海棠果10 g、酸奶5 g、奶粉9 g、低聚果糖0.8 g,此最佳配方制作出的海棠果溶豆营养丰富、口感细腻、入口即化,且各项指标均符合国家标准,其中总抗氧化能力达到12.92±0.30 mmol/L,ABTS+·清除率达到88.32%±1.75%,海棠果的添加提高了溶豆的抗氧化能力,丰富了溶豆的营养价值,同时也提高了海棠果产业的加工附加值,为观赏海棠果的合理开发利用提供参考。海棠果溶豆是一款老年人适用的新型即食食品,具有极大的开发前景。本研究在产品抗氧化特性分析中通过模拟体内环境研究溶豆的抗氧化能力,但毕竟是在体外模拟消化进行,能否与体内复杂生理环境保持一致,仍需今后动物实验乃至人体观察的进一步研究,另外在产品速溶特性方面是否可以考虑添加崩解剂等进一步增强速溶性能有待深究。
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图 4 海棠果添加量、酸奶添加量、奶粉添加量交互的响应面图
注:a:海棠果添加量和酸奶添加量对感官评分的影响;b:酸奶添加量和奶粉添加量对感官评分的影响;c:海棠果添加量和奶粉添加量对感官评分的影响;d:海棠果添加量和酸奶添加量对速溶性的影响;e:酸奶添加量和奶粉添加量对速溶性的影响;f:海棠果添加量和奶粉添加量对速溶性的影响;g:海棠果添加量和酸奶添加量对ABTS+·清除能力的影响;h:海棠果添加量和奶粉添加量对总抗氧化能力FRAP值的影响;i:海棠果添加量和酸奶添加量对总还原力的影响。
Figure 4. Interactive response surface diagram of the amount of begonia fruit, yogurt and milk powder
表 1 响应面试验设计因素和水平表
Table 1 Response surface test factors and horizontal coding
水平因素 A海棠果添加量(g) B酸奶添加量(g) C奶粉添加量(g) −1 6 2 8 0 8 6 12 1 10 10 16 表 2 海棠果溶豆感官评定标准
Table 2 Sensory assessment criteria of begonia fruit dissoluble beans
指标 分值(分) 优质(18~25分) 良好(10~17分) 较差(0~9分) 色泽 25 色泽均匀 色泽较均匀 明显色泽不均 外形 25 外形完整,花纹清晰,无变形 花纹清晰,有轻微变形 外形不完整,花纹不清晰 组织状态 25 组织细腻,内部气孔均匀 组织稍粗糙,内部气孔比较均匀 组织粗糙,内部气孔大小不均 口感气味 25 奶香、果香浓郁;口感松脆,
酸甜味适中,味道刚好有淡奶香味、淡果香味;口感较
松脆,酸甜味稍重或稍淡无奶香味、果香味;口感一般,
较硬,酸甜味过重或过淡表 3 响应面试验设计与结果
Table 3 Response surface experiment results
实验号 A
(g)B
(g)C
(g)Y1 感官
评分(分)Y2 速溶
性(s)Y3 ABTS+·
清除能力
(%)Y4 总抗氧化
能力FRAP值
(mmol/L)Y5 总还
原力1 6 10 12 85.94 58.59 79.36 8.41 0.019 2 10 2 12 74.38 89.07 86.78 10.85 0.038 3 10 6 8 81.45 59.35 89.45 13.42 0.040 4 8 6 12 80.06 34.53 80.78 9.05 0.029 5 8 2 8 82.86 54.91 74.98 8.18 0.033 6 8 2 16 63.58 109.47 76.32 8.16 0.028 7 6 6 16 71.95 93.65 77.44 8.20 0.022 8 10 10 12 70.82 83.43 85.91 12.07 0.030 9 8 6 12 88.97 37.02 84.46 8.55 0.031 10 8 10 16 63.65 97.54 86.32 9.05 0.028 11 8 6 12 80.34 29.67 85.34 9.24 0.032 12 6 6 8 86.87 38.81 73.13 8.12 0.026 13 8 6 12 89.63 37.55 84.67 9.25 0.036 14 6 2 12 78.76 63.66 63.43 7.56 0.023 15 10 6 16 63.18 105.33 84.66 10.65 0.034 16 8 6 12 82.77 29.47 87.54 9.02 0.032 17 8 10 8 77.04 48.39 76.10 8.76 0.029 表 4 感官评分回归模型的显著性分析及方差分析表
Table 4 Significance analysis and variance analysis of sensory score regression model
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性 模型I 1100.00 9 122.22 8.49 0.0050 ** A 141.88 1 141.88 9.86 0.0164 * B 0.57 1 0.57 0.039 0.8483 C 542.19 1 542.19 37.68 0.0005 ** AB 28.84 1 28.84 2.00 0.1998 AC 2.81 1 2.81 0.19 0.6721 BC 8.67 1 8.67 0.60 0.4630 A2 8.25 1 8.25 0.57 0.4738 B2 126.42 1 126.42 8.78 0.0210 * C2 211.77 1 211.77 14.72 0.0064 ** 残差 100.74 7 14.39 失拟项 14.53 3 4.84 0.22 0.8749 不显著 纯误差 86.20 4 21.55 总离差 1200.74 16 注:*为差异显著,P<0.05;**为差异极显著,P<0.01;表5~表8同。 表 5 速溶性回归模型的显著性分析及方差分析表
Table 5 Significance analysis and variance analysis of instant regression model
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性 模型I 12336.53 9 1370.73 87.37 <0.0001 ** A 850.16 1 850.16 54.19 0.0002 ** B 106.29 1 106.29 6.77 0.0353 * C 5229.07 1 5229.07 333.30 <0.0001 ** AB 0.081 1 0.081 5.177E-003 0.9447 AC 19.62 1 19.62 1.25 0.3003 BC 7.32 1 7.32 0.47 0.5166 A2 1421.41 1 1421.41 90.60 <0.0001 ** B2 1976.49 1 1976.49 125.98 <0.0001 ** C2 2087.00 1 2087.00 133.03 <0.0001 ** 残差 109.82 7 15.69 失拟项 49.17 3 16.39 1.08 0.4523 不显著 纯误差 60.65 4 15.16 总离差 12446.35 16 表 6 ABTS+·清除能力回归模型的显著性分析及方差分析表
Table 6 Significance analysis and variance analysis of ABTS+· clearance rate regression model
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性 模型I 676.88 9 75.21 10.76 0.0025 ** A 356.98 1 356.98 51.09 0.0002 ** B 85.67 1 85.67 12.26 0.0100 * C 15.35 1 15.35 2.20 0.1819 AB 70.56 1 70.56 10.10 0.0155 * AC 20.70 1 20.70 2.96 0.1289 BC 19.71 1 19.71 2.82 0.1369 A2 9.14 1 9.14 1.31 0.2905 B2 74.73 1 74.73 10.70 0.0137 * C2 15.41 1 15.41 2.21 0.1811 残差 48.91 7 6.99 失拟项 25.12 3 8.37 1.41 0.3635 不显著 纯误差 23.80 4 5.95 总离差 725.79 16 表 7 总抗氧化能力回归模型的显著性分析及方差分析表
Table 7 Significance analysis and variance analysis of the total antioxidant capacity regression model
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性 模型I 37.36 9 4.15 18.83 0.0004 ** A 27.01 1 27.01 122.52 <0.0001 ** B 1.57 1 1.57 7.11 0.0322 * C 0.73 1 0.73 3.32 0.1112 AB 0.034 1 0.034 0.16 0.7053 AC 2.03 1 2.03 9.21 0.0190 * BC 0.024 1 0.024 0.11 0.7510 A2 5.38 1 5.38 24.40 0.0017 ** B2 0.78 1 0.78 3.53 0.1025 C2 0.013 1 0.013 0.057 0.8178 残差 1.54 7 0.22 失拟项 1.22 3 0.41 5.04 0.0762 不显著 纯误差 0.32 4 0.081 总离差 38.90 16 表 8 总还原力回归模型的显著性分析及方差分析表
Table 8 Significance analysis and variance analysis of the total reducing power value regression model
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性 模型I 4.580E-004 9 5.089E-005 9.90 0.0032 ** A 3.380E-004 1 3.380E-004 65.72 <0.0001 ** B 3.200E-005 1 3.200E-005 6.22 0.0413 * C 3.200E-005 1 3.200E-005 6.22 0.0413 * AB 4.000E-006 1 4.000E-006 0.78 0.4071 AC 1.000E-006 1 1.000E-006 0.19 0.6725 BC 4.000E-006 1 4.000E-006 0.78 0.4071 A2 1.289E-005 1 1.289E-005 2.51 0.1573 B2 3.184E-005 1 3.184E-005 6.19 0.0417 * C2 2.632E-007 1 2.632E-007 0.051 0.8275 残差 3.600E-005 7 5.143E-006 失拟项 1.000E-005 3 3.333E-006 0.51 0.6950 不显著 纯误差 2.600E-005 4 6.500E-006 总离差 4.940E-004 16 表 9 质量指标检测结果
Table 9 Test results of quality indicators
质量指标 检测指标 检测结果 卫生指标 菌落总数 1.2×102 CFU/g(检测依据GB 4789.2-2016) 大肠菌群 未检出(检测依据GB 4789.3-2016) 霉菌总数 3.0 CFU/g(检测依据GB 4789.15-2016) 感官和速溶
性指标感官性状 色泽均匀、外形完整、花纹清晰、组织细腻、
入口即化,富有海棠果和奶香混合香气。速溶性 市售奶片:186.27±3.20b s 市售糖果:378.14±7.05a s 海棠果溶豆:58.08±3.16c s 抗氧化指标 总抗氧化能力FRAP值 原味溶豆:0.82±0.16 mmol/L
海棠果溶豆:12.92±0.30 mmol/L总还原力值 原味溶豆:0.014±0.002
海棠果溶豆:0.036±0.004ABTS+·清除率 原味溶豆:30.19%±2.160%
海棠果溶豆:88.32%±1.75% -
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