葛根全粉咀嚼片配方設(shè)計(jì)研究

葛根全粉咀嚼片配方設(shè)計(jì)研究

葛根是豆科植物的一種常見樹種，在中國(guó)廣泛分布和資源豐富。1998年,我國(guó)衛(wèi)生部將葛根列入“既是食品又是藥物”名錄,并將之作為重點(diǎn)特供開發(fā)功能性食品的藥用植物原料。葛根含有淀粉、蛋白質(zhì)和膳食纖維等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和異黃酮、多糖等生理活性物質(zhì),是一種很有開發(fā)利用價(jià)值的資源。長(zhǎng)期以來,葛根只作為提取葛淀粉的原料加以利用,其加工方法十分原始,葛根資源遭到嚴(yán)重浪費(fèi),合理開發(fā)和利用葛根資源已是十分迫切。葛根全粉咀嚼片是以葛根全粉為主要成分,輔以麥芽糖醇、山梨糖醇和低聚異麥芽糖等低能量,抗齲齒、能改善腸胃功能的功能性甜味劑,制成具有多種保健功效的咀嚼片,使葛根中的有效成分得到充分利用。該產(chǎn)品食用方便,便于攜帶,符合國(guó)際上食品向低糖、低熱量、保健食品發(fā)展的要求,具有良好的市場(chǎng)開發(fā)前景。本研究采用軟件設(shè)計(jì)專家(Design-Expert6.0.5)中的混料(mixture)設(shè)計(jì),將咀嚼片中的各種成分進(jìn)行優(yōu)化組合,按軟件給出的比例進(jìn)行混合,制成咀嚼片,并對(duì)咀嚼片進(jìn)行感官評(píng)定。通過軟件分析,選擇最優(yōu)的配方設(shè)計(jì)。1材料和方法1.1產(chǎn)品添加劑的開發(fā)野生葛根全粉南京壽之源野生資源研究開發(fā)有限公司。麥芽糖醇、山梨糖醇、低聚異麥芽糖、乳酸鈣、檸檬酸、微晶纖維素均為食品添加劑;乙醇為食用級(jí)。1.2設(shè)備和設(shè)備微波干燥機(jī)、超微粉碎機(jī)、混合機(jī)、搖擺式顆粒機(jī)、鼓風(fēng)干燥箱、旋轉(zhuǎn)壓片機(jī)及包裝機(jī)。1.3配方中各成分配的混料設(shè)計(jì)方法對(duì)分的咀嚼片配方進(jìn)行優(yōu)化本實(shí)驗(yàn)借助實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件DesignExpert(Version6.0.5,Stat-EaseInC.,minneapolis,MNUSA),采用混料(mixture)設(shè)計(jì)中的D-Optional方法,對(duì)以葛根全粉為主要成分的咀嚼片配方進(jìn)行優(yōu)化?；炝显O(shè)計(jì)主要是研究各實(shí)驗(yàn)因子的不同比例對(duì)反映變量的關(guān)系,與混料的總量無關(guān)?；炝显囼?yàn)的設(shè)計(jì)方法自1958年Scheffe提出了單形格子與單形重心設(shè)計(jì)后,發(fā)展至今天,已有多種設(shè)計(jì)方法。本研究對(duì)每種材料在配方中占的比例進(jìn)行了限制,屬限制成分上下界的混料設(shè)計(jì),其形式為:z1+z2+…+zp=1,0≤Li≤zi≤Ui≤1,i=1,2,…,P。這種方法不僅可以建立連續(xù)變量曲面模型,對(duì)配方中的各成分及其交互作用進(jìn)行評(píng)價(jià),還可以根據(jù)設(shè)定目標(biāo)進(jìn)行成份組成的優(yōu)化,確定各成份的最佳比例。該方法現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于冶金、化工、藥物和食品工業(yè)等方面的配方設(shè)計(jì),并取得了良好的效果。本實(shí)驗(yàn)選用葛根全粉、麥芽糖醇、低聚異麥芽糖、山梨糖醇、檸檬酸、微晶纖維素為配方中的成份,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1。1.4咀嚼樣品的制備工藝流1.5感官評(píng)估采用九點(diǎn)標(biāo)度法,指標(biāo)體系及標(biāo)度如表2。2結(jié)果與分析2.1回歸模型的建立及顯著性檢驗(yàn)表1列出了以葛根全粉為主要成分的咀嚼片的感官評(píng)定結(jié)果及其預(yù)測(cè)值,利用上述軟件,對(duì)響應(yīng)值感官分值的實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸擬合,建立感官分值的回歸模型,回歸模型方程如下:通過對(duì)模型方程的方差分析(表3),發(fā)現(xiàn)感官分值的線性混合模型和二次模型都達(dá)到0.01的顯著水平,判定系數(shù)R2=0.986,說明變量Y的變異中有98.6%是由變量(A、B、C、D、E、F)引起的,只有1.4%不能用該模型解釋。校正后的判定系數(shù)R2Adj=0.9305,表明模型方程很好地?cái)M合指標(biāo)與配方比例關(guān)系。2.2因素交互作用的影響混料設(shè)計(jì)可以根據(jù)各組分的三元等值線圖直觀地觀察各組分間的變化對(duì)指標(biāo)的影響,本研究的配方中共有六種成分,固定其中的三種成分,可以比較其他三種成分的交互作用對(duì)指標(biāo)的影響。圖1是在山梨糖醇、檸檬酸和微晶纖維素在固定水平時(shí),葛根全粉、麥芽糖醇和低聚異麥芽糖的交互作用對(duì)產(chǎn)品感官質(zhì)量的影響。當(dāng)?shù)途郛慃溠刻菫?0%時(shí),葛根全粉在較低水平時(shí),隨著含量的增加,產(chǎn)品的感官分值隨之有較大幅度的增加,但到一定值后,隨著葛根全粉的進(jìn)一步增加,產(chǎn)品的感官分值呈下降趨勢(shì),麥芽糖醇和低聚異麥芽糖也有類似趨勢(shì),從3D圖上可以看出,產(chǎn)品的感官分值有極大值。2.3響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果用軟件的最優(yōu)化功能設(shè)定各組分的變化范圍,然后設(shè)定所期望的響應(yīng)值(見表4),軟件運(yùn)行后,從隨機(jī)組合開始進(jìn)行最陡爬坡預(yù)測(cè),直到目標(biāo)響應(yīng)值。同時(shí)給出了4組達(dá)到或接近目標(biāo)響應(yīng)值的4個(gè)組合,并提供了預(yù)測(cè)值(表5)。從表5可以看出,最優(yōu)組合為:葛根全粉46.44%、麥芽糖醇25.28%、低聚異麥芽糖19.02%、山梨糖醇8.57%、檸檬酸0.27%、微晶纖維素0.42%。按照優(yōu)化后的配方制成咀嚼片,感官評(píng)定結(jié)果為8.92±0.02,與預(yù)測(cè)值相一致。3混料設(shè)計(jì)研究將混料均勻設(shè)計(jì)應(yīng)用于食品、化工、復(fù)合肥、農(nóng)藥等產(chǎn)品的配方實(shí)驗(yàn)中,可通過較少的實(shí)驗(yàn)次數(shù),利用回歸分析,獲得配方與性能之間的定量關(guān)系,從而得到較佳的配方,起到事半功倍的作用。張彩等采用混料設(shè)計(jì)進(jìn)行了植物蛋白飲料配方優(yōu)化研究,獲得了由核桃漿、花生漿、豆?jié){組成的最佳配方;童華榮等采用混料均勻設(shè)計(jì)優(yōu)化了茶葉的拼配,獲得了成本最低的最優(yōu)配方;劉春光等研究了混料設(shè)計(jì)中的單形重心設(shè)計(jì)在復(fù)合肥中氮、磷、鉀配比上的應(yīng)用,驗(yàn)證了混料設(shè)計(jì)在肥料配比研究中的可行性。本實(shí)驗(yàn)采用混料設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案,以咀嚼片感官評(píng)分為指標(biāo),探討咀嚼片配方設(shè)計(jì)的新方法。通過各指標(biāo)的回歸模型的建立,各組分間的交互作用分析,結(jié)合混料設(shè)計(jì)分析軟件的優(yōu)化功能,表明混料設(shè)計(jì)和調(diào)優(yōu)軟件可有效地應(yīng)用于咀嚼片配方設(shè)計(jì)及優(yōu)化。這種方法可縮短新型發(fā)酵劑的開發(fā)周期,提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。4最佳配方的確定4.1用軟件的最優(yōu)化功能(optimization)對(duì)產(chǎn)品配方進(jìn)行優(yōu)化,獲得了以葛根全粉為主要成分的咀嚼片的最優(yōu)配方為:葛根全粉46.44%、麥芽糖醇25.28%、低聚異麥芽糖19.02%