基于響應面設計的藜麥紅棗復合蛋白飲料工藝配方優化

劉哲，葉英, *，梁欣悅，張瑞，劉薈萃

1. 青海大學農牧學院（西寧 810016）；2. 青海省青藏高原農產品加工重點實驗室（西寧 810016）

藜麥（Chenopodium quinoaWilld.）為藜科植物，原產于南美洲，早在5 000多年以前便被印第安人作為傳統主食[1]。因未對其進行遺傳改良，故屬天然農作物種，能夠很好地抵御極寒、鹽堿、干旱地等惡劣環境，特別適合在青藏高原等高海拔地區種植。近年來，隨著科研工作者對藜麥的深入研究，其營養價值越來越被人們認可推崇，聯合國國際糧農組織（FAO）認定其為極佳的“全營養食品”[2]。研究表明，藜麥中含有多種有益成分如蛋白質，平均可達到16%左右，其中所含必需氨基酸相對于一般谷物要更加合理[3]，特別是賴氨酸含量，可以有效補充人體缺少的植物蛋白，促進機體對鈣的吸收，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、心血管疾病的發生，具有良好的預防功效[6]。

如今，受全球經濟市場的影響，我國藜麥產業發展也有了較快提升。部分企業開發出了藜麥面包、藜麥燕片、藜麥米等保健食品[7]，但在眾多的藜麥產品中，飲料制品相對較少，且經過離心等預處理后造成藜麥中營養成分的一定損失。現階段，針對藜麥的加工過程，鮮有烘烤熟化工藝的報道。此次研究采用青海地區種植藜麥為原料，采用響應面試驗方法，探索藜麥與紅棗、復原乳等輔料的最佳調配比例，制備藜麥紅棗復合蛋白飲料。該飲品不僅可以最大程度地保留藜麥的營養成分，有效去除藜麥的苦澀感，還能完美融合藜麥的清香、紅棗的甜香以及復原乳的乳香，既能滿足人們營養均衡的飲食需求，又可豐富藜麥的產品品種，為青海地區藜麥新產品的研發提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藜麥，青海巴顏喀拉生態農業有限公司；干紅棗、脫脂奶粉、綿白糖，食品級，市售；CMC-Na，合肥格恩科技公司；氫氧化鈉、對硝基苯酚，上海國藥公司；硫酸，廈門海標科技有限公司；以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

PHS-25 pH計，上海越平有限公司；UV-2600紫外分光光度計，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，北京東方開物科學器材公司；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→過濾→藜麥漿

②紅棗→清洗→去核→磨漿→紅棗汁

③脫脂奶粉→溶解→復原乳

①+②+③+羧甲基纖維素鈉+綿白糖→調配→均質→灌裝→殺菌→冷卻→檢驗→成品

1.4 藜麥漿制備的主要操作要點

因藜麥種皮中含有易溶于熱水且帶有苦澀味的皂苷成分，故在40~50 ℃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1次，待藜麥散發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孔徑的紗布過濾，制得藜麥漿。

1.5 藜麥紅棗復合蛋白飲料工藝配方研究

1.5.1 單因素試驗對產品品質的影響

以感官評分作為指標，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個因素的影響。

1.5.2 響應面分析法優化試驗

根據單因素試驗結果，以藜麥漿添加量（A）、紅棗汁添加量（B）、復原乳添加量（C）、綿白糖添加量（D）4個因素為自變量，響應值用感官評分表示，進行響應面試驗設計，確定藜麥紅棗復合蛋白飲料的最佳工藝條件[8]。

1.6 產品檢驗

1.6.1 藜麥紅棗復合蛋白飲料的感官評定

選擇11名專業的飲料評定人員，從色澤、氣味、穩定性、口感對產品進行綜合感官評定（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 藜麥紅棗復合蛋白飲料感官評定標準

1.6.2 穩定性研究

以羧甲基纖維素鈉為穩定劑，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），以沉淀率為指標評價產品的穩定性，沉淀率越高，說明穩定性越差；沉淀率越低，說明穩定性越好[10]。沉淀率按式（1）計算。

式中：m為底部沉淀質量，g；M為樣品質量，g。

1.6.3 指標檢測

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

微生物指標[10]：參考GB 4789.39—2013 測定菌落總數和大腸桿菌。

1.7 數據處理

采用Origin 6.0軟件對單因素數據結果進行處理；采用Design-Expert. V8.0.6軟件對響應面進行模型構建。

2 結果與分析

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，當添加量為45%時，藜麥紅棗飲料呈現均勻的淺咖色，其中藜麥風味與紅棗風味相得益彰，口感醇厚，感官評分最高；但之后當藜麥漿繼續添加時，產品黏稠度較高，口感粗糙，品質下降。故藜麥漿添加量選擇45%為宜。

圖1 藜麥漿添加量對感官評分的影響

2.2 紅棗汁添加量的確定

從圖2可知，當添加量小于20%時，藜麥紅棗復合蛋白飲料感官評分呈上升趨勢，此時產品顏色較淺，口感寡淡；當添加量大于20%時，感官評分下降。當添加量為20%時，產品色澤均勻，棗香與藜麥的清香味協調，品質最好。故紅棗汁添加量選擇20%為宜。

圖2 紅棗汁添加量對感官評分的影響

2.3 復原乳添加量的確定

由圖3可知，隨著復原乳添加量的變化，產品的感官評分也不同。當添加量為15%時，復合蛋白飲料色澤均一，香氣均衡，評分最高。但添加過量，復合蛋白飲料奶香味加重，顏色呈現出深褐色到乳白色的轉變，完全掩蓋了藜麥以及紅棗本身的味道及色澤，從而影響飲料的風味。故復原乳添加量選擇15%為宜。

圖3 復原乳添加量對感官評分的影響

2.4 綿白糖添加量的確定

由圖4可知，藜麥紅棗復合蛋白飲料的感官評分隨著綿白糖的添加量呈現出先升高后降低的趨勢，當綿白糖添加量為2%時，感官評分最高，產品口感最佳。故綿白糖添加量選擇2%為宜。

圖4 綿白糖添加量對感官評分影響

2.5 響應面試驗結果與分析

通過單因素試驗，確定藜麥紅棗復合蛋白飲料的響應面因素水平及試驗結果，見表2和表3。

表2 響應面試驗因素及水平 單位：%

表3 Box-Behnken試驗結果

通過Design-Expert. V8.0.6軟件分析，得到藜麥漿添加量、紅棗汁添加量、復原乳添加量、綿白糖添加量4個因素對藜麥紅棗復合蛋白飲料感官評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，失擬項不顯著。說明該二次方程模型擬合度好，誤差小，能準確表示藜麥漿添加量、紅棗汁添加量、復原乳添加量和綿白糖添加量4個因素對藜麥紅棗復合蛋白飲料感官評分的影響，可以利用此模型對其工藝配方進行優化。比較各項F值可知各因素對響應值的影響大小為A（藜麥漿添加量）＞C（復原乳添加量）＞D（綿白糖添加量）＞B（紅棗汁添加量）。

表4 響應面回歸模型方差分析表

2.6 交互作用分析

以其中2個因素不變對模型進行分析，考察各因素間的交互作用對感官評分的影響（圖5）。二維圖能直觀反映各因素的交互作用對響應值的影響[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，說明兩兩因素之間的交互作用均顯著。響應面圖判定各因素對感官評分的影響大小，越陡峭影響越大，越平緩影響越小[14]，故A對飲料感官品質的影響比B、C、D的影響大，C對飲料感官品質的影響比D的影響大，這與方差分析的結果是一致的。經軟件Design-Expert. V8.0.6優化，得到藜麥紅棗復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%、復原乳添加量15%、綿白糖添加量2.0%。根據模型預測得到的理論最大感官評分為85.75分。

圖5 各因素交互作用對飲料的等高線及響應面圖

2.7 產品穩定性研究結果

隨著貯藏天數的不斷延長，產品穩定性成為決定蛋白復合飲料的關鍵因素。由圖6可知，當穩定劑含量低于0.04%時，離心沉淀率逐漸減小，與此同時，產品組織狀態逐漸良好，感官評分升高；當穩定劑含量超過0.04%后，離心沉淀率增高，產品口感風味降低。故穩定劑羧甲基纖維素鈉的最佳添加量為0.04%。

圖6 穩定劑添加量對產品穩定性的影響

2.8 理化指標及微生物指標檢測結果

經檢測，優化后產品中蛋白質含量為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。菌落總數為75 CFU/mL（≤100 CFU/mL），未檢出大腸桿菌，符合衛生標準[15]。

3 結論

采用響應面設計試驗，對藜麥紅棗復合蛋白飲料工藝配方進行優化，并通過產品穩定性試驗確定藜麥紅棗復合蛋白飲料的穩定劑最佳添加量。經研究發現，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），糊化時間30 min；響應面試驗確定藜麥紅棗復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%，復原乳添加量15%，綿白糖添加量2.0%，穩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合香氣，其蛋白質含量為1.6%，符合植物蛋白飲料蛋白質含量相關要求。

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