基于添加桑叶粉固体饮料辅料配方的优化研究*

王跃强，闵照永

（1.鹤壁职业技术学院，河南 鹤壁 458030；2.鹤壁市绿色食品精深加工重点实验室，河南 鹤壁 458030)

桑叶作为桑科桑属类的植物叶片，药食同源在中国及东南亚地区被广泛的应用于治疗头晕头痛、发热炎症、高血糖等疾病[1]。其成分中富含的蛋白质、黄酮、多糖及功能性营养因子的特殊功效不断被发掘，在食品制作中愈发受到重视[2-3]。相关研究表明桑叶主要生物活性功能集中体现在降血糖、抗氧化、降血脂、免疫调节等方面，一系列的研究也证实桑叶中的某些成分对人体机能的正向改善作用。Andallu B等研究发现在糖尿病小鼠膳食中添加一定量桑叶粉喂食60 d后，其餐后血糖显著降低，杨响亮等[4-5]也证实了这一观点。在体外实验中，桑叶中的多酚、多糖等活性物质均被证实具有不同程度的清除活性自由基的作用，国外学者研究认为桑叶中的某些成分可显著抑制红细胞膜上的脂质过氧化和过氧化氢类化合物的形成，抑制低密度脂蛋白在铜离子作用下的氧化反应以及可显著增强糖尿病小鼠体内过氧化酶的活性并减轻肝脏脂质过氧化[6-8]。除此之外，桑叶中的特殊功能性成分，在降血脂及免疫调节作用方面也持续被关注。有研究表明，灌胃桑叶提取物可显著地降低高脂饮食小鼠血清中总胆固醇、总甘油三酯及高密度度脂蛋白含量，有学者通过对桑叶多糖进行分离提纯，发现其能显著地提高小鼠内白细胞介素2、干扰素α及免疫球蛋白A表达量[9-10]。鉴于上述桑叶中营养成分丰富，且功能性因子对机体改善作用强的事实，其在食品行业中的应用也愈发广泛。但是限于桑叶的内在属性，其常见的使用方式局限于两种，一是制成桑叶茶直接饮用，二是将其经过工艺手段处理后变成粉剂添加到面点或者糕点中，这些食品无论其适口性、便捷性都存在一定的局限性。如何以桑叶（粉）为原料开发一款方便、营养丰富的食品是解决其应用市场推广的瓶颈所在。

近年来，固体饮料作为食品大类别表现出强劲的市场潜力，因其易冲泡、风味独特、携带方便，储存期长等特点备受消费者青睐[11]。一般的固体饮料主配料大多数选用药食同源的原材料，但是基于桑叶粉制作固体饮料的研究在国内外鲜有报道，本研究主要探讨以桑叶粉为主原料复配其他类别果蔬粉研制开发一款新型固体饮料，以期为桑叶粉在食品中的应用提供一定理论参考。

1 材料和方法

1.1 实验材料

桑叶粉，市售，经超微粉碎过100目筛备用；果蔬粉，江苏津杰食品有限公司；麦芽糊精，西王糖业有限公司；藕粉，云南黄泥糖业科技开放有限责任公司；植脂末，广州可卡食品有限公司；苹果酸、柠檬酸，河南千志商贸有限公司。

1.2 实验设备

JA1003D电子天平（万分之一），上海衡际科学仪器有限公司；SX7001D电子秤（百分之一），广东顺德拓普域电子有限公司；K9860全自动凯氏定氮仪，济南海能仪器股份有限公司；NAI-ZFCDY-6Z索氏抽提器，上海那艾精密仪器有限公司；TGL20M台式高速离心机，长沙湘智离心机仪器有限公司；DHG-9146A型电热恒温鼓风干燥箱，上海惊宏实验设备有限公司；马弗炉，沧州路达建筑仪器制造有限公司；SGD-Ⅳ自动还原糖测定仪，山东农科院研究所；V型混拌器、干燥器、烧杯（100 mL）若干。

1.3 实验方法

1.3.1桑叶粉基本营养成分测定

蛋白质含量测定，参照GB 5009.5—2016；脂肪测定，参照GB 5009.6—2016；还原糖的测定，参照GB 5009.7—2016；水分含量测定，参照GB 5009.3—2016。

1.3.2桑叶粉固体饮料的制作工艺[12]

原料除杂→原辅料预混→均一化→定量包装。

1.3.3单因素实验设计

固定桑叶粉的重量为10g，蔗糖重量为3 g，果蔬粉的重量为2 g；以桑叶粉质量为计量基准，变换麦芽糊精、藕粉、植脂末以及苹果酸的添加量进行试验，通过考察桑叶粉固体饮料的风味感官、凝沉性等指标因素，以确定相应辅料添加量的最优解。

1.3.4桑叶粉固体饮料稳定性的测定[13]

参照印伯星等采取的方法，分别取等量的桑叶粉固体饮料，冲水静置待均匀溶解后，置于离心机中，转速设置为4 500 r/min，离心时间为20 min，然后倒掉上清液，倒置30 min后，测定离心沉淀率SR。SR值越大，表示体系的稳定性越差。

式中：m1为样品离心后沉淀物的质量，g；m2为样品离心前溶液的质量，g。

1.3.5响应面实验设计

在单因素实验的基础上，确定麦芽糊精、藕粉、植脂末、苹果酸等辅料用量的范围和数值，利用Design Expert设计4因素3水平的响应面实验，探究辅料添加量对桑叶粉固体饮料的感官影响。响应面实验因素水平设计见表1。

1.3.6桑叶粉固体饮料感官评价

依据固体饮料GB/T 29602—2013《固体饮料》中的方法，成立产品评议小组，评议小组由10名身体机能正常的专业人员组成，通过对冲泡后饮料的色泽、气味、滋味及组织状态等指标做出一系列的感官评定，评价标准如表2。对评委给出的评分取算数平均数，出现小数时（最多保留一位小数），采取四舍六入五留双的原则进行小数保留[14]。

表2 桑叶粉固体饮料的感官评价标准

2 结果与分析

2.1 桑叶粉理化指标结果测定

表3 桑叶粉营养成分含量表 %

2.2 单因素实验结果分析

2.2.1麦芽糊精添加量对桑叶粉固体饮料感官评分的影响

由图1可以看出随着麦芽糊精用量的增加，桑叶粉固体饮料的感官评分呈现先增后减的趋势，当添加量在30%时，综合感官评分为87分。当添加量在30%以下时，麦芽糊精对于固体饮料的风味改善是起正向作用的，有利于产品口感丰富和层次的形成及颗粒在饮料中的存在状态[15]。当添加量超过30%以后，麦芽糊精含量过高，致使冲泡形成的饮料整体粘性变大，破坏颗粒的成型度，且麦芽糊精有一定的甜度，过量添加麦芽糊精后会使饮料整体口感偏甜，整体感官品质下降，因此麦芽糊精的添加量维持在20%～30%（以桑叶粉质量计）为宜。

2.2.2藕粉添加量对桑叶粉固体饮料感官评分影响

固体饮料评价体系中，其状态稳定性是一非常关键的指标。若稳定剂使用不好或者不科学，在固体饮料冲泡后，极易发生失稳现象继而造成大量沉淀的生成。由于桑叶粉及果蔬粉中含有大量的粗纤维物质，即使经过超微粉碎工艺处理，若不增加溶液的粘度，这些难溶或者不溶于水的物质很难在体系中悬浮达到均一状态，致使冲泡后的固体饮料发生沉淀分层现象，所以考虑到桑叶粉及果蔬粉所占比例及颗粒大小，若想形成均一稳定体系，必须考虑在复合体系中加入适当增稠剂改善其冲泡效果[11,16]。藕粉作为天然增稠剂，由于其支链淀粉及多糖类物质含量丰富，在经热水浸烫后，会发生糊化现象，继而能增加溶液的粘度，在丰富固体饮料口感的同时，也能增加复合体系的稳定性和均一性，是比较理想的一种天然辅料。

由图2可以看出，随着藕粉添加量的增大，饮料感官评分呈现先增后减的趋势，饮料的凝沉率整体呈现下降趋势。出现这一现象的原因是：随着藕粉添加量的增大，溶液中单位体积内增稠剂粒子数的增加，促使溶液的黏性增强，粒子间的结合更紧密，形成相对稳定的胶体复合体系。且胶体粒子间的力主要是靠范德华力和带电相同的粒子间产生的静电斥力，在一定浓度范围内，分散在体系中介质的位能大于引力位能绝对值时，溶液便趋于稳定。反之，将产生粒子凝聚、沉淀等现象[13]。由图2可以看出，伴随藕粉添加量的增大，由于藕粉固有属性可以在一定程度上增加固体饮料的风味及降低固体饮料的凝沉率，但当过量添加时，由于藕粉中支链淀粉含量过高，使冲泡出的饮料过于黏稠，且降低产品整体的适口性，固综合考量藕粉的添加量应维持在15%～25%之间（以桑叶粉质量计）。

图2 藕粉添加量对桑叶粉固体饮料感官评分及凝沉性影响

2.2.3植脂末添加量对桑叶粉固体饮料感官评分的影响

由图3可以看出随着植脂末的添加量的增加，桑叶粉固体饮料的感官评分呈现先增后减的趋势。植脂末作为一种人工合成的调味剂，因其独特的香味可赋予固体饮料特有浓郁的香气，继而改善固体饮料的风味，但是当过量添加时，致使饮料香味过分浓郁，出现香气不协调的现象，增加异味感。从图4风味轮图中可以看出，添加植脂末后，对于固体饮料的色泽、组织状态影响不显著，而对其香气、滋味两个分指标影响较大，当添加至15%～20%（以桑叶粉质量计）时，感官评分能达到85分左右。综合考量植脂末的添加量为15%～20%（以桑叶粉质量计）。

图3 植脂末添加量对桑叶粉固体饮料的影响

图4 植脂末添加量对风味轮的影响

2.2.4苹果酸添加量对桑叶粉固体饮料感官评分的影响

苹果酸作为酸味剂，具有独特天然果香味风味，与天然果实的酸味特征相似，与柠檬酸相比，产生的热量更低，口味更佳[17-18]。由图5可以看出随着苹果酸的添加量的增加，桑叶粉固体饮料的感官评分呈先增后减的趋势。出现这一现象的原因是，在一定范围内，添加苹果酸可以增加饮料的酸度，赋予其独特的口感和风味，但当过量添加苹果酸后，饮料的酸味突出，造成整体口感违和，且由于H+的存在，对其稳定性也会产生一定的影响，特别是当饮料的pH与饮料中存在的蛋白质的等电点接近时，易使蛋白质出现失稳现象，继而使蛋白质凝结成团状，发生絮凝，生成沉淀[19]，也会对其组织状态造成破坏，因此苹果酸的添加量应为1%～2%（以桑叶粉质量计）之间，桑叶粉固体饮料感官评分能达到87分左右。

图5 苹果酸添加量对桑叶粉固体饮料感官评分的影响

2.3 响应面优化实验设计及结果分析

根据表1的响应面优化实验的因素水平，并通过Box-Behnken模型进行4因素3水平辅料添加量的试验，结果见表4，以感官评分作为响应值建立多元回归模型，其回归方程为：Y=89.12+0.62×A+2×B-0.96×C-0.74×D-1.22×A×B-1×A×C-2.73×A×D-1.03×B×C+2.05×B×D+4.25×C×D-4.63×A2-6.26×B2-6.47×C2-5.74×D2（其中A代表麦芽糊精添加量、B代表藕粉添加量、C代表植脂末的添加量、D代表苹果酸的添加量）；由表5可知，对回归方程结果进行方差分析发现F值为71.49且p＜0.0 001，说明实验所选取的模型极显著，且失拟项F值为2.71，p值为0.1 764＞0.05，说明模型与纯误差之间的关联不显著，则表明该模型是有较高的可靠性的。且决定系数、校正系数、预测系数分别为0.9862、0.9724、0.928，说明97%以上的实验符合此模型，并且此模型与真实数据拟合程度良好，具有较好的实践指导意义。因此可以用此模型分析和预测桑叶粉固体饮料配方优化的条件。且根据表中各个因素的F值及对应的p值可判定四个因素对桑叶粉固体饮料的感官评分影响都是显著的，影响顺序大小为B（藕粉添加量）＞C（植脂末添加量）＞D（苹果酸添加量）＞A（麦芽糊精添加量）。由图6～图11并结合表5可以看出，两两交互因素之间对于桑叶粉感官评分的影响是显著的，尤其是麦芽糊精添加量与苹果酸添加量交互作用、藕粉添加量与苹果酸添加量交互作用、植脂末添加量与苹果酸添加量交互作用是极显著的（p＜0.01），也启示笔者在做配方设计时，尤其要处理好苹果酸的添加量与其它辅料添加量的关系，方能取得优良产品配方。

图6 麦芽糊精与藕粉对桑叶粉固体饮料交互作用影响

图11 植脂末与苹果酸对桑叶粉固体饮料交互作用影响

表4 响应面试验结果

表5 拟合回归方程方差结果分析（p＜0.05）

2.4 优化配方后的验证实验

在优化配方后进行实验验证，验证结果见表6。

表6 实验验证结果

通过响应面分析得到感官评价达到最高值时，辅料最佳配比为麦芽糊精的添加量为25.2%、藕粉的添加量为20.5%、植脂末的添加量为21.5%、苹果酸的添加量为1.52%（均以桑叶粉质量计），模型预测感官评分为88.7分。通过以上条件对实验结果进行3次重复，验证响应面模型的预测结果发现所生成的桑叶粉固体饮料口感适合、风味突出、组织状态良好，经品评得出的感官评价分值为90.3分，接近模型预测值。

图7 麦芽糊精与植脂末对桑叶粉固体饮料交互作用影响

图8 麦芽糊精与苹果酸对桑叶粉固体饮料交互作用影响

图9 植脂末与藕粉对桑叶粉固体饮料交互作用影响

图10 藕粉与苹果酸对桑叶粉固体饮料交互作用影响

3 结论

固定桑叶粉添加量为10 g、蔗糖添加量为3 g、果蔬米添加量2 g情况下，通过单因素和响应面实验结合优化辅料配方，结果表明：随着麦芽糊精添加量、藕粉添加量、植脂末添加量、苹果酸添加量的增大，桑叶粉固体饮料感官评分均呈现先增后减的趋势，且在凝沉性实验验证中，随着藕粉添加量的增大，桑叶粉固体饮料的凝沉率整体呈现降低趋势。在植脂末添加量增加的情况下从固体饮料感官风味轮图中可以看出，藕粉添加量对固体饮料的组织状态、香气的影响是显著的。通过响应面实验优化配方结果显示：响应面分析得到感官评价达到最高值时，辅料最佳配比为麦芽糊精的添加量为25.2%、藕粉的添加量为20.5%、植脂末的添加量为21.5%、苹果酸的添加量为1.52%（均以桑叶粉质量计），模型预测感官评分为88.7分。通过以上条件对实验结果进行3次重复，验证响应面模型的预测结果发现所生成桑叶粉固体饮料口感适合、风味突出、组织状态良好，经品评得出感官评价分值为90.3分，接近模型预测值。