響應(yīng)面法優(yōu)化麥胚山楂復(fù)合固體飲料配方的研究

姜城紅，施雯怡，張喜玲，張 慧，唐詩維，蔡鑫琦，郭元新

（江蘇科技大學(xué) 糧食學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212004）

麥胚是小麥籽粒中最具營養(yǎng)活性的部位，可在酶的作用下釋放多種功能肽，如降血壓肽、降血脂肽、抗氧化肽等[1-2]，具有抗氧化、抗腫瘤、提高免疫力、調(diào)節(jié)血壓、預(yù)防心血管疾病等功能[3-4]。目前，麥胚通常被混入麩皮中當作飼料，沒有得到充分利用[5]。然而，對麥胚通過生物轉(zhuǎn)化技術(shù)[6]、超聲波處理[7-8]、酶解法[9-10]等各種方法進行肽類的富集后，可將其制成功能性產(chǎn)品，如富含γ-氨基丁酸的麥胚飲料[11]、富含γ-氨基丁酸的麥胚營養(yǎng)粉[12]、功能性小麥胚芽面包[13]、富肽小麥饅頭[14]等。

山楂中含有豐富的黃酮類、有機酸類、氨基酸、三萜類、維生素及礦質(zhì)元素等營養(yǎng)物質(zhì)，其中維C含量可達890 mg/kg FW，僅次于棗和獼猴桃。研究表明，山楂具有抗氧化、降低膽固醇、降血糖及防治動脈粥樣硬化等作用；山楂黃酮對心血管有降血脂、強心、抗氧化的作用；山楂中三萜酸也有抗腫瘤、降血脂、抗氧化等作用[15-16]。近幾年被廣泛開發(fā)為燕麥山楂餅干[17]、山楂發(fā)酵酒[18]、山楂紅棗超微粉固體飲料[19]、復(fù)合山楂黃芪飲料[20]等產(chǎn)品。

麥胚與山楂皆有降血壓、降血糖、降血脂的作用，兩者的結(jié)合在增強其保健作用的前提下還能豐富麥胚產(chǎn)品單一的口感。目前，關(guān)于麥胚固體飲料的研究較少，已有研究包括菊芋花生芽麥胚復(fù)合固體飲料[21]、綠茶麥胚代餐粉[22]等，關(guān)于麥胚山楂復(fù)合固體飲料還未見報道。試驗將麥胚與山楂復(fù)合，以微波輔助內(nèi)源蛋白酶水解的富含多肽的麥胚為原料，以模糊數(shù)學(xué)結(jié)合響應(yīng)面法優(yōu)化了麥胚山楂復(fù)合固體飲料的配方，為企業(yè)新產(chǎn)品的開發(fā)提供了新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

麥胚，丹陽市蓮湖面粉有限公司提供；超微山楂粉，李氏中藥堂提供；脫脂奶粉，新西蘭恒天然合作社有限公司提供；魔芋粉，河南萬邦實業(yè)有限公司提供；甜菊糖苷，山東福田藥業(yè)有限公司提供；赤蘚糖醇、三氯乙酸、氫氧化鈉、硫酸銅，國藥集團化學(xué)試劑有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

破壁機，九陽股份有限公司產(chǎn)品；電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；YXD-Z204型烘烤箱，廣州市三鼎金屬制品有限公司產(chǎn)品；U-T3型紫外可見分光光度計，上海屹譜儀器有限公司產(chǎn)品；60目篩，紹興英華五金儀器產(chǎn)品；天平，常州市幸運電子設(shè)備有限公司產(chǎn)品；漩渦混勻儀，上海滬析事業(yè)有限公司產(chǎn)品；高速冷凍離心機，上海土森視覺有限公司產(chǎn)品；變頻試驗微波爐，蕪湖眾維教研儀器產(chǎn)品；冰箱，海爾智家股份有限公司產(chǎn)品。

1.3 麥胚山楂復(fù)合固體飲料制作

1.3.1 工藝流程

①超微山楂粉、脫脂奶粉、魔芋粉、復(fù)配甜味劑；

②麥胚→清洗篩選→打碎磨漿→微波處理→保溫→干燥→過篩；

①+②→混勻→稱量包裝→成品。1.3.2操作要點

（1）麥胚的保存、清洗篩選。將小麥胚芽在-20℃下保存。清洗篩選的目的是去除霉粒、壞粒及雜質(zhì)灰塵。

（2）打碎磨漿。打碎磨漿時以料液比1∶7用清水使用破壁機打漿，在40℃條件下以轉(zhuǎn)速500 r/s打漿3 min。

（3）微波處理、保溫。先將麥胚在微波功率800 W的條件下處理8 s，再將其在40℃下保溫4 h，制得富含多肽的麥胚液。

（4）干燥。將麥胚液平鋪在烤盤上，厚度≤1 mm，置于烘烤箱100℃下干燥5 h。

（5）過篩。將干燥后的麥胚粉進行收集，過60目篩，以備后續(xù)調(diào)配。

（6）混勻。將過篩的麥胚粉、超微山楂粉、脫脂奶粉、魔芋粉、復(fù)配甜味劑（99.3%赤蘚糖醇+0.7%甜菊糖苷）混勻。

（7）稱量包裝。以50 g為1份進行包裝即為成品。

1.4 試驗設(shè)計與方法

1.4.1 微波處理條件的確定

（1）微波功率對麥胚中肽含量的影響。固定微波時間為10 s，其余條件不變，考查不同微波功率（0，200，400，600，800，1 000 W）對麥胚中肽含量的影響。

（2）微波時間對麥胚中肽含量的影響。固定微波功率為1.4.1（1）中所得到的最優(yōu)微波功率，其余條件不變，考查微波時間（0，2，4，6，8，10 s）對麥胚中肽含量的影響。

1.4.2 配料用量單因素試驗

（1）山楂粉用量對感官評分的影響。在麥胚粉用量為30 g，脫脂奶粉用量為6 g，復(fù)配甜味劑用量為2 g，魔芋粉用量為2 g的條件下，考查不同山楂粉用量（5.0，7.5，10.0，12.5，15.0 g）對麥胚山楂復(fù)合固體飲料感官評分的影響。

（2）魔芋粉用量對感官評分的影響。在麥胚粉用量為30 g，山楂粉用量為10 g，脫脂奶粉用量為6 g，復(fù)配甜味劑用量為2 g的條件下，考查不同魔芋粉用量（0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 g）對麥胚山楂復(fù)合固體飲料感官評分的影響。

（3）甜味劑用量對感官評分的影響。在麥胚粉用量為30 g，山楂粉用量為10 g，脫脂奶粉用量為6 g，魔芋粉用量為2 g的條件下，考查不同甜味劑添加量（0，1.0，2.0，3.0，4.0 g）對麥胚山楂復(fù)合固體飲料感官評分的影響。

1.4.3 響應(yīng)面試驗設(shè)計

在前期單因素試驗的基礎(chǔ)上，以模糊綜合評分為綜合評價指標，依據(jù)Box-behnken試驗設(shè)計原理，使用軟件Design Expert設(shè)計三因素三水平響應(yīng)面試驗，每組重復(fù)3次。將所有原料混勻后加入100 mL，80℃的飲用水攪拌均勻，待冷卻至50℃左右后，采用模糊綜合評價進行感官評定。

Box-behnken試驗設(shè)計因素水平及編碼見表1。

表1 Box-behnken試驗設(shè)計因素水平及編碼/g

1.4.4 模糊數(shù)學(xué)感官評定

（1）感官評價。將制作好的麥胚山楂固體飲料成品進行品質(zhì)評價。選擇經(jīng)過培訓(xùn)的食品專業(yè)的男女學(xué)生各5人，共計10人進行評價。對每個樣品的色澤、風(fēng)味、口感、沖調(diào)性4個指標逐一進行評價。

麥胚山楂復(fù)合固體飲料感官評價見表2[22]。

表2 麥胚山楂復(fù)合固體飲料感官評價

（2）模糊數(shù)學(xué)法綜合感官評價。①建立模糊評判矩陣，設(shè)評論語域為V=1，2，3，4，分別對應(yīng)“喜歡”“較喜歡”“一般”“差”。選擇4個最反映其質(zhì)量的評價指標：色澤、風(fēng)味、口感、沖調(diào)性，由經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的評價小組（共10人）進行評分。設(shè)評定域為U=（色澤、風(fēng)味、口感、沖調(diào)性），規(guī)定對應(yīng)的權(quán)重值為X=（0.1，0.3，0.4，0.2）。②建立綜合評判集，設(shè)模糊關(guān)系綜合評判集為B=X·R，其中X為權(quán)重集，R為模糊矩陣。③綜合評判得分計算，以Mi（i=1，2，…16，）表示模糊綜合評價結(jié)果向量bi（i=1，2，…16，）中評語為“喜歡”和“較喜歡”元素的和，即Mi=r1+r2。

由10位經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的評價員（K=10，男女各5名）對麥胚山楂復(fù)合固體飲料進行色澤、風(fēng)味、口感和沖調(diào)性的感官評定，得到評分矩陣Ri，從而得到Mi。

最終的綜合評判得分為Gi=10 Mi。

1.4.5 沖調(diào)性測定

稱取麥胚山楂復(fù)合固體飲料樣品10 g，分散倒入燒杯中，用量筒取80℃的蒸餾水100 mL倒入燒杯中，然后用玻璃棒攪拌，記錄其溶解時間。

1.4.6 肽含量測定

采用雙縮脲法[23]，具體操作如下：取2.5 mL樣品溶液，在樣品溶液中加入質(zhì)量分數(shù)為10%（W/V）的三氯乙酸水溶液2.5 mL，將其置于漩渦混合儀上混勻，靜置10 min后以轉(zhuǎn)速4 000 r/min離心15 min，將上清液全部轉(zhuǎn)移到50 mL容量瓶中，并用質(zhì)量分數(shù)為5%三氯乙酸溶液定容至刻度，搖勻。然后取6.0 mL上述溶液置于另一試管中，加入雙縮脲試劑4.0 mL（樣液∶雙縮脲試劑=3∶2，V/V），將其置于漩渦混合儀上混勻，靜置10 min，取上清液于波長540 nm處測定吸光度，對照標準曲線求得樣品溶液的多肽質(zhì)量濃度（mg/mL），進而求得樣品的肽含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波處理參數(shù)確定試驗結(jié)果分析

微波處理參數(shù)單因素試驗見圖1。

圖1 微波處理參數(shù)單因素試驗

由圖1（a）可知，隨著微波功率的增加，麥胚中的肽含量先增加后降低，當微波功率為800 W時，肽含量最高。由圖1（b）可知，固定微波功率為800 W，隨著微波處理時間的增加，麥胚中的肽含量先增加后降低，當微波處理時間為8 s時，肽含量最高。故在800 W下處理8 s為適宜的微波處理參數(shù)。

2.2 配料用量單因素試驗結(jié)果分析

2.2.1 山楂粉用量對感官評價的影響

山楂粉用量單因素試驗見圖2。

圖2 山楂粉用量單因素試驗

由圖2可知，隨著山楂粉用量的增加，感官評分逐漸下降，在山楂用量為5 g時，感官評分最高。山楂用量為15 g時，感官評分最低約為6.7分，對產(chǎn)品感官評分的影響較大。

2.2.2 魔芋粉用量對感官評價的影響

魔芋粉用量單因素試驗見圖3。

圖3 魔芋粉用量單因素試驗

由圖3可知，隨著魔芋粉用量的增加，感官評分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在魔芋粉用量為2g左右，感官評分達到最大值。

2.2.3 甜味劑添加量對感官評價的影響

甜味劑用量單因素試驗見圖4。

圖4 甜味劑用量單因素試驗

由圖4可知，隨著甜味劑用量的增加，感官評分先上升再下降，而后趨平，在甜味劑用量約為1g時感官評分達到最高。

2.3 響應(yīng)面試驗結(jié)果

以試驗號1為例，依據(jù)由10位經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的評價員（K=10，男女各5名）對麥胚山楂復(fù)合固體飲料進行色澤、風(fēng)味、口感和沖調(diào)性的感官評定。

試驗號1模糊綜合評分見表3。

表3 試驗號1模糊綜合評分

G1=10M1=7.5，即最終的模糊綜合評分為7.5分。

Box-behnken試驗設(shè)計及結(jié)果見表4。

表4 Box-behnken試驗設(shè)計及結(jié)果

用Design Expert 8.0軟件對表4中的數(shù)據(jù)進行分析，得出3個影響因素與麥胚山楂復(fù)合固體飲料模糊綜合評分之間的二次回歸方程：回歸模型方差分析見表5。

表5 回歸模型方差分析

由表5可知，回歸模型的F=36.16，p＜0.000 1，模型極其顯著，決定系數(shù)R2=0.978 9，此模型可解釋97.89%的變異，R2越接近1，則模型的預(yù)測性越高。失擬項不顯著，表明預(yù)測值與實際值擬合性好。利用Design Expert 8.0軟件對表5的數(shù)據(jù)進行二次多元回歸擬合，得到的二次回歸方程的響應(yīng)面及其等高線圖。

AB因素響應(yīng)面及等高線見圖5，AC因素響應(yīng)面及等高線見圖6，BC因素響應(yīng)面及等高線見圖7。

圖5 AB因素響應(yīng)面及等高線

圖6 AC因素響應(yīng)面及等高線

圖7 BC因素響應(yīng)面及等高線

配方比例之間的交互作用對模糊綜合評分影響的3D效應(yīng)圖均為曲面，說明了各因素之間具有一定交互作用，魔芋粉和甜味劑添加量對試驗結(jié)果具有顯著影響。

由圖6可知，隨著山楂粉和甜味劑用量的增加，模糊綜合評分逐漸升高，到達因素中心值以后，評分隨山楂粉、甜味劑用量的增加反而減小，其中山楂粉用量升高對模糊綜合評分下降的影響更大，等高線為橢圓形，兩者交互作用較為明顯。由圖5和圖7可知，隨著甜味劑和魔芋粉用量、山楂粉和魔芋粉用量的增加，模糊綜合評分均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，但變化趨勢較小。

根據(jù)響應(yīng)面試驗結(jié)果，運用試驗?zāi)Ｐ偷玫禁溑呱介珡?fù)合固體飲料中原料的用量為山楂粉4.85 g，魔芋粉1.62 g，甜味劑2.30 g，在此條件下，模糊綜合評分高達8.914 56分。

為考查模型的準確性和可靠性，隨機選擇最佳試驗組合和任一試驗組合進行驗證試驗。在優(yōu)化的試驗條件下，模糊綜合評分最高，達到8.9分，這與預(yù)測值8.914 56分接近，任意組合試驗顯示了同樣的預(yù)測性，說明響應(yīng)面模型優(yōu)化試驗結(jié)果可靠性強。

試驗結(jié)果的驗證見表6。

表6 試驗結(jié)果的驗證

2.4 產(chǎn)品測試

稱取配方優(yōu)化后的麥胚山楂復(fù)合固體飲料樣品10 g，分散倒入燒杯中，用量筒取80℃的蒸餾水100 mL倒入燒杯中，然后用玻璃棒攪拌，得到其溶解時間為90 s，故該樣品的溶解性為90 s。利用雙縮脲法測得配方優(yōu)化后的麥胚山楂復(fù)合固體飲料樣品中的肽含量約為96.39 mg/g。

3 結(jié)論

采用模糊數(shù)學(xué)結(jié)合響應(yīng)面的方法，對麥胚山楂復(fù)合固體飲料的配方進行優(yōu)化。研究表明，麥胚的微波處理的適宜條件為在800 W下處理8 s，最佳配方的用量為麥胚粉30 g，山楂粉4.85 g，脫脂奶粉6 g，魔芋粉1.62 g，甜味劑2.30 g。在此配方下制得的麥胚山楂復(fù)合固體飲料感官良好，沖調(diào)性為90 s，多肽含量約為96.39 mg/g。模糊綜合評判可以最大程度地減少感官評價的主觀性，提高產(chǎn)品的感官評價效果。該方法和響應(yīng)面試驗結(jié)合，可以擬合出各因素與感官評價值直接的回歸方程，且模型顯著，擬合度好。