能量棒的研究进展

◎ 沈 豪，陈可为

（江南大学，江苏 无锡 214122）

1 能量棒的发展进程

在诸如马拉松、自行车、游泳等长距离耐力运动中，糖原物质被大量消耗。因为糖原含量的迅速降低，人体开始消耗脂肪来提供能量。当运动强度超过60%～70%的最大摄氧量时，脂肪分解所提供的能量就无法维持人体继续运动了。这时，肚子疼痛、呼吸困难、肌肉僵硬等征兆就会相继出现，让人感觉筋疲力尽，这段时间就被称为撞墙期。撞墙期的出现大大影响了运动员的竞技成绩。

在加州大学任职的布莱恩·麦斯威尔曾是一名马拉松运动员，为解决马拉松运动中出现的撞墙期，布莱恩夫妇决定研制一种能在运动中快速补充能量的食物，以应对撞墙期对运动员造成的不良影响。经过无数次试验后，专为运动员设计的Power Bar横空出世，标志着真正意义上的“能量棒”的诞生。

太空食物棒以蛋白质、碳水化合物和维生素为主要成分，方便随时补充营养，布莱恩夫妇研制的Power Bar确实与太空食物棒非常相似。很快，这款能量棒就在长跑圈中流行开来，事实证明，它的的确确对提升运动成绩有所帮助。之后，登山、自行车等极其考验耐力的运动中能量棒也越来越频繁地出现。随后，五花八门的能量棒品牌逐渐进入人们的视野，对于能量棒的分类也越来越细化，而能量棒的受众也不再仅仅局限于从事高强度耐力运动的运动员，普通人也能通过简单渠道购得能量棒。

2 目前能量棒在国内外的发展进程及市场趋势

2.1 能量棒在国内外的发展进程

能量棒是一种方便、营养全面、能快速补充能量的棒状食品。能量棒因其含有优质的蛋白质、合理的维生素、矿物质组合和复合碳水化合物，是我国重要的野战食品之一，能够满足运动员、健身爱好者、健美爱好者、登山爱好者、野外探险队员、资源探险人员以及生活节奏较快的都市白领人群的能量需求；与此同时，能量棒还有调节人体机能的作用，对于某些糖尿病患者是一种良好的膳食营养品[1]。

查阅文献得知，能量棒中的糖是由单糖、双糖和低聚糖科学组合而成。低聚糖是由3～10个单糖聚合而成，能够持续平缓地释放能量。因此，能量棒既能实现快速供能，又能保证持续供能，做到能量接力，保持稳定的血糖水平，增强运动能力。巧克力中的糖主要是蔗糖，它是一种简单糖，吸收入血的速度快，但维持的时间短。与其相比，能量棒在供能方面更胜一筹。

目前，国内外能量棒的种类各种各样，其主要形式是以某一配料作为主要生产原料，辅助以其他物质烘烤压缩成型。主要配料类型包括水果、谷类、坚果、种子、甜味剂等。由于能量棒是在没有合成肥料或杀虫剂的情况下制备和加工的，不含任何人工香料、颜色或防腐剂，所以深受人们的喜爱。

2.2 能量棒的市场趋势

能量棒被认为是含有优质谷物、干果和其他水果的补充棒。能量棒目标人群是需要快速能量的人。能提供各种类型的蛋白质、脂肪和碳水化合物。其不含任何人工色素、颜色或防腐剂。随着发展中国家和发达国家人民健康意识的提高，人们对有机能源的需求也随之增加。

在过去的几年里，全球有机能量棒市场出现了巨大的增长。有机能量棒的发展由于人们对各种人工色素认识的提高而加速。人们的生活节奏加快，导致消费者都在寻找膳食替代食品。有机能量棒被认为是其中之一可供选择的膳食。预计发展中经济体的城市化增长速度将是有机能源条不断增长的主要驱动因素之一。很多重要人物都强调在大卖场推出新产品，这在消费者中树立了有机能源棒的意识。

经有关专家预测，在2017—2023年间，能量棒在亚太地区将出现大规模增长。据估计，中国将为亚太地区的增长创造有利的环境。美国主导有机能源棒市场，其次是欧洲。

有机能量棒市场分为北美、欧洲、亚太地区和世界其他地区。其中，北美地区在全球有机食品市场中所占比重最大。预计在2017—2023年的审查期间，该市场将以较高的速度增长。预计亚太地区将成为全球有机能源增长最快的地区之一。另外，亚太地区的增长是由于发展中国家的人均可支配收入增加，例如中国、印度、东亚国家。此外，关键参与者正在尝试打入尚未开发的亚太市场。

此外，有机能源棒制造商也强调在亚太地区发展中国家开展各种促销活动，从而加速了有机能量棒的销售。此外，零售业在亚太地区的发展中国家也出现了巨大的增长，预计这将是主要的推动力之一[2]。

3 能量棒的分类

3.1 按主要成分分类

3.1.1 谷物棒

谷物棒（Cereals Bar)是以燕麦、大米、玉米等谷物为主要原料，可添加一些蔬菜或膨化蛋白颗粒等辅料，采用高黏度糖浆黏合而成的片状、棒状产品。谷物棒在国外已有很长的发展历史，它曾经一度是欧美国家普遍的早餐食品。

3.1.2 坚果棒

坚果棒是以坚果为主料，有些产品中会添加果干、糖果、巧克力等辅料，采用高黏度糖浆黏合而成的片状、棒状产品。味道香甜，口感酥脆，方便携带，受到很多人的青睐。

3.1.3 谷物坚果棒

谷物坚果棒是以谷物为主要原料，有些产品中会添加坚果仁、果干、糖果、巧克力等辅料。外观和口感方面与谷物棒相差不太多。

3.2 按主要功能分类

3.2.1 休闲食品

谷物棒是以各种谷物原料为主，因此碳水化合物含量较高；此外，为了获得较好的口感，往往会在谷物棒中加入一些脂类物质，所以脂肪含量高，存在营养不均衡的问题。随着人们生活水平的提高，消费者对饮食健康的认识不断增强，谷物棒的定位逐渐由早餐食品转化为休闲食品。

3.2.2 运动能量棒

运动能量棒又分为动力能量棒（Activity Bar）和耐力能量棒（Endurance Bar）。

3.2.2.1 动力能量棒

动力能量棒含有碳水化合物和一定的蛋白质、脂肪等营养物质，一般在运动前食用，为身体提供全面的营养，可作为代餐食品。

3.2.2.2 耐力能量棒

耐力能量棒是为长跑、自行车、游泳、爬山等高强度耐力运动者设计的，碳水化合物含量极高，几乎没有蛋白质和脂肪，主要为人体快速补充能量。

3.2.3 减肥功能

我国目前正经受着营养不足和营养失衡两类营养不良的双重挑战。随着社会的发展，经济的进步，人们的生活水平越来越高，但膳食结构却逐渐失衡，体力活动也越来越少，营养失衡问题变得越发普遍。无论是儿童还是成人，人群中超重和肥胖比例都呈上升趋势。高血压、冠心病、糖尿病、脂肪肝等的患病率也在逐年上升。人们对于减肥的意愿变得愈发强烈，减肥代餐棒应运而生。减肥代餐棒具有包装小巧、食用方便的特点，不仅能够满足减肥人群对低能量营养均衡食品的需求，同时它又注重其他营养物质如蛋白质、膳食纤维、维生素和矿物质的均衡补充，解决代餐食品口感差的问题，深受年轻人喜爱[3]。

4 各类能量棒的配方

4.1 谷物棒的配方

4.1.1 谷物

在谷物棒的配方中，谷物通常占10%～40%，以燕麦、膨化大米（米花）为主，有些产品也会根据当地的原料特点和饮食习惯，加入小麦、大麦、玉米、荞麦、青稞等谷物。谷物原料或在加入少量食用油焙烤熟化后以自然的状态加入谷物棒中，或经挤压、膨化等工艺制成即食谷物片后加入谷物棒中。

4.1.2 坚果

坚果粒是谷物棒中非常重要的原料，其添加可以改善谷物棒的口感，使产品香甜味美，并且能够提高产品的营养价值。谷物棒中的坚果原料主要包括核桃、花生、巴坦木、腰果、榛子等，添加量一般占总量的10%～30%。

4.1.3 油脂类

谷物棒产品所用的油脂主要为奶油、人造黄油等。油脂的添加可以增加产品的酥性，并且起到改善风味的作用。一些营养强化型的谷物棒中会加入富含不饱和脂肪酸的油脂，如亚麻籽油等。配料中还添加卵磷脂，也作为乳化剂使用。油脂的添加量一般为10%～15%。

4.1.4 黏合剂

主要用糖浆、麦芽糊精、淀粉糊、食用胶等作为黏合剂，其作用是将谷物原料、坚果粒以及其他配料黏结成型。黏合剂的比例约为产品总量的30%～40%。

4.1.4.1 糖浆

糖浆是黏合剂的主要成分，麦芽糖浆和果葡糖浆应用较多。液体黏合剂一般先加入油脂和添加剂等中，再与谷物和坚果粒混合。糖浆的用量及不同糖浆的配比对混合体系的黏度有显著性影响。使用75%的蔗糖溶液的混合体系温度稳定性最好，蔗糖和麦芽糖浆比例为1∶5的混合体系的黏度最佳。

4.1.4.2 淀粉/麦芽糊精

淀粉与水混合，加热后会发生糊化，形成黏性淀粉糊，也可与麦芽糊精调成糊浆，与其他各种成分混合，可以增强谷物混合物的黏着性。淀粉或麦芽糊精的添加量约为5%。

4.1.4.3 食用胶

食用胶，如阿拉伯胶、卡拉胶、瓜尔豆胶、果胶等，在产品中的添加量为0.5%～2%。食用胶是水溶性膳食纤维，热量低，还具有降低血液中胆固醇的功能，可替代部分糖浆，起到黏合剂的作用。

4.1.4.4 炼乳

炼乳可以替代部分糖浆作为黏合剂使用，其水分含量为30%～50%。加入了糖浆与蜂蜜的炼乳均匀地喷在谷物和坚果等混合干料物上，经过烤制干燥制成的产品，具有很好的风味和咀嚼质感，既不易碎，也不发黏。

4.1.5 蛋白质

谷物棒产品的原料主要以碳水化合物为主，含有一定量的脂肪，蛋白质含量相对较低，需要添加蛋白类原料以平衡其营养。可以通过添加大豆蛋白、牛奶蛋白和酪蛋白酸盐等蛋白质强化剂，来提高其蛋白质含量。特别是近几年，大豆粉被广泛应用在这类产品中，可有效提高产品蛋白质含量，同时延长饱腹感。酪蛋白酸盐既是乳化剂又是增稠剂，具有很好的增黏力和蛋白特有的起泡性，也常应用于产品之中。

4.1.6 抗氧化剂/防腐剂

谷物棒属于低水分活度的产品，产品有一定的保质期。但为了防止油脂氧化，保持产品的品质稳定及安全性，延长货架期，产品中也会添加防腐剂或抗氧化剂，其添加量为0.05%～0.2%。常用的防腐剂有山梨酸钾、苯甲酸、苯甲酸钠；常用的抗氧化剂有维生素E、叔丁基对苯二酚（TBHQ）。

4.1.7 其他

谷物棒生产使用的其他原料有香精香料、维生素和矿物质营养强化剂等；有的还会添加如速冻水果丁、果干、糖果以及巧克力等。这些辅料主要以夹层的形式添加到产品中，或是直接与谷物原料混合制成单层谷物棒，可赋予谷物棒更丰富的口味，并且提高了产品的营养价值。有些包裹涂层的谷物棒产品会将巧克力、糖浆、蜂蜜等混合后涂抹或喷在产品上，丰富产品的口味，并且起到改善产品外观的作用。维生素和矿物质的强化可以通过添加水果干、啤酒酵母、小麦胚芽和各种坚果等来实现，还可以直接使用复合维生素与矿物盐强化剂，添加量为0.05%～0.2%[4]。

4.2 动力能量棒的配方

①谷物。20～30份的膨化小米，10～15份的膨化玉米。②无机盐。0.8～2.5份香蕉粉，0.1～0.5份的食盐。③油脂类。4～8份的油脂（油脂为起酥油、黄油、植物油、代可可脂中的1种或多种）。④碳水化合物。20～30份的麦芽糖浆，20～30份的果葡糖浆。⑤蛋白质。10～15份的大豆蛋白。⑥膳食纤维。0.25～4份燕麦-β-葡聚糖。⑦其他。5～8份的葵花籽，0.01～0.1份的人参提取物，0.1～0.5份的百合提取物，0.3～2.5份的山药提取物，0.5～2份的奇亚籽，0.2～0.5份的磷脂，0.02～1份的纳豆粉，5～10份的食用涂层，0.01～0.75份的食用香精[5]。

4.3 耐力能量棒的配方

①碳水化合物。麦芽糊精100～200份，1，6-二磷酸果糖10～20份，低聚麦芽糖20～25份，果糖10～20份。②无机盐。氯化钠0.5～0.8份，氯化钾0.5～0.8份。③增稠剂。增稠剂（选自琼脂、明胶、变性淀粉、魔芋胶粉、果胶等中的1种或任意2种组合）5～30份。④香精。香精（选自抹茶香精、巧克力香精、牛奶香精或柠檬香精中的1种或2种，优选为抹茶香精）0.17～0.2份。⑤维生素。维生素B10.002～0.02份，维生素B20.002～0.2份，维生素C 0.2～2份。⑥矿物质。乳酸钙0.3～0.8份，柠檬酸钙0.05～0.1份，磷酸氢钙2～5份。⑦其他。β-丙氨酸3～8份，肌酸4～10份，β-羟基β-甲基丁酸钙5～10份[6]。

5 各类能量棒的工艺流程

5.1 谷物、坚果棒的工艺流程

5.1.1 谷物、坚果等原料的预处理

谷物、坚果等原料的预处理根据产品特点，谷物、坚果原料通常要经预处理后才可使用，预处理方法主要是通过挤压膨化和焙烤使原料熟化。挤压膨化通常用于玉米、大米、小麦等谷物类原料。焙烤也是常用原料熟化的预处理方法，谷物与坚果经处理后会有烘焙的香气和咀嚼性。以燕麦为例，最佳的烘焙条件为：温度90 ℃，炒制时间20 min。

5.1.2 黏合剂熬制

谷物棒的黏合剂由糖浆、食用胶、油脂等经过混合熬制而成。具体操作是将糖浆和糖加入加热釜中不断搅拌，至糖溶化、糖浆沸腾后，送入搅拌器冷却至50 ℃左右，再加入植物油、炼乳等液态原料，搅拌5 min左右，继续加入食用胶、乳粉、卵磷脂等，搅拌5 min左右，形成混合黏合剂。糖浆熬制时间不宜过长，否则易出现黏度太大而影响输送的问题。

5.1.3 原料拌匀、入模压制

预处理的谷物和坚果、水果干、糖果、巧克力等原料粒混合均匀，送入模具中，均匀注入混合黏结剂，送入辊压机或滚轧机，将产品挤压成紧实的片状。压制的力度要适中，产品过于紧实会影响谷物棒的口感。一般将谷物棒切成长约9～13 cm、宽约3～4 cm的长方体，单层谷物棒厚度约为2～3 cm。

5.1.4 干燥/烘烤

挤压成型后的产品，可送入隧道冷却干燥成型（冷加工），或送入烤箱中经烤制后冷却成型（热加工）。烤制温度为100～230 ℃，时间为l～20 min，具体视原料的种类、数量和产品形状而定。烘烤过后的谷物棒应趁热切割，防止产品冷却后硬化易碎，影响切割。产品最终的水分活度应控制在0.31～0.55，以保证产品的保质期。

关于冷加工和热加工的工艺流程[3-4]，如图1、2所示。

图1 热加工工艺流程图

图2 冷加工工艺流程图

5.1.5 涂层装饰

对于有涂层的谷物棒产品，切割后进行涂层处理。将融化的巧克力、黄油等涂层原料与酸奶、炼乳、香精等混合，再注入与谷物棒切块相当大小的模具底层，在凝固前将谷物棒放入，形成涂层；或者采用喷淋涂层液在产品上表面喷涂形成整体的涂层包裹。再经过冷却、脱模制得成品。

5.2 动力能量棒的工艺流程

①按重量称取人参提取物、百合提取物、山药提取物、大豆蛋白、香蕉粉、燕麦-β-葡聚糖，混合均匀，过60目筛，灭菌后制成粉料备用。②按重量称取膨化小米、膨化玉米、葵花籽、奇亚籽混合均匀制成颗粒料备用。③按重量称取油脂备用。④制备混合糖浆。将麦芽糖浆和果葡糖浆加热至沸，熬制过滤，冷却至70～80 ℃后，与油脂混合均匀，再冷却至40～50 ℃，边搅拌边加入步骤1中的粉料和步骤2中的颗粒料，搅拌均匀、和团，经机械挤压成型。⑤切割成棒状食品。⑥挂食用涂层的成品。⑦成品真空包装。

简易流程[5]，如图3所示。

图3 动力能量棒的工艺流程图

5.3 耐力能量棒的工艺流程

①按配比称取原料，麦芽糊精加入水中在70 ℃搅拌溶解，将增稠剂与低聚麦芽糖混合加入搅拌至完全溶解，作为混合物1。②将果糖、1,6-二磷酸果糖、氯化钠、氯化钾、β-丙氨酸、肌酸、β-羟基β-甲基丁酸钙混合加入水中加热至完全溶解作为混合物2。③将维生素、矿物质、香精类用水溶解作为混合物3。④将混合物2加入混合物1中，边加边搅拌至混合均匀后，继续搅拌约20 min，冷却至60～80 ℃时，向其中加入混合物3，搅拌均匀后，最终混合物送入成型机内冷却成型。⑤包装、密封。

简易流程[6]，如图4所示。

图4 耐力能量棒的工艺流程图

5.4 减肥代餐棒的工艺流程

减肥代餐棒的工艺流程[3]，如图5所示。

图5 减肥代餐棒的工艺流程图

6 能量棒生产的设备

6.1 冷加工

JS6-01型电子秤，旭众SZM-50型食品搅拌机，平底锅，美的C21-WT2112T型电磁炉，模具，西门子KA92NV02T型冰箱。

6.2 热加工

JS6-01型电子秤，旭众SZM-50型食品搅拌机，平底锅，美的C21-WT2112T型电磁炉，模具，惠利得KH-120A食品烤箱，海菱克HL-02A型食品冷风机。

6.3 谷物棒生产线设备

谷物棒生产一体机。

7 生产过程中的难点问题及解决方案

7.1 配方参数

不同种类的能量棒在研制过程中，加入的配料含量各不相同。因此，在能量棒的生产过程中，首先应考虑的便是其口感和营养成分的严格把控。经过翻阅文献可得，可采用正交实验和响应面法来优化能量棒配方，经对比可知，传统的正交实验法是一种线性的数学模型进行设计的设计方法，可以找出多个因素水平的最佳组合，但是正交实验只能分析离散型数据，不能在给出的整个区域范围内找出最佳组合和响应值的最优值。因此，可采用响应面法，以配料的添加量为自变量因素，以能量棒的感官品质得分作为响应值，从而得出最佳的配方参数。

7.2 黏合剂制作

黏合剂的制作是能量棒的生产中最为关键的一点。黏合剂的制作受干料的颗粒大小、含水量以及黏合剂的焦糖化温度、甜度、黏度等因素的影响。

7.2.1 干料颗粒大小

由于不同种类的能量棒，其制作过程所需的干料成分不一致，其颗粒大小也不一致，这就增加了黏合剂的制作难度。如在坚果棒中，主要成分为坚果颗粒，因为其颗粒较大，颗粒与颗粒之间的空隙较大，因此有利于黏合剂的进入，便于成型。但是，在一些谷物能量棒中，如膨化藜麦球、膨化全麦片，其原料颗粒较小，因此黏合剂不易进入干料间隙中，在生产过程中造成干料浪费。

7.2.2 含水量

在能量棒的生产中，为了增加能量棒的口感，开发人员经常会在能量棒中添加一些蜜饯水果干或者其他一些含水量较高的成分。虽然在某种程度上增添了能量棒的口感，但是由于干料中含水量增加，导致熬制成的黏合剂的黏度下降，不利于能量棒的成型。

7.2.3 黏合剂的焦糖化温度

在黏合剂熬制的过程中，由于不同的能量棒可能会采用不同种类的糖浆进行熬制，如葡萄糖浆、果葡糖浆等，这些糖浆或淀粉的熬制温度不同，因此，在熬制过程中应用红外温度计或插针温度计进行测温，防止黏合剂焦糊。

7.2.4 黏合剂的黏度、甜度

在很多能量棒的生产中，黏合剂的作用尤为重要，因此选取的黏合剂应有较高的黏度，有利于能量棒的成型。同时，黏合剂的甜度不应太高，防止影响口感。为了减小这一方面的影响，能量棒开发人员可选取黏度和甜度较为稳定的预拌粉进行制作。

7.3 保质期

由于能量棒中含有较高的葡萄糖等还原性糖以及油脂、蛋白质、多肽。在能量棒的存储过程中，能量棒的品质逐渐劣化，如不做特殊处理，很快会达到货架寿命终端。能量棒在储存过程中，两个主要的劣变反应是美拉德褐变和油脂氧化酸败。美拉德反应主要指还原糖与氨基酸、蛋白质之间的复杂反应产生还原酮、糠醛和不饱和羰基化合物等，这些不同的化合物依次反应，形成无氮及含氮褐色可溶性化合物[7-8]。脂肪氧化是在氧气、热、光、酶和微生物等的作用下发生复杂的化学反应的综合表现，过氧化值反映的是脂肪氧化的初级程度。有研究表明，美拉德反应产物会对油脂氧化酸败速度产生作用[9]。

目前，有学者证明美拉德反应产物中的挥发性组分对油脂氧化存在抑制作用[10]。由于这两种劣变反应的存在，在保藏能量棒时要注意采用真空包装，以此来延长能量棒的保藏时间，尽可能减少劣变对能量棒营养成分的影响。在实际生产生活中，能量棒大多是在常温下储藏，色差亮度L*随贮存时间延长均呈下降趋势，且温度越高，降低速度越快。说明色差变化受温度影响很大[11]。因此，能量棒在储藏时应尽可能在较低温度中。

7.4 吸收程度

能量棒选用的原料多为不经深加工的农作物，因此人体的营养吸收程度是未知的，且这些农作物中含有的营养物质在肠道中的存在形式不可确定。为了进一步提高人体对能量棒的吸收程度，可在能量棒中添加少许低聚木糖，由于低聚木糖具有促进机体吸收矿物质的作用，可促进肠道菌群平衡、提高蛋白消化酶活性、改善肠道形态组织结构[12]。因此，在能量棒的生产中可添加少许的低聚木糖，同时控制影响口感的各种因素。

8 研究意义

人们生活品质的提高和饮食结构的调整，为我国健康食品行业提供了广阔的发展前景。能量棒作为一种新兴的代餐食品，具有及时补充能量、方便携带、利于减肥等优点，肥胖在中国人群中极为普遍，因此，在能量棒的生产中，多数为一些主打减肥的代餐食品。笔者研究能量棒的发展过程，并归纳总结出能量棒的主要分类及其相应的配方和工艺流程，并进一步研究能量棒在国内外的市场趋势，最后简要阐述在能量棒生产过程中遇到的难点及解决方案。能量棒是伴随广大消费者的一种营养丰富、受消费者喜爱的新型健康代餐产品，关于其他新型功能配料在能量棒等代餐减肥食品中的应用仍有很大的研究空间。