响应面法优化发芽糙米酒茶复合饮料制备工艺

傅金凤，黄美娜，朱培渤，牟哲萱，程昊阳，姜瞻梅

（东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨 150036）

作为一个稻谷生产大国，我国稻谷产量连续十年维持10 亿吨以上[1]，糙米是稻谷脱去稻壳后的颖果，而年产量达到1.135 亿吨[2]。相比于精米，糙米不仅保留了更多的营养成分，还具有更多促进人体健康的功能性因子，如：γ-氨基丁酸、γ-谷维醇、谷胱甘肽、米糠多糖、肌醇等[3−5]。其中最具有代表性的功能性因子之一为γ-氨基丁酸（GABA），GABA 作为一种非蛋白质氨基酸，具有促进大脑细胞新陈代谢，降低焦虑[6]、降低高血压[7]、预防老年痴呆、增强免疫力[8−9]、抵抗抑郁[10]，以及改善肝肾功能和预防糖尿病等多种生理学功能[11]。研究发现该功能因子在糙米中约含3.8 mg/100 g，精米仅含1.5 mg/100 g[12]，而糙米发芽后γ-氨基丁酸含量则增至精米的九倍[13]。

目前日本、美国等发达国家正引领着糙米深加工产品的开发应用，其生产的糙米产品市场认可度也较高[14]。其中常见的糙米产品主要有：发芽糙米酒，糙米休闲食品，糙米婴幼儿食品，糙米药膳粥，发芽糙米粉，糙米调味料等[15]。相对比而言，我国糙米资源虽然十分丰富，但对糙米的研究起步较晚，开始于上世纪90 年代初，深加工产品较少，规模也较小[16]。本文以发芽糙米为原料，将其发酵制成发芽糙米酒，再与富含GABA 的金白龙茶[17]浸提液复配，金白龙茶液的加入不仅极大地丰富了产品的口味，还使产品功能因子GABA 含量得到进一步提升。研究采用感官评价与响应面相结合的方法对产品进行量化分析，并对饮料稳定性进行优化，以期得到一款口感独特、质地稳定的发芽糙米酒茶复合饮料，旨在充分挖掘和利用糙米的功能特性开发富含GABA 活性成分的糙米产品，为我国糙米深加工产品的开发提供思路。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

发芽糙米 北京金禾绿源商贸有限公司；金白龙茶叶（乌龙茶） 福建长泰明欣农业开发有限公司；甜酒曲 北京川秀科技有限公司；糯米 五常市富仓米业有限公司；柠檬酸 河南硕之隆实业有限公司；木糖醇 重庆嘉利华食品有限公司旗舰分店；黄原胶、羧甲基纤维素钠、魔芋粉、卡拉胶、果胶 宁波正勇生物科技有限公司；γ-氨基丁酸 分析纯，河南维禾生物工程有限公司，作为标品检测；L-Glu 分析纯，河南万邦化工科技有限公司；结晶水酒石酸钠西陇科学股份有限公司；磷酸缓冲液 定州百克赛斯生物科技有限公司；硼酸缓冲液 厦门海标科技有限公司；苯酚、次氯酸钠 资阳市雁江区松卓医疗器械经营部；蒸馏水、乙醇 市售。

HH-501 恒温水浴 上海秋佐科学仪器有限公司；KS50R 高速冷冻离心机 湖南凯达科学仪器有限公司；AL-104 型精密电子天平 浙江明德仪器有限公司；PIB12 型电磁炉 北京欧仕顿电器有限公司；LAMBDA-35 型紫外可见分光光度计 深圳市安宏达光电科技有限公司；AH-2010 型均质机 北京东讯天地医疗仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 制作工艺流程 该发芽糙米酒茶复合饮料的制备工艺如图1 所示。

图1 发芽糙米酒茶复合饮料工艺流程Fig.1 Technological process of germinated brown rice wine tea compound beverage

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 发芽糙米米酒的制备 挑选颗粒饱满，品质优良的糯米和发芽糙米，用手轻轻反复清洗8 次左右，洗去表面残余米渣及粉末。洗净后在100～110 ℃条件下分别蒸煮约25 min，取出摊开晾至温热，按照糯米:发芽糙米:水为1:1:2 称取常温蒸馏水与糯米、发芽糙米进行初步混合，再次加入混米质量0.4%的甜酒曲，将所有材料搅拌混匀，置于室温（25 ℃左右）条件下密封发酵72 h[18−19]。用80 目纱布过滤，去除酒粕和酒液中的杂质，4 ℃密封条件下静置一周并取上清液，即可获得成分均一，颜色透亮，酒香浓郁的发芽糙米酒。

1.2.2.2 金白龙茶茶汤的制备 准确称量品质良好的一定量金白龙茶叶，将其粉碎成粉末，采用不同水茶比浸提，浸提温度为85 ℃的纯净水浸提15 min，滤网过滤得澄澈透亮茶汤。

1.2.2.3 发芽糙米酒茶饮料的制备 按照一定比例混合两种茶汤与发芽糙米酒，混合后进行二次过滤，再向溶液中加入木糖醇、柠檬酸和稳定剂，搅拌至均匀，并25～40 MPa 下均质5 min，将均质的料液在85 ℃的条件下热煮20 min 后，灌装密封，然后在95 ℃下杀菌10 min[20]。即可获得口感独特营养丰富的发芽糙米酒茶饮料。

1.2.3 单因素实验设计

1.2.3.1 茶浸提中水茶比的确定 固定茶汤与酒混合比例为2:1，木糖醇添加量为8 g/100 mL，柠檬酸添加量为0.07 g/100 mL 的基础条件下，分别在水茶比为30:1、50:1、70:1、90:1、110:1 mL/g 时制作发芽糙米酒茶复合饮料，对其进行感官评分，确定金白龙茶最适浸提比。

1.2.3.2 茶汤与酒混合比（体积比）的确定 固定茶浸提中水茶比为70:1 mL/g，木糖醇添加量为8 g/100 mL，柠檬酸添加量为0.07 g/100 mL 的条件下，分别在茶汤与酒混合比例为1:2、1:1、2:1、4:1、6:1 时制作发芽糙米酒茶饮料，对其进行感官评分，确定金白龙茶茶汤与发芽糙米酒的最佳混合比例。

1.2.3.3 木糖醇添加量的确定 固定茶浸提中水茶比为70:1 mL/g，茶汤与酒混合比为2:1，柠檬酸添加量为0.07 g/100 mL 的条件下，分别在木糖醇添加量4、6、8、10、12 g/100 mL 时制作发芽糙米酒茶饮料，对其进行感官评分，确定木糖醇的最适添加量。

1.2.3.4 柠檬酸添加量的确定 固定茶浸提中水茶比为70:1 mL/g，茶汤与酒混合比为2:1，木糖醇添加量为8 g/100 mL 的条件下，分别在柠檬酸添加量0.01、0.04、0.07、0.10、0.13 g/100 mL 时，制作发芽糙米酒茶饮料，对其进行感官评分，确定柠檬酸的最适添加量。

1.2.4 响应面法优化试验设计 为了探究出最优的配方组合，进行了响应面优化试验，以发芽糙米酒茶复合饮料感官评分为指标，确定茶浸提中水茶比（A）、茶汤与酒混合比例（B）、柠檬酸添加量（C）、木糖醇添加量（D）的最佳值，响应面优化试验设计表见表1。

表1 响应面优化试验的因素水平Table 1 Factor and level of response surface optimization test

1.2.5 发芽糙米酒茶复合饮料稳定性研究 向经响应面分析后得出的最佳配方复合饮料中分别添加0.1%的卡拉胶、黄原胶、羧甲基纤维素钠、魔芋粉、果胶，混匀后以发芽糙米酒茶复合饮料的沉淀率为参考指标，选取沉淀率最低的一种为产品稳定剂。

1.2.6 分析方法

1.2.6.1 感官评价 邀请20 名专业品尝鉴定人员对该产品进行感官评价，评价参考相关文献[21−22]，并结合产品自身具体情况，对饮料的色泽、组织状态、气味、口感逐一进行评分（满分为100 分，表2）。

表2 米酒茶饮料感官评价Table 2 Sensory evaluation criteria of rice wine tea beverage

1.2.6.2 沉淀率的测定 精确称量一定质量的发芽糙米酒茶饮料，放入离心机，在室温条件下以转速3500 r/min 离心15 min，离心后于室温下（25 ℃）静置10 min 称取上清液的质量。

计算公式为[23]：沉淀率（%）=（样品质量−上清液质量）/样品质量×100

1.2.7 标志性成分检测

1.2.7.1 茶多酚的测定 参考GB/T 21733—2008 《茶饮料中茶多酚的测定方法》[24]。

1.2.7.2γ-氨基丁酸（GABA）含量测定 采用 Berthelot 比色法，即利用苯酚、次氯酸钠与GABA 中游离氨反应呈蓝色来测定体系中GABA 含量，检测快速，灵敏度高[25]。

1.2.7.3 卫生指标 参照GB 4789.2—2016 《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》[26]、GB 4789.3—2016 《食品安全国家标准食品微生物学检验大肠菌群计数》[27]、GB 4789.15—2016 《食品安全国家标准食品微生物学检验霉菌和酵母计数》[28]的方法分别检测菌落总数、大肠菌群、霉菌和酵母菌。

1.3 数据处理

运用Design-Expert 12、SPASS 22.0、Origin 等软件进行数据的统计分析。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 水茶比对感官审评结果的影响 水茶比对发芽糙米酒茶复合饮料感官评审结果的影响见图2。

浸提金白龙茶叶的用水量直接影响了茶汤的感官品质和营养组成。水茶比为30:1 mL/g 时，该复合饮料感官得分为76.7 分，表现出色泽过红，汤色暗沉，金白龙茶的香味过重，酸甜失调且略带茶的苦涩味；由图2 可以看出，当水茶比在30～90 mL/g 范围内，感官审评结果呈现出上升趋势，当水茶比为90:1 mL/g 时，感官评分最高，达到87.7 分。此时该复合饮料呈橙红色，汤色明亮，香味柔和协调，酸甜适中无苦涩味。说明在此过程中茶浸提液逐渐被稀释，茶浓度的降低使原本被茶味遮住的米酒味呈现出来，逐渐显现出酒味的醇香；随着水茶比上升，在110:1 mL/g时，感官审评结果下降至83.3 分，此时该复合饮料色泽偏浅，汤色暗沉，酒香较重，酸甜失调。说明当茶浸提液浓度偏低时，酒的颜色与风味占据主导会导致感官得分降低。因此，后续优化试验中水茶比取90:1 mL/g 为宜。

图2 水茶比对复合饮料感官审评结果的影响Fig.2 Effects of water-tea ratio on sensory evaluation results of compound beverage

2.1.2 茶汤与发芽糙米酒的混合比例对感官审评结果的影响 茶汤与发芽糙米酒的混合比例对发芽糙米酒茶复合饮料感官审评结果的影响见图3。

图3 茶汤与发芽糙米酒的混合比例对复合饮料感官审评结果的影响Fig.3 Effects of compounding ratio of tea soup and germinated brown rice wine on sensory evaluation results of compound beverage

茶汤与酒混合比例直接影响了该复合饮料的颜色、风味、组织状态，对产品感官评分产生较大影响。当茶汤与酒混合比例为1:2 时，该复合饮料感官评分仅为75.5 分，表现出颜色过浅（偏黄），汤色暗淡，茶味淡、酒香过重，酸甜失调。说明当发芽糙米酒的添加量高于金白龙茶液时该复合饮料感官品质不佳；由图3 可知，随着茶汤与酒混合比例的提升，该复合饮料感官品质逐渐上升。当金白龙茶汤与米酒的混合体积比为4:1 时，该复合饮料表现为颜色呈橙红色，汤色明亮，香味柔和协调，酸甜适中无苦涩味。说明金白龙茶液体积的适当增加会使该复合饮料的感官品质有所提升；当茶汤和发芽糙米酒的混合体积比在6∶1 时，感官审评结果有所下降，此时该复合饮料颜色偏红，汤色暗沉，茶香掩盖了酒香，酸甜不协调。说明茶液占比的提升并不会持续改善产品感官品质，相反，当茶液添加量过多时会打破茶与酒之间的协调性使产品品质下降。因此，在后续优化试验中金白龙茶汤与米酒的混合比例选择4:1（体积比）为宜。

2.1.3 木糖醇添加量对感官审评结果的影响 木糖醇添加量对发芽糙米酒茶复合饮料感官审评结果的影响见图4。木糖醇作为一种甜味剂可以在不增加额外能量的同时良好的改善产品风味[29]，其主要影响产品的酸甜度。由图4 可知，木糖醇添加量在4 g/100 mL 时，发芽糙米酒茶复合饮料感官得分较低，此时甜味偏淡；当其增大到6 g/100 mL 时，该复合饮料感官得分最高，此时木糖醇与米酒中的甜味物质共同作用使饮料酸甜适中；当木糖醇添加量为8～12 g/100 mL 范围内，甜味逐渐变重，该复合饮料口感逐渐下降。因此，在后续响应面优化试验中，甜味剂（木糖醇）添加量选择6 g/100 mL 为宜。

图4 木糖醇添加量对复合饮料感官审评结果的影响Fig.4 Effect of xylitol addition on sensory evaluation results of compound beverage

2.1.4 柠檬酸添加量对感官审评结果的影响 柠檬酸添加量对发芽糙米酒茶复合饮料感官审评结果的影响见图5。

图5 柠檬酸添加量对复合饮料感官审评结果的影响Fig.5 Effects of citric acid addition on sensory evaluation results of compound beverage

柠檬酸作为一种良好的酸味剂可以与产品本身的酸甜味以及甜味剂共同作用改善产品风味[30]。由图5 可知，柠檬酸添加量在0.01～0.07 g/100 mL 范围内，金白龙茶酒复合饮料感官评分逐渐上升，酸味逐渐增加，酸甜逐渐趋于适中；当柠檬酸添加量为0.07 g/100 mL 时，金白龙茶酒复合饮料感官得分最高，柠檬酸的酸味中和了米酒自带的甜味与木糖醇的甜味，此时饮料酸甜可口；柠檬酸添加量为0.07～0.13 g/100 mL 范围内，酸味过重掩盖了别的滋味，感官审评结果呈现出下降趋势。因此，在后续优化试验设计中，柠檬酸添加量选择0.07 g/100 mL 为宜。

2.2 响应面分析

2.2.1 响应面试验结果 根据表3 的试验因素与水平进行试验，试验设计及结果见表3。

表3 响应面试验设计与结果Table 3 Response surface experiment design and results

2.2.2 响应面试验数据处理及数值分析 利用Design-Expert 12 软件进行工艺数据分析，得到感官评分Y 与自变量A、B、C、D 的多元回归方程为：

Y=89.72+0.5750A+2B−1.07C−0.7917D−1.20AB−1AC−2.63AD−1.07BC+1.98BD+4.17CD−4.92A2−6.46B2−6.74C2−6.02D2

由表4 分析得出，模型P值<0.0001，失拟项P值>0.05，因此该模型可以反应各因素对发芽糙米酒茶复合饮料感官品质的影响。该回归模型决定系数R2=0.9888，校正系数R2adj=0.9776，说明该模型拟合度较好，进一步说明能够对该复合饮料的感官评分进行很好的预测。根据一次项P值大小可以看出，一次项B、C、D 对该复合饮料感官评分的影响达到了极显著水平（P<0.01），因素A 的影响为显著水平（P<0.05）。根据一次项的F值大小，可以判断出各试验因素对发芽糙米酒茶复合饮料感官品质影响由大到小依次为：茶汤与酒混合比例>柠檬酸添加量>木糖醇添加量>水茶比，因素AD、BD、CD、A2、B2、C2、D2对发芽糙米酒茶复合饮料感官评分影响极显著（P<0.01），因素AB、AC、BC 对饮料感官品质的影响为显著水平（P<0.05）。

表4 二元回归方程的方差分析Table 4 Analysis of variance for binary regression equation

响应面与等高线图可直接反应各因素之间的交互作用，椭圆形等高线表示两因素之间的交互作用明显，圆形则表示两因素之间的交互作用不明显[31−32]。根据二元回归方程绘制三维响应曲面和二维等高线图，结果如图6～图11。

由图6～图8 中可以看出，AB、AC、BC 交互作用的等高曲线趋向于圆形，椭圆不明显，而由图9～图11 中的等高线的形状可以看出，AD、BD、CD 的交互作用的等高曲线均呈明显椭圆形，因此可以得出AD、BD、CD 各项的交互作用比AB、AC、BC 各项的交互作用更显著。同时表4 方差分析结果也表明AD、BD、CD 各项的交互作用为极显著水平，AB、AC、BC 各项的交互作用为显著水平，两者分析结果一致。所有响应曲面均呈现开口向下，表明响应面具有最大值，在实验范围内可以优化出最佳配方。

图6 水茶比及茶汤与酒混合比对复合饮料感官评分影响的响应曲面及等高线图Fig.6 Response surface and contour diagram of the effects of water-tea ratio and tea soup and wine mixing ratio on sensory score of compound beverage

图7 水茶比及柠檬酸添加量对复合饮料感官评分影响的响应曲面及等高线图Fig.7 Response surface and contour diagram of the effects of water-tea ratio and citric acid addition on sensory score of compound beverage

图8 茶汤与酒混合比及柠檬酸添加量对复合饮料感官评分影响的响应曲面及等高线图Fig.8 Response surface and contour diagram of the effects of tea soup and wine mixing ratio and citric acid addition on sensory score of compound beverage

图9 水茶比及木糖醇添加量对复合饮料感官评分影响的响应曲面及等高线图Fig.9 Response surface and contour diagram of the effects of water-tea ratio and xylitol addition on sensory score of compound beverage

2.2.3 回归模型最优试验组合选择 通过响应面分析可以得到产品感官评价达到最高点时的最佳配比，即水茶比为91.64:1 mL/g、茶汤与酒混合比例为4.28:1、木糖醇添加量为5.79 g/100 mL、柠檬酸添加量为0.066 g/100 mL。此时，复合型饮料感官审评得分的理论最大值为89.996 分。

图10 木糖醇添加量及茶汤与酒混合比对复合饮料感官评分影响的响应曲面及等高线图Fig.10 Response surface and contour diagram of the effects of xylitol addition and tea soup and wine mixing ratio on sensory score of compound beverage

图11 木糖醇及柠檬酸添加量对复合饮料感官评分影响的响应曲面及等高线图Fig.11 Response surface and contour diagram of the effects of xylitol and citric acid addition on sensory score of compound beverage

2.2.4 回归模型最优试验组合验证 用金白龙茶酒复合饮料最佳工艺参数组合:水茶比为91.64:1 mL/g、茶汤与酒混合比例为4.28:1、木糖醇添加量为5.79 g/100 mL，柠檬酸添加量为0.066 g/100 mL，进行3 次重复试验，选择同样的评价员与评价方法，得到该复合饮料感官得分的平均值为90.7 分。与理论的感官评分89.996 的相对误差仅为0.78%，处在允许的范围之内，说明模型拟合度较高，预测正确。以优化后的工艺参数制作的金白龙茶酒复合饮料汤色橙红、且澄清透亮，金白龙茶的清香与发芽糙米酒的浓厚醇香柔和协调，酸甜适口，拥有良好的风味效果。

2.3 复合饮料的稳定性研究

单一稳定剂对发芽糙米酒茶复合饮料品质的影响见表5。

表5 单一稳定剂对酒茶复合饮料沉淀率的影响Table 5 Influence of single stabilizer on precipitation rate of wine tea compound beverage

通过添加稳定剂后，计算发芽糙米酒茶复合饮料中的沉淀率，并以此来判断是否在加入量均为0.1%时为稳定效果最佳的稳定剂，其实验结果见表5，结果显示：不加入其他稳定剂的情况下，饮料沉淀率为4.85%±0.10%，在加入0.1%的稳定剂时饮料的沉淀率均明显降低，而其中0.1%的黄原胶组沉淀率仅为1.70%±0.15%，沉淀率最低，稳定性最佳。所以，对该发芽糙米酒茶复合饮料最适宜稳定剂是0.1%的黄原胶。

2.4 质量指标检测结果

2.4.1 感官分析结果 该发芽糙米酒茶复合饮料表现出色泽：橙红色，颜色均一、透亮；风味：兼具发芽糙米酒与金白龙茶独特的口感，酒香与茶香柔和协调；口感：酸甜适中，爽滑细腻；组织形态：品质均一稳定，没有沉淀与分层，没有气泡。

2.4.2 标志性成分含量 经检测，发芽糙米酒茶复合饮料中GABA 含量为358.68 mg/kg，茶多酚含量为805.71 mg/kg。

2.4.3 卫生指标 根据GB 4789.2—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》、GB 4789.3—2016 《食品安全国家标准食品微生物学检验大肠菌群计数》、GB 29921-2013 《食品安全国家标准食品中致病菌限量》确定卫生指标，即细菌总数≤10 CFU/mL，大肠杆菌菌群<5 MPN/100 mL，致病菌尚未检出。

3 结论

试验以发芽糙米与金白龙茶为原料，通过糙米发酵与茶叶浸提分别获得发芽糙米酒与茶浸提液，并复配木糖醇与柠檬酸两种调料得到一款富含GABA 的发芽糙米酒茶复合饮料。结果表明发芽糙米酒茶复合饮料最佳工艺参数组合为：水茶比为91.64:1 mL/g、茶汤与酒混合比例为4.28:1、木糖醇添加量5.79 g/100 mL、柠檬酸添加量为0.066 g/100 mL。当稳定剂选择添加量为0.1%的黄原胶时，复合饮料沉淀率最低，稳定性最佳。在此条件下生产的发芽糙米酒茶复合饮酸甜可口，香气清新，且GABA含量为358.68 mg/kg，茶多酚含量为805.71 mg/kg，具有良好的保健效果。