葛根全粉咀嚼片配方设计研究

葛根全粉咀嚼片配方设计研究

葛根是豆科植物的一种常见树种，在中国广泛分布和资源丰富。1998年,我国卫生部将葛根列入“既是食品又是药物”名录,并将之作为重点特供开发功能性食品的药用植物原料。葛根含有淀粉、蛋白质和膳食纤维等多种营养物质和异黄酮、多糖等生理活性物质,是一种很有开发利用价值的资源。长期以来,葛根只作为提取葛淀粉的原料加以利用,其加工方法十分原始,葛根资源遭到严重浪费,合理开发和利用葛根资源已是十分迫切。葛根全粉咀嚼片是以葛根全粉为主要成分,辅以麦芽糖醇、山梨糖醇和低聚异麦芽糖等低能量,抗龋齿、能改善肠胃功能的功能性甜味剂,制成具有多种保健功效的咀嚼片,使葛根中的有效成分得到充分利用。该产品食用方便,便于携带,符合国际上食品向低糖、低热量、保健食品发展的要求,具有良好的市场开发前景。本研究采用软件设计专家(Design-Expert6.0.5)中的混料(mixture)设计,将咀嚼片中的各种成分进行优化组合,按软件给出的比例进行混合,制成咀嚼片,并对咀嚼片进行感官评定。通过软件分析,选择最优的配方设计。1材料和方法1.1产品添加剂的开发野生葛根全粉南京寿之源野生资源研究开发有限公司。麦芽糖醇、山梨糖醇、低聚异麦芽糖、乳酸钙、柠檬酸、微晶纤维素均为食品添加剂;乙醇为食用级。1.2设备和设备微波干燥机、超微粉碎机、混合机、摇摆式颗粒机、鼓风干燥箱、旋转压片机及包装机。1.3配方中各成分配的混料设计方法对分的咀嚼片配方进行优化本实验借助实验设计软件DesignExpert(Version6.0.5,Stat-EaseInC.,minneapolis,MNUSA),采用混料(mixture)设计中的D-Optional方法,对以葛根全粉为主要成分的咀嚼片配方进行优化。混料设计主要是研究各实验因子的不同比例对反映变量的关系,与混料的总量无关。混料试验的设计方法自1958年Scheffe提出了单形格子与单形重心设计后,发展至今天,已有多种设计方法。本研究对每种材料在配方中占的比例进行了限制,属限制成分上下界的混料设计,其形式为:z1+z2+…+zp=1,0≤Li≤zi≤Ui≤1,i=1,2,…,P。这种方法不仅可以建立连续变量曲面模型,对配方中的各成分及其交互作用进行评价,还可以根据设定目标进行成份组成的优化,确定各成份的最佳比例。该方法现在被广泛应用于冶金、化工、药物和食品工业等方面的配方设计,并取得了良好的效果。本实验选用葛根全粉、麦芽糖醇、低聚异麦芽糖、山梨糖醇、柠檬酸、微晶纤维素为配方中的成份,实验设计如表1。1.4咀嚼样品的制备工艺流1.5感官评估采用九点标度法,指标体系及标度如表2。2结果与分析2.1回归模型的建立及显著性检验表1列出了以葛根全粉为主要成分的咀嚼片的感官评定结果及其预测值,利用上述软件,对响应值感官分值的实验值进行二次多项回归拟合,建立感官分值的回归模型,回归模型方程如下:通过对模型方程的方差分析(表3),发现感官分值的线性混合模型和二次模型都达到0.01的显著水平,判定系数R2=0.986,说明变量Y的变异中有98.6%是由变量(A、B、C、D、E、F)引起的,只有1.4%不能用该模型解释。校正后的判定系数R2Adj=0.9305,表明模型方程很好地拟合指标与配方比例关系。2.2因素交互作用的影响混料设计可以根据各组分的三元等值线图直观地观察各组分间的变化对指标的影响,本研究的配方中共有六种成分,固定其中的三种成分,可以比较其他三种成分的交互作用对指标的影响。图1是在山梨糖醇、柠檬酸和微晶纤维素在固定水平时,葛根全粉、麦芽糖醇和低聚异麦芽糖的交互作用对产品感官质量的影响。当低聚异麦芽糖为10%时,葛根全粉在较低水平时,随着含量的增加,产品的感官分值随之有较大幅度的增加,但到一定值后,随着葛根全粉的进一步增加,产品的感官分值呈下降趋势,麦芽糖醇和低聚异麦芽糖也有类似趋势,从3D图上可以看出,产品的感官分值有极大值。2.3响应面试验结果用软件的最优化功能设定各组分的变化范围,然后设定所期望的响应值(见表4),软件运行后,从随机组合开始进行最陡爬坡预测,直到目标响应值。同时给出了4组达到或接近目标响应值的4个组合,并提供了预测值(表5)。从表5可以看出,最优组合为:葛根全粉46.44%、麦芽糖醇25.28%、低聚异麦芽糖19.02%、山梨糖醇8.57%、柠檬酸0.27%、微晶纤维素0.42%。按照优化后的配方制成咀嚼片,感官评定结果为8.92±0.02,与预测值相一致。3混料设计研究将混料均匀设计应用于食品、化工、复合肥、农药等产品的配方实验中,可通过较少的实验次数,利用回归分析,获得配方与性能之间的定量关系,从而得到较佳的配方,起到事半功倍的作用。张彩等采用混料设计进行了植物蛋白饮料配方优化研究,获得了由核桃浆、花生浆、豆浆组成的最佳配方;童华荣等采用混料均匀设计优化了茶叶的拼配,获得了成本最低的最优配方;刘春光等研究了混料设计中的单形重心设计在复合肥中氮、磷、钾配比上的应用,验证了混料设计在肥料配比研究中的可行性。本实验采用混料设计试验方案,以咀嚼片感官评分为指标,探讨咀嚼片配方设计的新方法。通过各指标的回归模型的建立,各组分间的交互作用分析,结合混料设计分析软件的优化功能,表明混料设计和调优软件可有效地应用于咀嚼片配方设计及优化。这种方法可缩短新型发酵剂的开发周期,提高设计的准确性。4最佳配方的确定4.1用软件的最优化功能(optimization)对产品配方进行优化,获得了以葛根全粉为主要成分的咀嚼片的最优配方为:葛根全粉46.44%、麦芽糖醇25.28%、低聚异麦芽糖19.02%