苦蕎芽苗固體功能飲料的研究

袁宇婷，孔婉青，王思蒙，王順民

(安徽工程大學(xué) 生物與食品工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241000)

苦蕎麥(Fagopyrum Tataricum Gaertn)是一種集營養(yǎng)成分、保健功能、藥效價值及醫(yī)療價值于一體且具有廣大的開發(fā)價值和光明的市場前景的食藥兩用型傳統(tǒng)糧食作物，被譽(yù)為五谷之王[1]?？嗍w不僅富含多種營養(yǎng)成分，長期食用苦蕎還可以有效預(yù)防各種心血管疾病[2-3]，可用作高血糖、高血壓、糖尿病和高血脂[4]等常見慢性疾病及老年病[5]的輔助治療藥物[6]。已有研究表明，苦蕎中的某些功能性成分能夠有效地降低人體血漿的血脂值、血壓值[7]。Sun[8]等發(fā)現(xiàn)苦蕎能顯著降低膽固醇酯和甘油三酯的濃度，是具有降血脂、預(yù)防高膽固醇和高血脂療效的食物。Zhang[9]等研究發(fā)現(xiàn)苦蕎所含有的各種蛋白質(zhì)能夠有效地降低人體血漿中總膽固醇含量，減少人體腸道對其的消化吸收。Wu[10]等通過一系列動物實驗得出苦蕎可顯著降低高血糖小白鼠等動物模型的空腹血糖水平這一結(jié)論。Guo[11]等發(fā)現(xiàn)苦蕎蛋白質(zhì)對人體乳腺癌細(xì)胞及其他癌細(xì)胞有著極其明顯的增殖抑制作用，可以很有效地降低乳腺癌等病癥的發(fā)病率。此外，苦蕎麥還具有一定的降低體重的生理作用。Nishimura M[12]等通過臨床實驗進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)苦蕎所具有的強(qiáng)抗氧化活性是受試者體重降低的重要原因。研究發(fā)現(xiàn)苦蕎富含的黃酮類物質(zhì)以及蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分具有顯著的降血壓、降血糖、降血脂等保健功能，且苦蕎萌發(fā)后的功能性成分、營養(yǎng)價值及生物活性成分都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于苦蕎，其營養(yǎng)素更易為人體所吸收?，F(xiàn)如今，人們對日常膳食質(zhì)量的要求在逐漸提高，預(yù)防心血管疾病、提升自身健康顯得尤為重要，因此，研發(fā)一些具有降血壓、降血糖和降血脂等諸多保健功能的苦蕎芽苗功能性產(chǎn)品具有重要意義[13]。

目前關(guān)于苦蕎芽苗的研究以及利用苦蕎芽苗研制而成的產(chǎn)品已經(jīng)較為普遍，但是由苦蕎芽苗制成的降血糖、降血脂的功能性飲料較為少見。作為市場新生產(chǎn)品，苦蕎芽苗功能性飲料的加工工藝還有待優(yōu)化，需要進(jìn)行分析探討并加以完善。研究以優(yōu)選苦蕎麥籽粒作為主要實驗材料，利用苦蕎芽苗作為原材料，使用山楂果、葛根粉、木糖醇、麥芽糊精等輔助材料研制一款具有保健功能的復(fù)合固體功能飲料。采用單因素實驗以及響應(yīng)面優(yōu)化實驗[14]對產(chǎn)品的感官質(zhì)量進(jìn)行分析，在最優(yōu)的感官評分處得到產(chǎn)品的最佳配方，并對產(chǎn)品的黃酮含量、酸度、色澤等指標(biāo)進(jìn)行測定，使最終的苦蕎芽苗固體功能飲料營養(yǎng)豐富且風(fēng)味口感俱佳。研究以期為研制開發(fā)具有降血壓、降血糖、降血脂的苦蕎芽苗復(fù)合固體飲料提供創(chuàng)新性思路，不僅能使苦蕎芽苗的功能特性和營養(yǎng)價值得到更為充分的利用，進(jìn)一步豐富苦蕎芽苗的產(chǎn)品種類，拓展苦蕎芽苗的發(fā)展空間，還可以為同類型產(chǎn)品的開發(fā)提供新思路，豐富拓展功能性飲料產(chǎn)品的種類。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

苦蕎麥(購自四川涼山)；優(yōu)質(zhì)新鮮山楂果；葛根粉；麥芽糊精；木糖醇；蘆丁、高錳酸鉀、乙醇、亞硝酸鈉、硝酸鋁、氫氧化鈉(均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；蒸餾水。

1.2 主要儀器與設(shè)備

光照種子發(fā)芽箱(YRG-150，上海合恒儀器設(shè)備有限公司)；高速磨粉機(jī)(XL-06，金壇市杰瑞爾電器有限公司)；真空冷凍干燥機(jī)(LGJ-12，北京松源華興科技發(fā)展有限公司)；遠(yuǎn)紅外線食品烘爐(YXD-3E，上海勝松機(jī)械制造有限公司)；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(DHG-9143BH，上海新苗醫(yī)療器械有限公司)；微波爐(M1-211A，廣東美的廚房電器制造有限公司)；醫(yī)用離心機(jī)(TGL-16A，長沙平凡儀器儀表有限公司)。

1.3 實驗方法

(1)苦蕎種子的萌發(fā)實驗。選擇適量飽滿均一的苦蕎麥種子。以1 g/L高錳酸鉀溶液浸泡消毒5 min后洗滌至澄清，再將苦蕎麥籽粒置于25 ℃的恒溫水浴鍋內(nèi)浸泡4 h(隔2 h換水一次)，后置于50 ℃熱水中催芽處理15 min。將浸泡催芽后的苦蕎麥籽粒均量地分?jǐn)傆阡佊袧駶櫈V紙的育苗盤上，置于恒溫培養(yǎng)箱中避光培養(yǎng)(溫度25 ℃，濕度80%)。培養(yǎng)至第6 d，采用光照培養(yǎng)，光照第一天可以設(shè)定為間歇式光照，之后設(shè)定為連續(xù)的三級強(qiáng)度的光照。每隔12 h，更換一次育苗盤中的水。培養(yǎng)10 d后進(jìn)行采收，采收后的苦蕎鮮芽冷凍干燥后備用。

(2)苦蕎芽苗功能飲料的制備工藝。

①制粉。使用高速磨粉機(jī)將干燥后的苦蕎芽苗、山楂干制品磨碎成粉，過100目篩后低溫保存，留以待用。②烘烤提香。將干燥好的苦蕎芽苗凍干粉放入烘烤箱中進(jìn)行烘烤熟化。③原輔料混勻。將提前準(zhǔn)備好的葛根粉、木糖醇、麥芽糊精等其他輔料分別過100目篩，與苦蕎芽苗粉和山楂粉按照預(yù)先設(shè)定的幾組不同的配比方案混合均勻，進(jìn)一步做單因素實驗和響應(yīng)面優(yōu)化實驗確定苦蕎芽苗固體功能飲料的最佳配方。感官評分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示，評判指標(biāo)為6項，每項指標(biāo)滿分為10分，總分為60分，隨機(jī)從食品專業(yè)選取6名具有常規(guī)實驗室工作能力且熟悉食品感官評定有關(guān)要求和規(guī)定，嗅覺、味覺等感官正常且無不良嗜好的學(xué)生(男女各3名)作為評判小組，分別對產(chǎn)品的各項指標(biāo)進(jìn)行打分，取其平均值作為最終評分，記錄數(shù)據(jù)。

表1 感官評分表

(3)單因素實驗。

①烘烤條件的單因素實驗。在烘烤溫度200 ℃的條件下，考察5 min、10 min、15 min、20 min、25 min五種不同的烘烤時間對苦蕎芽苗粉感官質(zhì)量的影響。在烘烤時間為10 min的條件下，考察80 ℃、120 ℃、160 ℃、200 ℃、240 ℃五種不同的烘烤溫度對苦蕎芽苗粉感官質(zhì)量的影響。

②苦蕎芽苗功能飲料最佳調(diào)配方案的單因素實驗。在葛根粉添加量為20%、木糖醇添加量為12%、麥芽糊精添加量為8%的條件下，考察山楂粉與苦蕎芽苗粉不同配比(1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5)對產(chǎn)品感官質(zhì)量的影響。在苦蕎芽苗粉與山楂粉最佳質(zhì)量之比為2∶1、葛根粉的添加量為12%、麥芽糊精添加量為8%的條件下，考察木糖醇添加量(10%、15%、20%、25%、30%)對產(chǎn)品感官質(zhì)量的影響。在苦蕎芽苗粉與山楂粉最佳質(zhì)量之比為2∶1、木糖醇添加量為20%、麥芽糊精添加量為8%的條件下，考察葛根粉添加量(8%、12%、16%、20%、24%)對產(chǎn)品感官質(zhì)量的影響。在苦蕎芽苗粉與山楂粉最佳質(zhì)量之比為2∶1、葛根粉添加量為12%、木糖醇添加量為20%的條件下，考察麥芽糊精添加量(4%、6%、8%、10%、12%)對產(chǎn)品感官評價的影響。配制好5組樣品后混合均勻，再分別倒入5個已消毒清洗干凈的小燒杯中，每杯加入約100 mL的沸水，攪拌均勻后，由感官評定小組成員進(jìn)行品嘗并進(jìn)行評分，取平均分，并記錄數(shù)據(jù)。

(4)響應(yīng)面優(yōu)化實驗。在上述單因素實驗的基礎(chǔ)上，選取苦蕎芽苗粉與山楂粉之比(A)、木糖醇的添加量(B)、葛根粉的添加量(C)、麥芽糊精的添加量(D)4個因素作為響應(yīng)變量，感官評分則作為響應(yīng)值(R)。建立一個四因素三水平的因素與水平表，如表2所示。

表2 響應(yīng)面分析法的因素與水平表

(5)產(chǎn)品的營養(yǎng)成分和功能性品質(zhì)的測定。通過上述單因素和響應(yīng)面優(yōu)化分析實驗確定了苦蕎芽苗功能飲料的最終產(chǎn)品配方。按上述最佳配方加工成苦蕎芽苗固體飲料樣品，對其總黃酮含量、酸度和色澤3個方面進(jìn)行測定。

①總黃酮含量的測定。稱取飲料樣品0.25 g，加入70%的乙醇溶液后經(jīng)過65 ℃的超聲提取40 min，將提取物置于高速離心機(jī)中以5 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心15 min，取離心分離后的上層清液作為樣液，根據(jù)硝酸鋁顯色法測定總黃酮的含量(以蘆丁為標(biāo)準(zhǔn)品)。②酸度的測定。采用手持精密數(shù)顯酸度計測定產(chǎn)品的pH值(即產(chǎn)品的有效酸度)。③色澤的測定。使用精密色差儀對所研制的苦蕎芽苗固體飲料進(jìn)行測定。

(6)數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。實驗為3次重復(fù)，結(jié)果以平均值的形式表示。實驗數(shù)據(jù)采用Design Expert 8.0.6軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗

(1)烘烤條件的單因素實驗。

①不同烘烤時間對苦蕎芽苗感官質(zhì)量的影響如圖1所示，感官質(zhì)量隨著烘烤時間的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，并在10 min時得到最高的評分。烘焙時間過短，芽苗粉未能熟化；烘烤10 min時，芽苗粉有濃郁的香氣；而烘焙時間超過10 min時，芽苗粉逐漸過黃且產(chǎn)生焦糊味。結(jié)果說明，在烘烤溫度一定的條件下烘烤10 min時的苦蕎芽苗感官質(zhì)量最好。

圖1 烘烤時間對產(chǎn)品感官質(zhì)量的影響 圖2 烘烤溫度對產(chǎn)品感官評分的影響

②不同烘烤溫度對苦蕎芽苗感官質(zhì)量的影響如圖2所示，隨著烘烤溫度的升高，苦蕎芽苗的感官質(zhì)量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。在烘烤溫度為200 ℃時，芽苗粉產(chǎn)生濃郁的香氣，不容易出現(xiàn)烤糊現(xiàn)象，具有較好的操作穩(wěn)定性；溫度過低芽苗粉不易熟化，而溫度過高則易烤糊。結(jié)果說明，時間一定時，烘烤溫度為200 ℃的條件下所得到的苦蕎芽苗感官評分最高。

(2)苦蕎芽苗功能飲料最佳調(diào)配方案的單因素實驗。

①苦蕎芽苗粉與山楂粉混合配比的確定?？嗍w芽苗粉與山楂粉之比對產(chǎn)品感官評分的影響如圖3所示。由圖3可知，苦蕎芽苗粉與山楂粉添加量之比為2∶1時所得到的產(chǎn)品感官評分最高。隨著混合配比比例的增大，即山楂粉添加量的逐漸減少，感官評分先升高后降低。可能是因為適量的山楂粉可以生津止渴，酸甜適中，口感協(xié)調(diào)；過量的酸讓人難以接受，過少則不突出其味道，不能達(dá)到刺激味蕾的作用。

②木糖醇添加量的確定。木糖醇添加量對產(chǎn)品感官評分的影響如圖4所示。由圖4可知，苦蕎芽苗粉與山楂粉添加量之比為2∶1，其他添加量為定值，木糖醇添加量為20%時所得到的產(chǎn)品感官評分最高，所以木糖醇的添加量為20%最為適宜。適當(dāng)?shù)哪咎谴继砑恿靠梢允癸嬃纤崽疬m中，口感清爽，但過高濃度的甜會產(chǎn)生膩人的甜味，引起人們不愉快的反應(yīng)。

③葛根粉添加量的確定。葛根粉添加量對產(chǎn)品感官評分的影響如圖5所示。通過對圖3、圖4、圖5分析可以得出以下結(jié)論：苦蕎芽苗粉與山楂粉添加量之比為2∶1，其他添加量為定值，葛根粉添加量為12%時所得到的產(chǎn)品感官評分最高。適量的葛根粉可解熱除煩，生津止渴，葛根粉的添加量過高會導(dǎo)致飲料的溶解度降低，口感過于濃稠且色澤不均。

④麥芽糊精添加量的確定。麥芽糊精添加量對產(chǎn)品感官評分的影響如圖6所示。通過對圖3、圖4、圖5、圖6分析可以得出以下結(jié)論：苦蕎芽苗粉與山楂粉添加量之比為2∶1，其他添加量為定值，麥芽糊精添加量為8%時所得到的產(chǎn)品感官評分最高。當(dāng)添加量為8%時，飲料的口感細(xì)膩、醇厚、落口清爽，然而隨著添加量的增加，飲料過分粘稠等會降低其感官質(zhì)量。

圖3 苦蕎芽苗粉與山楂粉不同配比對產(chǎn)品感官評分的影響 圖4 木糖醇添加量對產(chǎn)品感官評分的影響

圖5 葛根粉添加量對產(chǎn)品感官評分的影響 圖6 麥芽糊精添加量對產(chǎn)品感官評分的影響

2.2 優(yōu)化實驗苦蕎芽苗功能飲料產(chǎn)品配方的響應(yīng)面實驗結(jié)果

(1)響應(yīng)面實驗結(jié)果。響應(yīng)面實驗設(shè)計及結(jié)果如表3所示，經(jīng)過擬合得到多元回歸方程：

表3 響應(yīng)面分析方案與實驗結(jié)果

R(感官評分)=6.94-0.075A-(9.396E+003)B-0.028C+0.019D-(1.076E+004)AB-

(3.120E+004)AC+(2.089E-004)AD-(3.948E+005)BC+(2.643E-005)BD+

(7.669E-005)CD-0.15A2-0.17B2-0.099C2-0.11D2

式中，A為苦蕎芽苗粉與山楂粉之比；B為木糖醇的添加量；C為葛根粉的添加量；D為麥芽糊精的添加量。

(2)響應(yīng)面實驗方差分析。響應(yīng)面實驗方差分析結(jié)果如表4所示。由表4可知，本次響應(yīng)面優(yōu)化實驗的二次模型方差分析(P值<0.000 1)極為顯著，其中，一次項ABCD以及二次項A2、B2、C2、D2都對苦蕎芽苗功能飲料的感官評分影響效果顯著，其余交互項為非顯著影響。由表4中數(shù)據(jù)可知，各因素對產(chǎn)品感官評分的影響顯著性的順序為：A>C>D>B，即對產(chǎn)品感官評分的影響顯著性由大到小依次為：苦蕎芽苗粉與山楂粉之比、葛根粉添加量、麥芽糊精添加量、木糖醇添加量。此外，失擬項P值為1，不顯著，說明該實驗擬合效果比較好，能充分反映不同的因素與響應(yīng)值之間的關(guān)系，可用于苦蕎芽苗功能飲料配方的預(yù)測。

表4 響應(yīng)面實驗方差分析結(jié)果

(3)響應(yīng)曲面圖分析。6個因素兩兩交互作用的響應(yīng)面曲面圖如圖7～圖12所示。由圖7～圖12可知，當(dāng)各因素水平增加時，苦蕎芽苗功能飲料的感官評分增加，當(dāng)感官評分達(dá)到峰值后，感官評分開始隨因素水平的增加而降低。通過對幾個曲面圖峰值的分析，可以得到響應(yīng)面優(yōu)化條件下產(chǎn)品的理想配方為：苦蕎芽苗粉與山楂粉之比為2.49∶1，木糖醇添加量為19.87%，葛根粉添加量為11.43%，麥芽糊精添加量為8.00%。但根據(jù)實際操作將產(chǎn)品的最佳配方調(diào)整為：苦蕎芽苗粉與山楂粉之比為2∶1，葛根粉添加量為12%，木糖醇添加量為20%，麥芽糊精添加量為8%。

圖7 苦蕎芽苗粉與山楂粉之比與木糖醇添加量的交互影響 圖8 苦蕎芽苗粉與山楂粉之比與葛根粉添加量的交互影響

圖9 苦蕎芽苗粉與山楂粉之比與麥芽糊精添加量的交互影響 圖10 葛根粉添加量與木糖醇添加量的交互影響

圖11 麥芽糊精添加量與木糖醇添加量的交互影響 圖12 麥芽糊精添加量與葛根粉添加量的交互影響

2.3 產(chǎn)品的營養(yǎng)成分和功能性品質(zhì)的確定

(1)苦蕎芽苗功能飲料總黃酮含量及酸度的確定。由實驗結(jié)果繪制的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖13所示。由圖13可知，蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線方程式為:

圖13 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

y=10.977x+0.0316,

在上述實驗中測得樣品的吸光度為0.357 A，代入方程式，得到樣品的蘆丁濃度為0.029 6mg/mL，再根據(jù)計算得出產(chǎn)品的總黃酮含量。產(chǎn)品總黃酮含量及酸度結(jié)果如表5所示。由表5可得出結(jié)論，該產(chǎn)品的總黃酮含量為1 480 mg/100 g DW，酸度(pH值)約為4.17，為酸性飲料。

表5 產(chǎn)品總黃酮含量及酸度結(jié)果記錄表

(2)苦蕎芽苗功能飲料色澤的確定。

產(chǎn)品色澤數(shù)據(jù)如表6所示。由表6可知，所研制的苦蕎芽苗功能飲料產(chǎn)品的色澤測定具體結(jié)果為L值：61.838(產(chǎn)品顏色偏亮)；a值：-0.31(產(chǎn)品色澤偏綠)；b值：26.854(產(chǎn)品色澤偏黃)；c值：26.854(產(chǎn)品色度較飽和)；h值：90.656。

表6 產(chǎn)品色澤數(shù)據(jù)記錄表

2.4 感官指標(biāo)評價

由感官評定小組對按照經(jīng)響應(yīng)面優(yōu)化后的最佳配方所研制的苦蕎芽苗固體功能飲料產(chǎn)品(見圖14)進(jìn)行最終的評定，得出的感官評價如表7所示。

表7 產(chǎn)品最終感官評價表

圖14 苦蕎芽苗固體功能飲料

3 結(jié)論

根據(jù)單因素實驗及響應(yīng)面優(yōu)化實驗可知,苦蕎芽苗粉在200 ℃溫度條件下烘烤10 min 所烘烤熟化的苦蕎芽苗粉效果最好、感官質(zhì)量最優(yōu)；苦蕎芽苗復(fù)合固體功能飲料的最佳配方：苦蕎芽苗粉與山楂粉添加量之比為2∶1，葛根粉添加量為12%，木糖醇添加量為20%，麥芽糊精添加量為8%。按照此配方所制作的苦蕎芽苗復(fù)合固體功能飲料香味宜人，有淡淡的苦蕎香味和山楂的果香味，口感醇厚、酸甜可口、黏稠度適中，色澤均勻、呈淡黃綠色，沖泡性能好、無沉淀懸浮物且質(zhì)量最佳。