小米牛奶饮品的研制

张 瑾，赵佳琪，付丽红

（山西农业大学食品科学与工程学院，山西晋中030801）

小米（Millet）又称谷子、栗，隶属于禾本科狗尾草属。小米营养价值很高，含有碳水化合物、蛋白质、脂肪、维生素和矿物质等多种人体不可或缺的营养物质，是良好的营养源；小米蛋白质中氨基酸种类齐全，占总量的58.95 %，其中8种人体必需氨基酸含量丰富，占整个氨基酸总量的41.9%，尤其是色氨酸、蛋氨酸较为突出，其含量均高于小麦；小米中的色氨酸，可以促使大脑中的神经细胞分泌出催人欲睡“血清素”，加快人体褪黑激素的分泌和转化，对改善人体的情绪和提高睡眠质量有重要作用。另外，小米中还含有丰富的维生素，主要包括维A、维B1、维C、维D和维E等，其中维B1是保证正常的神经功能和碳水化合物代谢所必需的[1]。牛奶被称为“最接近完美的食品”，营养物质含量丰富，蛋白质含量2.8%～3.4%，其中色氨酸和亮氨酸具有促进睡眠、缓解焦虑情绪的作用[2]。

试验利用小米中的功能成分及其特性，突出色氨酸的作用，并与牛奶混合，旨在研究一款营养丰富、色泽均匀、风味良好并具有一定助眠功效的小米牛奶复合型谷物饮料，通过单因素试验和响应面分析法对小米牛奶配方进行优化，为工业化生产提供理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小米（中谷2号、中谷7号、长农40、小黄谷）；牛奶，君乐宝乳业纯牛奶；白砂糖，市售；黄原胶、单甘酯，均为食品级；浓盐酸；硝酸钠；氢氧化钾；4-（二甲氨基）苯甲醛、L-色氨酸、木瓜蛋白酶，北京索莱宝科技有限公司提供。

1.2 仪器与设备

JA5003N型电子天平，上海精密科学仪器有限公司产品；HHoS21-6S型电热恒温水浴锅，上海跃进医疗器械有限公司产品；1000A型多功能粉碎机，永康市红太阳机电有限公司产品；UV-1200型紫外可见分光光度计，上海美谱达仪器有限公司产品；NDJ-8S型旋转黏度计，上海昌吉地质仪器有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

①小米→粉碎→酶解→煮制→牛奶→预热；

②黄原胶、单甘酯、白砂糖；

①+②→混合→成品。

1.3.2 小米品种的筛选

（1）色氨酸标准曲线的建立。参考NY/T 57—1987《谷物籽粒色氨酸测定方法》并稍作修改。吸取L-色氨酸标准溶液0.10，0.15，0.20，0.25，0.30，0.35 mL分别置于25 mL具塞刻度玻璃试管中，加入质量分数为10%氢氧化钾溶液0.5 mL，摇匀；加入质量分数为5%对二甲氨基苯甲醛0.1 mL，摇匀；加入质量分数为1%硝酸钠溶液0.1 mL，摇匀；将试管置于冰水中，再加入浓盐酸2.5 mL。取出试管，强烈振摇后放入25℃水浴锅中显色75 min，取出后用蒸馏水稀释至刻度10 mL，摇匀，以试剂空白作为对照，于波长590 nm处测定吸光度。以色氨酸含量（μg）为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线，得到回归方程。

（2）不同品种小米色氨酸含量的测定。参考吴显荣等人[3]的试验并稍作修改。

样品的处理：取4个品种的小米样品各2份，将每个小米品种其中的1份进行煮制处理（湿制），小米∶水为1∶9，沸水煮30 min后，置于70℃干燥箱中干燥2 h，研磨粉碎；将每个小米品种中的另一份放入粉碎机中进行粉碎处理（干制），粉碎次数为3次，每次时间为40 s，粉碎后的小米置于70℃干燥箱中干燥30 min，保存备用。

样品酶解：分别称取小米样品0.2 g置于25 mL具塞刻度玻璃试管中，加入8 mg/mL的木瓜蛋白酶溶液5 mL，40℃下恒温水浴11 h，取其上清液备用。

色氨酸含量测定：分别吸取酶解液0.3 mL于25 mL的具塞刻度玻璃试管中，加入质量分数为10%氢氧化钾溶液0.5 mL，摇匀；加入质量分数为5%对二甲氨基苯甲醛0.1 mL，摇匀；加入质量分数为1%硝酸钠溶液0.1 mL，摇匀；将试管置于冰水中，再加浓盐酸2.5 mL，摇匀置于25℃水浴锅中显色75 min，取出后用水稀释至刻度10 mL，摇匀，以试剂空白作为对照，于波长590 nm处测定其吸光度。

1.3.3 牛奶与小米酶解液配比的筛选

对优先的小米品种按照1.3.2（2）中的方法进行干制酶解，制备小米酶解液备用。将添加量分别为1%白砂糖、0.2%黄原胶、0.08%单甘酯混匀，加入到温度不低于60℃的热牛奶中，搅拌使其完全溶解，然后将牛奶与小米酶解液按2∶1，3∶1，4∶1，5∶1，6∶1的配比进行混合得到成品[4]。测定成品黏度并进行感官评分。

1.3.4 黄原胶添加量的筛选

分别取添加量为0.10%，0.15%，0.20%，0.25%，0.30%的黄原胶，依次加入添加量为白砂糖1%和单甘酯0.08%混匀，加入到温度不低于60℃的热牛奶中，搅拌使其完全溶解，然后将牛奶与小米酶解液按一定的配比进行混合得到成品[4]。测定成品黏度并进行感官评分。

1.3.5 单甘酯添加量的筛选

分别取添加量为0.03%，0.05%，0.08%，0.11%，0.14%的单甘酯，加入添加量为1%的白砂糖和一定量的黄原胶混匀，加入到温度不低于60℃的热牛奶中，搅拌使其完全溶解，然后将牛奶与小米酶解液按一定配比进行混合得到成品[4]。测定成品黏度并进行感官评分。

1.3.6 白砂糖添加量的筛选

分别取添加量为0.50%，1.00%，1.50%，2.00%，2.50%的白砂糖，依次加入黄原胶和单甘酯混匀，加入到温度不低于60℃的热牛奶中，搅拌使其完全溶解，然后将牛奶与小米酶解液按固定配比进行混合得到成品[4]。测定成品黏度并进行感官评分。

1.3.7 响应面试验的优化

根据单因素试验结果，选择牛奶与小米酶解液的配比、黄原胶添加量、白砂糖添加量3个因素作为响应因素，饮品感官评分为响应值，设计出三因素三水平的响应面试验

响应面试验因素与水平设计见表1。

表1 响应面试验因素与水平设计

1.3.8 小米牛奶饮品的感官评价标准

结合小米牛奶自身的特点，选取5人从色泽、气味和滋味、组织状态3个方面进行感官评定。

感官评分标准[5]见表2。

表2 感官评分标准

2 结果与分析

2.1 小米品种的确定

色氨酸标准曲线回归方程为Y=0.004 7X-0.059 2，R2=0.955 2。

不同品种的小米经湿制、干制处理后的色氨酸含量见表3。

表3 不同品种的小米经湿制、干制处理后的色氨酸含量

由表3可知，干制中谷2号小米的色氨酸含量相对于其余品种处理的小米色氨酸含量高，因此试验将选用干制中谷2号小米进行后续研究。

2.2 牛奶与小米酶解液配比的确定

牛奶与小米酶解液的配比对小米牛奶感官评分的影响见图1。

图1 牛奶与小米酶解液的配比对小米牛奶感官评分的影响

由图1可知，随着牛奶与小米酶解液配比的逐步增加，感官评分出现峰值，当牛奶与小米酶解液的配比为5∶1时，小米牛奶的感官评分值达到最大80分，此时饮品的黏度为259 mPa·s。因此，选用牛奶与小米酶解液的配比为5∶1作为后续试验参数。

2.3 黄原胶添加量的确定

黄原胶添加量对小米牛奶感官评分的影响见图2。

由图2可知，随着黄原胶添加量的增加，小米牛奶饮品的感官评分出现峰值，当黄原胶添加量为0.2%时，小米牛奶的感官评分值达到最大79分，此时饮品的黏度为280 mPa·s。因此，选用黄原胶添加量为0.2%作为后续试验参数。

2.4 单甘酯添加量的确定

图2 黄原胶添加量对小米牛奶感官评分的影响

单甘酯添加量对小米牛奶感官评分的影响见图3。

图3 单甘酯添加量对小米牛奶感官评分的影响

由图3可知，随着单甘酯添加量的增加，小米牛奶的感官评分出现峰值，当单甘酯添加量为0.14%时，小米牛奶的感官评分值达到最大80分，此时饮品的黏度为535 mPa·s。因此，选用单甘酯添加量为0.14%作为后续试验参数。

2.5 白砂糖添加量的确定

白砂糖添加量对小米牛奶感官评分的影响见图4。

图4 白砂糖添加量对小米牛奶感官评分的影响

由图4可知，随着白砂糖添加量的增加，小米牛奶的感官评分出现峰值。当白砂糖添加量为2.0%时，小米牛奶的感官评分值达到最大83分，此时饮品的黏度为96 mPa·s。因此，选用白砂糖添加量为2%作为后续试验参数。

2.6 响应面优化试验结果

2.6.1 响应面回归模型的建立与方差分析

根据Box-behnken设计原则，响应面试验选择牛奶与小米酶解液的配比（A）、黄原胶添加量（B）、白砂糖添加量（C）为响应因素，感官评分作为响应值优化小米牛奶饮品的配方。

Box-behnken试验设计与结果见表4。

表4 Box-behnken试验设计与结果

采用Design-Expert 8.6.1软件对响应面试验结果进行回归拟合，得到小米牛奶感官评分与牛奶与小米酶解液的配比（A）、黄原胶添加量（B）、白砂糖添加量（C）的回归方程：

由图5可以看出，回归模型p<0.000 1，说明该模型的回归效果极显著[6]；模型的决定系数R2=0.952 1，说明利用该模型预测的数值与实际情况拟合较好；失拟项p=0.847 9>0.05，说明模型失拟不显著，回归方程能够用于小米牛奶饮品感官品质的判定。

对图5中模型系数的显著性分析表明，一次项中A、B均达到极显著水平（p<0.01），且B对感官品质的影响大于A；BC之间的交互作用对感官品质的影响极显著，AB之间的交互作用对感官品质的影响显著；二次项中A2，B2，C2的p值均小于0.01，说明这几个因素对小米牛奶感官品质的影响不是简单的线性关系，响应面响应值极显著。

回归模型方差分析见表5。

2.6.2 响应曲面图的分析

牛奶与小米酶解液的配比和黄原胶添加量交互作用的三维响应曲面见图5，牛奶与小米酶解液的配比和白砂糖添加量交互作用的三维响应曲面见图6，黄原胶添加量和白砂糖添加量交互作用的三维响应曲面见图7[6]。

由图5～图7可知，随着各响应因素水平的升高，小米牛奶的感官评分先增加到一个峰值，之后出现下降趋势，并且黄原胶添加量（B）对感官评分的影响大于牛奶与小米酶解液的配比（A）和白砂糖添加量（C）对感官评分的影响，与方差分析一致。响应面分析得出小米牛奶的最佳配方为：牛奶与小米酶解液的配比（A）为5.25∶1，黄原胶添加量（B）为0.2%，白砂糖添加量（C）为2%，此时感官评分最高。

表5 回归模型方差分析

图5 牛奶与小米酶解液的配比和黄原胶添加量交互作用的三维响应曲面

图6 牛奶与小米酶解液的配比和白砂糖添加量交互作用的三维响应曲面

图7 黄原胶添加量和白砂糖添加量交互作用的三维响应曲面

3 结论

利用比色法测定小米色氨酸含量，筛选试验所用小米为干制处理的中谷2号，突出其色氨酸优势，通过单因素试验和中心组合设计试验，采用响应面分析法得出小米牛奶的最佳配方为牛奶∶小米酶解液配比为5.25∶1，黄原胶添加量为0.20%，白砂糖添加量为2.00%，单甘酯添加量为0.14%。在此优化条件下，小米牛奶饮品的感官评分最高，小米牛奶色泽均匀、组织均一、甜度适宜，且有小米和牛奶协调香气，并伴有淡淡木瓜味。