2023, Vol. 50文章信息
引用本文 |
基金项目
- 广东省现代农业产业技术体系项目（2023KJ135，2023KJ117）；广东省本土创新创业团队项目（2019BT02N112）；广东省财政厅专项（粤财农〔2022〕167号）
作者简介
- 庄志雄（1996—），男，在读硕士生，研究方向为食品加工与安全，E-mail: 747073456@qq.com.
通讯作者
- 李雁（1963—），女，博士，副教授，研究方向为食品科学与工程，E-mail: yanli@scau.edu.cn.
文章历史
- 收稿日期：2023-04-04
2. 广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所/农业农村部功能食品重点实验室/广东省农产品加工重点实验室，广东 广州 510610
2. Sericultural & Agri-food Research Institute, Guangdong Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Functional Foods, Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Guangdong Key Laboratory of Agricultural Products Processing, Guangzhou 510610, China
【研究意义】甜玉米（Zea mays var. saccharata）是由于控制淀粉合成的基因发生突变，导致胚乳中淀粉合成受阻，果糖、葡萄糖和蔗糖等可溶糖含量增加的一类玉米[1]。甜玉米不仅可溶性糖含量高，还含有丰富的叶黄素、玉米黄素等类胡萝卜素[2]。已有研究表明，叶黄素和玉米黄素不仅是视网膜中黄斑色素的组成成分，还具有预防阿尔茨海默氏病、预防骨质疏松和抑制肥胖等多种生物活性[3]。由于叶黄素和玉米黄素是具有多个共轭双键的萜类化合物，对热、光和氧气较为敏感，在加工过程易发生氧化破坏[4]，随着人们对营养保健需求的增长，减少加工导致的甜玉米类胡萝卜素损失尤为重要。目前，制作玉米营养糊粉的原料仍以普通玉米为主，以甜玉米为原料制作营养糊粉的产品较为鲜见，且现有玉米糊粉产品除类胡萝卜素保留率不高外，还存在不易冲调的问题。因此，分析食品辅料对喷雾干燥甜玉米营养糊粉冲调性和类胡萝卜素稳定性的影响，优化甜玉米营养糊粉的配方组成，对改进甜玉米营养糊粉的营养及感官品质具有参考作用，有助于增强甜玉米营养糊粉在市场中的竞争力、促进甜玉米等农产品的产业升级和转型。【前人研究进展】喷雾干燥技术在果蔬粉生产中得到广泛应用，该技术可将原料浆液直接干燥成粉末，优点是干燥时间短、对果蔬热敏性营养成分损害较小[5]。在喷雾干燥工艺中，浆液配方成分对果蔬粉的颜色、味道和气味等感官品质以及营养品质具有重要影响[6]。通过在浆液中添加辅料、优化配方，既可减少果蔬汁含糖量高导致的粘壁，又能改善喷雾干燥后果蔬粉末的冲调性、提高其活性物质的稳定性。马尧[7]研究发现，添加60%麦芽糊精可得到粉质均匀、气味浓郁的喷雾干燥黄花菜粉；Ali等[8]研究确定添加20%~30%的麦芽糊精可得到溶解性良好的喷雾干燥角豆粉。许学勤等[9]研究确定在经过酶处理并离心的香蕉上清液中添加0.6 kg/kg（以香蕉固形物质量计）麦芽糊精，可获得溶解性为54.76%的喷雾干燥香蕉粉。Cuevas-Glory等[10]发现在橄榄叶提取物进行喷雾干燥前，添加菊粉可以有效包裹酚类物质，从而降低酚类物质的氧化损失。董楠等[11]研究确定以0.2 g/g麦芽糊精和0.4 g/g β-环糊精为复合辅料，可制得花色苷、总酚和总黄酮保留率均在60%以上的喷雾干燥甘薯全粉。【本研究切入点】迄今为止，尚未见到喷雾干燥技术在甜玉米糊粉加工中的应用，本研究将冲调性和活性成分稳定性结合起来作为综合评价指标，筛选出有利于提高类胡萝卜素稳定性、改善冲调性的关键辅料并优化配方。【拟解决的关键问题】通过单因素试验，分析糖类、脂类、蛋白质等多种食品辅料及添加剂对甜玉米营养糊粉冲调性、营养品质的影响，筛选可提高类胡萝卜素稳定性、改善冲调性的关键辅料；在此基础上，以水溶性指数（Water Solubility Index，WSI）、叶黄素和玉米黄素含量双指标响应面法进行配方优化，以期为提升甜玉米营养糊粉产品的营养品质和感官品质提供参考依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料供试甜玉米品种为珠玉甜1号，由广东天之源农业科技有限公司提供，于授粉后20 d商品成熟期采收。采收的新鲜甜玉米穗当日运至实验室，手工分离获得完整饱满的甜玉米籽粒。烫漂处理后的甜玉米及干燥制备的甜玉米粉在分析前均置于-20 ℃冰箱冻藏备用。
食品辅料：麦芽糊精（DE值20）、低聚果糖（P90）、蔗糖、菊粉、大豆分离蛋白、乳清分离蛋白、共轭亚油酸甘油酯、单甘脂、卵磷脂，均由河南万邦实业有限公司生产。
主要试剂：甲醇（色谱纯），美国Thermo Fisher公司；乙腈（色谱纯），美国Thermo Fisher公司；95%乙醇（色谱纯），广东环凯微生物公司。
仪器与设备：LPG-5型喷雾干燥机，常州市金球干燥设备有限公司；JYL-C93T打浆机，九阳股份有限公司；JM-L立式胶体磨，温州强忠机械科技有限公司；IKAT 25高速均质机，德国IKA公司；高效液相色谱仪1200，美国Agilent公司。
1.2 试验方法1.2.1 甜玉米烫漂处理 以新鲜甜玉米为原料，参考文献[12]的方法并略作修改。将500 g手工分离的完整新鲜玉米粒平铺于屉上，待水沸腾后置于蒸锅中开始计时，蒸汽烫漂1 min，立即用冰水冷却，沥干外部水分后立刻用于分析测定、后续实验，或置于-20 ℃冻藏备用。
1.2.2 甜玉米粉喷雾干燥制备工艺流程及参数 参考文献[13]的方法并适当调整如下：（1）工艺流程：新鲜甜玉米→烫漂→冷却→打浆→胶体磨细磨→高压均质→喷雾干燥→冷却→出粉→成品→密封闭光、冷藏保存。（2）工艺参数：取500 g烫漂甜玉米，打浆料水比1︰1；胶体磨剪切时间5 min；均质压力25 MPa、均质2次；喷雾干燥参数：调节浆料中甜玉米固形物浓度为10%、进料速度为3 L/h、进风温度145 ℃、雾化器转速18 000 r/min。
1.2.3 冲调性测定 （1）分散时间测定。参照王喜波等[14]方法并略作修改。准确称取1.0 g甜玉米粉，均匀铺撒在温度40 ℃、装有20 mL蒸馏水的100 mL烧杯中，立即用磁力搅拌器以600 r/min的速率搅拌，记录从开始加入粉末到完全分散在溶液中所需的时间。
（2）WSI测定。称取1.0 g（m0）甜玉米粉至100 mL离心管中，倒入20 mL蒸馏水，搅拌混匀，90℃水浴加热10 min，冷却至室温后，3 000 r/min离心10 min。取恒重铝盒（m1），将上清液置于恒重铝盒中，105℃干燥至恒重，称重为m2。WSI按如下公式计算：
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（3）结块率测定。准确称取5.0 g甜玉米粉，倒入30 mL90℃恒温的蒸馏水，立即搅拌5 min，将玉米糊过滤到干燥至恒重的20 mm筛上，将筛上物用清水漂洗1次，然后将筛上物与筛网一同置于105℃恒温干燥箱内烘干至恒重。结块率按如下公式计算：
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1.2.4 叶黄素和玉米黄素含量测定 参考李国琰等[17]方法略加修改提取叶黄素、玉米黄素并测定含量。（1）样品预处理：准确称取1.0 g甜玉米粉样品，用10 mL 95%乙醇转移至50 mL离心管中，置于75℃恒温水浴锅水浴1 h，取出，10 000 r/min离心5 min，上清液移至25 mL容量瓶中。在滤渣中加入10 mL 95%乙醇重复提取，汇集两次上清液，定容至25 mL，0.22 µm有机滤膜过滤后待测，操作过程中避光。（2）主要类胡萝卜素含量测定：采用高效液相色谱法测定叶黄素、玉米黄素两种类胡萝卜素含量，工作条件：仪器为Agilent 1200高效液相色谱仪，配有DAD检测器，色谱柱为C30-UG柱（4.6 mm×250 mm×5 µm），流动相为乙腈︰甲醇（3︰1，V/V），流速1.0 mL/min，检测波长为450 nm，柱温为35℃，进样量20 µL。（3）标准曲线绘制：用95%乙醇溶解叶黄素、玉米黄素，将其等比例混合配制标准品溶液，以标准品浓度为纵坐标峰面积为横坐标绘制标准曲线，主要类胡萝卜素的标准曲线见表 1。（4）主要类胡萝卜素含量计算：根据标准曲线计算样品中主要类胡萝卜素的含量，结果以干基计，按如下公式计算：
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式中，X为样品中某一种类胡萝卜素的含量（µg/g），C为由标准曲线计算得到的样品中该类胡萝卜素的浓度（µg/mL），V为样品提取液的定容体积（mL），m为样品干基质量（g）。
1.2.5 喷雾干燥甜玉米营养糊粉配方优化的单因素试验 将调配好的甜玉米料液进行喷雾干燥，以制得的甜玉米粉WSI、分散时间、结块率、玉米黄素和叶黄素总含量为检测指标，研究糖类、蛋白质类和脂类辅料3个因素对甜玉米营养糊粉WSI、玉米黄素和叶黄素含量的影响。（1）糖类辅料种类及添加量的选择。试验分别选用麦芽糊精、低聚果糖、蔗糖和菊粉为辅料，分别选择麦芽糊精添加量为20%、30%、40%、50%、60%，低聚果糖添加量为0.5%、1.5%、2.5%、3.5%、4.5%，蔗糖添加量为5%、10%、15%、20%、25%，菊粉添加量为5%、15%、25%、35%、45%，分别替代不同比例的甜玉米固形物含量。（2）蛋白质类辅料种类及添加量的选择。试验选用大豆分离蛋白和乳清分离蛋白为辅料，以甜玉米干基为基准计算，分别选择大豆分离蛋白添加量为5%、10%、15%、20%、25%，乳清分离蛋白添加量为5%、10%、15%、20%、25%，分别替代不同比例的甜玉米固形物含量。（3）脂类辅料种类及添加量的选择。试验选用共轭亚油酸甘油酯、单甘酯和卵磷脂为辅料，以甜玉米干基为基准计算，分别选择共轭亚油酸甘油酯添加量为0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%，单甘酯添加量为1%、2%、3%、4%、5%，卵磷脂添加量为0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%，分别替代不同比例的甜玉米固形物含量。
1.2.6 喷雾干燥甜玉米营养糊粉配方优化的响应面试验 在单因素试验基础上，对麦芽糊精添加量、低聚果糖添加量、蔗糖添加量3个因素进一步优化，使用Design-Expert 13并根据BoxBehnken中心组合原理进行3因素3水平响应面设计，以WSI、玉米黄素和叶黄素总含量为指标，对喷雾干燥甜玉米营养糊粉的配方进行优化，表 2为响应面分析因素与水平。
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1.3 数据处理
所有样品均设置3个重复，含量数据用均值±标准差表示。采用Microsoft Office Excel 2020、Origin 2021对数据进行统计分析及制图，采用SPSS26对数据进行显著性分析和主成分分析，不同英文字母表示差异显著（P＜0.05）。
2 结果与分析 2.1 喷雾干燥甜玉米营养糊粉配方优化的单因素试验结果2.1.1 麦芽糊精添加量对甜玉米营养糊粉冲调性及类胡萝卜素稳定性的影响 （1）由表 3可知，甜玉米营养糊粉的WSI随麦芽糊精添加量的增加呈现先上升后下降的趋势。其中，麦芽糊精添加量为40%时，甜玉米营养糊粉的WSI达到最高值99.48%；麦芽糊精添加量在50%、60%时，甜玉米营养糊粉的WSI均有所下降，分别为74.56%和75.39%。与对照组相比，添加麦芽糊精的甜玉米营养糊粉WSI均有显著增加，尤其是30%、40%麦芽糊精添加量甜玉米营养糊粉的WSI分别增加约65%、90%。（2）甜玉米营养糊粉的分散时间随着麦芽糊精添加量的增加呈先增加后降低的趋势。当麦芽糊精添加量为60%时，甜玉米营养糊粉的分散时间达最小值8.41 s。相比之下，添加20%至50%麦芽糊精的甜玉米营养糊粉分散时间均比对照组长，而添加60%麦芽糊精的甜玉米营养糊粉分散时间则比对照组短。（3）甜玉米营养糊粉的结块率随着麦芽糊精添加量的增加逐渐增加，麦芽糊精添加量为20%时甜玉米营养糊粉的结块率最低、为0.1%，当添加量为60%时甜玉米营养糊粉的结块率最高、为1.04%。与对照组相比，添加20%、30%麦芽糊精的甜玉米营养糊粉结块率下降，添加40%、50%和60%麦芽糊精的甜玉米营养糊粉结块率上升，其中30%麦芽糊精添加量甜玉米营养糊粉的结块率降低44.44%。（4）随着麦芽糊精添加量的增加，甜玉米营养糊粉的叶黄素和玉米黄素总含量先升高后降低，然后再缓慢上升。与未添加麦芽糊精的甜玉米粉相比，30%麦芽糊精添加量甜玉米营养糊粉的叶黄素和玉米黄素总含量提升26.88%。综上，麦芽糊精添加量为30%时，不仅可以显著提高甜玉米营养糊粉的溶解性，还可显著提高叶黄素和玉米黄素的总含量。因此，选择25%、30%、35%添加量麦芽糊精作为响应面的水平和因素。
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2.1.2 低聚果糖添加量对甜玉米营养糊粉冲调性及类胡萝卜素稳定性的影响 （1）由表 4可知，与对照组相比，添加低聚果糖后，甜玉米营养糊粉WSI均无显著变化。（2）甜玉米营养糊粉的分散时间随着低聚果糖添加量的增加逐渐上升，其中0.5%低聚果糖甜玉米营养糊粉分散时间最短、为3.03 s，与对照组相比，添加低聚果糖后甜玉米营养糊粉分散时间均显著减少，其中0.5%、1.5%低聚果糖添加量甜玉米营养糊粉分散时间分别减少68.00%、58.71%。（3）随着低聚果糖添加量的增加，甜玉米营养糊粉的结块率呈现先减小后增加的趋势，其中1.5%低聚果糖添加量下甜玉米营养糊粉结块率最低、为0.01%，与对照组相比，添加低聚果糖后甜玉米营养糊粉结块率均显著减小，其中1.5%、2.0%低聚果糖添加量甜玉米营养糊粉结块率分别减小98.64%、93.24%。（4）随着低聚果糖添加量的增加，甜玉米营养糊粉叶黄素和玉米黄素总含量呈先增加后减少的趋势，其中1.5%低聚果糖甜玉米营养糊粉叶黄素和玉米黄素总含量最高、为139.59 µg/g，与未添加低聚果糖的甜玉米营养糊粉相比，1.5%低聚果糖添加量甜玉米营养糊粉叶黄素和玉米黄素总含量无显著差异。综上，低聚果糖添加量为1.5%时，不仅可以显著提高甜玉米营养糊粉的分散性，还可以显著降低结块率。因此，选择1%、1.5%、2%添加量的庶糖作为响应面的水平和因素。
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2.1.3 蔗糖添加量对甜玉米营养糊粉冲调性及类胡萝卜素稳定性的影响 （1）由表 5可知，随着蔗糖添加量的增加，甜玉米营养糊粉的WSI逐渐增加，其中添加25%蔗糖甜玉米营养糊粉的WSI达到最高值60.59%，与对照组相比，添加25%蔗糖的甜玉米营养糊粉的WSI增加15.87%。（2）甜玉米营养糊粉的分散时间随着蔗糖添加量的增加先减少后增加，其中蔗糖添加量15%时分散时间最小、为2.41 s，与对照组相比，添加10%、15%蔗糖的甜玉米营养糊粉分散时间分别减少约72%、75%。（3）随着蔗糖添加量的增加，甜玉米营养糊粉的结块率逐渐增加，与对照组相比，增加蔗糖后甜玉米营养糊粉结块率均增加。（4）随着蔗糖添加量的增加，甜玉米营养糊粉叶黄素和玉米黄素总含量呈先增加后减少的趋势，其中添加10%蔗糖甜玉米营养糊粉叶黄素和玉米黄素总含量达到最高，与对照组相比，添加蔗糖后甜玉米营养糊粉叶黄素和玉米黄素总含量均增加，其中添加10%蔗糖甜玉米营养糊粉叶黄素和玉米黄素总含量增加8.75%。综上，蔗糖添加量为10%时，可以显著提高甜玉米营养糊粉的分散性，且能较好地保留甜玉米叶黄素和玉米黄素含量。因此，选择5%、10%、15%添加量的蔗糖作为响应面的水平和因素。
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2.1.4 菊粉添加量对甜玉米营养糊粉冲调性及类胡萝卜素稳定性的影响 （1）从表 6可以看出，随着菊粉添加量的增加，甜玉米营养糊粉的WSI逐渐增加，其中菊粉添加量为45%时，甜玉米营养糊粉WSI达到最高值74.69%，与对照组相比，菊粉添加量45%甜玉米营养糊粉WSI约增加42.83%。（2）随着菊粉添加量的增加，甜玉米营养糊粉的分散时间呈先减少后增加的趋势，其中菊粉添加量为15%时甜玉米营养糊粉分散时间最低，与对照组相比，添加15%菊粉甜玉米营养糊粉分散时间增加约54.38%。（3）随着菊粉添加量的增加，甜玉米营养糊粉的结块率逐渐上升，其中添加5%菊粉甜玉米营养糊粉结块率为最低值，与对照组相比，菊粉添加后甜玉米营养糊粉结块率均显著增加。（4）甜玉米营养糊粉叶黄素和玉米黄素总含量随着菊粉添加量的增加呈波动变化，其中菊粉添加量为15%时，甜玉米营养糊粉中叶黄素和玉米黄素总含量最高，与对照组相比，其叶黄素和玉米黄素总含量上升约12.16%。综上，添加15%菊粉甜玉米营养糊粉分散时间最小、叶黄素和玉米黄素总含量最稳定，为较优添加量，但与对照组相比，添加15%菊粉甜玉米营养糊粉的WSI无显著变化，其结块率显著上升，因此，菊粉未被选作甜玉米营养糊粉的辅料。
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2.1.5 大豆分离蛋白添加量对甜玉米营养糊粉冲调性及类胡萝卜素稳定性的影响 与对照组相比，添加大豆分离蛋白后，甜玉米营养糊粉的WSI均减小；除大豆分离蛋白添加量15%、20% 处理甜玉米营养糊粉的分散时间减小外，其他添加量处理玉米营养糊粉分散时间均增加；除大豆分离蛋白添加量15%处理甜玉米营养糊粉的结块率减小外，其他添加量处理玉米营养糊粉结块率均增加；与对照组相比，添加20%、25%大豆分离蛋白甜玉米营养糊粉叶黄素和玉米黄素的总含量减小，其他添加量处理甜玉米营养糊粉的叶黄素和玉米黄素总含量增加（表 7）。综合考虑，未将大豆分离蛋白选作甜玉米营养糊粉的辅料。
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2.1.6 乳清分离蛋白添加量对甜玉米营养糊粉冲调性及类胡萝卜素稳定性的影响 由表 8可知，与对照组相比，除添加25%乳清分离蛋白甜玉米营养糊粉的WSI增加外，其他处理WSI均减小；除添加25%乳清分离蛋白甜玉米营养糊粉分散时间增加外，其他添加量处理甜玉米营养糊粉的分散时间均减少；与对照组相比，添加乳清分离蛋白后甜玉米营养糊粉结块率均显著增加；除添加20%乳清分离蛋白甜玉米营养糊粉叶黄素和玉米黄素的总含量增加外，其他添加量叶黄素和玉米黄素的总含量均减少。综合考虑，未将乳清分离蛋白选作甜玉米营养糊粉的辅料。
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2.1.7 共轭亚油酸甘油酯添加量对甜玉米营养糊粉冲调性及类胡萝卜素稳定性的影响 表 9显示，添加共轭亚油酸甘油酯后甜玉米营养糊粉的WSI均显著下降、结块率均增加，除添加5%共轭亚油酸甘油酯甜玉米营养糊粉的分散时间与对照组相比无显著变化外，其他添加量处理玉米营养糊粉分散时间均减少。随着共轭亚油酸甘油酯添加量的增加，甜玉米营养糊粉的叶黄素和玉米黄素总含量呈先增加后减少的趋势，与对照组相比，添加0.02%共轭亚油酸甘油酯甜玉米营养糊粉叶黄素和玉米黄素总含量增加，其他添加量处理甜玉米营养糊粉叶黄素和玉米黄素总含量无显著变化。综合考虑，未将共轭亚油酸甘油酯选作甜玉米营养糊粉的辅料。
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2.1.8 单甘酯添加量对甜玉米营养糊粉冲调性及类胡萝卜素稳定性的影响 由表 10可知，与对照组相比，添加单甘酯后甜玉米营养糊粉的WSI显著下降、结块率增加，除添加0.3%、0.4%单甘酯甜玉米营养糊粉的分散时间与对照组无显著变化外，其他处理甜玉米营养糊粉分散时间均减少。随着单甘酯添加量的增加，甜玉米营养糊粉的叶黄素和玉米黄素总含量呈先减少后增加的趋势，与对照组相比，添加0.4%单甘酯甜玉米营养糊粉叶黄素和玉米黄素总含量减少，其他添加量甜玉米营养糊粉叶黄素和玉米黄素总含量均增加。综合考虑，未将单甘酯选作甜玉米营养糊粉的辅料。
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2.1.9 卵磷脂添加量对甜玉米营养糊粉冲调性及类胡萝卜素稳定性的影响 由表 11可知，与对照组相比，除添加1%卵磷脂甜玉米营养糊粉WSI、结块率无显著变化外，其他添加量卵磷脂甜玉米营养糊粉WSI、结块率均减小；添加卵磷脂后，甜玉米营养糊粉的分散时间均显著下降，且其叶黄素和玉米黄素总含量均显著下降。综合考虑，未将卵磷脂选作甜玉米营养糊粉的辅料。
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2.2 喷雾干燥甜玉米营养糊粉配方优化的响应面试验结果
2.2.1 响应面试验设计与结果 单因素试验结果表明，麦芽糊精、蔗糖、低聚果糖等3种糖类辅料可显著提高甜玉米营养糊粉冲调性和类胡萝卜素稳定性。
基于单因素优化试验基础，以WSI（Y）、叶黄素和玉米黄素总含量（Z）为评价指标，以麦芽糊精添加量（A）、低聚果糖添加量（B）和蔗糖添加量（C）为考察因素，根据BoxBehnkent中心组合原理进行3因素3水平响应面试验，试验方案与结果见表 12，回归方程的方差分析见表 13、表 14。
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使用Design-Expert 13软件对表 12结果进行多元回归分析，得出二次多项模型回归方程：
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由表 13可知，该模型P＜0.01，表明模型具有极显著性；失拟项P＞0.05不显著，无失拟因素存在，可利用回归方程进行分析。R2=0.9780，拟合程度良好。此模型测试误差小，表明该模型拟合度高，模型回归方程能准确预测试验结果。一次项A、C的P值均小于0.01，表明因素A、C对甜玉米营养糊粉WSI的影响极显著；二次项A2、C2的P值均小于0.01，表明因素A2、C2对甜玉米营养糊粉WSI的影响极显著；一次项B的P值大于0.05，表明因素B对甜玉米营养糊粉的WSI影响不显著。因此，各因素对甜玉米营养糊粉WSI的影响程度表现为麦芽糊精＞蔗糖＞低聚果糖。
由表 14可知，该模型P＜0.01，表明模型具有极显著性，失拟项P＞0.05不显著，无失拟因素存在，可利用回归方程进行分析。R2=0.9443，拟合程度良好。此模型测试误差小，表明该模型拟合度高，模型回归方程能准确预测试验结果。一次项A的P值为0.0002、小于0.01，表明因素A对甜玉米营养糊粉叶黄素和玉米黄素总含量的影响极显著；二次项A2、B2的P值分别为0.0008、0.0046，均小于0.01，表明因素A2、B2对甜玉米营养糊粉叶黄素和玉米黄素总含量的影响极显著。因此，各因素对甜玉米营养糊粉叶黄素和玉米黄素总含量的影响程度表现为麦芽糊精＞低聚果糖＞蔗糖。
2.2.2 响应面分析 利用Design Expert13软件对3个因素（麦芽糊精、低聚果糖、蔗糖）之间的关系进行作图观察，即以A（麦芽糊精添加量）为X轴、B（低聚果糖添加量）为Y轴、Y（WSI）为Z轴绘制的3D图及等高线图。图 1中3D图显示，稳定点为响应值的最大值，当蔗糖添加量为10%时，较大的麦芽糊精添加量与低聚果糖添加量的组合有较高的WSI。当低聚果糖添加量保持不变时，甜玉米营养糊粉的WSI随着麦芽糊精添加量的增加呈先上升后下降趋势；当麦芽糊精添加量保持不变时，随着低聚果糖添加量的增大，WSI呈上升趋势，图中等高线（接近椭圆形）表明麦芽糊精添加量与低聚果糖添加量有极显著的交互作用。
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| 图 1 麦芽糊精、低聚果糖添加量对甜玉米营养糊粉WSI的交互作用3D图和等高线图 Fig. 1 3D map and contour map of the interaction of maltodextrin and fructooligosaccharide amount on WSI of sweet corn nutritional paste |
以A（麦芽糊精添加量）为X轴、C（蔗糖添加量）为Y轴、Y（WSI）为Z轴，绘制3D图及等高线图。图 2中3D图显示，稳定点为响应值的最大值，当低聚果糖添加量为1.5%时，较大的麦芽糊精添加量与蔗糖添加量的组合有较高的WSI。当蔗糖添加量保持不变时，甜玉米营养糊粉的WSI随着麦芽糊精添加量的增加先上升后下降；当麦芽糊精添加量不变时，甜玉米营养糊粉的WSI随着蔗糖添加量的增加先上升后下降。等高线接近圆形，表明麦芽糊精添加量与蔗糖添加量之间没有显著的交互作用。
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| 图 2 麦芽糊精、蔗糖添加量对甜玉米营养糊粉WSI的交互作用3D图和等高线图 Fig. 2 3D map and contour map of the interaction of maltodextrin and sucrose amount on WSI of sweet corn nutritional paste |
以C（蔗糖添加量）为X轴、B（低聚果糖添加量）为Y轴、Y（WSI）为Z轴绘制3D图及等高线图。图 3中3D图显示，稳定点为响应值的最大值，当麦芽糊精添加量为30%时，较大的蔗糖添加量与低聚果糖添加量的组合有较高的WSI。当低聚果糖添加量保持不变时，甜玉米营养糊粉的WSI随着蔗糖添加量的增加先上升后下降；当蔗糖添加量保持不变时，甜玉米营养糊粉的WSI随着麦芽糊精添加量的增加先上升后下降。等高线接近圆形，表明麦芽糊精添加量与蔗糖添加量之间没有显著的交互作用。
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| 图 3 低聚果糖、蔗糖添加量对甜玉米营养糊粉WSI的交互作用3D图和等高线图 Fig. 3 3D map and contour map of the interaction of fructooligosaccharide and sucrose amount on WSI of sweet corn nutritional paste |
以A（麦芽糊精添加量）为X轴、B（低聚果糖添加量）为Y轴、Y（叶黄素和玉米黄素总含量）为Z轴绘制3D图及等高线图。图 4中3D图显示，稳定点为响应值的最大值，当蔗糖添加量为10%时，较高麦芽糊精添加量与较低聚果糖添加量的组合叶黄素和玉米黄素总含量较低。当低聚果糖添加量不变时，叶黄素和玉米黄素总含量随着麦芽糊精添加量的增大先下降后上升；当麦芽糊精添加量不变时，叶黄素和玉米黄素总含量随着低聚果糖添加量的增大先下降后上升。图中等高线（接近圆形）表明麦芽糊精添加量与低聚果糖添加量并有显著的交互作用。
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| 图 4 麦芽糊精、低聚果糖添加量对甜玉米营养糊粉叶黄素、玉米黄素总含量的交互作用3D图和等高线图 Fig. 4 3D map and contour map of the interaction of maltodextrin and fructooligosaccharide amount on total content of lutein and zeaxanthin in sweet corn nutritional paste |
以A（麦芽糊精添加量）为X轴、C（蔗糖添加量）为Y轴、Y（叶黄素和玉米黄素总含量）为Z轴绘制3D图及等高线图。图 5中3D图显示，稳定点为响应值的最大值，当低聚果糖添加量为1.5%时，较高麦芽糊精添加量与蔗糖添加量的组合，叶黄素和玉米黄素总含量较低。当蔗糖添加量不变时，叶黄素和玉米黄素总含量随着麦芽糊精添加量的增大先下降后上升；当麦芽糊精添加量不变时，叶黄素和玉米黄素总含量随着蔗糖添加量的增大先下降后上升。等高线接近圆形，表明麦芽糊精添加量与蔗糖添加量并没有显著的交互作用。
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| 图 5 麦芽糊精、蔗糖添加量对甜玉米营养糊粉叶黄素、玉米黄素总含量的交互作用3D图和等高线图 Fig. 5 3D map and contour map of the interaction of maltodextrin and sucrose amount on total content of lutein and zeaxanthin in sweet corn nutritional paste |
以C（蔗糖添加量）为X轴、B（低聚果糖添加量）为Y轴、Y（叶黄素和玉米黄素总含量）为Z轴绘制3D图及等高线图。图 6中3D图显示，稳定点为响应值的最大值，当麦芽糊精添加量为30%时，较高蔗糖添加量与较低聚果糖添加量的组合，叶黄素和玉米黄素总含量较低。当低聚果糖添加量不变时，叶黄素和玉米黄素总含量随着蔗糖添加量的增大先下降后上升；当蔗糖添加量不变时，叶黄素和玉米黄素总含量随着低聚果糖添加量的增大先下降后上升。等高线接近圆形，表明低聚果糖添加量与蔗糖添加量有显著的交互作用。
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| 图 6 蔗糖、低聚果糖添加量对甜玉米营养糊粉叶黄素、玉米黄素总含量的交互作用3D图和等高线图 Fig. 6 3D map and contour map of the interaction of sucrose and fructooligosaccharide amount on total content of lutein and zeaxanthin in sweet corn nutritional paste |
2.2.3 最优配方的确定与验证 经Design Expert软件优化，得到喷雾干燥制备甜玉米营养糊粉最佳匀浆配方为：以甜玉米干基为基准计算，麦芽糊精添加量为25%、低聚果糖添加量为1%、蔗糖添加量为12%。对响应面优化的结果进行3次重复试验验证发现，制得的喷雾干燥甜玉米营养糊粉质均匀、光泽明亮，具有典型的玉米香味，甜玉米营养糊粉WSI为70.67（±1.24）%，预测理论值为70.51%；叶黄素和玉米黄素总含量为152.12（±1.30）µg/g，预测理论值为152.07 µg/g，两者的相对误差小于1.5%，表明由响应面设计试验所得的最佳配方具有一定的可行性。与无添加辅料喷雾干燥甜玉米全粉相比，最佳配方甜玉米糊粉WSI提升34.84%，叶黄素和玉米黄素总含量提升11.37%。
3 讨论本研究分析了糖类、脂类及蛋白质食品辅料对喷雾干燥制备甜玉米营养糊粉的冲调性和类胡萝卜素稳定性的影响，结果表明，麦芽糊精、蔗糖及低聚果糖等糖类辅料可显著提高甜玉米营养糊粉营养粉冲调性和类胡萝卜素稳定性。相比于蛋白质类、脂类辅料，糖类辅料可显著提高喷雾干燥甜玉米营养糊粉的WSI，降低结块率。Upadhyay等[18]研究发现，使用麦芽糊精制备的番石榴粉末的溶解能力明显高于使用菊粉制备的番石榴粉末。张凌泓[19]研究糖类、蛋白质类、脂类辅料等主要辅料对临床营养粉剂冲调性的影响，结果表明3种糖类辅料均有利于提高产品的鼻饲管流动性，其中麦芽糊精和蔗糖可提高产品WSI和吸水能力，改善产品冲调性，这与本研究结果一致。这可能是因为糖类辅料可以与甜玉米浆中的水分子形成氢键和范德华力[20]，从而增加甜玉米营养糊粉的溶解性。此外，糖类分子在喷雾干燥过程中也可以与淀粉分子形成氢键和范德华力，改变淀粉分子的结构和性质，从而促进甜玉米浆中淀粉的糊化和凝胶化，形成更加稳定的淀粉凝胶[21]，使得甜玉米营养糊粉更容易分散于水。糖类还可以增加果蔬浆的黏度，增加甜玉米喷雾干燥过程中产生的气泡[22-23]，从而产生多孔隙的甜玉米颗粒，减少粉末冲调时的沉淀和结块现象。
与蛋白质类和脂类辅料相比，添加糖类辅料制备的甜玉米营养糊粉的叶黄素和玉米黄素含量较高、稳定性较好。Zhang等[24]以麦芽糊精-吐温混合辅料制备喷雾干燥叶黄素微胶囊，发现其叶黄素保留率大于80%，显著降低了叶黄素损失，这与本研究结果相似。这可能由于喷雾干燥过程中，糖类分子可形成微胶囊，从而保护类胡萝卜素不被氧化或高温降解[25-26]。同时，添加糖类辅料可以增加甜玉米浆中糖类浓度，在喷雾干燥高温条件下，还可能促进糖分子与蛋白质之间的交联反应，导致蛋白质凝聚沉淀或变性失活[27-28]，从而促进甜玉米浆中蛋白质-类胡萝卜素复合物的水解，有利于叶黄素和玉米黄素的释放。
4 结论通过单因素试验，从不同种类食品辅料中筛选出可显著提高甜玉米营养糊粉冲调性和类胡萝卜素稳定性的麦芽糊精、蔗糖、低聚果糖3种糖类辅料，采用WSI、叶黄素和玉米黄素含量双指标响应面法优化得到喷雾干燥制备甜玉米营养糊粉的匀浆配方为：以甜玉米干基为基准计算，麦芽糊精添加量为25%、低聚果糖添加量为1%、蔗糖添加量为12%，以该配方制备的喷雾干燥甜玉米全粉WSI为70.67（±1.24）%、叶黄素和玉米黄素总含量为152.12（±1.30）µg/g，相比于未添加辅料的甜玉米全粉，其WSI提高34.84%、叶黄素和玉米黄素总含量提高11.37%。
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(责任编辑 张辉玲)