苦荞芽苗固体功能饮料的研究

袁宇婷，孔婉青，王思蒙，王顺民

(安徽工程大学 生物与食品工程学院，安徽 芜湖 241000)

苦荞麦(Fagopyrum Tataricum Gaertn)是一种集营养成分、保健功能、药效价值及医疗价值于一体且具有广大的开发价值和光明的市场前景的食药两用型传统粮食作物，被誉为五谷之王[1]。苦荞不仅富含多种营养成分，长期食用苦荞还可以有效预防各种心血管疾病[2-3]，可用作高血糖、高血压、糖尿病和高血脂[4]等常见慢性疾病及老年病[5]的辅助治疗药物[6]。已有研究表明，苦荞中的某些功能性成分能够有效地降低人体血浆的血脂值、血压值[7]。Sun[8]等发现苦荞能显著降低胆固醇酯和甘油三酯的浓度，是具有降血脂、预防高胆固醇和高血脂疗效的食物。Zhang[9]等研究发现苦荞所含有的各种蛋白质能够有效地降低人体血浆中总胆固醇含量，减少人体肠道对其的消化吸收。Wu[10]等通过一系列动物实验得出苦荞可显著降低高血糖小白鼠等动物模型的空腹血糖水平这一结论。Guo[11]等发现苦荞蛋白质对人体乳腺癌细胞及其他癌细胞有着极其明显的增殖抑制作用，可以很有效地降低乳腺癌等病症的发病率。此外，苦荞麦还具有一定的降低体重的生理作用。Nishimura M[12]等通过临床实验进一步研究发现苦荞所具有的强抗氧化活性是受试者体重降低的重要原因。研究发现苦荞富含的黄酮类物质以及蛋白质等营养成分具有显著的降血压、降血糖、降血脂等保健功能，且苦荞萌发后的功能性成分、营养价值及生物活性成分都远远优于苦荞，其营养素更易为人体所吸收。现如今，人们对日常膳食质量的要求在逐渐提高，预防心血管疾病、提升自身健康显得尤为重要，因此，研发一些具有降血压、降血糖和降血脂等诸多保健功能的苦荞芽苗功能性产品具有重要意义[13]。

目前关于苦荞芽苗的研究以及利用苦荞芽苗研制而成的产品已经较为普遍，但是由苦荞芽苗制成的降血糖、降血脂的功能性饮料较为少见。作为市场新生产品，苦荞芽苗功能性饮料的加工工艺还有待优化，需要进行分析探讨并加以完善。研究以优选苦荞麦籽粒作为主要实验材料，利用苦荞芽苗作为原材料，使用山楂果、葛根粉、木糖醇、麦芽糊精等辅助材料研制一款具有保健功能的复合固体功能饮料。采用单因素实验以及响应面优化实验[14]对产品的感官质量进行分析，在最优的感官评分处得到产品的最佳配方，并对产品的黄酮含量、酸度、色泽等指标进行测定，使最终的苦荞芽苗固体功能饮料营养丰富且风味口感俱佳。研究以期为研制开发具有降血压、降血糖、降血脂的苦荞芽苗复合固体饮料提供创新性思路，不仅能使苦荞芽苗的功能特性和营养价值得到更为充分的利用，进一步丰富苦荞芽苗的产品种类，拓展苦荞芽苗的发展空间，还可以为同类型产品的开发提供新思路，丰富拓展功能性饮料产品的种类。

1 材料与方法

1.1 材料和试剂

苦荞麦(购自四川凉山)；优质新鲜山楂果；葛根粉；麦芽糊精；木糖醇；芦丁、高锰酸钾、乙醇、亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠(均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司)；蒸馏水。

1.2 主要仪器与设备

光照种子发芽箱(YRG-150，上海合恒仪器设备有限公司)；高速磨粉机(XL-06，金坛市杰瑞尔电器有限公司)；真空冷冻干燥机(LGJ-12，北京松源华兴科技发展有限公司)；远红外线食品烘炉(YXD-3E，上海胜松机械制造有限公司)；电热恒温鼓风干燥箱(DHG-9143BH，上海新苗医疗器械有限公司)；微波炉(M1-211A，广东美的厨房电器制造有限公司)；医用离心机(TGL-16A，长沙平凡仪器仪表有限公司)。

1.3 实验方法

(1)苦荞种子的萌发实验。选择适量饱满均一的苦荞麦种子。以1 g/L高锰酸钾溶液浸泡消毒5 min后洗涤至澄清，再将苦荞麦籽粒置于25 ℃的恒温水浴锅内浸泡4 h(隔2 h换水一次)，后置于50 ℃热水中催芽处理15 min。将浸泡催芽后的苦荞麦籽粒均量地分摊于铺有湿润滤纸的育苗盘上，置于恒温培养箱中避光培养(温度25 ℃，湿度80%)。培养至第6 d，采用光照培养，光照第一天可以设定为间歇式光照，之后设定为连续的三级强度的光照。每隔12 h，更换一次育苗盘中的水。培养10 d后进行采收，采收后的苦荞鲜芽冷冻干燥后备用。

(2)苦荞芽苗功能饮料的制备工艺。

①制粉。使用高速磨粉机将干燥后的苦荞芽苗、山楂干制品磨碎成粉，过100目筛后低温保存，留以待用。②烘烤提香。将干燥好的苦荞芽苗冻干粉放入烘烤箱中进行烘烤熟化。③原辅料混匀。将提前准备好的葛根粉、木糖醇、麦芽糊精等其他辅料分别过100目筛，与苦荞芽苗粉和山楂粉按照预先设定的几组不同的配比方案混合均匀，进一步做单因素实验和响应面优化实验确定苦荞芽苗固体功能饮料的最佳配方。感官评分标准如表1所示，评判指标为6项，每项指标满分为10分，总分为60分，随机从食品专业选取6名具有常规实验室工作能力且熟悉食品感官评定有关要求和规定，嗅觉、味觉等感官正常且无不良嗜好的学生(男女各3名)作为评判小组，分别对产品的各项指标进行打分，取其平均值作为最终评分，记录数据。

表1 感官评分表

(3)单因素实验。

①烘烤条件的单因素实验。在烘烤温度200 ℃的条件下，考察5 min、10 min、15 min、20 min、25 min五种不同的烘烤时间对苦荞芽苗粉感官质量的影响。在烘烤时间为10 min的条件下，考察80 ℃、120 ℃、160 ℃、200 ℃、240 ℃五种不同的烘烤温度对苦荞芽苗粉感官质量的影响。

②苦荞芽苗功能饮料最佳调配方案的单因素实验。在葛根粉添加量为20%、木糖醇添加量为12%、麦芽糊精添加量为8%的条件下，考察山楂粉与苦荞芽苗粉不同配比(1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5)对产品感官质量的影响。在苦荞芽苗粉与山楂粉最佳质量之比为2∶1、葛根粉的添加量为12%、麦芽糊精添加量为8%的条件下，考察木糖醇添加量(10%、15%、20%、25%、30%)对产品感官质量的影响。在苦荞芽苗粉与山楂粉最佳质量之比为2∶1、木糖醇添加量为20%、麦芽糊精添加量为8%的条件下，考察葛根粉添加量(8%、12%、16%、20%、24%)对产品感官质量的影响。在苦荞芽苗粉与山楂粉最佳质量之比为2∶1、葛根粉添加量为12%、木糖醇添加量为20%的条件下，考察麦芽糊精添加量(4%、6%、8%、10%、12%)对产品感官评价的影响。配制好5组样品后混合均匀，再分别倒入5个已消毒清洗干净的小烧杯中，每杯加入约100 mL的沸水，搅拌均匀后，由感官评定小组成员进行品尝并进行评分，取平均分，并记录数据。

(4)响应面优化实验。在上述单因素实验的基础上，选取苦荞芽苗粉与山楂粉之比(A)、木糖醇的添加量(B)、葛根粉的添加量(C)、麦芽糊精的添加量(D)4个因素作为响应变量，感官评分则作为响应值(R)。建立一个四因素三水平的因素与水平表，如表2所示。

表2 响应面分析法的因素与水平表

(5)产品的营养成分和功能性品质的测定。通过上述单因素和响应面优化分析实验确定了苦荞芽苗功能饮料的最终产品配方。按上述最佳配方加工成苦荞芽苗固体饮料样品，对其总黄酮含量、酸度和色泽3个方面进行测定。

①总黄酮含量的测定。称取饮料样品0.25 g，加入70%的乙醇溶液后经过65 ℃的超声提取40 min，将提取物置于高速离心机中以5 000 r/min的转速离心15 min，取离心分离后的上层清液作为样液，根据硝酸铝显色法测定总黄酮的含量(以芦丁为标准品)。②酸度的测定。采用手持精密数显酸度计测定产品的pH值(即产品的有效酸度)。③色泽的测定。使用精密色差仪对所研制的苦荞芽苗固体饮料进行测定。

(6)数据统计与分析。实验为3次重复，结果以平均值的形式表示。实验数据采用Design Expert 8.0.6软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

(1)烘烤条件的单因素实验。

①不同烘烤时间对苦荞芽苗感官质量的影响如图1所示，感官质量随着烘烤时间的增加呈现先增加后减少的趋势，并在10 min时得到最高的评分。烘焙时间过短，芽苗粉未能熟化；烘烤10 min时，芽苗粉有浓郁的香气；而烘焙时间超过10 min时，芽苗粉逐渐过黄且产生焦糊味。结果说明，在烘烤温度一定的条件下烘烤10 min时的苦荞芽苗感官质量最好。

图1 烘烤时间对产品感官质量的影响 图2 烘烤温度对产品感官评分的影响

②不同烘烤温度对苦荞芽苗感官质量的影响如图2所示，随着烘烤温度的升高，苦荞芽苗的感官质量呈现先增加后减少的趋势。在烘烤温度为200 ℃时，芽苗粉产生浓郁的香气，不容易出现烤糊现象，具有较好的操作稳定性；温度过低芽苗粉不易熟化，而温度过高则易烤糊。结果说明，时间一定时，烘烤温度为200 ℃的条件下所得到的苦荞芽苗感官评分最高。

(2)苦荞芽苗功能饮料最佳调配方案的单因素实验。

①苦荞芽苗粉与山楂粉混合配比的确定。苦荞芽苗粉与山楂粉之比对产品感官评分的影响如图3所示。由图3可知，苦荞芽苗粉与山楂粉添加量之比为2∶1时所得到的产品感官评分最高。随着混合配比比例的增大，即山楂粉添加量的逐渐减少，感官评分先升高后降低。可能是因为适量的山楂粉可以生津止渴，酸甜适中，口感协调；过量的酸让人难以接受，过少则不突出其味道，不能达到刺激味蕾的作用。

②木糖醇添加量的确定。木糖醇添加量对产品感官评分的影响如图4所示。由图4可知，苦荞芽苗粉与山楂粉添加量之比为2∶1，其他添加量为定值，木糖醇添加量为20%时所得到的产品感官评分最高，所以木糖醇的添加量为20%最为适宜。适当的木糖醇添加量可以使饮料酸甜适中，口感清爽，但过高浓度的甜会产生腻人的甜味，引起人们不愉快的反应。

③葛根粉添加量的确定。葛根粉添加量对产品感官评分的影响如图5所示。通过对图3、图4、图5分析可以得出以下结论：苦荞芽苗粉与山楂粉添加量之比为2∶1，其他添加量为定值，葛根粉添加量为12%时所得到的产品感官评分最高。适量的葛根粉可解热除烦，生津止渴，葛根粉的添加量过高会导致饮料的溶解度降低，口感过于浓稠且色泽不均。

④麦芽糊精添加量的确定。麦芽糊精添加量对产品感官评分的影响如图6所示。通过对图3、图4、图5、图6分析可以得出以下结论：苦荞芽苗粉与山楂粉添加量之比为2∶1，其他添加量为定值，麦芽糊精添加量为8%时所得到的产品感官评分最高。当添加量为8%时，饮料的口感细腻、醇厚、落口清爽，然而随着添加量的增加，饮料过分粘稠等会降低其感官质量。

图3 苦荞芽苗粉与山楂粉不同配比对产品感官评分的影响 图4 木糖醇添加量对产品感官评分的影响

图5 葛根粉添加量对产品感官评分的影响 图6 麦芽糊精添加量对产品感官评分的影响

2.2 优化实验苦荞芽苗功能饮料产品配方的响应面实验结果

(1)响应面实验结果。响应面实验设计及结果如表3所示，经过拟合得到多元回归方程：

表3 响应面分析方案与实验结果

R(感官评分)=6.94-0.075A-(9.396E+003)B-0.028C+0.019D-(1.076E+004)AB-

(3.120E+004)AC+(2.089E-004)AD-(3.948E+005)BC+(2.643E-005)BD+

(7.669E-005)CD-0.15A2-0.17B2-0.099C2-0.11D2

式中，A为苦荞芽苗粉与山楂粉之比；B为木糖醇的添加量；C为葛根粉的添加量；D为麦芽糊精的添加量。

(2)响应面实验方差分析。响应面实验方差分析结果如表4所示。由表4可知，本次响应面优化实验的二次模型方差分析(P值<0.000 1)极为显著，其中，一次项ABCD以及二次项A2、B2、C2、D2都对苦荞芽苗功能饮料的感官评分影响效果显著，其余交互项为非显著影响。由表4中数据可知，各因素对产品感官评分的影响显著性的顺序为：A>C>D>B，即对产品感官评分的影响显著性由大到小依次为：苦荞芽苗粉与山楂粉之比、葛根粉添加量、麦芽糊精添加量、木糖醇添加量。此外，失拟项P值为1，不显著，说明该实验拟合效果比较好，能充分反映不同的因素与响应值之间的关系，可用于苦荞芽苗功能饮料配方的预测。

表4 响应面实验方差分析结果

(3)响应曲面图分析。6个因素两两交互作用的响应面曲面图如图7～图12所示。由图7～图12可知，当各因素水平增加时，苦荞芽苗功能饮料的感官评分增加，当感官评分达到峰值后，感官评分开始随因素水平的增加而降低。通过对几个曲面图峰值的分析，可以得到响应面优化条件下产品的理想配方为：苦荞芽苗粉与山楂粉之比为2.49∶1，木糖醇添加量为19.87%，葛根粉添加量为11.43%，麦芽糊精添加量为8.00%。但根据实际操作将产品的最佳配方调整为：苦荞芽苗粉与山楂粉之比为2∶1，葛根粉添加量为12%，木糖醇添加量为20%，麦芽糊精添加量为8%。

图7 苦荞芽苗粉与山楂粉之比与木糖醇添加量的交互影响 图8 苦荞芽苗粉与山楂粉之比与葛根粉添加量的交互影响

图9 苦荞芽苗粉与山楂粉之比与麦芽糊精添加量的交互影响 图10 葛根粉添加量与木糖醇添加量的交互影响

图11 麦芽糊精添加量与木糖醇添加量的交互影响 图12 麦芽糊精添加量与葛根粉添加量的交互影响

2.3 产品的营养成分和功能性品质的确定

(1)苦荞芽苗功能饮料总黄酮含量及酸度的确定。由实验结果绘制的芦丁标准曲线如图13所示。由图13可知，芦丁标准曲线方程式为:

图13 芦丁标准曲线图

y=10.977x+0.0316,

在上述实验中测得样品的吸光度为0.357 A，代入方程式，得到样品的芦丁浓度为0.029 6mg/mL，再根据计算得出产品的总黄酮含量。产品总黄酮含量及酸度结果如表5所示。由表5可得出结论，该产品的总黄酮含量为1 480 mg/100 g DW，酸度(pH值)约为4.17，为酸性饮料。

表5 产品总黄酮含量及酸度结果记录表

(2)苦荞芽苗功能饮料色泽的确定。

产品色泽数据如表6所示。由表6可知，所研制的苦荞芽苗功能饮料产品的色泽测定具体结果为L值：61.838(产品颜色偏亮)；a值：-0.31(产品色泽偏绿)；b值：26.854(产品色泽偏黄)；c值：26.854(产品色度较饱和)；h值：90.656。

表6 产品色泽数据记录表

2.4 感官指标评价

由感官评定小组对按照经响应面优化后的最佳配方所研制的苦荞芽苗固体功能饮料产品(见图14)进行最终的评定，得出的感官评价如表7所示。

表7 产品最终感官评价表

图14 苦荞芽苗固体功能饮料

3 结论

根据单因素实验及响应面优化实验可知,苦荞芽苗粉在200 ℃温度条件下烘烤10 min 所烘烤熟化的苦荞芽苗粉效果最好、感官质量最优；苦荞芽苗复合固体功能饮料的最佳配方：苦荞芽苗粉与山楂粉添加量之比为2∶1，葛根粉添加量为12%，木糖醇添加量为20%，麦芽糊精添加量为8%。按照此配方所制作的苦荞芽苗复合固体功能饮料香味宜人，有淡淡的苦荞香味和山楂的果香味，口感醇厚、酸甜可口、黏稠度适中，色泽均匀、呈淡黄绿色，冲泡性能好、无沉淀悬浮物且质量最佳。