響應面法優化麥胚山楂復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 糧食學院，江蘇 鎮江 212004）

麥胚是小麥籽粒中最具營養活性的部位，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、調節血壓、預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，對麥胚通過生物轉化技術[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、維生素及礦質元素等營養物質，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]。近幾年被廣泛開發為燕麥山楂餅干[17]、山楂發酵酒[18]、山楂紅棗超微粉固體飲料[19]、復合山楂黃芪飲料[20]等產品。

麥胚與山楂皆有降血壓、降血糖、降血脂的作用，兩者的結合在增強其保健作用的前提下還能豐富麥胚產品單一的口感。目前，關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合固體飲料[21]、綠茶麥胚代餐粉[22]等，關于麥胚山楂復合固體飲料還未見報道。試驗將麥胚與山楂復合，以微波輔助內源蛋白酶水解的富含多肽的麥胚為原料，以模糊數學結合響應面法優化了麥胚山楂復合固體飲料的配方，為企業新產品的開發提供了新思路。

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，河南萬邦實業有限公司提供；甜菊糖苷，山東福田藥業有限公司提供；赤蘚糖醇、三氯乙酸、氫氧化鈉、硫酸銅，國藥集團化學試劑有限公司提供。

1.2 儀器與設備

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

1.3 麥胚山楂復合固體飲料制作

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，以備后續調配。

（6）混勻。將過篩的麥胚粉、超微山楂粉、脫脂奶粉、魔芋粉、復配甜味劑（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）對麥胚山楂復合固體飲料感官評分的影響。

1.4.3 響應面試驗設計

在前期單因素試驗的基礎上，以模糊綜合評分為綜合評價指標，依據Box-behnken試驗設計原理，使用軟件Design Expert設計三因素三水平響應面試驗，每組重復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試驗設計因素水平及編碼見表1。

表1 Box-behnken試驗設計因素水平及編碼/g

1.4.4 模糊數學感官評定

（1）感官評價。將制作好的麥胚山楂固體飲料成品進行品質評價。選擇經過培訓的食品專業的男女學生各5人，共計10人進行評價。對每個樣品的色澤、風味、口感、沖調性4個指標逐一進行評價。

麥胚山楂復合固體飲料感官評價見表2[22]。

表2 麥胚山楂復合固體飲料感官評價

（2）模糊數學法綜合感官評價。①建立模糊評判矩陣，設評論語域為V=1，2，3，4，分別對應“喜歡”“較喜歡”“一般”“差”。選擇4個最反映其質量的評價指標：色澤、風味、口感、沖調性，由經過專業訓練的評價小組（共10人）進行評分。設評定域為U=（色澤、風味、口感、沖調性），規定對應的權重值為X=（0.1，0.3，0.4，0.2）。②建立綜合評判集，設模糊關系綜合評判集為B=X·R，其中X為權重集，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位經過專業訓練的評價員（K=10，男女各5名）對麥胚山楂復合固體飲料進行色澤、風味、口感和沖調性的感官評定，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 沖調性測定

稱取麥胚山楂復合固體飲料樣品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量分數為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后以轉速4 000 r/min離心15 min，將上清液全部轉移到50 mL容量瓶中，并用質量分數為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量濃度（mg/mL），進而求得樣品的肽含量。

2 結果與分析

2.1 微波處理參數確定試驗結果分析

微波處理參數單因素試驗見圖1。

圖1 微波處理參數單因素試驗

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。

2.2 配料用量單因素試驗結果分析

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 響應面試驗結果

以試驗號1為例，依據由10位經過專業訓練的評價員（K=10，男女各5名）對麥胚山楂復合固體飲料進行色澤、風味、口感和沖調性的感官評定。

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試驗設計及結果見表4。

表4 Box-behnken試驗設計及結果

用Design Expert 8.0軟件對表4中的數據進行分析，得出3個影響因素與麥胚山楂復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，則模型的預測性越高。失擬項不顯著，表明預測值與實際值擬合性好。利用Design Expert 8.0軟件對表5的數據進行二次多元回歸擬合，得到的二次回歸方程的響應面及其等高線圖。

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

圖5 AB因素響應面及等高線

圖6 AC因素響應面及等高線

圖7 BC因素響應面及等高線

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先升高后降低的趨勢，但變化趨勢較小。

根據響應面試驗結果，運用試驗模型得到麥胚山楂復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。在優化的試驗條件下，模糊綜合評分最高，達到8.9分，這與預測值8.914 56分接近，任意組合試驗顯示了同樣的預測性，說明響應面模型優化試驗結果可靠性強。

試驗結果的驗證見表6。

表6 試驗結果的驗證

2.4 產品測試

稱取配方優化后的麥胚山楂復合固體飲料樣品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化后的麥胚山楂復合固體飲料樣品中的肽含量約為96.39 mg/g。

3 結論

采用模糊數學結合響應面的方法，對麥胚山楂復合固體飲料的配方進行優化。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合固體飲料感官良好，沖調性為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，提高產品的感官評價效果。該方法和響應面試驗結合，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。