藜麦红豆全谷物低糖高蛋白饮品研制

董 璇，刘 军，束琦琳，孙伊凡，陶志杰，满 云

(蚌埠学院 食品与生物工程学院，安徽 蚌埠 233030)

随着生活水平的提升以及居民保健意识的增强，我国饮料行业发展迅速, 产品呈现多元化[1]。饮料由原始的“解渴好喝”延伸为具有一定功能特性的产品, 如当前较流行的谷物饮料。谷物类食品营养价值高，将谷物制备成可直接饮用的产品, 不仅能够充分保留谷物中的营养成分, 而且口感好, 饮用更方便。当前，国内外对谷物饮料的研究大多以紫米、红枣、玉米等为主要原料，如郝静等[2]研发的青稞紫米复合谷物饮料，李瑶瑶等[3]研制的板栗红枣饮料，何凤林[4]研制的玉米南瓜复合谷物饮料。关于以谷物类为原料的高纤维植物蛋白低糖饮料的研究则鲜有报道。藜麦是一种全谷全营养完全蛋白功能性食物[5-6]，具有降血糖、抗氧化、增强机体饱腹感、缓解炎症、润肠通便等作用[7]。红豆，又名红小豆[8]，因含有丰富的蛋白质、碳水化合物以及多种生物活性成分使得其具有较高的食用价值和药用价值[9]。将藜麦和红豆应用于谷物饮料的制作中，既可以提升饮料的营养价值，也符合消费者的健康饮食观念。甜味剂，它能赋予食品与糖类相似的甜味，但热量相比较于传统糖类(如蔗糖)相对较低，迎合了现代消费者的饮食需求。目前，食品和饮料中应用比较广泛的甜味剂有：甜菊糖苷[10-11]、三氯蔗糖[12-13]、赤藓糖醇[14-15]等，它们的加入既可以达到低热量的效果，又能维持增甜的作用。研究表明将两种或者两种以上的甜味剂进行复合，不仅可以弥补或掩盖单一甜味剂的不良口味，还可以提高甜味剂的风味[16-17]。 本试验以藜麦、红豆和脱脂奶粉为主要原料，以复合甜味剂为基质，研制一款营养价值高、热量低的全谷物高蛋白低糖饮品，以此来增强谷物蛋白饮料的市场竞争力，满足消费者的日常需求。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1试验试剂

甜菊糖苷(葡萄糖基甜菊糖苷，99.5%纯，蔗糖甜度的100倍)，蚌埠市华东生物科技有限公司；三氯蔗糖(蔗糖甜度的600倍)，安徽金禾实业股份有限公司；赤藓糖醇(蔗糖甜度的0.7倍)，山东福田药业有限公司；柠檬酸(无水酸，99.5%)，中粮生物科技股份有限公司；香精，芜湖凯瑞香精厂；藜麦、红豆、脱脂奶粉均购买于蚌埠大润发超市；纯净水，蚌埠市海晶科工贸有限公司。

1.1.2试验仪器

AB323电子天平，上海海康电子仪器厂；HN-60BS电热恒温培养箱，邦西仪器科技(上海)有限公司；高速破壁调理机，九阳股份有限公司；胶体磨，沈阳市香洋机械厂；喷雾干燥机，上海雅程仪器设备有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1复合甜味剂配方优化试验

1.2.1.1甜味剂配制

分别配制甜度为100%蔗糖的甜菊糖苷溶液和三氯蔗糖溶液，然后按照甜菊糖苷∶三氯蔗糖为9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5的比例，分别取100 mL放于250 mL烧杯中备用。配制1%柠檬酸溶液和浓度为0.1%的香精用于后续试验。

1.2.1.2甜味剂的感官评价

选取10名(5男5女)感官分辨能力较强、语言表达水平较高、无吸烟及饮酒习惯的成员组成感官评价小组，试验前对小组人员进行系统培训。可配制不同浓度的甜味剂溶液，让评价小组成员对品尝后的结果进行准确描述，如甜味剂的甜度、甜味感觉速度、甜味持久度以及后味接受度等，并对甜味的愉悦性进行排序。试验溶液配制均用蒸馏水，且在品尝时对1.2.1.1节配制的溶液进行10倍稀释。感官评价小组在品尝两个相邻的样品之间需用蒸馏水漱口，直至口中不再残留任何味道，品尝结束后依据表1甜味剂感官评分表进行评分。

表1 甜味剂感官评分表

1.2.1.3复合甜味剂的单因素及正交试验

以感官得分为考察指标，采用单因素试验分别考查不同梯度甜菊糖苷∶三氯蔗糖、赤藓糖醇、1%柠檬酸、0.1%香精对复合甜味剂的影响，基于单因素试验的结果设计正交试验，由正交分析得出最优组合。

1.2.2藜麦红豆全谷物低糖高蛋白饮品配方优化试验

1.2.2.1藜麦粉的制备

藜麦粉的制备工艺：藜麦→清洗→破壁打浆→喷雾干燥→藜麦粉。

喷雾干燥工艺在何兴芬等[18]的基础上稍作变动，即：料液干物质含量为15%，使用高速破壁调理机在20000 r/min条件下破壁7 min使其成匀浆，100目滤布过滤后再以进风温度190 ℃，进料速度300 mL/h的条件下用喷雾干燥机干燥成藜麦粉。

1.2.2.2红豆粉的制备

红豆粉的制备工艺:红豆→清洗→浸泡→热烫→磨浆→煮浆→过筛(100目)→胶体磨→喷雾干燥→红豆粉。

喷雾干燥工艺在唐静等[19]的基础上稍作变动，即出风温度80 ℃，进风温度180 ℃，进料速度300 mL/h的条件下用喷雾干燥机干燥成红豆粉。

1.2.2.3藜麦红豆全谷物低糖高蛋白饮品的配制

藜麦粉的添加量分别按6%、8%、10%、12%、14%的比例配制；红豆粉的添加量分别按4%、6%、8%、10%、12%的比例配制；脱脂奶粉的添加量分别按2%、4%、6%、8%、10%的比例配制。

1.2.2.4藜麦红豆全谷物低糖高蛋白饮品感官评分

感官评定小组的人员组成、基本素养、评定要求同1.2.1.2节，依据表2藜麦红豆全谷物低糖高蛋白饮品感官评分表进行品尝并打分。

表2 藜麦红豆全谷物低糖高蛋白饮品感官评分表

1.2.2.5响应面优化

在单因素试验结果基础上，以藜麦粉添加比例(A)、红豆粉添加比例(B)、脱脂奶粉添加比例(C)为自变量，感官得分(Y)为响应值，设计三因素三水平响应面试验，编码因素及水平见表3。

表3 响应面试验编码因素及水平

1.2.2.6结果验证

对Box-Behnken试验设计优化得到的藜麦红豆全谷物低糖高蛋白饮品配方做三个平行样，并通过感官评分进行验证。

1.2.2.7数据分析处理与图形绘制

数据分析采用Excel软件，图形绘制使用Origin软件。

2 结果与分析

2.1 复合甜味剂配方优化

2.1.1复合甜味剂的单因素试验结果

2.1.1.1甜菊糖苷与三氯蔗糖添加比例对复合甜味剂感官得分的影响

从图1可以看出，在赤藓糖醇、1%柠檬酸、0.1%香精等其他原料添加量不变的情况下，当甜菊糖苷∶三氯蔗糖从9∶1变化到5∶5时，感官评价得分呈先上升后下降的趋势，在甜菊糖苷∶三氯蔗糖的添加比例为7∶3时感官评分最高。这是因为甜菊糖苷添加比例过高时，其后苦味感觉强烈，口感较差，而当三氯蔗糖添加量比例过高时，其甜味强烈，让人产生不愉快的感觉。因此，甜菊糖苷∶三氯蔗糖=7∶3时，感官评分最高。

图1 甜菊糖苷与三氯蔗糖添加比例对复合甜味剂感官得分的影响

2.1.1.2赤藓糖醇添加量对复合甜味剂感官得分的影响

从图2可以看出，在甜菊糖苷∶三氯蔗糖=7∶3、1%柠檬酸、0.1%香精等其他原料添加量不变的情况下，当赤藓糖醇的添加量从0.75 g变为1.75 g时，感官评价得分呈先上升后下降的趋势，这是因为随着赤藓糖醇添加量的增加，其特有的温和的凉爽感开始出现，直至赤藓糖醇添加量为1.5 g时，其感官评分最高，当赤藓糖醇添加量进一步增加时，由于协同作用，复合甜味剂甜度整体上升，且凉爽的口感加重，导致感官评分降低。因此，在赤藓糖醇添加量为1.5 g时，感官评分最高。

图2 赤藓糖醇添加量对复合甜味剂感官得分的影响

2.1.1.31%柠檬酸添加量对复合甜味剂感官得分的影响

加入柠檬酸的目的是为了调配复合甜味剂，改善甜菊糖苷的苦味。从图3可以看出，在甜菊糖苷∶三氯蔗糖=7∶3、赤藓糖醇添加量为1.5 g、0.1%香精等其他原料添加量不变的情况下，1%柠檬酸的添加量从15 μL变化到75 μL时，感官评价得分呈先上升后下降的趋势，当1%柠檬酸添加量为30 μL时，其感官得分最高。之后随着其添加量的增加，样品酸度增强，掩盖了甜味。

图3 1%柠檬酸添加量对复合甜味剂感官得分的影响

2.1.1.40.1%香精添加量对复合甜味剂感官得分的影响

香精可以影响食品的口感和风味，掩盖食物的不良气息。从图4可以看出，在甜菊糖苷∶三氯蔗糖=7∶3、赤藓糖醇添加量为1.5 g、1%柠檬酸添加量为30 μL时，0.1%香精的添加量从0.50 mL变化到1.50 mL时，感官评价得分呈先上升后下降的趋势，这是因为当0.1%香精添加量在0.5 mL到0.75 mL之间时，无法起到改善复合甜味剂的口感和风味的作用，而当其添加量超过1 mL时，在感觉上又会给评定小组带来不愉快的体验。因此，当0.1%香精添加量为1 mL时，其感官评分最高。

图4 0.1%香精添加量对复合甜味剂感官得分的影响

2.1.2复合甜味剂的正交试验结果

选取甜菊糖苷∶三氯蔗糖 (A)、赤藓糖醇添加量(B)、柠檬酸添加量(C)、香精添加量(D)作为因素设计四因素三水平正交试验，探究复合甜味剂的最佳配方。L9(34)正交试验因素水平见表4，L9(34)正交试验结果见表5。

表4 L9(34)正交试验因素水平

表5 L9(34)正交试验结果

由表5的极差R值可知，RA>RB>RD>RC，即表明甜菊糖苷∶三氯蔗糖对复合甜味剂影响最大，其次是赤藓糖醇添加量，再次是0.1%香精添加量，1%柠檬酸添加量影响最小，由正交试验表分析得出最优组合是A2B3C1D2，即甜菊糖苷∶三氯蔗糖=7∶3，赤藓糖醇添加量1.5 g，0.1%香精添加量45 μL，1%柠檬酸添加量1 mL。

2.2 藜麦红豆全谷物低糖高蛋白饮品配方优化

2.2.1藜麦红豆全谷物低糖高蛋白饮品的单因素试验结果

2.2.1.1藜麦粉添加比例对饮品感官得分的影响

由图5可知，随着藜麦粉添加比例的增加，饮品的感官评分呈现先上升后下降的趋势，在藜麦粉添加比例为10%时感官评分最高。

图5 藜麦粉添加比例对饮品感官得分的影响

当藜麦粉添加范围在6%-10%时，藜麦红豆全谷物低糖高蛋白饮品的感官评价分数随之升高；当藜麦粉添加比例超过12%时，感官得分逐渐降低。这是由于随着藜麦粉添加比例的增加，饮品的组织状态、色泽和口感得分降低，进而影响了消费者对产品的可接受性，因此藜麦粉最佳添加比例为10%。

2.2.1.2红豆粉添加比例对饮品感官得分的影响

由图6可知，随着红豆粉添加比例的增加，饮品的感官得分呈现先上升后下降的趋势，在红豆粉添加比例为8%时感官得分最高。当红豆粉添加范围在6%-10%时，藜麦红豆全谷物低糖高蛋白饮品的感官评价分数随之升高，当红豆粉添加比例超过10%时，感官得分逐渐降低。这是由于随着红豆粉添加比例的增加，饮品的组织状态和口感得分降低，因此红豆粉最佳添加比例为8%。

图6 红豆粉添加比例对饮品感官得分的影响

2.2.1.3脱脂奶粉添加比例对饮品感官得分的影响

由图7可知，随着脱脂奶粉添加比例的增加，饮品的感官评分呈现先上升后下降的趋势，在脱脂奶粉添加比例为4%时感官评分最高。脱脂奶粉添加范围在2%-4%时，藜麦红豆全谷物低糖高蛋白饮品的感官评分随之升高，当脱脂奶粉添加比例超过4%时，感官得分逐渐降低。这是由于随着脱脂奶粉添加比例的增加，饮品的奶味逐渐增强进而影响口感，因此脱脂奶粉最佳添加比例为4%。

图7 脱脂奶粉添加比例对饮品感官得分的影响

2.2.2藜麦红豆全谷物低糖高蛋白饮品响应面优化结果

2.2.2.1响应面回归模型的建立与分析

基于单因素试验结果，以感官评分作为考察指标，以藜麦粉(A，%)、红豆粉 (B，%)、脱脂奶粉(C，%)为自变量，通过响应面试验设计优化得到藜麦红豆全谷物低糖高蛋白饮品，结果见表6。

表6 响应面试验结果

基于Design-Expert软件对试验结果进行回归拟合及方差分析，综合得分(P)对藜麦粉(A)、红豆粉(B)和脱脂奶粉(C)的回归模型见式(1)。

P=+92.60-0.13A+0.50B-0.88C+1.25AB+0.5AC-0.25BC-4.30A2-2.55B2-5.30C2

(1)

表7 方差分析表

2.2.2.2两因素交互作用分析

经Design-Expert软件得出的响应面曲线图见图8-图10，考察图中形状与颜色变化，分析藜麦粉、红豆粉、脱脂奶粉对于响应值的影响。

由图8可知，藜麦粉A和红豆粉B两因子交互作用不显著。当藜麦粉添加量在8%-10%范围内，红豆粉添加量在6%-8%范围内时，综合评价指标得分逐渐增大，直到藜麦粉添加量为10%，红豆粉添加量为8%时，综合评价指标得分达到最高。继续加大藜麦粉和红豆粉的添加量，则会使得综合评价指标得分降低。

图8 藜麦粉和红豆粉交互作用对藜麦红豆全谷物低糖高蛋白感官评分影响的响应面和等高线

由图9可知，藜麦粉A和脱脂奶粉C两因子交互作用不显著。当藜麦粉添加量在8%-10%范围内，脱脂奶粉添加量在2%-4%范围内时，综合评价指标得分逐渐增大，直到藜麦粉添加量为10%，脱脂奶粉浓度为4%时，综合评价指标得分达到最高。继续加大藜麦粉和脱脂奶粉的添加量，则会使得综合评价指标得分降低。

图9 藜麦粉和脱脂奶粉交互作用对藜麦红豆全谷物低糖高蛋白感官评分影响的响应面和等高线

由图10可知，红豆粉B和脱脂奶粉C两因子交互作用不显著。当红豆粉添加量在6%-8%范围内，脱脂奶粉浓度在2%-4%范围内时，综合评价指标得分逐渐增大，直到红豆粉添加量为8%，脱脂奶粉浓度为4%时，综合评价指标得分达到最高。继续加大红豆粉和脱脂奶粉的添加量，则会使得综合评价指标得分降低。

图10 红豆粉和脱脂奶粉交互作用对藜麦红豆全谷物低糖高蛋白感官评分影响的响应面和等高线

2.2.2.3最佳配方的确定和验证

在单因素试验基础上，通过Box-Behnken试验设计优化得到藜麦红豆全谷物低糖高蛋白饮品的最佳配方为：藜麦粉9.99%、红豆粉8.21%、脱脂奶粉3.83%，综合得分理论值为92.6628，为检验响应曲面法优化结果的可靠性，对Box-Behnken试验设计优化得到的藜麦红豆全谷物低糖高蛋白饮品最佳配方做三个平行样，组织感官评定小组对其进行评价，得到其实际值为90.926。这说明该模型对藜麦红豆全谷物低糖高蛋白饮品配方进行优化是可行的，得到的工艺参数具有一定的实际应用价值。

3 结论

以藜麦、红豆为主要原辅料，经过清洗、破壁打浆、喷雾干燥等一系列工艺研制全谷物低糖高蛋白饮品。通过单因素试验和正交试验得到100 mL复合甜味剂的最佳添加配方为：甜菊糖苷∶三氯蔗糖(甜度均为100%蔗糖)=70 mL∶30 mL，赤藓糖醇1.5 g，1%柠檬酸45 μL，0.1%香精1 mL。以10倍稀释后的复合甜味剂为基质，通过单因素试验和响应面试验对藜麦红豆全谷物低糖高蛋白饮品配方进行优化，确定藜麦红豆全谷物低糖高蛋白饮品的最佳配方为：藜麦粉添加比例为9.99%、红豆粉添加比例为8.21%、脱脂奶粉添加比例为3.83%，此时响应面综合得分理论值最高，在该配方下制得的产品是一种新型全谷物高蛋白低糖饮品，具有较高的营养价值和市场价值。