莼菜水馒头制作配方的优化

陈倩玉,申勤勤,陈 兰,白 静,褚之琳,汪昌保

(安徽师范大学环境科学与工程学院,安徽芜湖 241002)

莼菜(Braseniaschreberi),俗名马蹄草、水葵或露葵,生长于池塘、湖泊和沼泽中,是一种传统珍稀水生野菜,有“水中人参”的美誉[1-2]。莼菜营养丰富,含有丰富的多糖和蛋白质,18种氨基酸和27种微量元素[3]。其中锌的含量尤为丰富,锌在莼菜各器官中均有积累,且所富集的锌70%左右与有机化合物结合[4-5]。此外,还含有丰富的维生素A、维生素C、维生素E和少量的维生素B12[6]。同时,莼菜还有重要的药用价值,莼菜表面的黏胶质为酸性杂多糖,具有抗癌[7]、调节免疫、抗氧化[8]、降血压、降血糖[9]、降血脂、增强皮肤弹性和延缓皮肤衰老等功能。目前,在国内以鲜食和罐头加工产品为主,深加工产品少且商品化程度低。贾于晶等[10]研制出的莼菜清蛋糕,鲜瑶等[9]通过对莼菜碎叶、莼菜浆、莼菜粗多糖三种莼菜处理方式研制出了莼菜保健面包,张弛等[11]研制出了莼菜保健饮料,张丽等[12]研制出了莼菜戚风蛋糕卷,这些研究为莼菜的加工利用奠定了一定的工作基础。

近年来,水馒头作为一种清凉爽口、老少咸宜的食品出现在了大众面前。水馒头晶莹剔透,形状美观,味道香润,口感幼滑,深受人们喜爱。目前国内对于水馒头一类食品的透明外皮多以葛粉或澄粉为原料,例如吴树铮[13]研究的紫糯番薯水晶包的外皮配方中就含有澄粉,也有一部分选择在表皮中加入果蔬等富含膳食纤维的原料来丰富营养成分[14]。然而,水馒头产品总体来看口感仍较单一,营养不够丰富,目前相关产品的研制也较少,特别是以水产植物为原料的产品很少见。莼菜营养丰富,含有多糖、蛋白质、氨基酸以及多种微量元素。马蹄含有水分、碳水化合物、蛋白质、脂肪、粗纤维、矿物质等多种营养物质[15],同时马蹄富含多酚类、黄酮类、甾醇类、多糖类等功能活性成分,具有抗氧化、抗菌、免疫调节与抗肿瘤等多种保健功能[16-20]。菱角中含有丰富的淀粉、葡萄糖、蛋白质、维生素B和C、甾醇以及钙、磷、铁等成分[21],具有多种保健功能,其中抗癌方面成果显著,此前日本学者已从菱角中提取出了高效抗癌新药WTCC[22],另外,菱角粉有一股独特的清香,加入水馒头中会使水馒头散发出菱角的清香味。葛根富含人体必需的氨基酸及钙、锌、铜、镁、铁、锰、钾、钠等十多种微量元素,还含有葛根素、大豆甙等黄酮类物质,具有清热解毒、降血压、改善循环系统、抗癌及解痉作用[23-25]。

因此,本研究选用琼脂、马蹄粉、菱角粉、葛根粉作为水馒头的基体部分,利用三种粉料的优缺点进行复配达到协同增效作用,从而获得较好的凝冻效果;选用莼菜、糖等物质为辅料来增加产品的营养价值并改善风味。最终制成营养丰富、外观美观、口感粉糯以及含有菱角清香的莼菜水馒头,丰富水馒头产品的营养和类型,同时对水馒头制作工艺进行优化,以期为莼菜新型功能食品开发提供工作基础和参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

莼菜 苏州市吴中区生产;菱角粉 长沙生物博健有限公司;葛根粉 钟祥市国森源葛粉实业有限公司;马蹄粉 平乐宏源农业发展有限公司;琼脂 石狮市环球琼胶工业有限公司;白砂糖 上海金像食品有限公司;D-抗坏血酸钠 江西德兴市百勤异VC钠有限公司;碳酸钠 上海天越食品有限公司。

WT-型电子天平 杭州万特衡器有限公司;HH-4型恒温水浴锅 江苏金坛市亿通电子有限公司;JYZ-V15型榨汁机 九阳股份有限公司;TGL-16M型、TGL-20M型台式高速冷冻离心机 湖南湘仪实验仪器开发有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 莼菜水馒头制备工艺

图1 莼菜水馒头制作工艺

1.2.1.1 莼菜护色、热烫 挑选出无病虫害、无机械损伤的莼菜用清水洗干净,沥干之后,用2%碳酸钠溶液进行浸泡10 min,一方面除去莼菜中的有机酸,另一方面可对莼菜进行一定程度的护色;将前处理的莼菜放入0.2%的D-抗坏血酸钠中进行护色处理,可防止其褐变;将莼菜进行清洗之后,按照热水莼菜比例20∶1进行热烫,在95 ℃下热烫45 s[26-27]。

1.2.1.2 莼菜匀浆制备 将处理好的莼菜进行榨汁处理,将滤渣用菜刀进一步剁碎后,与滤液混合均匀。

1.2.1.3 混合粉糊的制备 因为马蹄粉、菱角粉、葛根粉在热水中会有大部分结块不溶化,影响成品外形,所以先用少量冷水将粉末溶解后再加入热水。一定比例的葛根粉、菱角粉、琼脂、白砂糖、马蹄粉、莼菜匀浆加入水进行混合均匀后,放在100 ℃恒温的水浴锅中水浴3 min,让混合粉料充分糊化。

1.2.1.4 冷却定型 将水浴加热后的物料趁热倒入模具中,待其冷却成型即可包装。

1.2.2 琼脂的优选试验 琼脂用量(琼脂:水)以1.500%、1.625%、1.750%、1.875%、2.000%、2.125%、2.250%、2.375%分别加水调制琼脂液[28],倒入模具制成纯琼脂水馒头,根据感官评价得分与失水率的综合得分确定最佳比例。

1.2.3 复合粉(马蹄粉、菱角粉、葛根粉)比例优选

1.2.3.1 复合粉原料初步筛选 首先确定马蹄粉、菱角粉、葛根粉单独与琼脂混合制备成产品的最大添加量。取水100 mL,加入琼脂1.88%(1.2.2中确定的琼脂:水的最佳比例),马蹄粉用量(马蹄粉:水)以0、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%分别加入水中,水浴加热搅拌均匀后倒入模具冷却成型,根据不同添加量的条件下产品脱模后的成型情况,得出马蹄粉的最大添加量。之后按照此种方法分别进行菱角粉(用量(菱角粉:水)依次为0、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%)、葛根粉(用量(葛根粉:水)依次为0、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%)的比例优选预实验得到各自的最大添加量。

1.2.3.2 复合粉(马蹄粉、菱角粉、葛根粉)比例选择 结合1.2.3.1中得出的马蹄粉、菱角粉、葛根粉的最大添加量以及产品特性,设计单纯形格子表{3,2}如表1所示进行混料试验[29-31]。取水100 mL,加入琼脂1.88%,之后按照表1加入各粉料用量,水浴加热搅拌均匀后倒入模具冷却成型,依次完成六组试验并选取感官评价人员进行感官评价,将评分取平均值作为产品最终评分。记录数据并用VB程序进行分析,初步获得各粉料在单因素实验中适宜的添加量。

表1 单纯形格子实验设计

1.2.4 单因素试验

1.2.4.1 莼菜匀浆用量对综合得分的影响 在100 mL水中加入琼脂1.88%、葛根粉0.62%、马蹄粉0.20%、菱角粉7.18%、蔗糖5.00%(蔗糖:水),莼菜匀浆的用量(莼菜匀浆:水)分别在1%、3%、5%、7%、9%的水平下,以水馒头的感官评价得分与失水率为指标,考察不同莼菜匀浆用量对综合得分的影响。

1.2.4.2 菱角粉用量对综合得分的影响 在100 mL水中加入琼脂1.88%、葛根粉0.62%、马蹄粉0.20%、莼菜匀浆6.00%、蔗糖5.00%,菱角粉的用量分别在0、2%、4%、6%、8%的水平下,以水馒头的感官评价得分与失水率为指标,考察不同菱角粉用量对综合得分的影响。

1.2.4.3 蔗糖用量对综合得分的影响 在100 mL水中加入琼脂1.88%、葛根粉0.62%、马蹄粉0.20%、菱角粉7.18%、莼菜匀浆6.00%,蔗糖的用量分别在2%、6%、10%、14%、18%的水平下,以水馒头的感官评价得分与失水率为指标,考察不同蔗糖用量对综合得分的影响。

1.2.4.4 葛根粉用量对综合得分的影响 在100 mL水中加入琼脂1.88%、马蹄粉0.20%、菱角粉7.18%、莼菜匀浆6.00%、蔗糖5.00%,葛根粉的用量分别在0.0、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%的水平下,以水馒头的感官评价得分与失水率为指标,考察不同葛根粉用量对综合得分的影响。

1.2.4.5 马蹄粉用量对综合得分的影响 在100 mL水中加入琼脂1.88%、葛根粉0.62%、菱角粉7.18%、莼菜匀浆6.00%、蔗糖5.00%、马蹄粉的用量分别在0.00、0.15%、0.30%、0.45%、0.60%的水平下,以水馒头的感官评价得分与失水率为指标,考察不同马蹄粉用量对综合得分的影响。

1.2.5 响应面试验 为进一步优化莼菜水馒头产品配方,选用莼菜匀浆用量(A)、菱角粉用量(B)、蔗糖用量(C)为影响因子,以莼菜水馒头的感官评价得分与失水率为评价指标,根据Box-Beknhen中心组合实验设计原理[32-34],进行了三因素三水平的响应面试验。因素水平表如表2。

表2 响应面试验因素水平设计

1.2.6 莼菜水馒头综合得分的计算

1.2.6.1 失水率的测定方法 将水浴加热3 min的物料趁热均匀倒入3个干净的离心管中,记录每一支带管的样品总质量。于室温下(20 ℃左右)静置3 d后,打开离心机预热后以5000 r/min离心10 min,除去上清液,过120目筛除去离心管上层水分,称取带管沉淀总重量记录数据。

失水率(%)=(样品总质量-离心后沉淀总量)/样品总质量×100

1.2.6.2 感官评价标准 挑选评价人选,参考表3中的评分标准进行感官评分,将评价人员给出的评分取平均值作为产品的最终感官评分。

表3 莼菜水馒头感官评分标准

1.2.6.3 综合得分 为制备在感官评价及持水性两方面表现均良好的产品,将所得失水率和感官评分进行标准化后,再采用加权法进行计算综合得分,即产品综合得分较高意味着在感官评价和持水性上表现都相对较好,反之在某一方面表现不佳,往往也无法取得很高的综合得分。综合得分计算如下:

感官评价标准化后的值=(标准化前的值-最小值)/(最大值-最小值)

失水率标准化后的值=(最大值-标准化前的值)/(最大值-最小值)

综合得分=0.5×感官得分(标准化)+0.5×失水率(标准化)

感官评价标准化前的值指的是所有感官评价人员对于试验产品所给出的感官得分的平均值,失水率标准化前的值指的是最终计算的失水率数值,其中的最大值、最小值是一组试验里面最终数据感官得分平均值以及失水率数值中的最大值、最小值。每组单因素试验需进行三次重复实验,分次进行计算综合得分,从而得到相应因素的综合得分均值。

1.3 数据处理

所有实验数据均为3次平行实验取平均值,应用Microsoft Excel 2007进行数据分析,SPSS软件进行方差分析,Design-Expert软件进行响应面分析。

2 结果与分析

2.1 原辅料的选择

2.1.1 琼脂的优选试验 由表4可知,在琼脂用量为1.875%时产品的综合评分最高,此时产品质地均匀透明,口感软硬适中富有弹性,持水度也相对较好。当琼脂用量低于1.750%时产品持水度不佳,质地较软,出现这种现象是因为琼脂用量过低对水的束缚力不足[35],凝固后琼脂结构不如用量在1.875%稳定;当琼脂用量大于2.000%,随着琼脂的增多,产品质地越来越硬,但口感却越来越不好,而琼脂本身的腥气加重,严重影响了感官评价结果,所以即使琼脂的持水度随着琼脂的增多而增强,综合评分依旧呈现下降的趋势。所以根据表4,琼脂用量1.875%为莼菜水馒头中琼脂最佳添加量。

表4 琼脂含量对水馒头产品品质的影响

2.1.2 复合粉原料初步筛选 经1.2.3.1的预实验结果分析可得,100 mL水中葛根粉的最佳添加量为2%,马蹄粉的最佳添加量为2%,菱角粉的最佳添加量为8%。葛根粉最大添加量为2%,当葛根粉添加量大于2%后产品软塌,而且物料附着在模具内壁,无法顺利脱模;马蹄粉最大添加量为2%,添加量大于2%的产品质地过软,咬劲差,从模具脱离后无法成型,不符合产品预期;菱角粉最大添加量为8%,用量大于8%的产品虽然依旧能够成型,但颜色发灰,而且菱角的苦涩味会越发明显,对产品的口感造成很大的不良影响。这三种粉的具体用量配比还需进一步采用单纯形格子试验进行分析,为了符合单纯形格子混料实验设计对于复合粉总添加量恒定的要求,三种粉的总添加量定为菱角粉的最大添加量8%,而这三种粉制备出的产品在口感、香气、色泽上也有明显差异,菱角粉香气相较葛根粉、马蹄粉更为浓郁,而且产品的凝胶强度高,弹性更好,口感更好,因此要求复合粉优选试验中菱角粉用量不低于6%,依据上述要求制定单纯性格子实验设计表进行复合粉优选试验。

2.1.3 复合粉(马蹄粉、菱角粉、葛根粉)比例选择 利用Microsoft Excel 2007处理表5数据得回归方程系数分别为:b1=y1=6.1;b2=y2=6.3;b3=y3=6.8;b12=4y12-2(y1+y2)=4×5.6-2×(6.1+6.3)=-2.4;b13=4y13-2(y1+y3)=4×7.1-2×(6.1+6.8)=2.6;b23=4y23-2(y2+y3)=4×6.9-2×(6.3+6.8)=1.4。将计算所得到的回归方程系数代入得到回归方程如下:y=6.1x1+6.3x2+6.8x3-2.4x1x2+2.6x1x3+1.4x2x3,采用VB 语言程序经寻优得到在回归方程的解为x1(葛根粉占比)=0.31;x2(马蹄粉占比)=0.1;x3(菱角粉占比)=0.59,折合成三种粉用量可得:Z1(葛根粉用量)=0.62%;Z2(马蹄粉用量)=0.20%;Z3(菱角粉用量)=7.18%。即经过混合粉配比优选实验可得到葛根粉用量为0.62%,马蹄粉用量为0.20%,菱角粉用量为7.18%。以上述各粉类用量以及琼脂1.88%,莼菜6.00%,蔗糖5.00%的比例依据1.2.1.1中的工艺流程制备产品,进行感官评价。产品具有浓郁的菱角香气,口感软硬适中,但有些苦涩,存在不足,说明仍需要以单纯形格子试验得到的配比为基础进行各因素的单因素实验。

表5 单纯形格子试验设计结果

2.2 单因素实验

2.2.1 莼菜匀浆用量对综合得分的影响 如表6所示,通过方差分析可知,莼菜匀浆的添加量对莼菜水馒头感官品质影响极显著(P<0.01)。莼菜匀浆用量在1%～7%范围内,感官评价得分随着莼菜匀浆用量的增加而增加,产品失水率随着莼菜匀浆用量增加而有所降低,因此产品综合评分呈现上升趋势。当莼菜匀浆用量大于7%时,由于大量胶质的存在会严重影响莼菜水馒头感官品质,产品评分下降[10]。莼菜匀浆用量为7%时,产品有浓郁的莼菜清香,莼菜颗粒赋予产品特殊口感,而且持水度较好,综合得分最高。

表6 莼菜匀浆含量对莼菜水馒头产品品质的影响

2.2.2 菱角粉用量对综合得分的影响 如表7所示,菱角粉的添加量对莼菜水馒头感官品质影响极显著(P<0.01)。菱角粉用量在0～2%范围内,感官评价得分随着菱角粉用量的增加而增加,产品失水率随着菱角粉用量增加而有所降低,因此产品综合得分呈现上升趋势。当菱角粉用量大于2%时,由于大量菱角粉的存在会加深产品颜色,加重产品颗粒感,严重影响莼菜水馒头感官品质,产品评分下降。菱角粉用量为2%时,产品口感细腻不粗糙,菱角粉赋予产品浓郁菱角清香掩盖琼脂腥味,而且持水度较好,综合得分最高。

表7 菱角粉含量对莼菜水馒头产品品质的影响

2.2.3 蔗糖用量对综合得分的影响 如表8所示,蔗糖的添加量对莼菜水馒头感官品质影响极显著(P<0.01)。蔗糖用量在2%～6%范围内,感官评价得分随着蔗糖用量的增加而增加,产品失水率随着蔗糖用量增加而有所降低,因此产品综合得分呈现上升趋势。当蔗糖用量大于6%时,由于大量蔗糖的存在会使口感过甜，掩盖菱角粉等成分的口感,且持水率会降低,降低产品的品质[36],产品评分下降。蔗糖用量为6%时,产品甜度适中,而且持水度较好,综合得分最高。

表8 蔗糖含量对莼菜水馒头产品品质的影响

2.2.4 葛根粉用量对综合得分的影响 如表9所示,葛根粉的添加量对莼菜水馒头感官品质影响不显著(P>0.05)。葛根粉用量在0.0～1.2%范围内,感官评分并未出现大范围波动,综合得分呈先上升后下降的趋势。葛根粉的用量为0.6%时获得最高评分,但由于感官评价得分相差不大且失水率最终的持水性得分不是最佳值,综合得分并不高。

表9 葛根粉含量对莼菜水馒头产品品质的影响

2.2.5 马蹄粉用量对综合得分的影响 如表10所示,马蹄粉的添加量对莼菜水馒头感官品质影响不显著(P>0.05)。马蹄粉用量在0.00～0.60%范围内,感官评分并未出现大范围波动,综合得分呈先上升后下降的趋势。马蹄粉的用量为0.45%时获得最高评分,但由于感官评价得分以及失水率最终的持水性得分均不是最佳值,综合得分并不高。

表10 马蹄粉含量对莼菜水馒头产品品质的影响

2.3 响应面试验结果与分析

2.3.1 多元二次模型方程的建立和确定 采用单纯性格子法优化的结果。利用Design Expert软件对表11所得结果进行回归分析,得莼菜水馒头拟合回归方程为Y=0.9325+0.0475A+0.0238B+0.0938C+0.0275AB+0.0625AC+0.0650BC-0.1763A2-0.0587B2-0.3238C2,决定系数R2=0.9040。对响应面模型进行方差分析,分析结果如表12所示:通过方差分析表数据可知,本实验所选用的二次回归方程模型显著(P=0.0183<0.05),而失拟项不显著(P=0.0541>0.05),这说明在显著水平α=0.05下,本次实验的数据是可信的,而试验所得的二次回归方程对于模拟该三因素三水平的优化实验也是可行的,该模型拟合度较好,所以可以利用该二次回归方差对产品配方进行优化。而通过表12的数据,也可以看出二次项A2(P<0.05)在5%水平下显著,说明莼菜匀浆用量对产品品质有显著影响;二次项C2(P<0.01)在1%水平下显著,说明蔗糖用量对产品品质有极显著影响。而交互项AB、AC、BC在显著水平α=0.05下均不显著,这说明这三个因素的交互作用对于莼菜水馒头的品质均无显著影响。

表11 响应面试验设计及结果

表12 响应面试验结果方差分析表

图2 菱角粉用量和蔗糖用量影响综合评分的响应面

2.3.2 响应面分析和优化验证 利用Design Expert 软件进行响应面分析,绘制响应面曲线图如图2～图4所示。由图2可知,产品综合得分随着菱角粉、蔗糖用量的增加均呈现出先增加后减少的变化趋势,蔗糖用量的改变引起的变化比菱角粉更加显著,而且两者之间交互作用较弱;由图3可知,产品综合得分随着蔗糖、莼菜匀浆用量的增加呈现出先增加后减少的变化趋势,莼菜匀浆引起的变化相较于蔗糖的平缓,两者之间交互作用较弱;由图4可知,产品综合得分随着菱角粉、莼菜匀浆用量的增加呈现出先增加后减少的变化趋势,这种变化都较为平缓,而且两者之间交互作用较弱[37]。图2～图4中响应面均存在最高点,说明存在极值点,经过软件的进一步计算分析,得出最优水平解为:A=0.146,B=0.271,C=0.186,变换为相应参数对应的理论值为:莼菜匀浆用量为7.292%,菱角粉用量为2.542%,蔗糖用量为6.744%,预测综合得分为0.927。为验证响应面法所得结果的可靠性,根据各因素最优水平进行三次重复试验,实际条件为：莼菜匀浆7.29%，菱角粉2.54%，蔗糖6.74%，琼脂1.88%，葛根粉0.62%，马蹄粉0.20%，得感官评分为78.58±0.52,失水率为3.70%±0.30%,综合得分为0.93±0.04,验证试验的综合得分与预测综合得分十分相近,说明模型拟合程度较好,最终产品口感滑嫩,软硬适中,具有浓郁的菱角和莼菜的香气,组织细腻,酸甜适口,富有韧性、弹性和咬劲,符合产品预期。

图3 莼菜匀浆用量和蔗糖用量影响综合评分的响应面

图4 莼菜匀浆用量和菱角粉用量影响综合评分的响应面

3 结论

经过单纯形格子法、单因素实验和响应面试验,得出莼菜水馒头的最佳配方为:(100 mL水为标准,百分比皆为占水的比例)葛根粉:0.62%,马蹄粉:0.20%,琼脂:1.88%,莼菜匀浆:7.29%,蔗糖:6.74%,菱角粉2.54%,综合得分为0.93,所制得的产品口感滑嫩,具有浓郁的菱角和莼菜的香气,组织细腻,酸甜适口,富有韧性、弹性和咬劲,产品在常温下持水度良好。目前市场上莼菜深加工产品不足,而本产品为莼菜的应用提供了新思路。