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不同含量功能红曲工程米的智能电子感官评价比较研究

不同含量功能红曲工程米的智能电子感官评价比较研究 食品工业科技编辑部
2021-07-13
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不同含量功能红曲工程米的智能电子感官评价比较研究         

——中国食品发酵工业研究院有限公司

段盛林教授级高工



研究背景


     

      功能性红曲米粉是以早稻米为原料,选用优质红曲霉发酵加工而成,因其含有多种功能活性物质,尤其是洛伐他汀( Monacolin K ,MK),能够有效地、特功能性抑制胆固醇的合成,同时还具有抗压、抗癌、抗炎、降低骨质疏松和骨折危险的能力等多种生理功能,使其在食品及药物上的应用备受关注。在人体自身合成胆固醇的过程中,羟甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMG-CoA-R)是其代谢途径的关键酶,而红曲中有效成份MK可以竞争性抑制HMG-CoA-R,从而能够抑制胆固醇的合成,人体血液中MK含量达到1~5 μg/L时即具有降低胆固醇的功效,但是功能性红曲米粉具备特殊的风味和滋味,对食品的感官品质有明显的影响。
     目前,国内居民主食以精米精面等精粮为主,在精粮加工过程中,去除麸皮和谷胚的同时,多种营养素也严重流失,长期食用精粮容易导致各种亚健康疾病的发生。与精粮相比,糙米等粗粮保留了含有不饱和脂肪酸的米糠层和胚芽,营养价值较高,但存在蒸煮性、口感和吸收性较差,食味品质较低的缺点。以糙米、全薯粉等粗粮为原料,采用双螺杆挤压的方式制备类似天然大米形态的工程米,能够有效改善粗粮的食味品质,进一步提高粗粮的利用价值,同时可针对不同人群的特殊需求进行组方,添加个性化功效性食品配料,能更有针对性地进行主食营养干预。在工程米的研究方面,目前多以挤压工艺技术研究为主,而在工程米风味、滋味等感官品质方面的研究较少。
     智能电子感官评价体系包含多种电子感官设备,能够将产品的滋味、风味、咀嚼性等感官品质进行数字化表征,相较于传统的感官分析方法,智能电子感官设备具有操作方便、检测时间短、重复性好、检测结果客观等优势,对传统感官评价起到科学化、数据化的辅助作用,越来越广泛地应用到食品的生产和开发过程中。
      段盛林课题组以糙米、薯粉等粗粮为原料,根据营养学要求及“君臣佐使”的中医配伍原则,合理制定产品基础营养配方,并在此基础上梯度(0.5%、1%、2% 、4%)添加功能性红曲米粉,结合双螺杆挤压重组技术在适宜的工艺参数条件下制备得到不同含量功能红曲工程米。功能性红曲米粉(含4%MK)添加量为0.5%时, 100 g 工程米中MK的理论含量为20 mg,吸收率按10%计算,针对体重60 kg的成年人(血液含量约4.5 L),理论上能够达到降低胆固醇的功效。在红曲工程米理论降脂功效的基础上,梯度添加功能性红曲,利用智能电子感官评价体系对比分析不同含量功能红曲工程米的食味品质,分析得到既具有降脂功效又具有适口性的功能性红曲米粉的最佳添加量,便于红曲工程米产品的推广与应用,并为其他红曲米粉加工类产品的开发提供参考依据。


1 电子舌对不同含量功能

红曲工程米的测定


 以0.5%功能性红曲米粉添加量的工程米作为参照样,对四种样品进行了酸、甜、苦、咸、鲜、涩及各种回味进行对比,结果如图1所示,这四种样品在酸味、鲜味两种主要味道之间有差异,表明功能性红曲米粉的添加量对工程米的食味特性有明显影响。可能是由于功能性红曲米粉是由红曲霉发酵而来,发酵过程中会将发酵基质中的蛋白质、碳水化合物等大分子物质分解为小分子物质,产生聚酮类、生物碱类、酸类及小分子核苷酸类等物质,具有酸、鲜等呈味特性,能够改变产品的风味。


  图2是四种样品的酸味、苦味、涩味的气泡图,HGM 0.5%样品的涩味指标较高,HGM 2%和HGM 4%两种样品的苦涩味指标明显偏高,而HGM 1%的苦涩味指标较低,且酸味指标介于HGM 2%和HGM 4%两样品之间。不同味觉指标之间同样存在协同和拮抗的作用,随着红曲米粉添加量的增加,苦味指标有增强的趋势,但 HGM 2%和4%添加量的产品苦味程度相近,酸味指标随添加量的增加呈现先增后减的趋势,可能与产品中其他呈甜、呈酸的成分相互影响的综合结果。

  图3是四种样品的鲜味、丰富度及甜味的气泡图,HGM 0.5%样品的甜味﹑鲜味指标较低,HGM 1%的甜味指标最高,鲜味及丰富度介于HGM 2%和HGM 4%两样品之间,且与HGM 2%的鲜味指标相差不大。甜度、鲜味及丰富度指标均随红曲米粉添加量的增加呈先增后减的趋势,甜度在HGM 1%添加量时最高,鲜味及丰富度在HGM 2%时最高,可能与产品中呈苦、呈酸物质的增加及综合作用有关。

  综上所述, HGM 1%与其他三种样品相比,总体口感较好,更容易被消费者接受。


2 电子鼻对不同含量功能

红曲工程米的测定


      电子鼻 PCA分析主要是对传感器响应值的特征向量矩阵进行数据转换和降维,通过对降维后的特征向量进行线性分类,并将分类结果以散点图的形式直观地展现出来。主成分总贡献率超过85% ,分析结果就基本综合了全部传感器的响应结果,图形距离的远近代表样品间气味差异的大小。

      由图4可知,第一主成分和第二主成分的总贡献率达到了99.900%,表明提取的信息能够反映原始数据的大部分信息。四种样品的挥发性物质成分区域几乎无重叠,表明PCA 的方法可对其进行区分。其中红曲米0.5% 与红曲米4%的挥发性物质区域较为接近,红曲米1%的挥发性物质区域与其他三种相差较大。

       由图5结合表1可知,不同传感器对四种样品挥发性气味的响应值不同。红曲米中丰富的蛋白质、碳水化合物等活性成分挥发后,主要引起T、P型传感器产生高响应,LY2系列传感器的响应值均偏低,此结果与其他文献利用电子鼻测定大米挥发性成分的结果相似。LY2系列传感器主要对胺类等有毒性气味敏感,而T、P型传感器主要对食物的香气以及芳香族化合物敏感。图5中HGM 1%的各项良性风味指标均较强,其次是HGM 2%,而HGM 0.5%及 HGM 4%的各项响应值相差不大,均不是很强。


3 质构仪对不同含量功能

红曲工程米的测定


       工程米的质构特性由于其原料配方的差异,使得四种样品在组成成分含量和结构方面也有所差别,导致其蒸煮后质构特性的差异。目前,对食品质构进行评价的基本方法是感官评价,但由于评价个体的主观性,会使评价结果存在一定差异。因此本实验利用质构仪,采用TPA质构测试的方法,模拟人口腔的咀嚼运动,得出一系列的质构特性参数:硬度、弹性等指标,来客观评价产品的质构特性变化。

      如图6所示,工程米的硬度为第一次压缩时的最大峰值,即第一个峰值对应的力(2);弹性是指样品经过第一次压缩以后能够再恢复的程度,用垂线4与5之间与1与2之间的时间比值(Time4 -5/Time1-2)来表示;内聚性指垂线4与6之间曲线与1与3之间曲线分别与横坐标所围的面积比值( Area4 - 6/Area1-3);黏着性是指垂线3与4之间曲线与横坐标所围的面积(Area3-4,g·s)。

      柔软香甜的大米,口感受多数人欢迎,工程米的硬度与口感适宜性成反比。弹性表示样品经过第一次下压之后,能够再恢复的程度,弹性指标反应米饭的咀嚼口感,弹性相对较高,食用过程中的口感越好,由表2可知,红曲米粉添加量为1%和4%的工程米在硬度方面没有显著性差异,均高于添加量为0.5%和2%的工程米,口感相对较好;内聚性表示产品内部组织结构的紧实性,四种添加量的红曲工程米样品在内聚性方面差别不大;黏着性是指咀嚼米饭时,食物对上颚、牙齿、舌头等接触面黏着的性质,是产品糯性的一个表征,与产品吸水率有关,红曲米粉添加量为1%的工程米在黏着性方面与其他3种样品存在显著性差异,因此1%添加量的产品糯性更强。推测是由于功能性红曲米粉是由熟化发酵后的大米制得,处理过程中会产生抗性淀粉,利用功能性红曲米粉制备工程米,其产品硬度会升高,同时产品微隙增多,导致产品吸水率增加,糯性增强,而产品质构特性是多方面综合作用的结果。工程米最终质构特性与产品中纤维类物质、蛋白类、胶质类等的含量和综合作用有关,纤维含量越高,产品吸水率越高,硬度和黏着性会略有增加;蛋白类、胶质糖类物质含量越高,产品的弹性越好。因此功能性红曲米粉添加量为1%的工程米的口感特性,整体指标方面与4%添加量的样品相近,但与其他两种样品具有显著性差异,更加软糯,且弹性较好,食用过程中具有一定的咀嚼口感。


4 结论


      食品的滋味和风味是多种物质(糖类、生物碱类、鲜味核苷酸类﹑糖苷类、蛋白肽类、无机盐类等)综合作用的结果,良好的食味特性能够给人带来愉悦感,有利于增强营养产品的功效特点。功能性红曲米粉在风味和滋味方面具有显著特色,随着功能性红曲米粉添加量的增加,工程米的口感品质有明显差异。在滋味方面,工程米添加红曲米粉为2%及4%时,苦味指标明显升高,而添加量为0.5%时涩味指标最明显,添加量为1%时,在甜味、鲜味及丰富度指标方面较高且苦味、涩味指标较低;在质构特性方面,添加量在1%及4%时,适口性较佳;在风味方面,利用电子鼻能够明显区分四种工程米的风味区间,且添加量为1%的工程米各项风味指标均较强,能够赋予产品更加明显的风味特征。综合考虑各感官指标,认为功能性红曲米粉添加量为1%的工程米口感最佳。



通信作者简介

段盛林 教授级高工


沈阳师范大学粮食学院

中国食品发酵工业研究院有限公司

     段盛林,教授级高工,北京工商大学(原北京轻工业学院)工学硕士,现任食品工程研发部主任。功能主食创制及慢病营养干预北京市重点实验室(与协和医院共建)主任、中国轻工业功能与营养重点实验室主任、科技部火炬中心评审专家、国家发改委技术改造项目评审专家、联合国计划开发署UNDP特聘专家,兼任国家新食品资源健康产业技术创新联盟副秘书长、中国药膳研究会食材与药材专业委员会副主任、北京食品学会监事。主要从事食品原料和功能食品的研究开发工作,多年来参与或承担国家、省部级以及企业横向合作课题多项,在国内率先提出了“功能食品主食化、个性化”开发理念,建立了功能主食理论体系,开辟了功能主食营养模型、重组动力学与相变学、营养基因组学和GI(血糖生成指数)评价体系等研究领域,并实现了产业化,技术成果转化效益十分显著。

代表性论文: 

[1] Li A, Duan S, Dang Y, Zhang X, Xia K, Liu S, Han X, Wen J, Li Z, Wang X, Liu J, Yuan P, Gao XD. Origin identification of Chinese Maca using electronic nose coupled with GC-MS. Sci Rep. 2019 Aug 21;9(1):12216.

 

[2] Li Z, Wu X, Cai L, Duan S, Liu J, Yuan P, Nakanishi H, Gao XD. Enzymatic synthesis of rare sugars with L-rhamnulose-1-phosphate aldolase from Thermotoga maritima MSB8. Bioorg Med Chem Lett. 2015 Sep 15;25(18):3980-3.

 

[3] Li A, Liu J, Ding F, Wu X, Pan C, Wang Q, Gao M, Duan S, Han X, Xia K, Liu S, Wu Y, Zhou Z, Zhang X, Gao XD. Maca extracts regulate glucose and lipid metabolism in insulin-resistant HepG2 cells via the PI3K/AKT signalling pathway. Food Sci Nutr. 2021 Mar 29;9(6):2894-2907.

 

[4] Li Z, Li Y, Duan S, Liu J, Yuan P, Nakanishi H, Gao XD. Bioconversion of D-glucose to D-psicose with immobilized D-xylose isomerase and D-psicose 3-epimerase on Saccharomyces cerevisiae spores. J Ind Microbiol Biotechnol. 2015 Aug;42(8):1117-28.



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编辑:徐令怡 / 责任编辑:刘霞 / 副主编:冯媛媛

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