苦荞复合代餐粉的研制

宋盼盼，曹亚楠，刘颖翔，陈 琳，赵 钢，彭镰心

（成都大学农业农村部杂粮加工重点实验室，四川 成都610106）

苦荞是双子叶蓼科荞麦属植物，学名鞑靼荞麦（Fagopyrum tataricum）[1]，被誉为“五谷之王”，对降血压，降血糖，降血脂均有辅助作用[2]。苦荞富含多种营养元素，还含有大量谷物不具有的芦丁等抗氧化物质，芦丁是苦荞中主要的黄酮类物质，具有降糖、降脂、抗癌等作用[3]。研究表明，适量摄入芦丁等黄酮类物质有益于人体健康[4]，能够减少代谢综合症发生[5]，此外苦荞还含有D-手性肌醇[6]、荞麦碱[7]等成分，同时富含谷类第一限制氨基酸—赖氨酸[8]。黑豆中蛋白质含量达40%以上[9]，并含有黑豆多糖[10]，脂肪也以不饱和脂肪酸为主，具有降低胆固醇[11]，清除自由基，调节人体免疫等功能[12]。黑芝麻可食药两用，据汪学德等[13]考证，黑芝麻含有人体所需的脂肪酸、亚油酸和油酸，对解决人体白发、脱发及美容有一定辅助作用[14]。黑米含有丰富的多酚、生物碱、强心苷等生物活性物质，能够改善睡眠和部分贫血，同时还具有抗应激反应、镇静、抗动脉粥样硬化、抗衰老和清除自由基的功效[15]。

随着社会经济的快速发展，饮食失衡引起的各种营养缺失、过剩及代谢综合症等问题，给人类健康带来极大负面影响，同时也为健康保健系统带来巨大的开销，严重影响人们生活水平与质量。随着生活节奏的加快，人们对健康、营养、方便食品的需求越来越大[16-17]。代餐粉开袋冲调即食，不仅方便，也是早餐和代餐的理想选择。研究表明，多元化的饮食平衡是改善亚健康最有效的策略[18]。杂粮多富含功能活性物质，在饮食结构平衡中具有重要地位，但其加工特性差，制约了杂粮产品的开发。另外，由于苦荞中的芦丁在加工中容易转化为槲皮素，从而使其活性改变，并增加了苦味，因此，本试验以大米为基质，苦荞、黑豆粉、黑芝麻粉和黑米粉等杂粮为主要原料，配以植脂末、麦芽糊精和糖粉辅料，通过工艺筛选与优化，开发一种富含芦丁的复合代餐粉，旨在为消费者提供更为丰富的产品选择，同时也满足消费者对营养产品的需求。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

黑苦荞（川荞1号），由成都大学农业农村部杂粮加工重点实验室提供，2018年9月采收于成都金堂；大米，采购于成都市十陵镇好乐购超市；黑米粉、黑大豆粉，哈尔滨宝利食品有限公司产品；黑芝麻粉，汉川市六谷食品有限公司产品；麦芽糊精，西王药业有限公司产品；糖粉，江门市新会区罗坑爽爽粉面制品厂有限公司产品；植脂末，江西长汇食品有限公司产品。

芦丁、槲皮素（纯度均不小于98%），四川维克奇生物科技有限公司产品；冰乙酸（色谱纯），成都市科龙化工试剂厂产品；甲醇（色谱纯），Sigma公司产品；氨基酸Na盐体系流动相、反应器清洗液、自动进样器清洗剂、茚三酮、活化剂，均为自德国曼默博尔公司产品，以上未标注纯度的试剂均为分析纯。

1.1.2 仪器与设备

WT型电子天平，杭州万特衡器电器有限公司；CS-700Y粉碎机，海纳电器有限公司；SHZ-82水浴恒温振荡器，常州市国旺仪器制造有限公司；SFTGL-16M台式高速离心机，上海菲恰尔分析仪器有限公司；UPH-I-10T超纯水制造系统，四川优普超纯科技有限公司；DGG-9246A电热恒温鼓风干燥箱，上海齐欣科学仪器有限公司；C21-RT2140多功能电磁炉，广东美的生活电器制造有限公司；SZT-06A脂肪仪，苏州市天威仪器有限公司；Biotek Synergy HTX多功能微孔板检测仪，美国伯腾仪器有限公司；A200氨基酸自动分析仪，德国曼默博尔公司；KDN-1000全自动定氮仪，上海昕瑞仪器仪表有限公司；SX2-4-10N箱式电阻炉，上海一恒科技有限公司；ACQUITY UPLC H-Class超高效液相色谱仪，沃特世上海科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 苦荞的处理

挑选颗粒饱满的苦荞籽粒，清洗，将清洗过的苦荞放入锅中，按料液比1∶5（g/mL）放入水（由预试验确定），电磁炉2 000 W蒸煮40 min。将煮好的苦荞，薄薄的平铺在铁盘中，80℃烘干，粉碎，分别过筛（50、65、80、100、120目），然后放入干燥器中，待用。

1.2.2.2 大米的处理

清洗大米3遍，将清洗过的大米放入锅中，按料液比1∶1.5（g/mL）放入水，2 000 W电磁炉蒸煮30 min。将煮好的大米，薄薄的平铺在铁盘中，80℃烘干，粉碎，分别过筛（50、65、80、100、120目），然后放入干燥器中，待用。

1.2.2.3 其他杂粮的处理

黑米粉、黑大豆粉、黑芝麻粉3种杂粮，分别过筛（65、80、100、120目），然后放入干燥器中，待用。

1.2.2.4 代餐粉的调配

配方以60 g计算，将粉碎过筛后的苦荞粉、黑豆粉、黑芝麻粉、黑米粉、大米粉、植脂末、麦芽糊精和糖粉按一定比例调配，混合均匀，然后再把混合后的配料进行二次粉碎，过80目筛，即得代餐粉成品。选择阻隔性较好的PE复合包装材料包装，以避免产品吸潮和油脂氧化。

1.2.2.5 代餐粉的冲调

准确称30 g产品，按料液比1∶5（g/mL）倒入90℃以上的开水[19]，搅拌均匀，对产品进行感官评价并进行溶解度指数（DSI）测定。

1.2.3 单因素试验

1.2.3.1 原料粒径对苦荞复合代餐粉感官品质的影响

以原料粒径（以所过不同目数的网筛而定，简称原料目数）为考察对象，固定大米粉、苦荞粉、黑豆粉、黑芝麻粉和黑米粉添加量分别为15、15、2、3、8 g，麦芽糊精、植脂末和糖粉添加量分别为5、5、7 g。考察原料目数为50、65、80、100、120目时对产品感官品质的影响。

1.2.3.2 主要原料配方单因素试验设计

参照张超文等[20]的方法，配方按60 g计算，固定麦芽糊精5 g，植脂末粉5 g，糖粉5 g，苦荞粉15 g，黑豆粉2 g，黑芝麻粉3 g和黑米粉6 g，原料目数80目，分别考察苦荞粉（5、10、15、20、25 g）、黑豆粉（1、2、3、4、5 g）、黑芝麻粉（1、2、3、4、5 g）、黑米粉（2、4、6、8、10 g）添加量对产品感官品质和溶解度指数（DSI）的影响，不足60 g部分以大米粉补足。

1.2.3.3 辅料配方单因素试验设计

配方固定的主辅料及用量同“1.2.3.2”，参照马永轩等[21]的方法，分别考察麦芽糊精（1、3、5、7、9 g）、植脂末（1、3、5、7、9 g）、糖粉（1、3、5、7、9 g）添加量对产品感官品质和DSI的影响，不足60 g部分以大米粉补足。

1.2.4 正交试验设计

1.2.4.1 主料配方的正交试验设计

在单因素试验结果的基础上，进行L9(34)正交试验，对试验数据进行分析，找出最佳的主料配方。主料配方正交试验因素与水平设计见表1。

表1 主料配方的正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test for main material formula 单位：g

1.2.4.2 辅料配方的正交试验设计

在单因素试验结果的基础上，进行L9(34)正交试验，对试验数据进行分析，找出最佳辅料配方。正交试验因素与水平设计见表2。

表2 辅料配方的正交试验因素水平表Table 2 Factors and levels of orthogonal test for auxiliary materials formula 单位：g

1.2.5 感官评价方法

苦荞复合代餐粉的感官品质由感官评价小组评出的平均得分来衡量，满分100分，评价小组由20位经过培训的食品专业人员组成。具体评分细则如表3所示。

表3 苦荞复合代餐粉的感官评分标准Table 3 Sensory evaluation standard of tartary buckwheat compound meal substitute powder

1.2.6 测定项目与方法

1.2.6.1 溶解度指数

精确称取代餐粉（以干基计算）5 g，放于50 mL小烧杯中，加入去离子水30 mL，室温下水浴振荡30 min，使营养糊完全分散，再将溶液完全转移至50 mL容量瓶中，用去离子水定容至刻度线，充分摇匀，取10 mL该液体放入离心管中，3 000 r/min离心10 min，将上清液完全转入称量瓶中，105℃干燥箱中烘干至恒重，冷却后称重[22-24]。

式中：DSI为溶解度指数，%；m0为样品质量，g；m1为称量瓶的质量，g；m2为加入上清液烘干后和称量瓶的质量和，g。

1.2.6.2 芦丁、槲皮素含量

参考彭镰心等[25]的方法，采用高效液相的保留时间定性，外标一点法定量，以芦丁、槲皮素为对照品。精密称取1.000 g代餐粉于25 mL锥形瓶中，加入25 mL无水甲醇，摇匀并称重，于常温超声30 min，取出冷却并补足甲醇质量，摇匀，于12 000 r/min离心10 min，取上清液，过0.22 μm微孔滤膜，备用。流动相为甲醇（A）-0.2%冰乙酸水溶液（B），梯度洗脱。

1.2.6.3 基本营养成分

粗脂肪含量：参照GB 5009.6—2016[26]规定的方法，采用索氏抽提法进行测定；灰分含量：参照GB 5009.4—2016[27]规定的方法进行测定；粗蛋白质含量：参照GB 5009.5—2016[28]规定的方法，采用凯式定氮法进行测定；淀粉含量：参照GB 5009.9—2016[29]规定的方法，采用酸水解法进行测定；氨基酸含量：参照GB 5009.124—2016[30]规定的方法，采用酸水解法利用氨基酸自动分析仪进行测定。

1.2.7 数据处理

采用Excel 2007计算数据平均值及标准差，SPSS 18.0对数据进行方差分析，OriginPro 2018进行数据分析及绘图。

2 结果与分析

2.1 原料粒径对苦荞复合代餐粉感官品质及溶解度的影响

原料粒径是影响苦荞复合代餐粉口感以及溶解度的重要因素。从图1可以看出，原料目数在50～80目时，DSI和感官评分均逐渐上升；原料目数在80～120目时，感官评分变化不大，而DSI下降明显。可能是粉越细，在冲调时，越容易造成淀粉包裹形成结块[17]。综合考虑冲调粉DSI和感官评价，苦荞复合代餐粉的原料目数选择80目为宜，这与吴淼等[31]研究的代餐粉结论一致。

图1 原料粒径对苦荞复合代餐粉DSI和感官评分的影响Fig.1 Effect of raw material grain size on DSI and sensory scoreof tartary buckwheat composite meal substitute powder

2.2 苦荞复合代餐粉主料配方单因素试验结果

由图2可以得出，代餐粉中随苦荞粉添加量的增加，DSI总体呈现缓慢下降趋势，而感官评分是先升高后降低。当苦荞粉添加量为15 g时，感官评分达到最高。这表明适当的添加苦荞粉可以增加代餐粉中苦荞特有的香气，而添加量大于15 g时，代餐粉中苦荞特有的苦味增加而影响了口感[2]。由于添加10 g和15 g的苦荞粉，DSI无显著差异。综合考虑，苦荞粉的适宜添加量为15 g。

图2 苦荞粉添加量对苦荞复合代餐粉DSI和感官评分的影响Fig.2 Effects of tartary buckwheat powder addition on DSI and sensory score of tartary buckwheat composite meal substitute powder

由图3可以得出，当苦荞复合代餐粉中的黑豆粉添加量为2 g时，感官评分最高。黑豆粉添加量超过2 g时，感官评分呈现阶梯式下降。而DSI则随着黑豆粉添加量的增加而缓慢下降，这可能是因为黑豆粉添加量过大时，豆腥味会影响口感和DSI。由于添加1 g和2 g的黑豆粉，DSI无显著差异。综合考虑，黑豆粉的添加量选定为2 g。

图3 黑豆粉添加量对苦荞复合代餐粉DSI和感官评分的影响Fig.3 Effect of black bean powder addition on DSI and sensory score of tartary buckwheat composite meal substitute powder

由图4可知，黑芝麻粉添加量为1～3 g时，苦荞复合代餐粉的感官评分随着添加量的增加而升高，添加量为3 g时，感官评分达到最高。而DSI随着黑芝麻粉添加量的增加先降低后略升高，总体为下降趋势，DSI在黑芝麻粉添加量为1 g时达到最大。这可能是黑芝麻含有较高的油脂[32]，添加适当的黑芝麻粉会增加苦荞复合代餐粉的芝麻香味，当黑芝麻粉添加量超过3 g时，代餐粉过重的芝麻味掩盖了其他杂粮的香味。综合考虑感官评分和DSI，黑芝麻粉的适宜添加量选定为3 g。

图4 黑芝麻粉添加量对苦荞复合代餐粉DSI和感官评分的影响Fig.4 Effect of black sesame powder addition on DSI and sensory score of tartary buckwheat composite meal substitute powder

由图5可知，随着苦荞复合代餐粉中黑米粉添加量的增加，感官评分呈先下降后上升再下降的趋势。而DSI在黑米粉添加量为2～4 g时呈下降趋势，4～8 g时呈上升趋势，8～10 g时又呈下降趋势。但黑米粉添加量在4～6 g之间无显著差异。综合考虑感官评分和DSI，黑米粉的适宜添加量选定为6 g。

图5 黑米粉添加量对苦荞复合代餐粉DSI和感官评分的影响Fig.5 Effect of black rice flour addition on DSI and sensory score of tartary buckwheat composite meal substitute powder

2.3 苦荞复合代餐粉辅料配方单因素试验结果

由图6可知，随着苦荞复合代餐粉中麦芽糊精添加量的增加，DSI整体呈上升趋势，这是由于麦芽糊精具有较高的溶解度。但当麦芽糊精添加量超过5 g之后，感官评分呈现下降趋势，这可能是由于麦芽糊精过量的添加，掩盖了代餐粉的杂粮香味。综合考虑感官评分和DSI，麦芽糊精的适宜添加量选定为5 g。

图6 麦芽糊精添加量对苦荞复合代餐粉DSI和感官评分的影响Fig.6 Effects of maltdextrin addition on DSI and sensory score of tartary buckwheat composite meal substitute powder

由图7可以得出，随着苦荞复合代餐粉中植脂末的增加，DSI整体呈上升趋势，这是由于植脂末具有遇水即溶的特性。但当植脂末添加量超过5 g时，感官评分呈下降趋势，这可能由于添加过多的植脂末，奶味过重，掩盖了代餐粉的杂粮香味。综合考虑，植脂末的适宜添加量选定为5 g。

图7 植脂末添加量对苦荞复合代餐粉DSI和感官评分的影响Fig.7 Effect of plant fat powder addition on DSI and sensory score of tartary buckwheat composite meal substitute powder

由图8可知，随着苦荞复合代餐粉中糖粉的增加，DSI整体呈上升趋势，原因是由于糖粉具有良好的水溶性，但当糖粉添加量大于5 g时，感官评分呈下降趋势，这可能是由于糖粉添加过多时，超过了人们对甜味的接受程度。综合考虑，糖粉的适宜添加量选定为5 g。

图8 糖粉添加量对苦荞复合代餐粉DSI和感官评价的影响Fig.8 Effect of sugar powder addition on DSI and sensory scoreof tartary buckwheat composite meal substitute powder

2.4 正交试验结果

2.4.1 苦荞复合代餐粉主料配方的正交试验结果

由表4可知，各因素对苦荞复合代餐粉感官评分的影响程度排序为：A＞B＝D＞C，即苦荞粉的影响最大，黑豆粉的影响最小。以感官评分为指标，苦荞复合代餐粉的最佳配方组合为A2B3C3D2。而各因素对于复合苦荞粉的DSI的影响程度排序为：A＞D＞C＞B，即苦荞粉的影响最大，黑米粉的影响最小。以DSI为指标，复合代餐粉的最佳配方组合为A3B1C1D1。

表4 主料配方的正交试验结果与分析Table 4 Orthogonal test result and analysis for main raw material formula

2.4.2 苦荞复合代餐粉辅料配方的正交试验结果

由表5可知，各因素对苦荞复合代餐粉感官评分的影响程度排序为：E＞G＞F，即植脂末的影响最大，麦芽糊精的影响最小。以感官评价为指标，复合代餐粉辅料配方的最佳组合为E2F2（F3）G3。从表5可知，添加5 g的麦芽糊精和添加7 g的麦芽糊精，感官得分一致。从单因素分析也可以看出，添加5 g或者7 g的麦芽糊精，感官评分无显著差异。而各因素对于苦荞复合代餐粉DSI的影响程度排序为：G＞E＞F，即糖粉的影响最大，麦芽糊精的影响最小。以DSI为指标，苦荞复合代餐粉的最佳辅料配方组合为E2F2G3。综合考虑感官评分和DSI，复合营养糊的最佳组合选定为E2F2G3。

表5 辅料配方的正交试验结果与分析Table 5 Orthogonal test result and analysis for auxiliary material formula

2.5 苦荞复合代餐粉较优配方的验证

在上述主要原料正交试验和辅料正交试验的基础上，得到主要原料和辅料的感官评价的最佳配方以及DSI的最佳配方。对主料和辅料的最佳方案进行组合验证（见表6），最后得到的配方为：A2B3C3D2E2F2G3，即原料目数80目，大米粉14 g（23.4%），苦荞粉15 g（25%），黑米粉8 g（13.3%），黑豆粉3 g（5%），黑芝麻粉3 g（5%），植脂末5 g（8.3%），麦芽糊精5 g（8.3%），糖粉7 g（11.7%），此配方的感官评分为89.2分，DSI为27.9%。验证试验感官评价和溶解度的平均值均高于正交试验最大值，并测得该最佳苦荞复合代餐粉配方中芦丁含量为1.25 mg/g。

表6 验证试验结果Table 6 Verification test results

2.6 苦荞复合代餐粉营养成分分析

将纯苦荞粉与本试验配制的苦荞复合代餐粉进行营养成分对比，结果见表7，纯苦荞粉中芦丁、槲皮素和淀粉含量都比苦荞复合代餐粉的含量高。而苦荞复合代餐粉比纯苦荞粉脂肪含量高3.93个百分点，蛋白质含量高2.2个百分点，原因可能是代餐粉中添加黑芝麻粉、黑豆粉、黑米粉、大米粉等杂粮，而苦荞粉含量相对较少所致。

表7 一般营养成分分析Table 7 General nutrient analysis

纯苦荞粉与苦荞复合代餐粉的氨基酸含量分析结果见表8。由表8可知，苦荞复合代餐粉比纯苦荞粉的总氨基酸含量高4.6%，虽然纯苦荞粉的活性成分含量相对较高，但其口感较差且总氨基酸含量要比苦荞复合代餐粉低。苦荞复合代餐粉是由多种杂粮复配的一种即食代餐粉，与单一苦荞粉相比，增加了营养成分，并适当保留了部分芦丁槲皮素含量，适合高血压等多种人群食用。该苦荞复合代餐粉有浓郁的杂粮香味，呈黑褐色，色泽均匀，冲调后口感细腻，气味香甜，并有饱腹感。多种杂粮的蛋白质，起到蛋白互补的作用，对预防营养不良的发生有重要意义。中国居民膳食指南（2016）推荐[33]，食物多样性，以谷物为主，苦荞复合代餐粉符合推荐要求并适合多种人群食用。

表8 氨基酸含量分析Table 8 Analysis of amino acid content 单位：mg·g-1

3 结论

苦荞中富含谷物不具有的芦丁，具有良好的生理活性，合理摄入芦丁能减少代谢性疾病的发生。但苦荞中的芦丁降解酶接触水后能迅速将芦丁降解为槲皮素，从而改变苦荞的活性与口感。实验室前期尝试采用挤压膨化法制备苦荞熟化粉，所得苦荞粉中芦丁已大部分转化为槲皮素。推测其与挤压膨化前苦荞粉加水激活了芦丁降解酶有关。本试验采用“杀酶保苷”技术，苦荞种子通过蒸煮灭酶，再烘干制粉，减少了芦丁的降解，保留了芦丁的活性及口感。对代餐粉来说，溶解度是影响营养糊口感和营养的关键。本试验通过单因素和正交试验优化得到苦荞复合代餐粉的最佳配方为：原料目数80目，大米粉23.4%，黑苦荞粉25%，黑米粉13.3%，黑豆粉5%，黑芝麻粉5%，植脂末8.3%，麦芽糊精8.3%，糖粉11.7%。通过验证试验，此配方的感官评价和DSI均为最高。该苦荞复合代餐粉有浓郁的杂粮香味，呈黑褐色，色泽均匀，冲调后口感细腻，气味香甜，并有饱腹感，富含芦丁、槲皮素等活性成分，是代餐的良好选择。