玛咖曲奇饼干生产配方优化及货架期预测

,2,*

(1.漯河食品职业学院食品检测系,河南漯河 462300;2.河南科技学院生命科技学院,河南新乡 453000)

玛咖(Maca)不仅含有丰富的蛋白质、氨基酸、膳食纤维、不饱和脂肪酸、钙、铁、钾、VC等多种营养成分,还含有玛咖烯、玛咖酰胺等生物碱活性成份[1],具有增强人体免疫力[2]、抗氧化、缓解体力疲劳[3-4]、改善记忆力、改善性功能、提高生育力[5]等作用。2011年5月,玛咖粉已经正式通过我国卫生部审批成为新食品原料[6]。目前,玛咖粉主要应用于制作玛咖片、玛咖酒,鲜少有学者将其应用于饼干中。曲奇饼干是一种酥性饼干,备受人们青睐,感官属性是评价其品质的一个重要指标,由于其组织状态、口感、色泽、风味等属性在描述时往往具有模糊性,难以划分出清晰的界限,因此,为了获得较为客观的检验结果,采用模糊数学评价法对曲奇饼干进行数学化和定量化的描述和处理[7]。

ASLT(Accelerated shelf-life testing),是1985年由Schmidl和Labuza提出的一种有效、快速地预测食品货架期方法[8],主要通过将产品储存于一些加速破坏的恶劣条件下,提高储存温度加速变质,按一定时间间隔检测该条件下的保质期,然后以这些数据外推确定实际储存条件下的保质期[9-10]。本实验通过添加玛咖超微粉制作玛咖曲奇饼干,通过模糊感官评定确定玛咖超微粉、白砂糖、水及奶油的添加量范围,在此基础上,以感官评分为响应值,结合Box-Benhnken中心组合设计,确定玛咖曲奇饼干的最优配方,并采用Arrhenius模型[11]预测玛咖曲奇饼干的货架期,为工业化生产玛咖曲奇饼干提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

玛咖粉 云南省昆明市官渡区冠升堂中药材经营部;小麦粉 郑州金苑面业有限公司;白砂糖 郑州市二七区喜红食品厂;安佳(Anchor)淡奶油 安琪食品专营店。

表1 饼干的感官评定标准Table 1 Sensory evaluation criteria of biscuits

WFJ-20型超微粉碎机 江阴康和机械厂;FA1604型电子天平 上海天平仪器厂;CKWS.100.B型远红外烤箱 广东半球实业集团公司;HM740和面机 青岛汉尚电器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 玛咖曲奇饼干制备工艺流程 玛咖曲奇饼干的制作工艺流程[12]如下:

1.2.2 关键技术要点

1.2.2.1 辅料预混 首先按照各试验要求准确称取奶油和糖粉的量,溶糖成糖浆,然后将奶油和糖浆进行混合,搅打至呈乳白色时,再慢慢加入鸡蛋液。

1.2.2.2 面团调制 称取面粉100 g,按试验设计定量称取适宜的玛咖超微粉,混合加入上述辅料,采用叠压法和面,控制面筋力。

1.2.2.3 烘烤 将曲奇饼干放入已经预热过的烤箱中,固定上火180 ℃、底火150 ℃,烘烤时间:20 min。

1.2.2.4 冷却 自然冷却至常温,整理、包装、入库。

1.2.3 模糊综合评价方法

1.2.3.1 评定人员及方式的选择 由10名食品专业人员组成,男女各5名,身体健康,无不良嗜好,对色香味有较强的分辨能力,评定过程中采用独立评定,重复3次,取平均值。

1.2.3.2 确定产品因素集U和评语集V 确定产品质量由组织状态、口感、色泽、风味4个因素构成,即U=(组织状态、口感、色泽、风味);对每个因素的评价按优、良、中、差4 个等级评定,即V={优(V1)、良(V2)、中(V3)、差(V4)}[13-14]。

1.2.3.3 确定权重 采用强制决定法[15]确定各质量因素的权重分别为组织状态(0.15)、口感(0.25)、色泽(0.2)、风味(0.4),即X=(0.15,0.25,0.20,0.40)。

1.2.3.4 评定标准 由专业技术人员和食品专业教师制定出玛咖曲奇饼干的感官评定标准[16],见表1。

1.2.3.5 模糊综合评判 数学模型的选取设食品感官因素综合评判的结果向量为Y,它是感官因素由向量A和评价矩阵R的合成,即Y=X·R[17]。

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

式(1)

1.2.4 单因素实验 固定基本配方中其他成分的添加量(面粉100 g、鸡蛋15 g),以面粉添加量100%计,研究玛咖超微粉添加量(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%)对曲奇饼干感官特性的影响,做3次重复试验,并通过10位评委综合评定判定其等级,然后用加权平均型的数学模型进行数据处理,最后做排序比较。经感官评定人员和相关专家研究决定出如下等级系数,h1=100,h2=80,h3=60,h4=40,从而求出感官评分值S。S=∑YjHi,i=1,2…n;j=1,2…m。

1.2.5 响应面试验 在单因素实验基础上,确定玛咖超微粉添加量(A)、白砂糖添加量(B)、水分添加量(C)、奶油添加量(D)及感官评价结果进行四因素三水平二次正交旋转组合设计(表2),采用Design-Expert 7.1.3对试验数据进行分析并预测最佳工艺参数。

表2 响应面试验因素水平表Table 2 Factors and levels of response surface experiment

1.2.6 玛咖曲奇饼干的货架期预测 本实验主要采用ALST法中的Arrhenius模型探究温度对玛咖曲奇饼干中油脂氧化的影响,玛咖曲奇饼干采用聚乙烯塑料袋封装,分别置于40、60 ℃的干燥箱环境中存储[11,18],每隔5 d测定其过氧化值。

表3 玛咖超微粉添加量对曲奇饼干感官评定的影响Table 3 Effect of different amounts of Maca super powder on sensory evaluation of cookies

注:感官评分值为 3次重复试验平均值;肩标相同小写字母表示同行数据间无显著差异;肩标不同小写字母表示同行数据间差异显著(P<0.05),下同。

表4 白砂糖添加量对曲奇饼干感官评定的影响Table 4 Effect of different amounts of sugar on sensory evaluation of cookies

表5 水分添加量对曲奇饼干感官评定的影响Table 5 Effect of different amounts of water on sensory evaluation of cookies

表6 奶油添加量对曲奇饼干感官评定的影响Table 6 Effect of different amounts of cream on sensory evaluation of cookies

Arrhenius公式转化式:

式(2)

油脂氧化的货架寿命公式:

式(3)

式中:tT为玛咖曲奇饼干在温度T条件下的货架寿命,d;T为玛咖曲奇饼干贮藏环境温度,K。

1.2.7 过氧化值测定 采用GB 5009.227-2016《食品中过氧化值的测定》方法测定过氧化值。

1.3 数据处理

单因素实验数据利用Paired-samples T Test方法进行显著差异性分析,显著差异水平:显著(P<0.05);极显著(P<0.01);响应面数据利用Design-Expert软件对回归方程进行方差分析;图片采用Origin 7.0 统计分析软件进行数据整理和分析。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 玛咖超微粉添加量的确定 玛咖超微粉添加量对曲奇饼干评定的影响如表3所示。由表3可知,随着玛咖超微粉添加量的增加,玛咖曲奇饼干的感官评分呈现先增加后降低的趋势,其最优添加量为4%,这主要是由两方面的原因导致的,一方面玛咖超微粉添加量过多,会导致面团黏合性差,易出现断裂现象;另一方面,玛咖中含有芥子油苷,使玛咖甜中微带辛辣味,添加量过多影响玛咖曲奇饼干的味觉,而添加量过低玛咖风味不足,且达不到预期的效果。故本实验选取玛咖超微粉添加量为2%、4%及6%进行响应面分析。

2.1.2 白砂糖添加量的确定 由表4可以看出,随着白砂糖添加量的增加,曲奇饼干的感官评分先增加后逐渐下降,最优添加量为22%。白砂糖添加量过低,曲奇饼干不易上色;白砂糖添加量过高,则容易烤糊。故本实验选取白砂糖添加量18%、22%及26%进行响应面分析。

2.1.3 水分添加量的确定 由表5可以看出,随着水分添加量的增加,曲奇饼干的感官评分先增加后逐渐下降,最优添加量为14%。水分添加量过少,不便于压花纹,且容易出现白色结块;反之,水分添加量过多,饼干花纹会消失,会使得饼干过硬,少了酥脆感。故本实验选取水分添加量12%、14%及16%进行响应面分析。

2.1.4 奶油添加量的确定 由表6可以看出,随着奶油添加量的增加,曲奇饼干的感官评分先增加,而后逐渐下降,其最优添加量为28%。奶油添加量过少,会影响饼干光泽;反之,奶油添加量过多,也会使得饼干过硬,缺少了酥脆感。故本实验选取水分添加量24%、28%及32%进行响应面分析。

2.2 响应面分析

2.2.1 回归模型的建立与分析 表7为Box-Behnken实验设计及结果,利用 Design-Expert 软件对表7结果进行二次多项回归拟合,得到感官评分(Y)与玛咖超微粉添加量(A)、白砂糖加量(B)、水分添加量(C)、奶油添加量(D)的多元回归方程为:

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实验设计及结果Table 7 Design and results of Box-Behnken experiment

2.2.2 因素间的交互作用 利用Design-Expert软件分析4个因素的交互作用对感官值的影响情况如图1～图6所示。等高线图越陡峭表示该因素对感官值影响越显著,反之,等高线图越平缓则影响不显著[21-23];等高线的形状能反映出两因素交互作用强弱,椭圆形表示交互作用强,影响显著,等高线形状为圆形,则与之相反。

图1 玛咖超微粉和白砂糖添加量交互作用对曲奇饼干感官评定结果的影响Fig.1 Effect of interaction of amounts of Maca super powder and sugar on sensory evaluation of cookies

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

图2 玛咖超微粉和水分添加量对曲奇饼干感官评定结果的影响Fig.2 Effect of interaction of amounts of Maca super powder and water on sensory evaluation of cookies

图3 玛咖超微粉和奶油添加量对曲奇饼干感官评定结果的影响Fig.3 Effect of interaction of amounts of Maca super powder and cream on sensory evaluation of cookies

图4 白砂糖和水分添加量对曲奇饼干感官评定结果的影响Fig.4 Effect of interaction of amounts of sugar and water on sensory evaluation of cookies

图5 白砂糖和奶油添加量对曲奇饼干感官评定结果的影响Fig.5 Effect of interaction of amounts of sugar and cream on sensory evaluation of cookies

图6 水分和奶油添加量对曲奇饼干感官评定结果的影响Fig.6 Effect of interaction of amounts of water and cream on sensory evaluation of cookies

注:**表示在P<0.01水平显著,*表示在P<0.05水平显著。

由表8和图1～图6可以看出,玛咖超微粉添加量和水分添加量之间交互作用显著,玛咖超微粉添加量和白砂糖添加量、玛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线接近圆形,说明两两间交互作用较弱[17]。

2.3 验证性实验

通过模糊数学和响应面的综合评定,得出最优玛咖曲奇饼干的配方为,玛咖超微粉添加量4.48%,白砂糖添加量23.84%,水的添加量14.28%,奶油添加量29.60%,理论最高感官评分值88.07。根据响应面最佳条件进行三次平行实验得到玛咖曲奇饼干评分为(87.25±1.31)分。说明该方程与实际情况拟合性较好,证明该方程具有可靠性。

2.4 货架期确定

2.4.1 货架期测定 按照刘晶晶等[11,18]方法测定上述最优条件下所获得的玛咖曲奇饼干在40、60 ℃条件下贮藏不同时间的过氧化值,结果见图7。

图7 不同温度加速实验条件产品过氧化值的变化Fig.7 Change of peroxide value of products under different temperature accelerated test conditions

由图7可知,玛咖曲奇饼干的氧化速率随着温度的升高而加快,这是油脂酸败所导致的。将实验所得的过氧化值取平均数,再取其对数,将过氧化值对数ln(POV)与时间t进行回归线性拟合,所得方程如表9所示。

表9 加速实验条件下产品的氧化速率拟合方程及货架寿命Table 9 The regression equations of oxidation rate and shelf life of products under accelerated test conditions

从回归方程的显著性看,方程线性相关度显著,参照GB7100-2015《饼干》,可知饼干允许的最大过氧化值为19.7 meq/kg(0.25 g/100 g),将其分别代入两个不同温度下的线性方程,可得到在40、60 ℃下货架期寿命分别是106、79 d。将表6数据先后带入式(2)、式(3),可得玛咖曲奇饼干在常温条件下(20 ℃)的货架寿命为146 d,因此40、60 ℃的温度下加速了油脂的反应速度,导致预测常温下的货架期缩短。

3 结论

通过模糊综合评定法和响应面结合法最终确定玛咖曲奇饼干制作的最优配方为:玛咖超微粉添加量4.48%,白砂糖添加量23.84%,水的添加量14.28%,奶油添加量29.60%,对此配方验证所得饼干的感官评分高达(87.25±1.31)分。此外,对最优配方下所得玛咖曲奇饼干的货架期进行研究发现,在40、60 ℃下该玛咖曲奇饼干的货架期寿命分别是106、79 d。利用Arrhenius公式预测出玛咖曲奇饼干在常温条件下的货架寿命为146 d。