基于添加桑葉粉固體飲料輔料配方的優(yōu)化研究*

王躍強(qiáng)，閔照永

（1.鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鶴壁 458030；2.鶴壁市綠色食品精深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鶴壁 458030)

桑葉作為?？粕兕?lèi)的植物葉片，藥食同源在中國(guó)及東南亞地區(qū)被廣泛的應(yīng)用于治療頭暈頭痛、發(fā)熱炎癥、高血糖等疾病[1]。其成分中富含的蛋白質(zhì)、黃酮、多糖及功能性營(yíng)養(yǎng)因子的特殊功效不斷被發(fā)掘，在食品制作中愈發(fā)受到重視[2-3]。相關(guān)研究表明桑葉主要生物活性功能集中體現(xiàn)在降血糖、抗氧化、降血脂、免疫調(diào)節(jié)等方面，一系列的研究也證實(shí)桑葉中的某些成分對(duì)人體機(jī)能的正向改善作用。Andallu B等研究發(fā)現(xiàn)在糖尿病小鼠膳食中添加一定量桑葉粉喂食60 d后，其餐后血糖顯著降低，楊響亮等[4-5]也證實(shí)了這一觀點(diǎn)。在體外實(shí)驗(yàn)中，桑葉中的多酚、多糖等活性物質(zhì)均被證實(shí)具有不同程度的清除活性自由基的作用，國(guó)外學(xué)者研究認(rèn)為桑葉中的某些成分可顯著抑制紅細(xì)胞膜上的脂質(zhì)過(guò)氧化和過(guò)氧化氫類(lèi)化合物的形成，抑制低密度脂蛋白在銅離子作用下的氧化反應(yīng)以及可顯著增強(qiáng)糖尿病小鼠體內(nèi)過(guò)氧化酶的活性并減輕肝臟脂質(zhì)過(guò)氧化[6-8]。除此之外，桑葉中的特殊功能性成分，在降血脂及免疫調(diào)節(jié)作用方面也持續(xù)被關(guān)注。有研究表明，灌胃桑葉提取物可顯著地降低高脂飲食小鼠血清中總膽固醇、總甘油三酯及高密度度脂蛋白含量，有學(xué)者通過(guò)對(duì)桑葉多糖進(jìn)行分離提純，發(fā)現(xiàn)其能顯著地提高小鼠內(nèi)白細(xì)胞介素2、干擾素α及免疫球蛋白A表達(dá)量[9-10]。鑒于上述桑葉中營(yíng)養(yǎng)成分豐富，且功能性因子對(duì)機(jī)體改善作用強(qiáng)的事實(shí)，其在食品行業(yè)中的應(yīng)用也愈發(fā)廣泛。但是限于桑葉的內(nèi)在屬性，其常見(jiàn)的使用方式局限于兩種，一是制成桑葉茶直接飲用，二是將其經(jīng)過(guò)工藝手段處理后變成粉劑添加到面點(diǎn)或者糕點(diǎn)中，這些食品無(wú)論其適口性、便捷性都存在一定的局限性。如何以桑葉（粉）為原料開(kāi)發(fā)一款方便、營(yíng)養(yǎng)豐富的食品是解決其應(yīng)用市場(chǎng)推廣的瓶頸所在。

近年來(lái)，固體飲料作為食品大類(lèi)別表現(xiàn)出強(qiáng)勁的市場(chǎng)潛力，因其易沖泡、風(fēng)味獨(dú)特、攜帶方便，儲(chǔ)存期長(zhǎng)等特點(diǎn)備受消費(fèi)者青睞[11]。一般的固體飲料主配料大多數(shù)選用藥食同源的原材料，但是基于桑葉粉制作固體飲料的研究在國(guó)內(nèi)外鮮有報(bào)道，本研究主要探討以桑葉粉為主原料復(fù)配其他類(lèi)別果蔬粉研制開(kāi)發(fā)一款新型固體飲料，以期為桑葉粉在食品中的應(yīng)用提供一定理論參考。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

桑葉粉，市售，經(jīng)超微粉碎過(guò)100目篩備用；果蔬粉，江蘇津杰食品有限公司；麥芽糊精，西王糖業(yè)有限公司；藕粉，云南黃泥糖業(yè)科技開(kāi)放有限責(zé)任公司；植脂末，廣州可卡食品有限公司；蘋(píng)果酸、檸檬酸，河南千志商貿(mào)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

JA1003D電子天平（萬(wàn)分之一），上海衡際科學(xué)儀器有限公司；SX7001D電子秤（百分之一），廣東順德拓普域電子有限公司；K9860全自動(dòng)凱氏定氮儀，濟(jì)南海能儀器股份有限公司；NAI-ZFCDY-6Z索氏抽提器，上海那艾精密儀器有限公司；TGL20M臺(tái)式高速離心機(jī)，長(zhǎng)沙湘智離心機(jī)儀器有限公司；DHG-9146A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海驚宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；馬弗爐，滄州路達(dá)建筑儀器制造有限公司；SGD-Ⅳ自動(dòng)還原糖測(cè)定儀，山東農(nóng)科院研究所；V型混拌器、干燥器、燒杯（100 mL）若干。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1桑葉粉基本營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定

蛋白質(zhì)含量測(cè)定，參照GB 5009.5—2016；脂肪測(cè)定，參照GB 5009.6—2016；還原糖的測(cè)定，參照GB 5009.7—2016；水分含量測(cè)定，參照GB 5009.3—2016。

1.3.2桑葉粉固體飲料的制作工藝[12]

原料除雜→原輔料預(yù)混→均一化→定量包裝。

1.3.3單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

固定桑葉粉的重量為10g，蔗糖重量為3 g，果蔬粉的重量為2 g；以桑葉粉質(zhì)量為計(jì)量基準(zhǔn)，變換麥芽糊精、藕粉、植脂末以及蘋(píng)果酸的添加量進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)考察桑葉粉固體飲料的風(fēng)味感官、凝沉性等指標(biāo)因素，以確定相應(yīng)輔料添加量的最優(yōu)解。

1.3.4桑葉粉固體飲料穩(wěn)定性的測(cè)定[13]

參照印伯星等采取的方法，分別取等量的桑葉粉固體飲料，沖水靜置待均勻溶解后，置于離心機(jī)中，轉(zhuǎn)速設(shè)置為4 500 r/min，離心時(shí)間為20 min，然后倒掉上清液，倒置30 min后，測(cè)定離心沉淀率SR。SR值越大，表示體系的穩(wěn)定性越差。

式中：m1為樣品離心后沉淀物的質(zhì)量，g；m2為樣品離心前溶液的質(zhì)量，g。

1.3.5響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定麥芽糊精、藕粉、植脂末、蘋(píng)果酸等輔料用量的范圍和數(shù)值，利用Design Expert設(shè)計(jì)4因素3水平的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，探究輔料添加量對(duì)桑葉粉固體飲料的感官影響。響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

1.3.6桑葉粉固體飲料感官評(píng)價(jià)

依據(jù)固體飲料GB/T 29602—2013《固體飲料》中的方法，成立產(chǎn)品評(píng)議小組，評(píng)議小組由10名身體機(jī)能正常的專(zhuān)業(yè)人員組成，通過(guò)對(duì)沖泡后飲料的色澤、氣味、滋味及組織狀態(tài)等指標(biāo)做出一系列的感官評(píng)定，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表2。對(duì)評(píng)委給出的評(píng)分取算數(shù)平均數(shù)，出現(xiàn)小數(shù)時(shí)（最多保留一位小數(shù)），采取四舍六入五留雙的原則進(jìn)行小數(shù)保留[14]。

表2 桑葉粉固體飲料的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 桑葉粉理化指標(biāo)結(jié)果測(cè)定

表3 桑葉粉營(yíng)養(yǎng)成分含量表 %

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1麥芽糊精添加量對(duì)桑葉粉固體飲料感官評(píng)分的影響

由圖1可以看出隨著麥芽糊精用量的增加，桑葉粉固體飲料的感官評(píng)分呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，當(dāng)添加量在30%時(shí)，綜合感官評(píng)分為87分。當(dāng)添加量在30%以下時(shí)，麥芽糊精對(duì)于固體飲料的風(fēng)味改善是起正向作用的，有利于產(chǎn)品口感豐富和層次的形成及顆粒在飲料中的存在狀態(tài)[15]。當(dāng)添加量超過(guò)30%以后，麥芽糊精含量過(guò)高，致使沖泡形成的飲料整體粘性變大，破壞顆粒的成型度，且麥芽糊精有一定的甜度，過(guò)量添加麥芽糊精后會(huì)使飲料整體口感偏甜，整體感官品質(zhì)下降，因此麥芽糊精的添加量維持在20%～30%（以桑葉粉質(zhì)量計(jì)）為宜。

2.2.2藕粉添加量對(duì)桑葉粉固體飲料感官評(píng)分影響

固體飲料評(píng)價(jià)體系中，其狀態(tài)穩(wěn)定性是一非常關(guān)鍵的指標(biāo)。若穩(wěn)定劑使用不好或者不科學(xué)，在固體飲料沖泡后，極易發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象繼而造成大量沉淀的生成。由于桑葉粉及果蔬粉中含有大量的粗纖維物質(zhì)，即使經(jīng)過(guò)超微粉碎工藝處理，若不增加溶液的粘度，這些難溶或者不溶于水的物質(zhì)很難在體系中懸浮達(dá)到均一狀態(tài)，致使沖泡后的固體飲料發(fā)生沉淀分層現(xiàn)象，所以考慮到桑葉粉及果蔬粉所占比例及顆粒大小，若想形成均一穩(wěn)定體系，必須考慮在復(fù)合體系中加入適當(dāng)增稠劑改善其沖泡效果[11,16]。藕粉作為天然增稠劑，由于其支鏈淀粉及多糖類(lèi)物質(zhì)含量豐富，在經(jīng)熱水浸燙后，會(huì)發(fā)生糊化現(xiàn)象，繼而能增加溶液的粘度，在豐富固體飲料口感的同時(shí)，也能增加復(fù)合體系的穩(wěn)定性和均一性，是比較理想的一種天然輔料。

由圖2可以看出，隨著藕粉添加量的增大，飲料感官評(píng)分呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，飲料的凝沉率整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是：隨著藕粉添加量的增大，溶液中單位體積內(nèi)增稠劑粒子數(shù)的增加，促使溶液的黏性增強(qiáng)，粒子間的結(jié)合更緊密，形成相對(duì)穩(wěn)定的膠體復(fù)合體系。且膠體粒子間的力主要是靠范德華力和帶電相同的粒子間產(chǎn)生的靜電斥力，在一定濃度范圍內(nèi)，分散在體系中介質(zhì)的位能大于引力位能絕對(duì)值時(shí)，溶液便趨于穩(wěn)定。反之，將產(chǎn)生粒子凝聚、沉淀等現(xiàn)象[13]。由圖2可以看出，伴隨藕粉添加量的增大，由于藕粉固有屬性可以在一定程度上增加固體飲料的風(fēng)味及降低固體飲料的凝沉率，但當(dāng)過(guò)量添加時(shí)，由于藕粉中支鏈淀粉含量過(guò)高，使沖泡出的飲料過(guò)于黏稠，且降低產(chǎn)品整體的適口性，固綜合考量藕粉的添加量應(yīng)維持在15%～25%之間（以桑葉粉質(zhì)量計(jì)）。

圖2 藕粉添加量對(duì)桑葉粉固體飲料感官評(píng)分及凝沉性影響

2.2.3植脂末添加量對(duì)桑葉粉固體飲料感官評(píng)分的影響

由圖3可以看出隨著植脂末的添加量的增加，桑葉粉固體飲料的感官評(píng)分呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)。植脂末作為一種人工合成的調(diào)味劑，因其獨(dú)特的香味可賦予固體飲料特有濃郁的香氣，繼而改善固體飲料的風(fēng)味，但是當(dāng)過(guò)量添加時(shí)，致使飲料香味過(guò)分濃郁，出現(xiàn)香氣不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象，增加異味感。從圖4風(fēng)味輪圖中可以看出，添加植脂末后，對(duì)于固體飲料的色澤、組織狀態(tài)影響不顯著，而對(duì)其香氣、滋味兩個(gè)分指標(biāo)影響較大，當(dāng)添加至15%～20%（以桑葉粉質(zhì)量計(jì)）時(shí)，感官評(píng)分能達(dá)到85分左右。綜合考量植脂末的添加量為15%～20%（以桑葉粉質(zhì)量計(jì)）。

圖3 植脂末添加量對(duì)桑葉粉固體飲料的影響

圖4 植脂末添加量對(duì)風(fēng)味輪的影響

2.2.4蘋(píng)果酸添加量對(duì)桑葉粉固體飲料感官評(píng)分的影響

蘋(píng)果酸作為酸味劑，具有獨(dú)特天然果香味風(fēng)味，與天然果實(shí)的酸味特征相似，與檸檬酸相比，產(chǎn)生的熱量更低，口味更佳[17-18]。由圖5可以看出隨著蘋(píng)果酸的添加量的增加，桑葉粉固體飲料的感官評(píng)分呈先增后減的趨勢(shì)。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是，在一定范圍內(nèi)，添加蘋(píng)果酸可以增加飲料的酸度，賦予其獨(dú)特的口感和風(fēng)味，但當(dāng)過(guò)量添加蘋(píng)果酸后，飲料的酸味突出，造成整體口感違和，且由于H+的存在，對(duì)其穩(wěn)定性也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，特別是當(dāng)飲料的pH與飲料中存在的蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)接近時(shí)，易使蛋白質(zhì)出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，繼而使蛋白質(zhì)凝結(jié)成團(tuán)狀，發(fā)生絮凝，生成沉淀[19]，也會(huì)對(duì)其組織狀態(tài)造成破壞，因此蘋(píng)果酸的添加量應(yīng)為1%～2%（以桑葉粉質(zhì)量計(jì)）之間，桑葉粉固體飲料感官評(píng)分能達(dá)到87分左右。

圖5 蘋(píng)果酸添加量對(duì)桑葉粉固體飲料感官評(píng)分的影響

2.3 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析

根據(jù)表1的響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的因素水平，并通過(guò)Box-Behnken模型進(jìn)行4因素3水平輔料添加量的試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4，以感官評(píng)分作為響應(yīng)值建立多元回歸模型，其回歸方程為：Y=89.12+0.62×A+2×B-0.96×C-0.74×D-1.22×A×B-1×A×C-2.73×A×D-1.03×B×C+2.05×B×D+4.25×C×D-4.63×A2-6.26×B2-6.47×C2-5.74×D2（其中A代表麥芽糊精添加量、B代表藕粉添加量、C代表植脂末的添加量、D代表蘋(píng)果酸的添加量）；由表5可知，對(duì)回歸方程結(jié)果進(jìn)行方差分析發(fā)現(xiàn)F值為71.49且p＜0.0 001，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)所選取的模型極顯著，且失擬項(xiàng)F值為2.71，p值為0.1 764＞0.05，說(shuō)明模型與純誤差之間的關(guān)聯(lián)不顯著，則表明該模型是有較高的可靠性的。且決定系數(shù)、校正系數(shù)、預(yù)測(cè)系數(shù)分別為0.9862、0.9724、0.928，說(shuō)明97%以上的實(shí)驗(yàn)符合此模型，并且此模型與真實(shí)數(shù)據(jù)擬合程度良好，具有較好的實(shí)踐指導(dǎo)意義。因此可以用此模型分析和預(yù)測(cè)桑葉粉固體飲料配方優(yōu)化的條件。且根據(jù)表中各個(gè)因素的F值及對(duì)應(yīng)的p值可判定四個(gè)因素對(duì)桑葉粉固體飲料的感官評(píng)分影響都是顯著的，影響順序大小為B（藕粉添加量）＞C（植脂末添加量）＞D（蘋(píng)果酸添加量）＞A（麥芽糊精添加量）。由圖6～圖11并結(jié)合表5可以看出，兩兩交互因素之間對(duì)于桑葉粉感官評(píng)分的影響是顯著的，尤其是麥芽糊精添加量與蘋(píng)果酸添加量交互作用、藕粉添加量與蘋(píng)果酸添加量交互作用、植脂末添加量與蘋(píng)果酸添加量交互作用是極顯著的（p＜0.01），也啟示筆者在做配方設(shè)計(jì)時(shí)，尤其要處理好蘋(píng)果酸的添加量與其它輔料添加量的關(guān)系，方能取得優(yōu)良產(chǎn)品配方。

圖6 麥芽糊精與藕粉對(duì)桑葉粉固體飲料交互作用影響

圖11 植脂末與蘋(píng)果酸對(duì)桑葉粉固體飲料交互作用影響

表4 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

表5 擬合回歸方程方差結(jié)果分析（p＜0.05）

2.4 優(yōu)化配方后的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

在優(yōu)化配方后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

通過(guò)響應(yīng)面分析得到感官評(píng)價(jià)達(dá)到最高值時(shí)，輔料最佳配比為麥芽糊精的添加量為25.2%、藕粉的添加量為20.5%、植脂末的添加量為21.5%、蘋(píng)果酸的添加量為1.52%（均以桑葉粉質(zhì)量計(jì)），模型預(yù)測(cè)感官評(píng)分為88.7分。通過(guò)以上條件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行3次重復(fù)，驗(yàn)證響應(yīng)面模型的預(yù)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)所生成的桑葉粉固體飲料口感適合、風(fēng)味突出、組織狀態(tài)良好，經(jīng)品評(píng)得出的感官評(píng)價(jià)分值為90.3分，接近模型預(yù)測(cè)值。

圖7 麥芽糊精與植脂末對(duì)桑葉粉固體飲料交互作用影響

圖8 麥芽糊精與蘋(píng)果酸對(duì)桑葉粉固體飲料交互作用影響

圖9 植脂末與藕粉對(duì)桑葉粉固體飲料交互作用影響

圖10 藕粉與蘋(píng)果酸對(duì)桑葉粉固體飲料交互作用影響

3 結(jié)論

固定桑葉粉添加量為10 g、蔗糖添加量為3 g、果蔬米添加量2 g情況下，通過(guò)單因素和響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)合優(yōu)化輔料配方，結(jié)果表明：隨著麥芽糊精添加量、藕粉添加量、植脂末添加量、蘋(píng)果酸添加量的增大，桑葉粉固體飲料感官評(píng)分均呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，且在凝沉性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，隨著藕粉添加量的增大，桑葉粉固體飲料的凝沉率整體呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。在植脂末添加量增加的情況下從固體飲料感官風(fēng)味輪圖中可以看出，藕粉添加量對(duì)固體飲料的組織狀態(tài)、香氣的影響是顯著的。通過(guò)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化配方結(jié)果顯示：響應(yīng)面分析得到感官評(píng)價(jià)達(dá)到最高值時(shí)，輔料最佳配比為麥芽糊精的添加量為25.2%、藕粉的添加量為20.5%、植脂末的添加量為21.5%、蘋(píng)果酸的添加量為1.52%（均以桑葉粉質(zhì)量計(jì)），模型預(yù)測(cè)感官評(píng)分為88.7分。通過(guò)以上條件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行3次重復(fù)，驗(yàn)證響應(yīng)面模型的預(yù)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)所生成桑葉粉固體飲料口感適合、風(fēng)味突出、組織狀態(tài)良好，經(jīng)品評(píng)得出感官評(píng)價(jià)分值為90.3分，接近模型預(yù)測(cè)值。