响应面优化小麦胚芽复合饮料配方的研究

陈 星，王 燕，吴 佳，赵传文

（1. 湖南农业大学食品科技学院，湖南长沙 410128；2. 长沙凯雪粮油食品有限公司，湖南长沙 410008）

小麦胚芽（WG） 是小麦制粉过程中的副产品，富含各种营养成分，蛋白质（含量31%以上）是一种优质蛋白，含8种人体必需氨基酸，80%是多不饱和脂肪酸，尤其以亚油酸的含量最多，占全部脂肪的44%～65%[1]，麦胚中还含丰富的矿物质、微量元素、膳食纤维和多种生理活性物质（谷胱甘肽、凝集素等）。其中，麦胚中VE含量高达34.9 mg/100 g[2]，被称为“人类天然的营养宝库”[3]。经研究发现，麦胚中的生理活性物质具有抗氧化、抗衰老、抗癌、促进生长发育[4]、诱导细胞凋亡[5]、提高动物免疫功能[6]等多种功效。目前国内外大量报道，麦胚中的VE、亚油酸和膳食纤维具有增强脑细胞活力、降低血脂和血糖、防止动脉粥样硬化，以及预防老年性痴呆症等作用[7]。

2016年我国小麦产量为1.29×108t[8]，但麦胚的实际利用量不足20×104t[9]。麦胚的开发利用主要在谷胱甘肽的提取及应用[10]、VE的提取及应用[11]、麦胚凝集素的开发[12]或制作小麦胚芽油胶囊、麦胚面制品、麦胚坚果等。由于麦胚富含各种营养成分和功能物质，是开发第三代健康食品的理想原料。另外，小麦胚芽中清蛋白和球蛋白含量很高，是生产谷物饮料、植物蛋白饮料、营养液等产品的良好原料来源。谷物液体饮料健康、方便、绿色，深受消费者喜爱。试验以稳定化处理后的麦胚为主要原料，开发出一种具有优良口感且绿色、健康的谷物液体饮料，对丰富我国液体饮料产品，提高我国公众的健康水平都有着重要的意义。

1 材料与方法

麦胚、麦麸、食盐，市购；椰子粉，海南食品有限公司提供；木糖醇（食品级），山东龙力生物科技股份有限公司提供；黄原胶（食品级），德国三颗星食品物料公司提供；无水柠檬酸（食品级），德国三颗星食品物料公司提供；羧甲基纤维素钠（食品级），德国三颗星食品物料公司提供；魔芋粉（食品级），上海埃克生物制品有限公司提供。

DE-500g型高速粉碎机，浙江红景天工贸有限公司产品；CP114型电子天平，上海奥豪斯仪器有限公司产品；CS1201A2型烤箱，中山市长实五金电器有限公司产品；SDHCB9E34-210型电磁炉，浙江绍兴苏泊尔生活电器有限公司产品；HHS-8型恒温水浴锅，浙江绍兴长丰仪器设备厂产品；LD5-2A型离心机，北京医用离心机产品；101-2AB型电热鼓风干燥箱，天津市泰斯特仪器有限公司产品；LDZX-50KBS型立式压力蒸汽灭菌锅，上海申安医疗器械厂产品；GJJ-1/25型高压均质机，上海诺尼轻工机械有限公司产品；60型胶体磨，温州市成华包装机械有限公司产品。

1.2.1 工艺流程

小麦胚芽→常压蒸汽微波稳定化处理→粉碎→过筛→焙烤→浸泡→磨浆→过滤→麦胚浆；

麦麸→粉碎→过筛→焙烤→浸泡→磨浆→过滤→麦麸液；

辅料→溶解→过滤→辅料溶液；

调配→均质（30 MPa） →灌装→杀菌（121 ℃，15 min） →冷却→检验→成品。

1.2.2 操作要点

（1）麦胚浆的制备。新鲜麦胚经常压蒸汽处理5 min，再经微波功率800 W处理4 min后，于高速粉碎机中粉碎，过80目筛后置于烤箱200 ℃条件下焙烤2.5 min。为充分散发麦胚的麦香味、防止麦胚粉烤煳，麦胚粉的厚度定为0.5 cm，每隔30 s拿出混匀1次。焙烤后的麦胚与水按照1∶9的比例浸泡（浸泡温度 60 ℃，浸泡时间1 h），再经胶体磨细磨后过180目筛，除去细微碎渣，获得用于饮料生产的麦胚浆。

（2） 麦麸液的制备。选择干净、无腐烂的麦麸，粉碎后过80目筛于烤箱200 ℃条件下焙烤2.5 min（麦麸粉的厚度约0.5 cm，每隔30 s拿出混匀1次），焙烤后将麦麸与水按1∶3比例浸泡（浸泡温度60 ℃，浸泡时间1 h，），经胶体磨细磨后过180目筛，获得用于饮料生产的麦麸液。

（3） 调配。将木糖醇（磨细）、柠檬酸（磨细）、椰子粉、食盐和稳定剂进行溶解，然后按一定顺序加入麦胚浆和麦麸液中。

1.2.3 小麦胚芽复合饮料配方单因素试验

（1） 麦胚浆添加量对小麦胚芽饮料感官品质的影响。分别取麦胚浆30%，40%，50%，60%，70%；加入椰子粉3%，木糖醇3%，麦麸液3%，食盐0.03%，无水柠檬酸0.1%，然后加水调配，对小麦胚芽复合饮料进行感官评分。

（2） 麦麸液添加量对小麦胚芽饮料感官品质的影响。取麦胚浆50%，加入椰子粉3%，木糖醇3%，食盐0.03%，无水柠檬酸0.1%；麦麸液添加量分别为1%，2%，3%，4%，5%，然后加水调配，对小麦胚芽复合饮料进行感官评分。

（3） 椰子粉添加量对小麦胚芽饮料感官品质的影响。取麦胚浆50%，加入木糖醇3%，麦麸液3%，食盐0.03%，无水柠檬酸0.1%；椰子粉的添加量分别为1%，2%，3%，4%，5%，然后加水调配，对小麦胚芽复合饮料进行感官评分。

（4） 木糖醇添加量对小麦胚芽饮料感官品质的影响。取麦胚浆50%，加入椰子粉3%，麦麸液3%，食盐0.03%，无水柠檬酸0.1%；木糖醇的添加量分别为1%，2%，3%，4%，5%，然后加水调配，对小麦胚芽复合饮料进行感官评分。

（5） 食盐的添加量对小麦胚芽饮料感官品质的影响。取麦胚浆50%，加入椰子粉3%，木糖醇3%，麦麸液3%，无水柠檬酸0.1%；食盐添加量分别为0.01%，0.02%，0.03%，0.04%，0.05%，然后加水调配，对小麦胚芽复合饮料进行感官评分。

（6） 无水柠檬酸的添加量对小麦胚芽饮料感官品质的影响。取麦胚浆50%，加入椰子粉3%，木糖醇3%，麦麸液3%，食盐0.03%，无水柠檬酸的添加量分别为0，0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，然后加水调配，对小麦胚芽复合饮料进行感官评分。

1.2.4 麦胚复合饮料响应面优化试验

综合单因素试验结果及Box-Behnken试验原理，选取麦胚浆、椰子粉、木糖醇添加量为自变量，感官评价为因变量。

响应面分析试验因素与水平设计见表1。

表1 响应面分析试验因素与水平设计/ %

1.2.5 小麦胚芽饮料稳定性试验

（1） 稳定剂的选取。查阅相关资料选择黄原胶、CMC-Na（羧甲基纤维素钠）、魔芋粉、卡拉胶、果胶作为稳定剂，以添加量为0.1%的比例加入到经响应面分析得到的最佳配方复合饮料中，混匀后进行感官评价，且将产品放于室温静置24 h，观察其稳定效果。

（2） 复合稳定剂配方的确定。经筛选，选取黄原胶、CMC-Na、魔芋粉作为稳定剂，以麦胚复合饮料的沉淀率为参考指标，通过正交试验得出该小麦胚芽饮料复合稳定剂的最佳配方。

1.2.6 指标的测定及方法

（1）麦胚复合饮料感官评价标准。请10名对品尝感官分析有经验的品尝者对产品进行打分，品尝成员先评定饮料有无特有的麦香味和椰香味，然后对复合饮料的外观结构与色泽观察，再通过品尝复合饮料，根据自己的喜好对饮料的优劣做出综合评分。

小麦胚芽复合液体饮料感官评价标准见表2。

表2 小麦胚芽复合液体饮料感官评价标准

（2） 麦胚复合饮料沉淀率的测定。精确称取一定量的已制备好的麦胚复合饮料放于50 mL的离心管中，以转速5 000r/min离心10 min，离心后静置5 min，再弃去上清液，将离心管中沉淀的物质干燥至恒质量，进行3次平行试验，计算小麦胚芽饮料的沉淀率。

试验数据采用Excel 2016和SPSS 20.0软件进行统计分析和多重比较，p＜0.05，试验均重复3次。

2 结果与分析

2.1.1 麦胚浆添加量对小麦胚芽饮料感官品质的影响

麦胚浆的添加量对小麦胚芽饮料的香气、口感、色泽和组织形态有一定的影响。

图1 麦胚浆添加量对小麦胚芽复合饮料感官品质的影响

麦胚浆添加量对小麦胚芽复合饮料感官品质的影响见图1。由图1可知，当麦胚浆含量少于60%时，产品的感官评分随麦胚浆添加量的增加而增高，主要因为麦胚浆添加量低，椰子粉的味道和气味突出，麦香味和椰香味两者无法较好融合；当麦胚浆含量多于60%时，小麦胚芽饮料的感官评分随麦胚浆添加量的增加而降低，主要因为麦胚浆添加量过高，麦胚浆的气味突出、口感加重，且复合饮料的色泽加深。因此，最佳的麦胚浆添加量为60%，产品的香气、口感、色泽和组织形态较佳。

2.1.2 麦麸液添加量对小麦胚芽饮料感官品质的影响

麦麸液添加量对小麦胚芽复合饮料感官品质的影响见图2。

图2 麦麸液添加量对小麦胚芽复合饮料感官品质的影响

由图2可知，随着麦麸液添加量的升高，小麦胚芽饮料的感官评分逐渐升高后下降，当麦麸液添加量为2%时，小麦胚芽饮料的感官评价得分最高。麦麸液加入复合饮料中可以提高饮料中的纤维成分，并提升饮料口感。但对于感官评分的总体影响来看，与其他因素相比，麦麸液添加量对小麦胚芽饮料感官评分的影响较低。所以，麦麸液的较佳添加量为2%，不进行响应面优化。

2.1.3 椰子粉添加量对小麦胚芽饮料感官品质的影响

椰子粉溶解后有浓郁的椰子芳香，呈乳白色，不同椰子粉添加量对小麦胚芽饮料的香气、口感、色泽和组织形态有一定的影响。

椰子粉添加量对小麦胚芽复合饮料感官品质的影响见图3。

图3 椰子粉添加量对小麦胚芽复合饮料感官品质的影响

由图3可知，椰子粉添加量低于3%时，小麦胚芽饮料的感官评分随椰子粉添加量的增加而上升，这可能是由于当椰子粉添加量低时，麦胚浆在小麦胚芽饮料中占比较高，麦香味和椰香味不协调，复合饮料颜色较深；椰子粉添加量为3%时，产品的感官评分最高，该小麦胚芽饮料品质最佳；椰子粉添加量高于3%时，小麦胚芽饮料的感官评分随椰子粉添加量的增加而降低，这可能是因为椰子粉含量占比较高，椰子粉的椰香味掩盖了麦香味。因此，椰子粉的较佳添加量为3%。

2.1.4 木糖醇添加量对小麦胚芽饮料感官品质的影响

研磨后的麦胚浆口感清淡，有浓浓的麦香味，添加木糖醇可调节小麦胚芽饮料的口感和甜度。

木糖醇添加量对小麦胚芽复合饮料感官品质的影响见图4。

图4 木糖醇添加量对小麦胚芽复合饮料感官品质的影响

由图4可知，当木糖醇添加量为4%时，小麦胚芽饮料的感官评分最高，所制备的产品酸甜适口；木糖醇含量低于4%时，所制备的小麦胚芽饮料的滋味偏酸淡甜；当木糖醇添加量高于4%，感官评分反而降低，可能是因为木糖醇添加过多，甜味过重，酸味较弱。因此，选用3%，4%和5%的木糖醇添加量，进行响应面优化试验，得出最佳添加量。

2.1.5 食盐添加量对小麦胚芽饮料感官品质的影响

食盐添加量对小麦胚芽复合饮料感官品质的影响见图5。

图5 食盐添加量对小麦胚芽复合饮料感官品质的影响

由图5可知，食盐作为减酸增甜增鲜的物质，当食盐添加量为0.01%时，效果不佳；随食盐添加量的增加，达到0.03%时，小麦胚芽饮料的感官评分最高；当超过0.03%时，继续增大食盐添加量，产品口感下降，因此，最佳的食盐添加量为0.03%。与其他因素相比，该因素对小麦胚芽饮料感官品质的影响较低，不进行响应面优化试验。

2.1.6 无水柠檬酸添加量对小麦胚芽饮料感官品质的影响

无水柠檬酸添加量对小麦胚芽复合饮料感官品质的影响见图6。

图6 无水柠檬酸添加量对小麦胚芽复合饮料感官品质的影响

由图6可知，当无水柠檬酸添加量为0.05%时，小麦胚芽饮料的感官评价最高，所制备的产品酸甜可口。当柠檬酸添加量过高或过低时，饮料口感偏酸或偏甜，导致感官评分下降，但对于感官评分的总体影响来看，与其他因素相比，该因素对小麦胚芽饮料的感官评价得分的影响较低。因此，柠檬酸最佳添加量为0.05%，不进行响应面优化试验。

2.2.1 响应面优化方差分析

在单因素试验的基础上，因麦麸液添加量、食盐添加量和无水柠檬酸添加量对小麦胚芽饮料的感官品质影响较小，因此采用三因素三水平的响应曲面分析方法，根据Box-Benhnken的试验设计原理，设计了17组试验，进一步优化试验方案。

响应面分析试验设计方案及结果见表3。

表3 响应面分析试验设计方案及结果

采用Design Expert 8.0.6对表3试验结果进行多元回归方程拟合，以各因素为自变量，感官评分总分为响应值，由响应曲面法得到小麦胚芽复合饮料感官评价总分与自变量的回归模型方程为：

响应面结果方差分析结果见表4。

表4 响应面结果方差分析

对模型进行方差分析，由表4可知，该模型的F=53.95，p（p=0） ＜0.01，说明感官评分所建立的回归模型极显著，且模型的失拟项p=0.419 3＞0.05，不显著，表明模型拟合度较好，残差均由随机误差引起。其中R2=0.985 8，说明响应值感官评价总分的实际值与预测值之间具有良好的拟合度，R2Adj=0.967 5，说明该模型预测的感官评价得分的变异仅有3.25%，不能用该模型进行解释；预测系数R2pred=0.881 0，表明该模型预测性良好，所以该模型能预测小麦胚芽饮料实际的最佳组合情况。由表4可看出，因素一次项（A） 和二次项（A2、 B2和C2） 的p值均小于0.01，说明麦胚浆添加量对小麦胚芽饮料的感官评分有极显著的影响，麦胚浆添加量与木糖醇添加量（p=0.023 9）、椰子粉添加量与木糖醇添加量（p=0.023 9）之间不是简单的线性关系，二者存在显著的交互作用，而麦胚浆添加量与椰子粉添加量之间无交互作用。根据各因素F值的大小可得，影响小麦胚芽复合饮料感官评分的因素主次顺序为麦胚浆添加量＞木糖醇添加量影响次＞椰子粉添加量。

2.2.2 麦胚浆添加量与木糖醇添加量的相互作用对感官评分的影响

麦胚浆添加量和木糖醇添加量对饮料感官评分影响的响应面及等高线图见图7。

图7 麦胚浆添加量和木糖醇添加量对饮料感官评分影响的响应面及等高线图

依据等高线图中等高线的形态，可以判断出响应的2个变量之间交互作用的强弱与大小。由图7可知，A，C之间有显著交互作用，等高线为椭圆形说明二者的交互作用对小麦胚芽复合饮料感官评分的影响较大。在木糖醇添加量相同条件下，小麦胚芽复合饮料感官评分随麦胚浆添加量的增加呈现先升高后降低的趋势；在麦胚浆添加量相同条件下，复合饮料感官评分也呈先增高后降低的趋势，且麦胚浆添加量的影响稍微大于木糖醇添加量的影响。

2.2.3 椰子粉添加量与木糖醇添加量的相互作用对感官评分的影响

椰子粉添加量和木糖醇添加量对饮料感官评分影响的响应面及等高线图见图8。

图8 椰子粉添加量和木糖醇添加量对饮料感官评分影响的响应面及等高线图

由图8可知，椰子粉添加量和木糖醇添加量对小麦胚芽复合饮料感官评分影响显著，在木糖醇添加量相同的条件下，小麦胚芽复合饮料感官评分随椰子粉添加量的增加呈现先上升后下降的趋势，在椰子粉添加量相同的条件下，复合饮料感官评分随木糖醇添加量的增加也呈先增高后降低的趋势，而过高的木糖醇和椰子粉添加量对小麦胚芽饮料的感官品质是不利的，且木糖醇添加量的影响稍微大于椰子粉添加量的影响。

2.2.4 小麦胚芽复合饮料最佳配方的确定

按照响应面法经分析得到小麦胚芽复合饮料的最佳配方为麦胚浆添加量61.87%，椰子粉添加量3.03%，木糖醇添加量3.97%，麦麸液添加量2%，食盐添加量0.03%，柠檬酸添加量0.05%，在此条件下感官评分为85.93分。考虑到工艺的易操作性，将小麦胚芽复合饮料的最佳配方确定为麦胚浆添加量61.9%，椰子粉添加量3%，木糖醇添加量4%，麦麸液添加量2%，食盐添加量0.03%，柠檬酸添加量0.05%。为了验证预测值与真实值之间的有效性，在此条件下对感官评价总分进行3次平行验证试验，得到感官评分总分为85分，与理论值85.93分接近。因此，响应面试验建立的模型是合适有效的。

2.3.1 稳定剂的选取

单一稳定剂对小麦胚芽复合饮料品质的影响见表5。

试验按每种稳定剂的添加量为0.1%，分别加入到小麦胚芽饮料中，由表5可知，在常温放置24 h之后，添加黄原胶的小麦胚芽饮料几乎无沉淀产生、基本不分层；添加CMC-Na的小麦胚芽饮料出现少量沉淀和轻微分层；添加卡拉胶和魔芋粉的小麦胚芽饮料有稍多沉淀和分层；添加果胶的饮料有大量沉淀且分层明显。因此，不同稳定剂对小麦胚芽饮料有着不同的稳定效果。由表5还可看出，除果胶组外，其他4组试验的感官评价得分相近且产品品质良好。

表5 单一稳定剂对小麦胚芽复合饮料品质的影响

2.3.2 稳定剂配方的确定

根据2.3.1试验结果及分析，选取黄原胶、CMC-Na和魔芋粉进行正交试验，得出小麦胚芽饮料稳定剂的最佳复合配方。

复合稳定剂正交试验结果见表6。

表6 复合稳定剂正交试验结果/ %

由表6可知，使用复合稳定剂对小麦胚芽饮料的稳定效果比使用单一稳定剂的稳定效果要好，经分析得出，3种稳定剂对小麦胚芽复合饮料稳定性的影响主次顺序为黄原胶＞CMC-Na＞魔芋粉，最优的配方组合为A'1B'3C'1，即黄原胶0.05%，羧甲基纤维素钠0.15%，魔芋粉0.05%。

3 结论

通过响应面优化试验及正交试验得出小麦胚芽复合饮料的最佳配方为麦胚浆添加量61.9%，椰子粉添加量3%，木糖醇添加量4%，麦麸液添加量2%，食盐添加量0.03%，柠檬酸添加量0.05%；添加黄原胶0.05%，羧甲基纤维素钠0.15%，魔芋粉0.05%作为稳定剂，最后加水28.77%进行调配，该小麦胚芽复合饮料具有较好的稳定效果，且复合饮料的最佳感官评分为85分。采用该配方所得小麦胚芽复合饮料口味较好、色泽呈乳黄色、体系稳定均一，具有麦胚的麦香味和椰子的天然椰香，二者气味协调浓郁，且营养丰富，富含麦胚及麦麸中的可溶性营养成分，具有广阔的市场开发前景。