红曲霉是为数不多的产食用色素的微生物之一,一直是国内外学者研究的焦点.红曲色素是由红曲霉属的丝状真菌经发酵而合成的天然色素,是红曲霉的次级代谢产物,代替亚硝酸盐用于肉制品中,还可以增强食品风味和抗菌、抑菌,延长产品保质期,在我国被广泛用作调味剂、红腐乳制造原料、肉类保存剂和食品着色剂[1].另外,红曲霉发酵产品因含有多种功能活性物质,使其在食品及药物上的应用备受关注[2],其中洛伐他汀(Monacolin K)可以竞争性抑制羟甲戊二酰辅酶A(HMG-CoA)还原酶(HMG-R),能有效地、特异性地抑制胆固醇的合成[3-4],同时还具有降压、抗癌、抗炎、降低骨质疏松和骨折危险的能力[5-7]等多种生理功能.然而发酵基质的种类对红曲霉代谢产物组成及活性有显著影响[8].糙米含有多种保健成分,是一种营养价值高、健脑养人的食品.糙米中有多种保健功能成分,主要有谷胱甘肽(防止溶血)、氨基丁酸(降血压、缓解动脉硬化等)、γ-谷维醇(抗氧化、抗衰老、去自由基等)、米糠脂多糖(增强免疫)、防过敏因子、肌醇六磷酸(抗氧化)等[9].课题组前期实验发现,与大米相比,糙米发酵红曲可以显著提高Monacolin K产量.红曲发酵杂粮功能性食品的开发,不仅可以开阔我国红曲功能性食品的市场,也对杂粮食品的应用进行了推广,更加符合目前市场的需求.本文以糙米为红曲发酵基质,发酵获得红曲粉,将其添加到小麦粉中,通过优化工艺条件研发出一种红曲糙米饼干,并建立该产品贮藏期预测模型,为我国红曲功能性食品及杂粮制品市场的多元化发展进行了探索.

1　材料与方法

1.1　原料与主要仪器设备

小麦粉(低筋小麦粉)、糙米粉、麸皮、白砂糖、食盐、植物油、奶粉、鸡蛋、小苏打(食用级)等均为市售,红曲粉为实验室自制.

T1000型电子天平,美国双杰公司;GB11165型酸度计,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;XYF-2E-3P型远红外线食品烤炉,广州红菱电热设备有限公司;TA.XT.Plus型质构仪,英国Stable Micro System公司等.

1.2　实验方法

1.2.1　红曲糙米饼干基本配方

红曲糙米饼干配方见表1.

1.2.2　工艺流程及操作要点

原辅料预处理→调制面团→辊压→成型→烘烤→冷却→包装.

操作要点:

1)原辅料预处理:将糙米浸泡1～2 h,烘干磨粉,过100目筛.

2)调粉和面:将红曲粉、白砂糖、食盐充分溶解,鸡蛋与油搅打均匀,混合后形成均匀的水/油乳浊液,加入糙米粉及面粉调制成面团.调制过程尽量缩短调制时间,以防形成大量面筋.

3)辊压成型:将调好的面团压制成约2.5～3 mm的面片,用印模成型.

4)烘烤:上火180℃,下火150℃,焙烤10 min.

1.3　实验设计

1.3.1　红曲糙米饼干烘烤温度的确定

按红曲糙米饼干的基础配方,将烘烤温度分别设置为:上火180℃,下火150℃;上火200℃,下火150℃;上火230℃,下火150℃;上火180℃,下火175℃;上火200℃,下火175℃;上火230℃,下火175℃.对其进行感官及客观评价分析,并根据其Monacolin K的含量,确定饼干的烘烤温度.

1.3.2　红曲糙米饼干配方的优化

在单因素实验基础上,以红曲糙米饼干品质考核综合指标作为观察对象,对糙米粉、麸皮、白砂糖、植物油的用量4个影响因素进行优化,因素水平见表2,设计正交试验.

1.4　红曲糙米饼干的感观品质评价方法

1.4.1　客观评价方法

利用质构仪[10]对饼干硬度及脆度进行分析测定,并与感官评分进行相关性分析,从而得出最佳质构测定方法,作为感官评价以外的客观评价方法.

1.4.2　主观评价方法

根据实验配方,按照工艺要点制作出相应的9组产品.结合红曲糙米饼干的口感、硬度、脆度、色泽和外形5个方面的特点,制定出红曲糙米饼干加权感官评分表,见表3.随机选取10名食品专业的学生为感官评价评分员,采用模糊综合评价法,对产品进行评价[11-12].

1.5　红曲糙米饼干贮藏期预测模型的建立

1.5.1　贮藏期内饼干酸价的测定

将分装好的饼干(每包6片,约合50 g)置于37,47,57℃的恒温干燥箱中,每隔7 d取样一次,将样品粉碎,过100目筛,测定样品的酸价,每个样品平行测定3次,取平均值.依据《GB 7100—2003饼干卫生标准》规定:酸价(以脂肪计)(KOH)≤50 mg/g作为储藏期判定终点.酸价测定按 GB/T 5009.56—2003执行.

1.5.2　动力学模型的建立

红曲糙米饼干中含有一定的油脂,在饼干储运和销售等过程中易受周围环境如光、温度、氧等因素的影响发生氧化酸败,导致饼干营养价值损失直至腐败变质.质量变化的程度由上述反应进行的速度和时间决定,其中反应速度受温度制约.探讨红曲糙米饼干质量变化的动力学问题,建立以温度为基础的动力学模型[13-15],见2.3.

2　结果与讨论

2.1　红曲糙米饼干烘烤温度的确定

按照 1.4方法,研究不同烘烤温度对饼干Monacolin K含量、感官品质及硬度、脆度的影响,结果见图1和图2.

由图1和图2可以看出,烘烤温度对饼干的感官评分、Monacolin K含量、硬度和脆度均有一定的影响.上火180℃、下火150℃和上火180℃、下火175℃时感官评分较高;上火180℃、下火175℃时饼干中Monacolin K含量最高;随着温度的升高,饼干硬度和脆度总体呈现增大的趋势.根据感官评分和Monacolin K含量的大小,确定上火180℃、下火175℃为优选烘烤温度,此时饼干中Monacolin K含量约为65μg/g,硬度为1.25 kg,脆性为28.10 mm.

2.2　红曲糙米饼干配方正交试验

红曲糙米饼干正交试验感官评定见表4.

从表4中可以得出,1～9号产品的模糊评判矩阵,如1号产品的模糊评判矩阵为:

依次可得到其他产品的模糊评判矩阵,由权重集A和1～9号产品模糊评判矩阵,根据公式Y=AR可得到1～9号产品的权重Y1～Y9分别为:

为了方便排序比较,定出等级系数h1=90,h2=80,h3=70,从而求出感官评价值S.

式(1)中,J=1,2…9;j=1,2,3.得到S1～S9,填入正交试验结果表中.

以糙米粉、麸皮、糖、油的添加量4个影响因素进行L9(34)正交试验,结果见表5.

试验结果利用正交助手进行分析,由极差R得出,4个因素的添加量对饼干品质的影响程度顺序为:糙米粉＞麸皮＞植物油＞白砂糖.

根据S值可知,最优水平为A2B1C2D3;根据正交试验k值分析可知,最优水平A2B2C2D3.两种分析结果不同,需进行验证实验,结果见表6.

从表6可以看出,4号组的饼干感官评分较高,故确定正交试验的最优组合为4号实验组.

正交试验方差分析见表7.

从表7可以看出,糙米粉添加量为显著因素.通过多重比较及验证实验可知,正交试验结果较优组合为A2B1C2D3.故红曲糙米饼干配方为:糙米粉添加量为80%,麸皮添加量为2.5%,糖添加量为40%,油添加量为35%,即面粉100 g,糙米粉80 g,麸皮2.5 g,糖40 g,油35 g.

2.3　红曲糙米饼干贮藏期模型的建立

2.3.1　不同温度条件下红曲糙米饼干酸价的变化

按照1.5.1方法,研究不同温度和贮藏时间条件下,红曲糙米饼干酸价的变化,结果见表8.

由表8可以看出,贮藏过程中饼干的酸价值缓慢地变化,随着时间的增加,酸价呈不同程度的上升趋势,并且上升的幅度与贮藏温度密切相关.温度越高,产品酸价的升高速度越快.

2.3.2　反应速率常数K和温度系数Q10的计算

大多数食品的质量与时间关系表现为零级或一级反应[16],即n=0或1.动力学方程分别如下.零级反应:

一级反应:式(2)中,A的保留量对时间θ作图为一条直线,这条直线的斜率是反应速率常数K.

式(3)中,A的保留量对时间θ作图为一条曲线.

食品贮藏期通用动力学模型:

式(4)中,K0是频率因子(又称前因子),Ea是活化能,R是气体常数8.314 J/(mol·K),T为绝对温度.式(4)左边是关于品质A的函数,右边是贮藏时间θ与温度T的关系式.

由式(6)可以看出,温度是影响反应速率常数最主要的因素.随T增大,K值增大,反应速度也加快.

由于食品品质变化中的反应十分复杂,很难直接得到反应速率与温度的关系,因此通常采用Q10(温度系数)表示温度与反应速率之间的关系,定义为:

式(7)中,KT表示绝对温度T时的反应速度常数;KT+10表示绝对温度T+10时的反应速度常数;Q10表示温度每升高10º反应速度增加的倍数.

将式(7)两边取对数、整理后得:

式(8)表明,在一定的温度范围内,活化能Ea越大,Q10就越大.

大多数食品在保存过程中,品质呈递减趋势,设贮藏开始时食品的品质为Q0,经过时间θ品质下降到Qθ.当品质低于Qθ时,食品失去商品价值,此时称θ为食品的保藏期限或贮藏寿命[17].食品的贮藏寿命与贮藏温度之间线性关系有以下几种:

式(9)～式(13)中,θ为食品的贮藏寿命,T为绝对温度(单位:℃),C为摄氏温度(单位:℃),m和K为待定常数.

2.3.2.1　反应速率常数K的计算

不同贮藏温度下的回归分析见图3.对图3中的R2值进行比较(见表9),结果可知:红曲糙米饼干在贮藏过程中的氧化反应属于一级反应.根据曲线回归方程式可得出不同温度下脂肪氧化反应的速率常数K,见表10.

2.3.2.2　温度系数Q10的计算

1)C=37℃和C+10=47℃时,速率常数分别为KC=0.01和KC+10=0.02代入式(7)即:Q10=KC+10/KC可得Q10=1.65.

2)C=47℃和C+10=57℃时,速度常数分别为KC=0.02和KC+10=0.032,代入式(7)即:Q10=KC+10/KC可得Q10=1.81.

从以上两式可以看出,当饼干贮藏温度在47℃以下时,温度系数K值较小,贮藏温度大于47℃时,温度系数明显增大,说明随着温度升高,红曲糙米饼干的氧化酸败受温度变化的影响也增大,加速产品商用价值的丧失.因此,保持较低温度的贮藏对保证产品品质具有重要意义.

2.3.3　以温度为基础的贮藏期模型的建立

不同温度下贮藏时间见表11.将表11中的数据代入式(9)～(13)进行回归分析,结果见图4～图8.

由图4～图8可以看出,式(11)拟合方程的相关性较好,R2=0.997 6,因此,可用公式(lg K)C来预测红曲糙米饼干基于酸价和温度关系的贮藏期:θ=10(-0.02C+3.12)(式中θ为饼干的贮藏寿命,单位为d;C为储藏温度).根据公式可以得出,室温下(以25℃计),红曲糙米饼干的货架期为350 d.

3　结 论

本文将红曲粉以添加剂的形式加入原料中制作饼干,通过研究不同烘烤温度对饼干Monacolin K含量、感官品质及硬度、脆度的影响,确定了烘烤温度为上火180℃,下火175℃.经正交试验得到红曲糙米饼干最佳配方:面粉100 g,糙米粉80 g,麸皮2.5 g,白砂糖40 g,植物油35 g.

通过以温度变化为基础,饼干酸价为评价指标的红曲糙米饼干贮藏期实验可知:红曲糙米饼干贮藏期预测模型为θ=10(-0.02C+3.12)(式中θ为饼干贮藏寿命,C为储藏温度),从而得出室温下红曲糙米饼干的货架期为350 d.

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Study on Production Process of Monascus Fermented Brown Rice Biscuit

CUI Haiyan, WANG Jing, CHEN Mianhua, LI Zhenjing, WANG Changlu*, CHEN Di
(School of Food Engineering and Biotechnology,Tianjin University of Science and Technology,Tianjin 300457,China)

Abstract:Red yeast rice,containing a variety of active metabolites,is applied in both food and drug for nearly one thousand years and appeals a lot of attention.Brown rice,which contains a variety of hygienical component,is a kind of food with high nutritional value and good for the development of intelligence.In this study,a kind of red yeast brown rice biscuit was developed and the dynamic model of life-time prediction was established to determine the chang of Monacolin K during the storage period.All of these provided theoretical bases for the diversification development of functional food and grain products in our country.The ratio of raw materials,baking temperature,baking time,and other factors related to quality of Monascus fermented brown rice biscuit were investigated.The best process conditions were obtained through the orthogonal test:flour 100 g,brown rice flour 80 g,bran 2.50 g,sugar 40 g,vegetable oil 35 g,baking lit 180℃,and under fire 175℃.A storage life prediction model of Monascus fermented brown rice biscuit was established by detecting the changes of acid value and Monacolin K content(θ=10(-0.02C+3.12),whereθis biscuit shelf life).Moreover,the shelf life of Monascus fermented brown rice biscuit was 350 days at the room temperature.

Key words:monascus powder;brown rice;Monacolin K;biscuit

中图分类号：TS213.2

文献标志码：A

doi:10.3969/j.issn.2095-6002.2014.06.010

文章编号：2095-6002(2014)06-0046-08

引用格式：崔海燕,王婧,陈勉华,等.红曲糙米功能性饼干的开发.食品科学技术学报,2014,32(6):46-53.

CUI Haiyan,WANG Jing,CHEN Mianhua,et al.Study on production process of monascus fermented brown rice biscuit.Journal of Food Science and Technology,2014,32(6):46-53.

收稿日期:2014 03 10

基金项目:国家自然科学基金资助项目(30471225).

作者简介:崔海燕,女,博士研究生,研究方向为食品生物技术;*王昌禄,男,教授,主要从事食品生物技术方面的研究.

通讯作者.

(责任编辑:檀彩莲)