基于响应面设计的藜麦红枣复合蛋白饮料工艺配方优化

刘哲，叶英, *，梁欣悦，张瑞，刘荟萃

1. 青海大学农牧学院（西宁 810016）；2. 青海省青藏高原农产品加工重点实验室（西宁 810016）

藜麦（Chenopodium quinoaWilld.）为藜科植物，原产于南美洲，早在5 000多年以前便被印第安人作为传统主食[1]。因未对其进行遗传改良，故属天然农作物种，能够很好地抵御极寒、盐碱、干旱地等恶劣环境，特别适合在青藏高原等高海拔地区种植。近年来，随着科研工作者对藜麦的深入研究，其营养价值越来越被人们认可推崇，联合国国际粮农组织（FAO）认定其为极佳的“全营养食品”[2]。研究表明，藜麦中含有多种有益成分如蛋白质，平均可达到16%左右，其中所含必需氨基酸相对于一般谷物要更加合理[3]，特别是赖氨酸含量，可以有效补充人体缺少的植物蛋白，促进机体对钙的吸收，提高人体免疫力[4]。除此之外，藜麦中还含有丰富的膳食纤维、维生素以及多种矿物元素，同时它的多不饱和脂肪酸含量与人体所需比值较为接近[5]，能够很好地抑制胆固醇的增加，有效减缓肥胖症、心血管疾病的发生，具有良好的预防功效[6]。

如今，受全球经济市场的影响，我国藜麦产业发展也有了较快提升。部分企业开发出了藜麦面包、藜麦燕片、藜麦米等保健食品[7]，但在众多的藜麦产品中，饮料制品相对较少，且经过离心等预处理后造成藜麦中营养成分的一定损失。现阶段，针对藜麦的加工过程，鲜有烘烤熟化工艺的报道。此次研究采用青海地区种植藜麦为原料，采用响应面试验方法，探索藜麦与红枣、复原乳等辅料的最佳调配比例，制备藜麦红枣复合蛋白饮料。该饮品不仅可以最大程度地保留藜麦的营养成分，有效去除藜麦的苦涩感，还能完美融合藜麦的清香、红枣的甜香以及复原乳的乳香，既能满足人们营养均衡的饮食需求，又可丰富藜麦的产品品种，为青海地区藜麦新产品的研发提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

藜麦，青海巴颜喀拉生态农业有限公司；干红枣、脱脂奶粉、绵白糖，食品级，市售；CMC-Na，合肥格恩科技公司；氢氧化钠、对硝基苯酚，上海国药公司；硫酸，厦门海标科技有限公司；以上试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

PHS-25 pH计，上海越平有限公司；UV-2600紫外分光光度计，日本岛津有限公司；WY050T手持折光仪，陆恒生物公司；STSXT索氏抽提器，北京东方开物科学器材公司；JH200折光仪，上海佳航仪器有限公司。

1.3 藜麦红枣复合蛋白饮料制备工艺流程

①藜麦→除杂→热水浸泡→揉搓→烘烤→粉碎→加水糊化→过滤→藜麦浆

②红枣→清洗→去核→磨浆→红枣汁

③脱脂奶粉→溶解→复原乳

①+②+③+羧甲基纤维素钠+绵白糖→调配→均质→灌装→杀菌→冷却→检验→成品

1.4 藜麦浆制备的主要操作要点

因藜麦种皮中含有易溶于热水且带有苦涩味的皂苷成分，故在40~50 ℃热水浸泡10 min，用手揉搓3~5遍，随后将清洗干净的藜麦于150 ℃烘烤1 h后改用120 ℃烘烤1 h，期间每10 min翻动1次，待藜麦散发出麦香味后粉碎备用。用冷却至40 ℃左右的热水将粉碎后的藜麦粉和水按1∶13（g/mL）的比例混合，待保持糊化30 min后，用0.097 mm孔径的纱布过滤，制得藜麦浆。

1.5 藜麦红枣复合蛋白饮料工艺配方研究

1.5.1 单因素试验对产品品质的影响

以感官评分作为指标，考察藜麦浆添加量（35%，40%，45%，50%和55%）、红枣汁添加量（10%，15%，20%，25%和30%）、复原乳添加量（5%、10%、15%、20%和25%）和绵白糖添加量（1.0%，1.5%，2.0%，2.5%和3%）4个因素的影响。

1.5.2 响应面分析法优化试验

根据单因素试验结果，以藜麦浆添加量（A）、红枣汁添加量（B）、复原乳添加量（C）、绵白糖添加量（D）4个因素为自变量，响应值用感官评分表示，进行响应面试验设计，确定藜麦红枣复合蛋白饮料的最佳工艺条件[8]。

1.6 产品检验

1.6.1 藜麦红枣复合蛋白饮料的感官评定

选择11名专业的饮料评定人员，从色泽、气味、稳定性、口感对产品进行综合感官评定（表1），划去最高分和最低分后取平均值，即为该饮料的综合得分[9]。

表1 藜麦红枣复合蛋白饮料感官评定标准

1.6.2 稳定性研究

以羧甲基纤维素钠为稳定剂，添加量为0.02%，0.04%，0.06%，0.08%和0.1%，离心沉淀（10 000 r/min，30 min），以沉淀率为指标评价产品的稳定性，沉淀率越高，说明稳定性越差；沉淀率越低，说明稳定性越好[10]。沉淀率按式（1）计算。

式中：m为底部沉淀质量，g；M为样品质量，g。

1.6.3 指标检测

理化指标[10-11]：采用凯氏定氮法测定蛋白质含量；采用索氏抽提法测定脂肪含量；使用手持折光仪测定糖度；采用折光计法测定可溶性固形物含量；pH采用pH计直接测定。

微生物指标[10]：参考GB 4789.39—2013 测定菌落总数和大肠杆菌。

1.7 数据处理

采用Origin 6.0软件对单因素数据结果进行处理；采用Design-Expert. V8.0.6软件对响应面进行模型构建。

2 结果与分析

2.1 藜麦浆添加量的确定

由图1可知，随着藜麦浆添加量的增加，感官评分先上升后下降。这是由于随着藜麦浆添加量的不断提高，藜麦中特有的谷物清香逐渐浓郁，当添加量为45%时，藜麦红枣饮料呈现均匀的浅咖色，其中藜麦风味与红枣风味相得益彰，口感醇厚，感官评分最高；但之后当藜麦浆继续添加时，产品黏稠度较高，口感粗糙，品质下降。故藜麦浆添加量选择45%为宜。

图1 藜麦浆添加量对感官评分的影响

2.2 红枣汁添加量的确定

从图2可知，当添加量小于20%时，藜麦红枣复合蛋白饮料感官评分呈上升趋势，此时产品颜色较浅，口感寡淡；当添加量大于20%时，感官评分下降。当添加量为20%时，产品色泽均匀，枣香与藜麦的清香味协调，品质最好。故红枣汁添加量选择20%为宜。

图2 红枣汁添加量对感官评分的影响

2.3 复原乳添加量的确定

由图3可知，随着复原乳添加量的变化，产品的感官评分也不同。当添加量为15%时，复合蛋白饮料色泽均一，香气均衡，评分最高。但添加过量，复合蛋白饮料奶香味加重，颜色呈现出深褐色到乳白色的转变，完全掩盖了藜麦以及红枣本身的味道及色泽，从而影响饮料的风味。故复原乳添加量选择15%为宜。

图3 复原乳添加量对感官评分的影响

2.4 绵白糖添加量的确定

由图4可知，藜麦红枣复合蛋白饮料的感官评分随着绵白糖的添加量呈现出先升高后降低的趋势，当绵白糖添加量为2%时，感官评分最高，产品口感最佳。故绵白糖添加量选择2%为宜。

图4 绵白糖添加量对感官评分影响

2.5 响应面试验结果与分析

通过单因素试验，确定藜麦红枣复合蛋白饮料的响应面因素水平及试验结果，见表2和表3。

表2 响应面试验因素及水平 单位：%

表3 Box-Behnken试验结果

通过Design-Expert. V8.0.6软件分析，得到藜麦浆添加量、红枣汁添加量、复原乳添加量、绵白糖添加量4个因素对藜麦红枣复合蛋白饮料感官评分影响的二次回归方程：Y=85.56-2.27A-0.23B-1.35C-0.48D-0.27AB+1.50AC+1.12AD+1.25BC+0.40BD-0.30CD-2.78A2-2.57B2-2.42C2-2.36D2。

从表4可知，该模型极显著（p＜0.001），Radj2=0.992 4，R2=0.981 5，p=0.370 7＞0.05，失拟项不显著。说明该二次方程模型拟合度好，误差小，能准确表示藜麦浆添加量、红枣汁添加量、复原乳添加量和绵白糖添加量4个因素对藜麦红枣复合蛋白饮料感官评分的影响，可以利用此模型对其工艺配方进行优化。比较各项F值可知各因素对响应值的影响大小为A（藜麦浆添加量）＞C（复原乳添加量）＞D（绵白糖添加量）＞B（红枣汁添加量）。

表4 响应面回归模型方差分析表

2.6 交互作用分析

以其中2个因素不变对模型进行分析，考察各因素间的交互作用对感官评分的影响（图5）。二维图能直观反映各因素的交互作用对响应值的影响[12]，椭圆形反映因素交互作用显著，圆形则反映因素交互作用不显著[13]。由图5可知，两两因素的三维图较陡，等高线图均呈椭圆形，说明两两因素之间的交互作用均显著。响应面图判定各因素对感官评分的影响大小，越陡峭影响越大，越平缓影响越小[14]，故A对饮料感官品质的影响比B、C、D的影响大，C对饮料感官品质的影响比D的影响大，这与方差分析的结果是一致的。经软件Design-Expert. V8.0.6优化，得到藜麦红枣复合蛋白饮料的最佳工艺配方：藜麦浆添加量45%、红枣汁添加量20%、复原乳添加量15%、绵白糖添加量2.0%。根据模型预测得到的理论最大感官评分为85.75分。

图5 各因素交互作用对饮料的等高线及响应面图

2.7 产品稳定性研究结果

随着贮藏天数的不断延长，产品稳定性成为决定蛋白复合饮料的关键因素。由图6可知，当稳定剂含量低于0.04%时，离心沉淀率逐渐减小，与此同时，产品组织状态逐渐良好，感官评分升高；当稳定剂含量超过0.04%后，离心沉淀率增高，产品口感风味降低。故稳定剂羧甲基纤维素钠的最佳添加量为0.04%。

图6 稳定剂添加量对产品稳定性的影响

2.8 理化指标及微生物指标检测结果

经检测，优化后产品中蛋白质含量为1.6%；脂肪含量为0.25%；糖度为10 °Bx；可溶性固形物含量为11.7%；pH为6.74。菌落总数为75 CFU/mL（≤100 CFU/mL），未检出大肠杆菌，符合卫生标准[15]。

3 结论

采用响应面设计试验，对藜麦红枣复合蛋白饮料工艺配方进行优化，并通过产品稳定性试验确定藜麦红枣复合蛋白饮料的稳定剂最佳添加量。经研究发现，藜麦浆最佳制备条件：藜麦热水浸泡10 min，揉搓3~5遍，于120~150 ℃烘烤2 h，制浆料水比1∶13（g/mL），糊化时间30 min；响应面试验确定藜麦红枣复合蛋白饮料最佳工艺配方：藜麦浆添加量45%，红枣汁添加量20%，复原乳添加量15%，绵白糖添加量2.0%，稳定剂羧甲基纤维素钠添加量0.04%。在此条件下制得的藜麦红枣复合蛋白饮料成品色泽呈均匀一致的浅咖色，甜味适中，口感香醇，具有天然浓郁的藜麦和红枣复合香气，其蛋白质含量为1.6%，符合植物蛋白饮料蛋白质含量相关要求。

藜麦表皮中存在含量很高的皂苷[16]，如果不加以处理，制得的产品往往带有强烈的苦涩味，影响口感。研究发现，采用50 ℃左右的热水浸泡10 min，然后揉搓清洗，重复3~5次，即可除去藜麦表面的皂苷，有效去除藜麦的涩味，大大改善产品口感。此外，经对比研究发现，藜麦炒制熟化后制浆能赋予产品浓郁的藜麦谷物焦香气，藜麦风味凸显，产品滋味和色泽得到极大提升，而蒸煮磨浆制得的产品其藜麦风味相对寡淡。但由于炒制工艺火候不易控制，部分藜麦焦化后会使产品带有焦糊味，色泽暗黄，最终研究采用鼓风干燥箱对藜麦进行烘烤，操作条件稳定可控，既可以熟化藜麦，又能使产品具有浓郁的谷物香味，口感醇香，色泽较好，产品质量效果最佳。该研究对藜麦资源的精深加工和综合利用提供一定的理论参考。