小米牛奶飲品的研制

張 瑾，趙佳琪，付麗紅

（山西農業(yè)大學食品科學與工程學院，山西晉中030801）

小米（Millet）又稱谷子、栗，隸屬于禾本科狗尾草屬。小米營養(yǎng)價值很高，含有碳水化合物、蛋白質、脂肪、維生素和礦物質等多種人體不可或缺的營養(yǎng)物質，是良好的營養(yǎng)源；小米蛋白質中氨基酸種類齊全，占總量的58.95 %，其中8種人體必需氨基酸含量豐富，占整個氨基酸總量的41.9%，尤其是色氨酸、蛋氨酸較為突出，其含量均高于小麥；小米中的色氨酸，可以促使大腦中的神經細胞分泌出催人欲睡“血清素”，加快人體褪黑激素的分泌和轉化，對改善人體的情緒和提高睡眠質量有重要作用。另外，小米中還含有豐富的維生素，主要包括維A、維B1、維C、維D和維E等，其中維B1是保證正常的神經功能和碳水化合物代謝所必需的[1]。牛奶被稱為“最接近完美的食品”，營養(yǎng)物質含量豐富，蛋白質含量2.8%～3.4%，其中色氨酸和亮氨酸具有促進睡眠、緩解焦慮情緒的作用[2]。

試驗利用小米中的功能成分及其特性，突出色氨酸的作用，并與牛奶混合，旨在研究一款營養(yǎng)豐富、色澤均勻、風味良好并具有一定助眠功效的小米牛奶復合型谷物飲料，通過單因素試驗和響應面分析法對小米牛奶配方進行優(yōu)化，為工業(yè)化生產提供理論依據和參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小米（中谷2號、中谷7號、長農40、小黃谷）；牛奶，君樂寶乳業(yè)純牛奶；白砂糖，市售；黃原膠、單甘酯，均為食品級；濃鹽酸；硝酸鈉；氫氧化鉀；4-（二甲氨基）苯甲醛、L-色氨酸、木瓜蛋白酶，北京索萊寶科技有限公司提供。

1.2 儀器與設備

JA5003N型電子天平，上海精密科學儀器有限公司產品；HHoS21-6S型電熱恒溫水浴鍋，上海躍進醫(yī)療器械有限公司產品；1000A型多功能粉碎機，永康市紅太陽機電有限公司產品；UV-1200型紫外可見分光光度計，上海美譜達儀器有限公司產品；NDJ-8S型旋轉黏度計，上海昌吉地質儀器有限公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

①小米→粉碎→酶解→煮制→牛奶→預熱；

②黃原膠、單甘酯、白砂糖；

①+②→混合→成品。

1.3.2 小米品種的篩選

（1）色氨酸標準曲線的建立。參考NY/T 57—1987《谷物籽粒色氨酸測定方法》并稍作修改。吸取L-色氨酸標準溶液0.10，0.15，0.20，0.25，0.30，0.35 mL分別置于25 mL具塞刻度玻璃試管中，加入質量分數為10%氫氧化鉀溶液0.5 mL，搖勻；加入質量分數為5%對二甲氨基苯甲醛0.1 mL，搖勻；加入質量分數為1%硝酸鈉溶液0.1 mL，搖勻；將試管置于冰水中，再加入濃鹽酸2.5 mL。取出試管，強烈振搖后放入25℃水浴鍋中顯色75 min，取出后用蒸餾水稀釋至刻度10 mL，搖勻，以試劑空白作為對照，于波長590 nm處測定吸光度。以色氨酸含量（μg）為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制標準曲線，得到回歸方程。

（2）不同品種小米色氨酸含量的測定。參考吳顯榮等人[3]的試驗并稍作修改。

樣品的處理：取4個品種的小米樣品各2份，將每個小米品種其中的1份進行煮制處理（濕制），小米∶水為1∶9，沸水煮30 min后，置于70℃干燥箱中干燥2 h，研磨粉碎；將每個小米品種中的另一份放入粉碎機中進行粉碎處理（干制），粉碎次數為3次，每次時間為40 s，粉碎后的小米置于70℃干燥箱中干燥30 min，保存?zhèn)溆谩?/p>

樣品酶解：分別稱取小米樣品0.2 g置于25 mL具塞刻度玻璃試管中，加入8 mg/mL的木瓜蛋白酶溶液5 mL，40℃下恒溫水浴11 h，取其上清液備用。

色氨酸含量測定：分別吸取酶解液0.3 mL于25 mL的具塞刻度玻璃試管中，加入質量分數為10%氫氧化鉀溶液0.5 mL，搖勻；加入質量分數為5%對二甲氨基苯甲醛0.1 mL，搖勻；加入質量分數為1%硝酸鈉溶液0.1 mL，搖勻；將試管置于冰水中，再加濃鹽酸2.5 mL，搖勻置于25℃水浴鍋中顯色75 min，取出后用水稀釋至刻度10 mL，搖勻，以試劑空白作為對照，于波長590 nm處測定其吸光度。

1.3.3 牛奶與小米酶解液配比的篩選

對優(yōu)先的小米品種按照1.3.2（2）中的方法進行干制酶解，制備小米酶解液備用。將添加量分別為1%白砂糖、0.2%黃原膠、0.08%單甘酯混勻，加入到溫度不低于60℃的熱牛奶中，攪拌使其完全溶解，然后將牛奶與小米酶解液按2∶1，3∶1，4∶1，5∶1，6∶1的配比進行混合得到成品[4]。測定成品黏度并進行感官評分。

1.3.4 黃原膠添加量的篩選

分別取添加量為0.10%，0.15%，0.20%，0.25%，0.30%的黃原膠，依次加入添加量為白砂糖1%和單甘酯0.08%混勻，加入到溫度不低于60℃的熱牛奶中，攪拌使其完全溶解，然后將牛奶與小米酶解液按一定的配比進行混合得到成品[4]。測定成品黏度并進行感官評分。

1.3.5 單甘酯添加量的篩選

分別取添加量為0.03%，0.05%，0.08%，0.11%，0.14%的單甘酯，加入添加量為1%的白砂糖和一定量的黃原膠混勻，加入到溫度不低于60℃的熱牛奶中，攪拌使其完全溶解，然后將牛奶與小米酶解液按一定配比進行混合得到成品[4]。測定成品黏度并進行感官評分。

1.3.6 白砂糖添加量的篩選

分別取添加量為0.50%，1.00%，1.50%，2.00%，2.50%的白砂糖，依次加入黃原膠和單甘酯混勻，加入到溫度不低于60℃的熱牛奶中，攪拌使其完全溶解，然后將牛奶與小米酶解液按固定配比進行混合得到成品[4]。測定成品黏度并進行感官評分。

1.3.7 響應面試驗的優(yōu)化

根據單因素試驗結果，選擇牛奶與小米酶解液的配比、黃原膠添加量、白砂糖添加量3個因素作為響應因素，飲品感官評分為響應值，設計出三因素三水平的響應面試驗

響應面試驗因素與水平設計見表1。

表1 響應面試驗因素與水平設計

1.3.8 小米牛奶飲品的感官評價標準

結合小米牛奶自身的特點，選取5人從色澤、氣味和滋味、組織狀態(tài)3個方面進行感官評定。

感官評分標準[5]見表2。

表2 感官評分標準

2 結果與分析

2.1 小米品種的確定

色氨酸標準曲線回歸方程為Y=0.004 7X-0.059 2，R2=0.955 2。

不同品種的小米經濕制、干制處理后的色氨酸含量見表3。

表3 不同品種的小米經濕制、干制處理后的色氨酸含量

由表3可知，干制中谷2號小米的色氨酸含量相對于其余品種處理的小米色氨酸含量高，因此試驗將選用干制中谷2號小米進行后續(xù)研究。

2.2 牛奶與小米酶解液配比的確定

牛奶與小米酶解液的配比對小米牛奶感官評分的影響見圖1。

圖1 牛奶與小米酶解液的配比對小米牛奶感官評分的影響

由圖1可知，隨著牛奶與小米酶解液配比的逐步增加，感官評分出現(xiàn)峰值，當牛奶與小米酶解液的配比為5∶1時，小米牛奶的感官評分值達到最大80分，此時飲品的黏度為259 mPa·s。因此，選用牛奶與小米酶解液的配比為5∶1作為后續(xù)試驗參數。

2.3 黃原膠添加量的確定

黃原膠添加量對小米牛奶感官評分的影響見圖2。

由圖2可知，隨著黃原膠添加量的增加，小米牛奶飲品的感官評分出現(xiàn)峰值，當黃原膠添加量為0.2%時，小米牛奶的感官評分值達到最大79分，此時飲品的黏度為280 mPa·s。因此，選用黃原膠添加量為0.2%作為后續(xù)試驗參數。

2.4 單甘酯添加量的確定

圖2 黃原膠添加量對小米牛奶感官評分的影響

單甘酯添加量對小米牛奶感官評分的影響見圖3。

圖3 單甘酯添加量對小米牛奶感官評分的影響

由圖3可知，隨著單甘酯添加量的增加，小米牛奶的感官評分出現(xiàn)峰值，當單甘酯添加量為0.14%時，小米牛奶的感官評分值達到最大80分，此時飲品的黏度為535 mPa·s。因此，選用單甘酯添加量為0.14%作為后續(xù)試驗參數。

2.5 白砂糖添加量的確定

白砂糖添加量對小米牛奶感官評分的影響見圖4。

圖4 白砂糖添加量對小米牛奶感官評分的影響

由圖4可知，隨著白砂糖添加量的增加，小米牛奶的感官評分出現(xiàn)峰值。當白砂糖添加量為2.0%時，小米牛奶的感官評分值達到最大83分，此時飲品的黏度為96 mPa·s。因此，選用白砂糖添加量為2%作為后續(xù)試驗參數。

2.6 響應面優(yōu)化試驗結果

2.6.1 響應面回歸模型的建立與方差分析

根據Box-behnken設計原則，響應面試驗選擇牛奶與小米酶解液的配比（A）、黃原膠添加量（B）、白砂糖添加量（C）為響應因素，感官評分作為響應值優(yōu)化小米牛奶飲品的配方。

Box-behnken試驗設計與結果見表4。

表4 Box-behnken試驗設計與結果

采用Design-Expert 8.6.1軟件對響應面試驗結果進行回歸擬合，得到小米牛奶感官評分與牛奶與小米酶解液的配比（A）、黃原膠添加量（B）、白砂糖添加量（C）的回歸方程：

由圖5可以看出，回歸模型p<0.000 1，說明該模型的回歸效果極顯著[6]；模型的決定系數R2=0.952 1，說明利用該模型預測的數值與實際情況擬合較好；失擬項p=0.847 9>0.05，說明模型失擬不顯著，回歸方程能夠用于小米牛奶飲品感官品質的判定。

對圖5中模型系數的顯著性分析表明，一次項中A、B均達到極顯著水平（p<0.01），且B對感官品質的影響大于A；BC之間的交互作用對感官品質的影響極顯著，AB之間的交互作用對感官品質的影響顯著；二次項中A2，B2，C2的p值均小于0.01，說明這幾個因素對小米牛奶感官品質的影響不是簡單的線性關系，響應面響應值極顯著。

回歸模型方差分析見表5。

2.6.2 響應曲面圖的分析

牛奶與小米酶解液的配比和黃原膠添加量交互作用的三維響應曲面見圖5，牛奶與小米酶解液的配比和白砂糖添加量交互作用的三維響應曲面見圖6，黃原膠添加量和白砂糖添加量交互作用的三維響應曲面見圖7[6]。

由圖5～圖7可知，隨著各響應因素水平的升高，小米牛奶的感官評分先增加到一個峰值，之后出現(xiàn)下降趨勢，并且黃原膠添加量（B）對感官評分的影響大于牛奶與小米酶解液的配比（A）和白砂糖添加量（C）對感官評分的影響，與方差分析一致。響應面分析得出小米牛奶的最佳配方為：牛奶與小米酶解液的配比（A）為5.25∶1，黃原膠添加量（B）為0.2%，白砂糖添加量（C）為2%，此時感官評分最高。

表5 回歸模型方差分析

圖5 牛奶與小米酶解液的配比和黃原膠添加量交互作用的三維響應曲面

圖6 牛奶與小米酶解液的配比和白砂糖添加量交互作用的三維響應曲面

圖7 黃原膠添加量和白砂糖添加量交互作用的三維響應曲面

3 結論

利用比色法測定小米色氨酸含量，篩選試驗所用小米為干制處理的中谷2號，突出其色氨酸優(yōu)勢，通過單因素試驗和中心組合設計試驗，采用響應面分析法得出小米牛奶的最佳配方為牛奶∶小米酶解液配比為5.25∶1，黃原膠添加量為0.20%，白砂糖添加量為2.00%，單甘酯添加量為0.14%。在此優(yōu)化條件下，小米牛奶飲品的感官評分最高，小米牛奶色澤均勻、組織均一、甜度適宜，且有小米和牛奶協(xié)調香氣，并伴有淡淡木瓜味。