馮 穎,任國秋
(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,沈陽 110161)
紫玉米,原產(chǎn)于秘魯,因呈深紫色至黑色又名藍(lán)玉米、烏玉米、黑玉米、墨玉米、黑甜糯玉米等[1]。紫玉米抗寒、耐旱、適應(yīng)能力極強(qiáng),且可在春夏兩季播種,在我國安徽、山西兩省種植范圍較廣[2]。當(dāng)前,紫玉米品種資源已較為豐富,包括黑(紫)色糯玉米如黑諾6號、靠山一號等[3]。目前,紫玉米已經(jīng)被做成飲料[4-6]、雜糧糊[7]、糖果、玉米片[8]、發(fā)酵乳[9]等產(chǎn)品,但深加工產(chǎn)品開發(fā)仍不足。
紫玉米中花色苷含量豐富,目前已廣泛應(yīng)用于果凍、糖果、清涼飲料以及咀嚼片中。紫玉米花色苷具有抗氧化活性[10]、降血糖活性[11]、抗癌活性[12],還具有抑制肥胖、抑菌[13]等活性,并且對腸道菌群健康產(chǎn)生有益影響[14]。研究表明,紫玉米穗軸中花色苷含量高于紫玉米籽粒中花色苷含量[15]。
本研究以紫玉米粉作為主要原料,向其中添加紫玉米穗軸花色苷以期增強(qiáng)紫玉米粉固體飲料的功能活性和改善其顏色,并通過配方優(yōu)化的方法進(jìn)一步改善產(chǎn)品感官品質(zhì),以期為紫玉米資源深加工及副產(chǎn)品的開發(fā)提供參考依據(jù)。
黑諾6號紫玉米粒(購于山東省濱州市陽信縣地區(qū)),紫玉米穗軸花色苷(實(shí)驗(yàn)室自制),阿拉伯膠(高黏)、甜菊糖苷(食品級,河南萬邦化工科技有限公司),白砂糖(食品級,北京糖業(yè)煙酒集團(tuán)有限公司),DPPH、檸檬酸、檸檬酸鈉、氯化鉀(分析純,上海麥克林生化科技有限公司),無水乙醇、乙酸鈉、碳酸鈉(分析純,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司),PNPG、α-葡萄糖苷酶(分析純,上海瑞永生物科技有限公司)。
YP-5102電子天平(上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司),KWS0709J-F8H(XP)格蘭仕烤箱(中山市格蘭仕生活電器制造有限公司),XM-600 打粉機(jī)(永康市柏歐五金制品有限公司),SA402B 味覺分析系統(tǒng)(日本Insent公司),TU-1810紫外可見分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限公司),ELX-800酶標(biāo)儀(美國BIOTEK公司)。
1.3.1 紫玉米粉固體飲料的制備 根據(jù)預(yù)試驗(yàn)及相關(guān)文獻(xiàn),設(shè)定紫玉米粉固體飲料配方的主要原料:紫玉米粉、紫玉米花色苷提取物、阿拉伯膠、甜菊糖苷。
將紫玉米粒使用粉碎機(jī)粉碎并過100 目篩,在175 ℃條件下烤制4 min;紫玉米花色苷通過提取、純化并經(jīng)真空冷凍干燥48 h 得到;準(zhǔn)確稱取一定量紫玉米粉、紫玉米花色苷、阿拉伯膠、甜菊糖苷,充分將其混合均勻后置于鋁箔袋中密封,得到紫玉米粉固體飲料,置于陰涼干燥處保存。
1.3.2 紫玉米花色苷添加量對紫玉米粉固體飲料品質(zhì)的影響 固定阿拉伯膠添加量6%、甜菊糖苷添加量0.012%的基礎(chǔ)上,向紫玉米粉中分別添加紫玉米花色苷0.25%、0.50%、0.75%、1.00%和1.25%,從花色苷含量、自由基清除率、α-葡萄糖苷酶抑制活性、感官評分及電子舌分析方面,考察紫玉米花色苷添加量對于紫玉粉固體飲料功能活性和感官品質(zhì)的影響。綜合功能活性和感官品質(zhì),確定紫玉米花色苷適宜添加量。
1.3.3 阿拉伯膠添加量對紫玉米粉固體飲料品質(zhì)的影響 在1.3.2確定紫玉米花色苷適宜添加量的基礎(chǔ)上,固定甜菊糖苷添加量0.012%,向紫玉米粉中分別添加阿拉伯膠2%、4%、6%、8%和10%,從感官評分、電子舌分析及沖調(diào)穩(wěn)定性方面,考察不同阿拉伯膠添加量對于固體飲料品質(zhì)的影響。
1.3.4 甜菊糖苷添加量對紫玉米粉固體飲料品質(zhì)的影響 紫玉米花色苷添加量、阿拉伯膠添加量確定后,向紫玉米粉中分別添加不同量的甜菊糖苷0.004%、0.008%、0.012%、0.016%和0.020%,從感官評分及電子舌分析兩方面,考察甜菊糖苷添加量對于固體飲料品質(zhì)的影響。
1.3.5 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化紫玉米粉固體飲料配方 根據(jù)上文原料用量對于固體飲料品質(zhì)影響的試驗(yàn)結(jié)果,響應(yīng)值確定為紫玉米粉固體飲料的感官評分,因素選擇紫玉米花色苷添加量、甜菊糖苷添加量、阿拉伯膠添加量,進(jìn)行三水平三因素的試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
1.3.6 紫玉米粉固體飲料花色苷含量及功能活性測定方法
1.3.6.1 樣品提取液的制備 使用電子天平稱取10 g紫玉米粉固體飲料,置于250 mL錐形瓶中,加入100 mL提取劑(0.2 mol·L-1的檸檬酸與無水乙醇以體積比3∶7混合),使固體飲料充分溶解后于57 ℃下超聲波輔助提取30 min,抽濾,棄去濾渣,得到上清液即為提取液,收集備用。
1.3.6.2 花色苷含量的測定 花色苷含量參照GAYAN等[16]方法采用pH示差法測定(稍有改動(dòng)):取0.5 mL樣品提取液兩份,將其與4.5 mL HCl-KCl緩沖液(pH=1)、HCl-CH3COONa緩沖液(pH=4.5)分別混合,在40 ℃的水浴鍋中反應(yīng)30 min后,離心5 min(4 ℃、10 000 r·min-1),在波長520 nm和700 nm處取上清液分別進(jìn)行測定并計(jì)算花色苷含量。
式中:M為矢車菊-3-葡萄糖苷摩爾質(zhì)量(449.2 g·mol-1);V為樣品提取液的總加入體積(mL);DF為稀釋倍數(shù);ε為消光系數(shù)(26 900 L·mol·cm-1);L為光路長度(1 cm);m為稱取的固體飲料粉末質(zhì)量(g)。
1.3.6.3 DPPH 自由基清除活性的測定 DPPH自由基清除活性參照KUMARI等[17]方法進(jìn)行測定(稍加改動(dòng))。取固體飲料樣品提取液100 μL(10倍稀釋處理)于96孔板中,加入100 μL DPPH-無水乙醇工作液,混勻后置于暗處反應(yīng)30 min,測定517 nm波長處的吸光值。
式中:A0為空白組測定所得吸光值;A1為樣品組測定所得吸光值;A2為樣品背景組測定所得吸光值。
1.3.6.4 α-葡萄糖苷酶抑制活性的測定 α-葡萄糖苷酶抑制活性測定方法參考KUMAR等[18]方法,略有改動(dòng)。α-葡萄糖苷酶溶液和PNPG溶液均使用0.1 mol·L-1PBS緩沖液(pH=6.9)配制。將25 μL α-葡萄糖苷酶溶液和50 μL固體飲料樣品提取液混勻后,37 ℃條件下反應(yīng)10 min,加入PNPG溶液25 μL(5 mmol·L-1),37 ℃下繼續(xù)反應(yīng)30 min,最終加入100 μL Na2CO3溶液(0.2 mol·L-1)終止反應(yīng),于405 nm波長處測定吸光值。
式中:A0為空白組測定所得吸光值;A1為樣品組測定所得吸光值;A2為樣品背景組測定所得吸光值。
表1 紫玉米粉固體飲料感官評分Table 1 Sensory score of solid beverage
1.3.8 電子舌法測定固體飲料的風(fēng)味 參考劉媛媛[21]對人參不老莓復(fù)合飲料進(jìn)行的電子舌評價(jià)方法并稍加改動(dòng),設(shè)定通過電子舌甜味、酸味、苦味、澀味、咸味5個(gè)傳感器評定紫玉米粉固體飲料的風(fēng)味。
1.3.9 沖調(diào)穩(wěn)定性的測定 參考樂梨慶等[22]的方法進(jìn)行沖調(diào)穩(wěn)定性的測定(略有改動(dòng))。稱取1.0 g紫玉米粉固體飲料樣品分別放置于統(tǒng)一試管中,加入7 mL 80 ℃溫開水沖調(diào)并攪拌均勻,靜置3 min后,測量紫玉米粉固體飲料總高度記為H2,上清液高度記為H1。K為沖調(diào)穩(wěn)定性指數(shù),K值越小,說明紫玉米粉固體飲料越穩(wěn)定。
式中:H1為上清液高度;H2為固體飲料總高度。
每組試驗(yàn)重復(fù)3 次,結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(X±SD)表示,用SPSS 27 進(jìn)行顯著性分析,使用Origin 2021、Design-Expert 13進(jìn)行數(shù)據(jù)作圖和分析,顯著水平為p<0.05。
2.1.1 紫玉米花色苷添加量對紫玉米粉固體飲料中花色苷含量及自由基清除活性的影響 隨著紫玉米花色苷添加量的增加,固體飲料中花色苷含量隨之增加(圖1a),即紫玉米花色苷添加量由0%增加至1.25%時(shí),固體飲料中的花色苷含量由0.48 mg·g-1增加至1.85 mg·g-1。固體飲料DPPH自由基清除活性隨花色苷含量的增加而增加(圖1b),由44.26%增加至60.26%。DPPH自由基于517 nm波長處有最大吸收,在醇溶液中呈紫色[23]。在氧化過程中,花色苷的還原性酚羥基作為供氫體,與DPPH自由基發(fā)生反應(yīng)生成酚氧自由基,中斷自由基鏈的反應(yīng),從而發(fā)揮花色苷的抗氧化作用[24]。
圖1 添加紫玉米花色苷對紫玉米粉固體飲料花色苷含量及自由基清除活性的影響Figure 1 Effects of purple corn anthocyanins on the content of anthocyanins and DPPH scavenging activity in purple corn solid beverage
2.1.2 紫玉米花色苷添加量對紫玉米粉固體飲料α-葡萄糖苷酶抑制活性的影響 固體飲料的α-葡萄糖苷酶抑制活性隨花色苷含量的增加呈增加趨勢(圖2)。當(dāng)紫玉米花色苷添加量由0%增加至1.25%時(shí),固體飲料α-葡萄糖苷酶抑制率由61.93%增加至85.27%。陳建宇等[25]通過測定酸漿宿萼中花色苷對α-葡萄糖苷酶的抑制能力來評價(jià)其體外降糖活性,表明其具有一定的降糖活性。通過抑制α-葡萄糖苷酶減緩人體對淀粉及糖類的消化與吸收是減緩血糖快速升高的有效策略[26]。花色苷能通過氫鍵與α-葡萄糖苷酶的活性位點(diǎn)結(jié)合抑制其催化,發(fā)揮降血糖作用[27]。
圖2 添加紫玉米花色苷對紫玉米粉固體飲料α-葡萄糖苷酶抑制活性的影響Figure 2 Effect of purple corn anthocyanins on α-glu‐cosidase inhibition activity of purple corn solid beverage
2.1.3 紫玉米花色苷添加量對紫玉米粉固體飲料感官品質(zhì)的影響 隨著紫玉米花色苷添加量的增加,紫玉米粉固體飲料感官評分先升高后降低(圖3)。隨添加量增加,固體飲料顏色逐漸加深,紫玉米香氣突出,但酸澀味逐漸加重。當(dāng)紫玉米花色苷添加量為0.50%時(shí),評分最高,此時(shí),固體飲料沖調(diào)后顏色和香氣適中,原料細(xì)膩均勻、無結(jié)塊,酸澀感較弱。
圖3 添加紫玉米花色苷對紫玉米粉固體飲料感官質(zhì)量影響Figure 3 Influence of purple corn anthocyanins on sensory quality of purple corn solid beverage
2.1.4 電子舌評價(jià)紫玉米花色苷添加量對紫玉米粉固體飲料風(fēng)味的影響 以甜味、酸味、苦味、澀味、咸味為指標(biāo)對固體飲料風(fēng)味進(jìn)行電子舌評價(jià),測定所得的數(shù)據(jù)以參比溶液為標(biāo)準(zhǔn),得到絕對輸出值[28]。由圖4可知,隨紫玉米花色苷添加量的增大,固體飲料的澀味、咸味均呈現(xiàn)增加的趨勢。甜味和酸味則因添加量不同而呈現(xiàn)不同變化。當(dāng)添加量為0%~0.75%的范圍時(shí),固體飲料的甜味、酸味不發(fā)生顯著變化。隨添加量增加,固體飲料的甜味逐漸下降,酸味則增強(qiáng),與感官評價(jià)結(jié)果變化趨勢基本相同。
全國水利普查空間數(shù)據(jù)采集處理與應(yīng)用展望……………………………………………… 蔡 陽,謝文君(7.32)
圖4 添加紫玉米花色苷對紫玉米粉固體飲料風(fēng)味的影響Figure 4 Influence of purple corn anthocyanins on flavor of purple corn solid drink
2.2.1 阿拉伯膠添加量對紫玉米粉固體飲料感官品質(zhì)的影響 增稠劑是固體飲料的重要輔料,主要起到增稠、分散、穩(wěn)定、膠凝、成膜保鮮黏合等作用,廣泛應(yīng)用于乳制品,面制品、果凍飲品、調(diào)味品等普通食品[29]。阿拉伯膠的熱量低,且具有較高的溶解性,良好的乳化性及親油、親水性,添加到固體飲料中可以增加其穩(wěn)定性,使飲料更加黏稠。隨著阿拉伯膠添加量增加,紫玉米粉固體飲料的感官評分也隨之上升(圖5),其中,隨添加量增加,固體飲料由穩(wěn)定性、分散性不好、易出現(xiàn)沉淀的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定性高,不易出現(xiàn)分層的狀態(tài),由于穩(wěn)定性差導(dǎo)致上層清液呈現(xiàn)淡紫色的現(xiàn)象轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定、均勻的紫色,香氣愈發(fā)濃郁,口感越來越好。
圖5 添加阿拉伯膠對紫玉米粉固體飲料感官質(zhì)量影響Figure 5 Influence of Arabic gum on sensory quality of purple corn solid beverage
2.2.2 電子舌評價(jià)阿拉伯膠添加量對紫玉米粉固體飲料風(fēng)味的影響 由圖6可知,阿拉伯膠的添加量對于固體飲料的甜味、酸味無顯著影響,固體飲料的苦味、澀味與咸味隨阿拉伯膠添加量的增加而逐漸降低,說明阿拉伯膠的添加可以起到一定的改善固體飲料澀味、苦味、咸味等雜味的作用,與感官評價(jià)結(jié)果具有一致性。
圖6 添加阿拉伯膠對紫玉米粉固體飲料風(fēng)味的影響Figure 6 Effect of Arabic gum on the flavor of purple corn solid drink
2.2.3 阿拉伯膠添加量對紫玉米粉固體飲料沖調(diào)穩(wěn)定性的影響 沖調(diào)性是指加入溫開水沖調(diào)后,物料的分散性和組織狀態(tài)等特性。若物料能夠迅速分散、不分層或不產(chǎn)生沉淀,則說明其沖調(diào)性好[30]。隨著阿拉伯膠添加量添加量由0%增加至10%,固體飲料中上清液百分比逐漸下降(圖7),由88.67%降至6.00%,說明固體飲料的沖調(diào)性、分散性越來越好,品質(zhì)得到明顯提升。
圖7 添加阿拉伯膠對紫玉米粉固體飲料穩(wěn)定性的影響Figure 7 Effect of Arabic gum on stability of purple corn solid drink
2.3.1 甜菊糖苷添加量對紫玉米粉固體飲料感官品質(zhì)的影響 甜菊糖苷是高甜度的甜味劑,甜味悠長[31]。甜菊糖苷相當(dāng)于蔗糖的200~400倍甜度,被稱為“世界第三天然糖原”,目前在食品、醫(yī)藥等行業(yè)已被廣泛應(yīng)用,甜菊糖苷甜感緩慢卻能持續(xù)較長的時(shí)間[32],但用量過高可能會(huì)出現(xiàn)澀味。如圖8所示,隨甜菊糖苷添加量的上升,紫玉米粉固體飲料感官評分呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,風(fēng)味逐漸由酸澀感重變?yōu)樗崽鹂煽冢尤肓繛?.016%時(shí),風(fēng)味口感最佳,添加量增至0.020%時(shí),固體飲料澀味過重,感官評分因此下降。
圖8 添加甜菊糖苷對紫玉米粉固體飲料感官質(zhì)量影響Figure 8 Influence of stevioside addition on sensory quality of purple corn solid beverage
2.3.2 電子舌評價(jià)甜菊糖苷添加量對紫玉米粉固體飲料風(fēng)味的影響 由圖9可知,隨甜菊糖苷添加量增加,固體飲料的甜味呈現(xiàn)升高趨勢,酸味呈現(xiàn)下降趨勢,苦味、咸味變化不明顯,澀味在添加量為0~0.016%的范圍內(nèi)呈現(xiàn)下降趨勢,當(dāng)添加量到達(dá)0.020%時(shí),澀味增加,與感官評價(jià)結(jié)果具有一致性,這表明甜菊糖苷在一定的添加量范圍內(nèi)可以有效地改善固體飲料的酸澀味,但應(yīng)適量使用。
圖9 添加甜菊糖苷對紫玉米粉固體飲料風(fēng)味的影響Figure 9 Effect of stevioside addition on the flavor of purple corn solid drink
2.4.1 紫玉米粉固體飲料感官評分響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果 由單因素試驗(yàn)結(jié)果,綜合各個(gè)指標(biāo)測定結(jié)果可以得出固體飲料中各原料適宜添加量范圍分別為紫玉米花色苷添加量為0.25%、0.50%和0.75%,阿拉伯膠添加量為6%、8%和10%,甜菊糖苷添加量為0.012%、0.016%和0.020%。在此試驗(yàn)結(jié)果上,采用響應(yīng)面分析法優(yōu)化紫玉米粉固體飲料配方。試驗(yàn)因素和水平見表2。
表2 固體飲料響應(yīng)面因素水平及編碼Table 2 Response surface factor levels and coding of solid beverage
根據(jù)表2中試驗(yàn)因素和水平,使用響應(yīng)面軟件設(shè)計(jì)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表3。
表3 固體飲料響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Optimization design and results of solid beverage response surface test
使用Design-Expert 13 軟件對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,獲得的響應(yīng)值感官評分(Y)對紫玉米花色苷添加量(A)、阿拉伯膠添加量(B)、甜菊糖苷添加量(C)真實(shí)值的二次回歸模型方程為:
為了檢驗(yàn)回歸方程的有效性,對結(jié)果進(jìn)行分析。由表4和表5結(jié)果可得,回歸方程模型極顯著,失擬誤差不顯著。相關(guān)系數(shù)R2為0.991 5,校正后R2為0.980 6,變異系數(shù)小于10%,模型相關(guān)度良好。因此,使用此回歸方程可以較為準(zhǔn)確地反映自變量與響應(yīng)值的關(guān)系[33]。
表4 方差分析Table 4 Variance analysis results
表5 固體飲料感官評分模型可信度分析Table 5 Reliability analysis of sensory scoring model for solid beverage
2.4.2 紫玉米粉固體飲料感官評分 由圖10和圖11可知,紫玉米花色苷添加量升高,固體飲料的感官評分先增加后減小。由圖11和圖12可知,加入甜菊糖苷越多,感官評分隨之增長后降低。由圖10和圖12可知,隨著阿拉伯膠加入量上升,感官評分先升后降。等高線疏密程度和形狀及曲面彎曲程度能夠反映交互作用是否顯著。由此可知,3個(gè)因素對感官評分的影響顯著性大小排序?yàn)锳(紫玉米花色苷添加量)>C(甜菊糖苷添加量)>B(阿拉伯膠添加量)。交互項(xiàng)中AB,BC對感官評分的影響極顯著,而AC對感官評分的影響不顯著。
圖10 紫玉米花色苷、阿拉伯膠交互作用圖Figure 10 Interaction diagram of purple corn anthocyanins and Arabic gum
圖11 紫玉米花色苷、甜菊糖苷交互作用圖Figure 11 Interaction diagram of purple corn anthocyanins and stevia glycosides
圖12 阿拉伯膠、甜菊糖苷交互作用圖Figure 12 Interaction diagram of Arabic gum and stevioside
2.4.3 紫玉米粉固體飲料感官評分響應(yīng)面驗(yàn)證試驗(yàn) 通過響應(yīng)面法優(yōu)化得到的最優(yōu)紫玉米固體飲料配方為:紫玉米花色苷添加量0.518%,阿拉伯膠添加量8.437%,甜菊糖苷添加量0.014%,感官評分達(dá)到32.25。結(jié)合實(shí)際操作,優(yōu)化工藝參數(shù):紫玉米花色苷添加量0.50%,阿拉伯膠添加量8.0%,甜菊糖苷添加量0.014%,重復(fù)3次驗(yàn)證試驗(yàn)得到感官評分為32.08,達(dá)到預(yù)測值的99.47%。此時(shí),固體飲料呈現(xiàn)悅目的紫色,香氣濃郁,原料細(xì)膩、無結(jié)塊、穩(wěn)定性好,無苦味、咸味、澀味等雜味,口感協(xié)調(diào)、柔和。
本研究單因素試驗(yàn)結(jié)果表明,將紫玉米花色苷添加到紫玉米粉固體飲料中,可以提高固體飲料的抗氧化活性(DPPH 自由基清除活性)、降糖活性(α-葡萄糖苷酶抑制活性),有效改善固體飲料的顏色香氣等感官品質(zhì),但會(huì)引起酸、澀味。添加阿拉伯膠不僅可以提高固體飲料的沖調(diào)穩(wěn)定性,而且可以改善紫玉米花色苷添加造成的固體飲料澀味、苦味;甜菊糖苷添加量小于0.020%時(shí),可以改善花色苷添加引起的酸、澀味,但過量添加反而會(huì)加重澀味。通過單因素試驗(yàn)結(jié)果,選擇紫玉米花色苷添加量0.25%~0.75%,阿拉伯膠添加量6%~10%,甜菊糖苷添加量0.012%~0.020%,使用響應(yīng)面優(yōu)化法對固體飲料配方進(jìn)行優(yōu)化,結(jié)合實(shí)際操作,最終將工藝參數(shù)優(yōu)化為:紫玉米花色苷添加量0.50%,阿拉伯膠添加量8.0%,甜菊糖苷添加量0.014%,重復(fù)3 次驗(yàn)證試驗(yàn)得到感官評分為32.08,達(dá)到預(yù)測值的99.47%。此時(shí),沖調(diào)后的固體飲料呈現(xiàn)均勻的紫色,有類似黑芝麻糊的香氣,沖調(diào)穩(wěn)定性好,無結(jié)塊、沉底等現(xiàn)象,未品嘗到苦味、咸味、澀味等雜味,酸甜可口,風(fēng)味優(yōu)良。綜上所述,本研究利用紫玉米花色苷強(qiáng)化固體飲料品質(zhì)并使用響應(yīng)面優(yōu)化法得到紫玉米粉固體飲料配方,為紫玉米產(chǎn)品的加工利用提供一定的理論依據(jù)與參考。