基于響應(yīng)面設(shè)計(jì)的藜麥紅棗復(fù)合蛋白飲料工藝配方優(yōu)化

劉哲，葉英, *，梁欣悅，張瑞，劉薈萃

1. 青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院（西寧 810016）；2. 青海省青藏高原農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（西寧 810016）

藜麥（Chenopodium quinoaWilld.）為藜科植物，原產(chǎn)于南美洲，早在5 000多年以前便被印第安人作為傳統(tǒng)主食[1]。因未對(duì)其進(jìn)行遺傳改良，故屬天然農(nóng)作物種，能夠很好地抵御極寒、鹽堿、干旱地等惡劣環(huán)境，特別適合在青藏高原等高海拔地區(qū)種植。近年來(lái)，隨著科研工作者對(duì)藜麥的深入研究，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越來(lái)越被人們認(rèn)可推崇，聯(lián)合國(guó)國(guó)際糧農(nóng)組織（FAO）認(rèn)定其為極佳的“全營(yíng)養(yǎng)食品”[2]。研究表明，藜麥中含有多種有益成分如蛋白質(zhì)，平均可達(dá)到16%左右，其中所含必需氨基酸相對(duì)于一般谷物要更加合理[3]，特別是賴氨酸含量，可以有效補(bǔ)充人體缺少的植物蛋白，促進(jìn)機(jī)體對(duì)鈣的吸收，提高人體免疫力[4]。除此之外，藜麥中還含有豐富的膳食纖維、維生素以及多種礦物元素，同時(shí)它的多不飽和脂肪酸含量與人體所需比值較為接近[5]，能夠很好地抑制膽固醇的增加，有效減緩肥胖癥、心血管疾病的發(fā)生，具有良好的預(yù)防功效[6]。

如今，受全球經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)的影響，我國(guó)藜麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展也有了較快提升。部分企業(yè)開(kāi)發(fā)出了藜麥面包、藜麥燕片、藜麥米等保健食品[7]，但在眾多的藜麥產(chǎn)品中，飲料制品相對(duì)較少，且經(jīng)過(guò)離心等預(yù)處理后造成藜麥中營(yíng)養(yǎng)成分的一定損失?，F(xiàn)階段，針對(duì)藜麥的加工過(guò)程，鮮有烘烤熟化工藝的報(bào)道。此次研究采用青海地區(qū)種植藜麥為原料，采用響應(yīng)面試驗(yàn)方法，探索藜麥與紅棗、復(fù)原乳等輔料的最佳調(diào)配比例，制備藜麥紅棗復(fù)合蛋白飲料。該飲品不僅可以最大程度地保留藜麥的營(yíng)養(yǎng)成分，有效去除藜麥的苦澀感，還能完美融合藜麥的清香、紅棗的甜香以及復(fù)原乳的乳香，既能滿足人們營(yíng)養(yǎng)均衡的飲食需求，又可豐富藜麥的產(chǎn)品品種，為青海地區(qū)藜麥新產(chǎn)品的研發(fā)提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藜麥，青海巴顏喀拉生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司；干紅棗、脫脂奶粉、綿白糖，食品級(jí)，市售；CMC-Na，合肥格恩科技公司；氫氧化鈉、對(duì)硝基苯酚，上海國(guó)藥公司；硫酸，廈門海標(biāo)科技有限公司；以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

PHS-25 pH計(jì)，上海越平有限公司；UV-2600紫外分光光度計(jì)，日本島津有限公司；WY050T手持折光儀，陸恒生物公司；STSXT索氏抽提器，北京東方開(kāi)物科學(xué)器材公司；JH200折光儀，上海佳航儀器有限公司。

1.3 藜麥紅棗復(fù)合蛋白飲料制備工藝流程

①藜麥→除雜→熱水浸泡→揉搓→烘烤→粉碎→加水糊化→過(guò)濾→藜麥漿

②紅棗→清洗→去核→磨漿→紅棗汁

③脫脂奶粉→溶解→復(fù)原乳

①+②+③+羧甲基纖維素鈉+綿白糖→調(diào)配→均質(zhì)→灌裝→殺菌→冷卻→檢驗(yàn)→成品

1.4 藜麥漿制備的主要操作要點(diǎn)

因藜麥種皮中含有易溶于熱水且?guī)в锌酀兜脑碥粘煞?，故?0~50 ℃熱水浸泡10 min，用手揉搓3~5遍，隨后將清洗干凈的藜麥于150 ℃烘烤1 h后改用120 ℃烘烤1 h，期間每10 min翻動(dòng)1次，待藜麥散發(fā)出麥香味后粉碎備用。用冷卻至40 ℃左右的熱水將粉碎后的藜麥粉和水按1∶13（g/mL）的比例混合，待保持糊化30 min后，用0.097 mm孔徑的紗布過(guò)濾，制得藜麥漿。

1.5 藜麥紅棗復(fù)合蛋白飲料工藝配方研究

1.5.1 單因素試驗(yàn)對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響

以感官評(píng)分作為指標(biāo)，考察藜麥漿添加量（35%，40%，45%，50%和55%）、紅棗汁添加量（10%，15%，20%，25%和30%）、復(fù)原乳添加量（5%、10%、15%、20%和25%）和綿白糖添加量（1.0%，1.5%，2.0%，2.5%和3%）4個(gè)因素的影響。

1.5.2 響應(yīng)面分析法優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以藜麥漿添加量（A）、紅棗汁添加量（B）、復(fù)原乳添加量（C）、綿白糖添加量（D）4個(gè)因素為自變量，響應(yīng)值用感官評(píng)分表示，進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定藜麥紅棗復(fù)合蛋白飲料的最佳工藝條件[8]。

1.6 產(chǎn)品檢驗(yàn)

1.6.1 藜麥紅棗復(fù)合蛋白飲料的感官評(píng)定

選擇11名專業(yè)的飲料評(píng)定人員，從色澤、氣味、穩(wěn)定性、口感對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行綜合感官評(píng)定（表1），劃去最高分和最低分后取平均值，即為該飲料的綜合得分[9]。

表1 藜麥紅棗復(fù)合蛋白飲料感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

1.6.2 穩(wěn)定性研究

以羧甲基纖維素鈉為穩(wěn)定劑，添加量為0.02%，0.04%，0.06%，0.08%和0.1%，離心沉淀（10 000 r/min，30 min），以沉淀率為指標(biāo)評(píng)價(jià)產(chǎn)品的穩(wěn)定性，沉淀率越高，說(shuō)明穩(wěn)定性越差；沉淀率越低，說(shuō)明穩(wěn)定性越好[10]。沉淀率按式（1）計(jì)算。

式中：m為底部沉淀質(zhì)量，g；M為樣品質(zhì)量，g。

1.6.3 指標(biāo)檢測(cè)

理化指標(biāo)[10-11]：采用凱氏定氮法測(cè)定蛋白質(zhì)含量；采用索氏抽提法測(cè)定脂肪含量；使用手持折光儀測(cè)定糖度；采用折光計(jì)法測(cè)定可溶性固形物含量；pH采用pH計(jì)直接測(cè)定。

微生物指標(biāo)[10]：參考GB 4789.39—2013 測(cè)定菌落總數(shù)和大腸桿菌。

1.7 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 6.0軟件對(duì)單因素?cái)?shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行處理；采用Design-Expert. V8.0.6軟件對(duì)響應(yīng)面進(jìn)行模型構(gòu)建。

2 結(jié)果與分析

2.1 藜麥漿添加量的確定

由圖1可知，隨著藜麥漿添加量的增加，感官評(píng)分先上升后下降。這是由于隨著藜麥漿添加量的不斷提高，藜麥中特有的谷物清香逐漸濃郁，當(dāng)添加量為45%時(shí)，藜麥紅棗飲料呈現(xiàn)均勻的淺咖色，其中藜麥風(fēng)味與紅棗風(fēng)味相得益彰，口感醇厚，感官評(píng)分最高；但之后當(dāng)藜麥漿繼續(xù)添加時(shí)，產(chǎn)品黏稠度較高，口感粗糙，品質(zhì)下降。故藜麥漿添加量選擇45%為宜。

圖1 藜麥漿添加量對(duì)感官評(píng)分的影響

2.2 紅棗汁添加量的確定

從圖2可知，當(dāng)添加量小于20%時(shí)，藜麥紅棗復(fù)合蛋白飲料感官評(píng)分呈上升趨勢(shì)，此時(shí)產(chǎn)品顏色較淺，口感寡淡；當(dāng)添加量大于20%時(shí)，感官評(píng)分下降。當(dāng)添加量為20%時(shí)，產(chǎn)品色澤均勻，棗香與藜麥的清香味協(xié)調(diào)，品質(zhì)最好。故紅棗汁添加量選擇20%為宜。

圖2 紅棗汁添加量對(duì)感官評(píng)分的影響

2.3 復(fù)原乳添加量的確定

由圖3可知，隨著復(fù)原乳添加量的變化，產(chǎn)品的感官評(píng)分也不同。當(dāng)添加量為15%時(shí)，復(fù)合蛋白飲料色澤均一，香氣均衡，評(píng)分最高。但添加過(guò)量，復(fù)合蛋白飲料奶香味加重，顏色呈現(xiàn)出深褐色到乳白色的轉(zhuǎn)變，完全掩蓋了藜麥以及紅棗本身的味道及色澤，從而影響飲料的風(fēng)味。故復(fù)原乳添加量選擇15%為宜。

圖3 復(fù)原乳添加量對(duì)感官評(píng)分的影響

2.4 綿白糖添加量的確定

由圖4可知，藜麥紅棗復(fù)合蛋白飲料的感官評(píng)分隨著綿白糖的添加量呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，當(dāng)綿白糖添加量為2%時(shí)，感官評(píng)分最高，產(chǎn)品口感最佳。故綿白糖添加量選擇2%為宜。

圖4 綿白糖添加量對(duì)感官評(píng)分影響

2.5 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析

通過(guò)單因素試驗(yàn)，確定藜麥紅棗復(fù)合蛋白飲料的響應(yīng)面因素水平及試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)表2和表3。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素及水平 單位：%

表3 Box-Behnken試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)Design-Expert. V8.0.6軟件分析，得到藜麥漿添加量、紅棗汁添加量、復(fù)原乳添加量、綿白糖添加量4個(gè)因素對(duì)藜麥紅棗復(fù)合蛋白飲料感官評(píng)分影響的二次回歸方程：Y=85.56-2.27A-0.23B-1.35C-0.48D-0.27AB+1.50AC+1.12AD+1.25BC+0.40BD-0.30CD-2.78A2-2.57B2-2.42C2-2.36D2。

從表4可知，該模型極顯著（p＜0.001），Radj2=0.992 4，R2=0.981 5，p=0.370 7＞0.05，失擬項(xiàng)不顯著。說(shuō)明該二次方程模型擬合度好，誤差小，能準(zhǔn)確表示藜麥漿添加量、紅棗汁添加量、復(fù)原乳添加量和綿白糖添加量4個(gè)因素對(duì)藜麥紅棗復(fù)合蛋白飲料感官評(píng)分的影響，可以利用此模型對(duì)其工藝配方進(jìn)行優(yōu)化。比較各項(xiàng)F值可知各因素對(duì)響應(yīng)值的影響大小為A（藜麥漿添加量）＞C（復(fù)原乳添加量）＞D（綿白糖添加量）＞B（紅棗汁添加量）。

表4 響應(yīng)面回歸模型方差分析表

2.6 交互作用分析

以其中2個(gè)因素不變對(duì)模型進(jìn)行分析，考察各因素間的交互作用對(duì)感官評(píng)分的影響（圖5）。二維圖能直觀反映各因素的交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響[12]，橢圓形反映因素交互作用顯著，圓形則反映因素交互作用不顯著[13]。由圖5可知，兩兩因素的三維圖較陡，等高線圖均呈橢圓形，說(shuō)明兩兩因素之間的交互作用均顯著。響應(yīng)面圖判定各因素對(duì)感官評(píng)分的影響大小，越陡峭影響越大，越平緩影響越小[14]，故A對(duì)飲料感官品質(zhì)的影響比B、C、D的影響大，C對(duì)飲料感官品質(zhì)的影響比D的影響大，這與方差分析的結(jié)果是一致的。經(jīng)軟件Design-Expert. V8.0.6優(yōu)化，得到藜麥紅棗復(fù)合蛋白飲料的最佳工藝配方：藜麥漿添加量45%、紅棗汁添加量20%、復(fù)原乳添加量15%、綿白糖添加量2.0%。根據(jù)模型預(yù)測(cè)得到的理論最大感官評(píng)分為85.75分。

圖5 各因素交互作用對(duì)飲料的等高線及響應(yīng)面圖

2.7 產(chǎn)品穩(wěn)定性研究結(jié)果

隨著貯藏天數(shù)的不斷延長(zhǎng)，產(chǎn)品穩(wěn)定性成為決定蛋白復(fù)合飲料的關(guān)鍵因素。由圖6可知，當(dāng)穩(wěn)定劑含量低于0.04%時(shí)，離心沉淀率逐漸減小，與此同時(shí)，產(chǎn)品組織狀態(tài)逐漸良好，感官評(píng)分升高；當(dāng)穩(wěn)定劑含量超過(guò)0.04%后，離心沉淀率增高，產(chǎn)品口感風(fēng)味降低。故穩(wěn)定劑羧甲基纖維素鈉的最佳添加量為0.04%。

圖6 穩(wěn)定劑添加量對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響

2.8 理化指標(biāo)及微生物指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)檢測(cè)，優(yōu)化后產(chǎn)品中蛋白質(zhì)含量為1.6%；脂肪含量為0.25%；糖度為10 °Bx；可溶性固形物含量為11.7%；pH為6.74。菌落總數(shù)為75 CFU/mL（≤100 CFU/mL），未檢出大腸桿菌，符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[15]。

3 結(jié)論

采用響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn)，對(duì)藜麥紅棗復(fù)合蛋白飲料工藝配方進(jìn)行優(yōu)化，并通過(guò)產(chǎn)品穩(wěn)定性試驗(yàn)確定藜麥紅棗復(fù)合蛋白飲料的穩(wěn)定劑最佳添加量。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，藜麥漿最佳制備條件：藜麥熱水浸泡10 min，揉搓3~5遍，于120~150 ℃烘烤2 h，制漿料水比1∶13（g/mL），糊化時(shí)間30 min；響應(yīng)面試驗(yàn)確定藜麥紅棗復(fù)合蛋白飲料最佳工藝配方：藜麥漿添加量45%，紅棗汁添加量20%，復(fù)原乳添加量15%，綿白糖添加量2.0%，穩(wěn)定劑羧甲基纖維素鈉添加量0.04%。在此條件下制得的藜麥紅棗復(fù)合蛋白飲料成品色澤呈均勻一致的淺咖色，甜味適中，口感香醇，具有天然濃郁的藜麥和紅棗復(fù)合香氣，其蛋白質(zhì)含量為1.6%，符合植物蛋白飲料蛋白質(zhì)含量相關(guān)要求。

藜麥表皮中存在含量很高的皂苷[16]，如果不加以處理，制得的產(chǎn)品往往帶有強(qiáng)烈的苦澀味，影響口感。研究發(fā)現(xiàn)，采用50 ℃左右的熱水浸泡10 min，然后揉搓清洗，重復(fù)3~5次，即可除去藜麥表面的皂苷，有效去除藜麥的澀味，大大改善產(chǎn)品口感。此外，經(jīng)對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，藜麥炒制熟化后制漿能賦予產(chǎn)品濃郁的藜麥谷物焦香氣，藜麥風(fēng)味凸顯，產(chǎn)品滋味和色澤得到極大提升，而蒸煮磨漿制得的產(chǎn)品其藜麥風(fēng)味相對(duì)寡淡。但由于炒制工藝火候不易控制，部分藜麥焦化后會(huì)使產(chǎn)品帶有焦糊味，色澤暗黃，最終研究采用鼓風(fēng)干燥箱對(duì)藜麥進(jìn)行烘烤，操作條件穩(wěn)定可控，既可以熟化藜麥，又能使產(chǎn)品具有濃郁的谷物香味，口感醇香，色澤較好，產(chǎn)品質(zhì)量效果最佳。該研究對(duì)藜麥資源的精深加工和綜合利用提供一定的理論參考。