響應面優(yōu)化小麥胚芽復合飲料配方的研究

陳 星，王 燕，吳 佳，趙傳文

（1. 湖南農(nóng)業(yè)大學食品科技學院，湖南長沙 410128；2. 長沙凱雪糧油食品有限公司，湖南長沙 410008）

小麥胚芽（WG） 是小麥制粉過程中的副產(chǎn)品，富含各種營養(yǎng)成分，蛋白質（含量31%以上）是一種優(yōu)質蛋白，含8種人體必需氨基酸，80%是多不飽和脂肪酸，尤其以亞油酸的含量最多，占全部脂肪的44%～65%[1]，麥胚中還含豐富的礦物質、微量元素、膳食纖維和多種生理活性物質（谷胱甘肽、凝集素等）。其中，麥胚中VE含量高達34.9 mg/100 g[2]，被稱為“人類天然的營養(yǎng)寶庫”[3]。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，麥胚中的生理活性物質具有抗氧化、抗衰老、抗癌、促進生長發(fā)育[4]、誘導細胞凋亡[5]、提高動物免疫功能[6]等多種功效。目前國內(nèi)外大量報道，麥胚中的VE、亞油酸和膳食纖維具有增強腦細胞活力、降低血脂和血糖、防止動脈粥樣硬化，以及預防老年性癡呆癥等作用[7]。

2016年我國小麥產(chǎn)量為1.29×108t[8]，但麥胚的實際利用量不足20×104t[9]。麥胚的開發(fā)利用主要在谷胱甘肽的提取及應用[10]、VE的提取及應用[11]、麥胚凝集素的開發(fā)[12]或制作小麥胚芽油膠囊、麥胚面制品、麥胚堅果等。由于麥胚富含各種營養(yǎng)成分和功能物質，是開發(fā)第三代健康食品的理想原料。另外，小麥胚芽中清蛋白和球蛋白含量很高，是生產(chǎn)谷物飲料、植物蛋白飲料、營養(yǎng)液等產(chǎn)品的良好原料來源。谷物液體飲料健康、方便、綠色，深受消費者喜愛。試驗以穩(wěn)定化處理后的麥胚為主要原料，開發(fā)出一種具有優(yōu)良口感且綠色、健康的谷物液體飲料，對豐富我國液體飲料產(chǎn)品，提高我國公眾的健康水平都有著重要的意義。

1 材料與方法

麥胚、麥麩、食鹽，市購；椰子粉，海南食品有限公司提供；木糖醇（食品級），山東龍力生物科技股份有限公司提供；黃原膠（食品級），德國三顆星食品物料公司提供；無水檸檬酸（食品級），德國三顆星食品物料公司提供；羧甲基纖維素鈉（食品級），德國三顆星食品物料公司提供；魔芋粉（食品級），上海?？松镏破酚邢薰咎峁?/p>

DE-500g型高速粉碎機，浙江紅景天工貿(mào)有限公司產(chǎn)品；CP114型電子天平，上海奧豪斯儀器有限公司產(chǎn)品；CS1201A2型烤箱，中山市長實五金電器有限公司產(chǎn)品；SDHCB9E34-210型電磁爐，浙江紹興蘇泊爾生活電器有限公司產(chǎn)品；HHS-8型恒溫水浴鍋，浙江紹興長豐儀器設備廠產(chǎn)品；LD5-2A型離心機，北京醫(yī)用離心機產(chǎn)品；101-2AB型電熱鼓風干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品；LDZX-50KBS型立式壓力蒸汽滅菌鍋，上海申安醫(yī)療器械廠產(chǎn)品；GJJ-1/25型高壓均質機，上海諾尼輕工機械有限公司產(chǎn)品；60型膠體磨，溫州市成華包裝機械有限公司產(chǎn)品。

1.2.1 工藝流程

小麥胚芽→常壓蒸汽微波穩(wěn)定化處理→粉碎→過篩→焙烤→浸泡→磨漿→過濾→麥胚漿；

麥麩→粉碎→過篩→焙烤→浸泡→磨漿→過濾→麥麩液；

輔料→溶解→過濾→輔料溶液；

調配→均質（30 MPa） →灌裝→殺菌（121 ℃，15 min） →冷卻→檢驗→成品。

1.2.2 操作要點

（1）麥胚漿的制備。新鮮麥胚經(jīng)常壓蒸汽處理5 min，再經(jīng)微波功率800 W處理4 min后，于高速粉碎機中粉碎，過80目篩后置于烤箱200 ℃條件下焙烤2.5 min。為充分散發(fā)麥胚的麥香味、防止麥胚粉烤煳，麥胚粉的厚度定為0.5 cm，每隔30 s拿出混勻1次。焙烤后的麥胚與水按照1∶9的比例浸泡（浸泡溫度 60 ℃，浸泡時間1 h），再經(jīng)膠體磨細磨后過180目篩，除去細微碎渣，獲得用于飲料生產(chǎn)的麥胚漿。

（2） 麥麩液的制備。選擇干凈、無腐爛的麥麩，粉碎后過80目篩于烤箱200 ℃條件下焙烤2.5 min（麥麩粉的厚度約0.5 cm，每隔30 s拿出混勻1次），焙烤后將麥麩與水按1∶3比例浸泡（浸泡溫度60 ℃，浸泡時間1 h，），經(jīng)膠體磨細磨后過180目篩，獲得用于飲料生產(chǎn)的麥麩液。

（3） 調配。將木糖醇（磨細）、檸檬酸（磨細）、椰子粉、食鹽和穩(wěn)定劑進行溶解，然后按一定順序加入麥胚漿和麥麩液中。

1.2.3 小麥胚芽復合飲料配方單因素試驗

（1） 麥胚漿添加量對小麥胚芽飲料感官品質的影響。分別取麥胚漿30%，40%，50%，60%，70%；加入椰子粉3%，木糖醇3%，麥麩液3%，食鹽0.03%，無水檸檬酸0.1%，然后加水調配，對小麥胚芽復合飲料進行感官評分。

（2） 麥麩液添加量對小麥胚芽飲料感官品質的影響。取麥胚漿50%，加入椰子粉3%，木糖醇3%，食鹽0.03%，無水檸檬酸0.1%；麥麩液添加量分別為1%，2%，3%，4%，5%，然后加水調配，對小麥胚芽復合飲料進行感官評分。

（3） 椰子粉添加量對小麥胚芽飲料感官品質的影響。取麥胚漿50%，加入木糖醇3%，麥麩液3%，食鹽0.03%，無水檸檬酸0.1%；椰子粉的添加量分別為1%，2%，3%，4%，5%，然后加水調配，對小麥胚芽復合飲料進行感官評分。

（4） 木糖醇添加量對小麥胚芽飲料感官品質的影響。取麥胚漿50%，加入椰子粉3%，麥麩液3%，食鹽0.03%，無水檸檬酸0.1%；木糖醇的添加量分別為1%，2%，3%，4%，5%，然后加水調配，對小麥胚芽復合飲料進行感官評分。

（5） 食鹽的添加量對小麥胚芽飲料感官品質的影響。取麥胚漿50%，加入椰子粉3%，木糖醇3%，麥麩液3%，無水檸檬酸0.1%；食鹽添加量分別為0.01%，0.02%，0.03%，0.04%，0.05%，然后加水調配，對小麥胚芽復合飲料進行感官評分。

（6） 無水檸檬酸的添加量對小麥胚芽飲料感官品質的影響。取麥胚漿50%，加入椰子粉3%，木糖醇3%，麥麩液3%，食鹽0.03%，無水檸檬酸的添加量分別為0，0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，然后加水調配，對小麥胚芽復合飲料進行感官評分。

1.2.4 麥胚復合飲料響應面優(yōu)化試驗

綜合單因素試驗結果及Box-Behnken試驗原理，選取麥胚漿、椰子粉、木糖醇添加量為自變量，感官評價為因變量。

響應面分析試驗因素與水平設計見表1。

表1 響應面分析試驗因素與水平設計/ %

1.2.5 小麥胚芽飲料穩(wěn)定性試驗

（1） 穩(wěn)定劑的選取。查閱相關資料選擇黃原膠、CMC-Na（羧甲基纖維素鈉）、魔芋粉、卡拉膠、果膠作為穩(wěn)定劑，以添加量為0.1%的比例加入到經(jīng)響應面分析得到的最佳配方復合飲料中，混勻后進行感官評價，且將產(chǎn)品放于室溫靜置24 h，觀察其穩(wěn)定效果。

（2） 復合穩(wěn)定劑配方的確定。經(jīng)篩選，選取黃原膠、CMC-Na、魔芋粉作為穩(wěn)定劑，以麥胚復合飲料的沉淀率為參考指標，通過正交試驗得出該小麥胚芽飲料復合穩(wěn)定劑的最佳配方。

1.2.6 指標的測定及方法

（1）麥胚復合飲料感官評價標準。請10名對品嘗感官分析有經(jīng)驗的品嘗者對產(chǎn)品進行打分，品嘗成員先評定飲料有無特有的麥香味和椰香味，然后對復合飲料的外觀結構與色澤觀察，再通過品嘗復合飲料，根據(jù)自己的喜好對飲料的優(yōu)劣做出綜合評分。

小麥胚芽復合液體飲料感官評價標準見表2。

表2 小麥胚芽復合液體飲料感官評價標準

（2） 麥胚復合飲料沉淀率的測定。精確稱取一定量的已制備好的麥胚復合飲料放于50 mL的離心管中，以轉速5 000r/min離心10 min，離心后靜置5 min，再棄去上清液，將離心管中沉淀的物質干燥至恒質量，進行3次平行試驗，計算小麥胚芽飲料的沉淀率。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2016和SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計分析和多重比較，p＜0.05，試驗均重復3次。

2 結果與分析

2.1.1 麥胚漿添加量對小麥胚芽飲料感官品質的影響

麥胚漿的添加量對小麥胚芽飲料的香氣、口感、色澤和組織形態(tài)有一定的影響。

圖1 麥胚漿添加量對小麥胚芽復合飲料感官品質的影響

麥胚漿添加量對小麥胚芽復合飲料感官品質的影響見圖1。由圖1可知，當麥胚漿含量少于60%時，產(chǎn)品的感官評分隨麥胚漿添加量的增加而增高，主要因為麥胚漿添加量低，椰子粉的味道和氣味突出，麥香味和椰香味兩者無法較好融合；當麥胚漿含量多于60%時，小麥胚芽飲料的感官評分隨麥胚漿添加量的增加而降低，主要因為麥胚漿添加量過高，麥胚漿的氣味突出、口感加重，且復合飲料的色澤加深。因此，最佳的麥胚漿添加量為60%，產(chǎn)品的香氣、口感、色澤和組織形態(tài)較佳。

2.1.2 麥麩液添加量對小麥胚芽飲料感官品質的影響

麥麩液添加量對小麥胚芽復合飲料感官品質的影響見圖2。

圖2 麥麩液添加量對小麥胚芽復合飲料感官品質的影響

由圖2可知，隨著麥麩液添加量的升高，小麥胚芽飲料的感官評分逐漸升高后下降，當麥麩液添加量為2%時，小麥胚芽飲料的感官評價得分最高。麥麩液加入復合飲料中可以提高飲料中的纖維成分，并提升飲料口感。但對于感官評分的總體影響來看，與其他因素相比，麥麩液添加量對小麥胚芽飲料感官評分的影響較低。所以，麥麩液的較佳添加量為2%，不進行響應面優(yōu)化。

2.1.3 椰子粉添加量對小麥胚芽飲料感官品質的影響

椰子粉溶解后有濃郁的椰子芳香，呈乳白色，不同椰子粉添加量對小麥胚芽飲料的香氣、口感、色澤和組織形態(tài)有一定的影響。

椰子粉添加量對小麥胚芽復合飲料感官品質的影響見圖3。

圖3 椰子粉添加量對小麥胚芽復合飲料感官品質的影響

由圖3可知，椰子粉添加量低于3%時，小麥胚芽飲料的感官評分隨椰子粉添加量的增加而上升，這可能是由于當椰子粉添加量低時，麥胚漿在小麥胚芽飲料中占比較高，麥香味和椰香味不協(xié)調，復合飲料顏色較深；椰子粉添加量為3%時，產(chǎn)品的感官評分最高，該小麥胚芽飲料品質最佳；椰子粉添加量高于3%時，小麥胚芽飲料的感官評分隨椰子粉添加量的增加而降低，這可能是因為椰子粉含量占比較高，椰子粉的椰香味掩蓋了麥香味。因此，椰子粉的較佳添加量為3%。

2.1.4 木糖醇添加量對小麥胚芽飲料感官品質的影響

研磨后的麥胚漿口感清淡，有濃濃的麥香味，添加木糖醇可調節(jié)小麥胚芽飲料的口感和甜度。

木糖醇添加量對小麥胚芽復合飲料感官品質的影響見圖4。

圖4 木糖醇添加量對小麥胚芽復合飲料感官品質的影響

由圖4可知，當木糖醇添加量為4%時，小麥胚芽飲料的感官評分最高，所制備的產(chǎn)品酸甜適口；木糖醇含量低于4%時，所制備的小麥胚芽飲料的滋味偏酸淡甜；當木糖醇添加量高于4%，感官評分反而降低，可能是因為木糖醇添加過多，甜味過重，酸味較弱。因此，選用3%，4%和5%的木糖醇添加量，進行響應面優(yōu)化試驗，得出最佳添加量。

2.1.5 食鹽添加量對小麥胚芽飲料感官品質的影響

食鹽添加量對小麥胚芽復合飲料感官品質的影響見圖5。

圖5 食鹽添加量對小麥胚芽復合飲料感官品質的影響

由圖5可知，食鹽作為減酸增甜增鮮的物質，當食鹽添加量為0.01%時，效果不佳；隨食鹽添加量的增加，達到0.03%時，小麥胚芽飲料的感官評分最高；當超過0.03%時，繼續(xù)增大食鹽添加量，產(chǎn)品口感下降，因此，最佳的食鹽添加量為0.03%。與其他因素相比，該因素對小麥胚芽飲料感官品質的影響較低，不進行響應面優(yōu)化試驗。

2.1.6 無水檸檬酸添加量對小麥胚芽飲料感官品質的影響

無水檸檬酸添加量對小麥胚芽復合飲料感官品質的影響見圖6。

圖6 無水檸檬酸添加量對小麥胚芽復合飲料感官品質的影響

由圖6可知，當無水檸檬酸添加量為0.05%時，小麥胚芽飲料的感官評價最高，所制備的產(chǎn)品酸甜可口。當檸檬酸添加量過高或過低時，飲料口感偏酸或偏甜，導致感官評分下降，但對于感官評分的總體影響來看，與其他因素相比，該因素對小麥胚芽飲料的感官評價得分的影響較低。因此，檸檬酸最佳添加量為0.05%，不進行響應面優(yōu)化試驗。

2.2.1 響應面優(yōu)化方差分析

在單因素試驗的基礎上，因麥麩液添加量、食鹽添加量和無水檸檬酸添加量對小麥胚芽飲料的感官品質影響較小，因此采用三因素三水平的響應曲面分析方法，根據(jù)Box-Benhnken的試驗設計原理，設計了17組試驗，進一步優(yōu)化試驗方案。

響應面分析試驗設計方案及結果見表3。

表3 響應面分析試驗設計方案及結果

采用Design Expert 8.0.6對表3試驗結果進行多元回歸方程擬合，以各因素為自變量，感官評分總分為響應值，由響應曲面法得到小麥胚芽復合飲料感官評價總分與自變量的回歸模型方程為：

響應面結果方差分析結果見表4。

表4 響應面結果方差分析

對模型進行方差分析，由表4可知，該模型的F=53.95，p（p=0） ＜0.01，說明感官評分所建立的回歸模型極顯著，且模型的失擬項p=0.419 3＞0.05，不顯著，表明模型擬合度較好，殘差均由隨機誤差引起。其中R2=0.985 8，說明響應值感官評價總分的實際值與預測值之間具有良好的擬合度，R2Adj=0.967 5，說明該模型預測的感官評價得分的變異僅有3.25%，不能用該模型進行解釋；預測系數(shù)R2pred=0.881 0，表明該模型預測性良好，所以該模型能預測小麥胚芽飲料實際的最佳組合情況。由表4可看出，因素一次項（A） 和二次項（A2、 B2和C2） 的p值均小于0.01，說明麥胚漿添加量對小麥胚芽飲料的感官評分有極顯著的影響，麥胚漿添加量與木糖醇添加量（p=0.023 9）、椰子粉添加量與木糖醇添加量（p=0.023 9）之間不是簡單的線性關系，二者存在顯著的交互作用，而麥胚漿添加量與椰子粉添加量之間無交互作用。根據(jù)各因素F值的大小可得，影響小麥胚芽復合飲料感官評分的因素主次順序為麥胚漿添加量＞木糖醇添加量影響次＞椰子粉添加量。

2.2.2 麥胚漿添加量與木糖醇添加量的相互作用對感官評分的影響

麥胚漿添加量和木糖醇添加量對飲料感官評分影響的響應面及等高線圖見圖7。

圖7 麥胚漿添加量和木糖醇添加量對飲料感官評分影響的響應面及等高線圖

依據(jù)等高線圖中等高線的形態(tài)，可以判斷出響應的2個變量之間交互作用的強弱與大小。由圖7可知，A，C之間有顯著交互作用，等高線為橢圓形說明二者的交互作用對小麥胚芽復合飲料感官評分的影響較大。在木糖醇添加量相同條件下，小麥胚芽復合飲料感官評分隨麥胚漿添加量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢；在麥胚漿添加量相同條件下，復合飲料感官評分也呈先增高后降低的趨勢，且麥胚漿添加量的影響稍微大于木糖醇添加量的影響。

2.2.3 椰子粉添加量與木糖醇添加量的相互作用對感官評分的影響

椰子粉添加量和木糖醇添加量對飲料感官評分影響的響應面及等高線圖見圖8。

圖8 椰子粉添加量和木糖醇添加量對飲料感官評分影響的響應面及等高線圖

由圖8可知，椰子粉添加量和木糖醇添加量對小麥胚芽復合飲料感官評分影響顯著，在木糖醇添加量相同的條件下，小麥胚芽復合飲料感官評分隨椰子粉添加量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在椰子粉添加量相同的條件下，復合飲料感官評分隨木糖醇添加量的增加也呈先增高后降低的趨勢，而過高的木糖醇和椰子粉添加量對小麥胚芽飲料的感官品質是不利的，且木糖醇添加量的影響稍微大于椰子粉添加量的影響。

2.2.4 小麥胚芽復合飲料最佳配方的確定

按照響應面法經(jīng)分析得到小麥胚芽復合飲料的最佳配方為麥胚漿添加量61.87%，椰子粉添加量3.03%，木糖醇添加量3.97%，麥麩液添加量2%，食鹽添加量0.03%，檸檬酸添加量0.05%，在此條件下感官評分為85.93分。考慮到工藝的易操作性，將小麥胚芽復合飲料的最佳配方確定為麥胚漿添加量61.9%，椰子粉添加量3%，木糖醇添加量4%，麥麩液添加量2%，食鹽添加量0.03%，檸檬酸添加量0.05%。為了驗證預測值與真實值之間的有效性，在此條件下對感官評價總分進行3次平行驗證試驗，得到感官評分總分為85分，與理論值85.93分接近。因此，響應面試驗建立的模型是合適有效的。

2.3.1 穩(wěn)定劑的選取

單一穩(wěn)定劑對小麥胚芽復合飲料品質的影響見表5。

試驗按每種穩(wěn)定劑的添加量為0.1%，分別加入到小麥胚芽飲料中，由表5可知，在常溫放置24 h之后，添加黃原膠的小麥胚芽飲料幾乎無沉淀產(chǎn)生、基本不分層；添加CMC-Na的小麥胚芽飲料出現(xiàn)少量沉淀和輕微分層；添加卡拉膠和魔芋粉的小麥胚芽飲料有稍多沉淀和分層；添加果膠的飲料有大量沉淀且分層明顯。因此，不同穩(wěn)定劑對小麥胚芽飲料有著不同的穩(wěn)定效果。由表5還可看出，除果膠組外，其他4組試驗的感官評價得分相近且產(chǎn)品品質良好。

表5 單一穩(wěn)定劑對小麥胚芽復合飲料品質的影響

2.3.2 穩(wěn)定劑配方的確定

根據(jù)2.3.1試驗結果及分析，選取黃原膠、CMC-Na和魔芋粉進行正交試驗，得出小麥胚芽飲料穩(wěn)定劑的最佳復合配方。

復合穩(wěn)定劑正交試驗結果見表6。

表6 復合穩(wěn)定劑正交試驗結果/ %

由表6可知，使用復合穩(wěn)定劑對小麥胚芽飲料的穩(wěn)定效果比使用單一穩(wěn)定劑的穩(wěn)定效果要好，經(jīng)分析得出，3種穩(wěn)定劑對小麥胚芽復合飲料穩(wěn)定性的影響主次順序為黃原膠＞CMC-Na＞魔芋粉，最優(yōu)的配方組合為A'1B'3C'1，即黃原膠0.05%，羧甲基纖維素鈉0.15%，魔芋粉0.05%。

3 結論

通過響應面優(yōu)化試驗及正交試驗得出小麥胚芽復合飲料的最佳配方為麥胚漿添加量61.9%，椰子粉添加量3%，木糖醇添加量4%，麥麩液添加量2%，食鹽添加量0.03%，檸檬酸添加量0.05%；添加黃原膠0.05%，羧甲基纖維素鈉0.15%，魔芋粉0.05%作為穩(wěn)定劑，最后加水28.77%進行調配，該小麥胚芽復合飲料具有較好的穩(wěn)定效果，且復合飲料的最佳感官評分為85分。采用該配方所得小麥胚芽復合飲料口味較好、色澤呈乳黃色、體系穩(wěn)定均一，具有麥胚的麥香味和椰子的天然椰香，二者氣味協(xié)調濃郁，且營養(yǎng)豐富，富含麥胚及麥麩中的可溶性營養(yǎng)成分，具有廣闊的市場開發(fā)前景。