藜麥紅豆全谷物低糖高蛋白飲品研制

董 璇，劉 軍，束琦琳，孫伊凡，陶志杰，滿 云

(蚌埠學(xué)院 食品與生物工程學(xué)院，安徽 蚌埠 233030)

隨著生活水平的提升以及居民保健意識的增強(qiáng)，我國飲料行業(yè)發(fā)展迅速, 產(chǎn)品呈現(xiàn)多元化[1]。飲料由原始的“解渴好喝”延伸為具有一定功能特性的產(chǎn)品, 如當(dāng)前較流行的谷物飲料。谷物類食品營養(yǎng)價值高，將谷物制備成可直接飲用的產(chǎn)品, 不僅能夠充分保留谷物中的營養(yǎng)成分, 而且口感好, 飲用更方便。當(dāng)前，國內(nèi)外對谷物飲料的研究大多以紫米、紅棗、玉米等為主要原料，如郝靜等[2]研發(fā)的青稞紫米復(fù)合谷物飲料，李瑤瑤等[3]研制的板栗紅棗飲料，何鳳林[4]研制的玉米南瓜復(fù)合谷物飲料。關(guān)于以谷物類為原料的高纖維植物蛋白低糖飲料的研究則鮮有報道。藜麥?zhǔn)且环N全谷全營養(yǎng)完全蛋白功能性食物[5-6]，具有降血糖、抗氧化、增強(qiáng)機(jī)體飽腹感、緩解炎癥、潤腸通便等作用[7]。紅豆，又名紅小豆[8]，因含有豐富的蛋白質(zhì)、碳水化合物以及多種生物活性成分使得其具有較高的食用價值和藥用價值[9]。將藜麥和紅豆應(yīng)用于谷物飲料的制作中，既可以提升飲料的營養(yǎng)價值，也符合消費者的健康飲食觀念。甜味劑，它能賦予食品與糖類相似的甜味，但熱量相比較于傳統(tǒng)糖類(如蔗糖)相對較低，迎合了現(xiàn)代消費者的飲食需求。目前，食品和飲料中應(yīng)用比較廣泛的甜味劑有：甜菊糖苷[10-11]、三氯蔗糖[12-13]、赤蘚糖醇[14-15]等，它們的加入既可以達(dá)到低熱量的效果，又能維持增甜的作用。研究表明將兩種或者兩種以上的甜味劑進(jìn)行復(fù)合，不僅可以彌補(bǔ)或掩蓋單一甜味劑的不良口味，還可以提高甜味劑的風(fēng)味[16-17]。 本試驗以藜麥、紅豆和脫脂奶粉為主要原料，以復(fù)合甜味劑為基質(zhì)，研制一款營養(yǎng)價值高、熱量低的全谷物高蛋白低糖飲品，以此來增強(qiáng)谷物蛋白飲料的市場競爭力，滿足消費者的日常需求。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1試驗試劑

甜菊糖苷(葡萄糖基甜菊糖苷，99.5%純，蔗糖甜度的100倍)，蚌埠市華東生物科技有限公司；三氯蔗糖(蔗糖甜度的600倍)，安徽金禾實業(yè)股份有限公司；赤蘚糖醇(蔗糖甜度的0.7倍)，山東福田藥業(yè)有限公司；檸檬酸(無水酸，99.5%)，中糧生物科技股份有限公司；香精，蕪湖凱瑞香精廠；藜麥、紅豆、脫脂奶粉均購買于蚌埠大潤發(fā)超市；純凈水，蚌埠市海晶科工貿(mào)有限公司。

1.1.2試驗儀器

AB323電子天平，上海海康電子儀器廠；HN-60BS電熱恒溫培養(yǎng)箱，邦西儀器科技(上海)有限公司；高速破壁調(diào)理機(jī)，九陽股份有限公司；膠體磨，沈陽市香洋機(jī)械廠；噴霧干燥機(jī)，上海雅程儀器設(shè)備有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1復(fù)合甜味劑配方優(yōu)化試驗

1.2.1.1甜味劑配制

分別配制甜度為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∶三氯蔗糖為9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5的比例，分別取100 mL放于250 mL燒杯中備用。配制1%檸檬酸溶液和濃度為0.1%的香精用于后續(xù)試驗。

1.2.1.2甜味劑的感官評價

選取10名(5男5女)感官分辨能力較強(qiáng)、語言表達(dá)水平較高、無吸煙及飲酒習(xí)慣的成員組成感官評價小組，試驗前對小組人員進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)?？膳渲撇煌瑵舛鹊奶鹞秳┤芤?，讓評價小組成員對品嘗后的結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確描述，如甜味劑的甜度、甜味感覺速度、甜味持久度以及后味接受度等，并對甜味的愉悅性進(jìn)行排序。試驗溶液配制均用蒸餾水，且在品嘗時對1.2.1.1節(jié)配制的溶液進(jìn)行10倍稀釋。感官評價小組在品嘗兩個相鄰的樣品之間需用蒸餾水漱口，直至口中不再殘留任何味道，品嘗結(jié)束后依據(jù)表1甜味劑感官評分表進(jìn)行評分。

表1 甜味劑感官評分表

1.2.1.3復(fù)合甜味劑的單因素及正交試驗

以感官得分為考察指標(biāo)，采用單因素試驗分別考查不同梯度甜菊糖苷∶三氯蔗糖、赤蘚糖醇、1%檸檬酸、0.1%香精對復(fù)合甜味劑的影響，基于單因素試驗的結(jié)果設(shè)計正交試驗，由正交分析得出最優(yōu)組合。

1.2.2藜麥紅豆全谷物低糖高蛋白飲品配方優(yōu)化試驗

1.2.2.1藜麥粉的制備

藜麥粉的制備工藝：藜麥→清洗→破壁打漿→噴霧干燥→藜麥粉。

噴霧干燥工藝在何興芬等[18]的基礎(chǔ)上稍作變動，即：料液干物質(zhì)含量為15%，使用高速破壁調(diào)理機(jī)在20000 r/min條件下破壁7 min使其成勻漿，100目濾布過濾后再以進(jìn)風(fēng)溫度190 ℃，進(jìn)料速度300 mL/h的條件下用噴霧干燥機(jī)干燥成藜麥粉。

1.2.2.2紅豆粉的制備

紅豆粉的制備工藝:紅豆→清洗→浸泡→熱燙→磨漿→煮漿→過篩(100目)→膠體磨→噴霧干燥→紅豆粉。

噴霧干燥工藝在唐靜等[19]的基礎(chǔ)上稍作變動，即出風(fēng)溫度80 ℃，進(jìn)風(fēng)溫度180 ℃，進(jìn)料速度300 mL/h的條件下用噴霧干燥機(jī)干燥成紅豆粉。

1.2.2.3藜麥紅豆全谷物低糖高蛋白飲品的配制

藜麥粉的添加量分別按6%、8%、10%、12%、14%的比例配制；紅豆粉的添加量分別按4%、6%、8%、10%、12%的比例配制；脫脂奶粉的添加量分別按2%、4%、6%、8%、10%的比例配制。

1.2.2.4藜麥紅豆全谷物低糖高蛋白飲品感官評分

感官評定小組的人員組成、基本素養(yǎng)、評定要求同1.2.1.2節(jié)，依據(jù)表2藜麥紅豆全谷物低糖高蛋白飲品感官評分表進(jìn)行品嘗并打分。

表2 藜麥紅豆全谷物低糖高蛋白飲品感官評分表

1.2.2.5響應(yīng)面優(yōu)化

在單因素試驗結(jié)果基礎(chǔ)上，以藜麥粉添加比例(A)、紅豆粉添加比例(B)、脫脂奶粉添加比例(C)為自變量，感官得分(Y)為響應(yīng)值，設(shè)計三因素三水平響應(yīng)面試驗，編碼因素及水平見表3。

表3 響應(yīng)面試驗編碼因素及水平

1.2.2.6結(jié)果驗證

對Box-Behnken試驗設(shè)計優(yōu)化得到的藜麥紅豆全谷物低糖高蛋白飲品配方做三個平行樣，并通過感官評分進(jìn)行驗證。

1.2.2.7數(shù)據(jù)分析處理與圖形繪制

數(shù)據(jù)分析采用Excel軟件，圖形繪制使用Origin軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合甜味劑配方優(yōu)化

2.1.1復(fù)合甜味劑的單因素試驗結(jié)果

2.1.1.1甜菊糖苷與三氯蔗糖添加比例對復(fù)合甜味劑感官得分的影響

從圖1可以看出，在赤蘚糖醇、1%檸檬酸、0.1%香精等其他原料添加量不變的情況下，當(dāng)甜菊糖苷∶三氯蔗糖從9∶1變化到5∶5時，感官評價得分呈先上升后下降的趨勢，在甜菊糖苷∶三氯蔗糖的添加比例為7∶3時感官評分最高。這是因為甜菊糖苷添加比例過高時，其后苦味感覺強(qiáng)烈，口感較差，而當(dāng)三氯蔗糖添加量比例過高時，其甜味強(qiáng)烈，讓人產(chǎn)生不愉快的感覺。因此，甜菊糖苷∶三氯蔗糖=7∶3時，感官評分最高。

圖1 甜菊糖苷與三氯蔗糖添加比例對復(fù)合甜味劑感官得分的影響

2.1.1.2赤蘚糖醇添加量對復(fù)合甜味劑感官得分的影響

從圖2可以看出，在甜菊糖苷∶三氯蔗糖=7∶3、1%檸檬酸、0.1%香精等其他原料添加量不變的情況下，當(dāng)赤蘚糖醇的添加量從0.75 g變?yōu)?.75 g時，感官評價得分呈先上升后下降的趨勢，這是因為隨著赤蘚糖醇添加量的增加，其特有的溫和的涼爽感開始出現(xiàn)，直至赤蘚糖醇添加量為1.5 g時，其感官評分最高，當(dāng)赤蘚糖醇添加量進(jìn)一步增加時，由于協(xié)同作用，復(fù)合甜味劑甜度整體上升，且涼爽的口感加重，導(dǎo)致感官評分降低。因此，在赤蘚糖醇添加量為1.5 g時，感官評分最高。

圖2 赤蘚糖醇添加量對復(fù)合甜味劑感官得分的影響

2.1.1.31%檸檬酸添加量對復(fù)合甜味劑感官得分的影響

加入檸檬酸的目的是為了調(diào)配復(fù)合甜味劑，改善甜菊糖苷的苦味。從圖3可以看出，在甜菊糖苷∶三氯蔗糖=7∶3、赤蘚糖醇添加量為1.5 g、0.1%香精等其他原料添加量不變的情況下，1%檸檬酸的添加量從15 μL變化到75 μL時，感官評價得分呈先上升后下降的趨勢，當(dāng)1%檸檬酸添加量為30 μL時，其感官得分最高。之后隨著其添加量的增加，樣品酸度增強(qiáng)，掩蓋了甜味。

圖3 1%檸檬酸添加量對復(fù)合甜味劑感官得分的影響

2.1.1.40.1%香精添加量對復(fù)合甜味劑感官得分的影響

香精可以影響食品的口感和風(fēng)味，掩蓋食物的不良?xì)庀?。從圖4可以看出，在甜菊糖苷∶三氯蔗糖=7∶3、赤蘚糖醇添加量為1.5 g、1%檸檬酸添加量為30 μL時，0.1%香精的添加量從0.50 mL變化到1.50 mL時，感官評價得分呈先上升后下降的趨勢，這是因為當(dāng)0.1%香精添加量在0.5 mL到0.75 mL之間時，無法起到改善復(fù)合甜味劑的口感和風(fēng)味的作用，而當(dāng)其添加量超過1 mL時，在感覺上又會給評定小組帶來不愉快的體驗。因此，當(dāng)0.1%香精添加量為1 mL時，其感官評分最高。

圖4 0.1%香精添加量對復(fù)合甜味劑感官得分的影響

2.1.2復(fù)合甜味劑的正交試驗結(jié)果

選取甜菊糖苷∶三氯蔗糖 (A)、赤蘚糖醇添加量(B)、檸檬酸添加量(C)、香精添加量(D)作為因素設(shè)計四因素三水平正交試驗，探究復(fù)合甜味劑的最佳配方。L9(34)正交試驗因素水平見表4，L9(34)正交試驗結(jié)果見表5。

表4 L9(34)正交試驗因素水平

表5 L9(34)正交試驗結(jié)果

由表5的極差R值可知，RA>RB>RD>RC，即表明甜菊糖苷∶三氯蔗糖對復(fù)合甜味劑影響最大，其次是赤蘚糖醇添加量，再次是0.1%香精添加量，1%檸檬酸添加量影響最小，由正交試驗表分析得出最優(yōu)組合是A2B3C1D2，即甜菊糖苷∶三氯蔗糖=7∶3，赤蘚糖醇添加量1.5 g，0.1%香精添加量45 μL，1%檸檬酸添加量1 mL。

2.2 藜麥紅豆全谷物低糖高蛋白飲品配方優(yōu)化

2.2.1藜麥紅豆全谷物低糖高蛋白飲品的單因素試驗結(jié)果

2.2.1.1藜麥粉添加比例對飲品感官得分的影響

由圖5可知，隨著藜麥粉添加比例的增加，飲品的感官評分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在藜麥粉添加比例為10%時感官評分最高。

圖5 藜麥粉添加比例對飲品感官得分的影響

當(dāng)藜麥粉添加范圍在6%-10%時，藜麥紅豆全谷物低糖高蛋白飲品的感官評價分?jǐn)?shù)隨之升高；當(dāng)藜麥粉添加比例超過12%時，感官得分逐漸降低。這是由于隨著藜麥粉添加比例的增加，飲品的組織狀態(tài)、色澤和口感得分降低，進(jìn)而影響了消費者對產(chǎn)品的可接受性，因此藜麥粉最佳添加比例為10%。

2.2.1.2紅豆粉添加比例對飲品感官得分的影響

由圖6可知，隨著紅豆粉添加比例的增加，飲品的感官得分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在紅豆粉添加比例為8%時感官得分最高。當(dāng)紅豆粉添加范圍在6%-10%時，藜麥紅豆全谷物低糖高蛋白飲品的感官評價分?jǐn)?shù)隨之升高，當(dāng)紅豆粉添加比例超過10%時，感官得分逐漸降低。這是由于隨著紅豆粉添加比例的增加，飲品的組織狀態(tài)和口感得分降低，因此紅豆粉最佳添加比例為8%。

圖6 紅豆粉添加比例對飲品感官得分的影響

2.2.1.3脫脂奶粉添加比例對飲品感官得分的影響

由圖7可知，隨著脫脂奶粉添加比例的增加，飲品的感官評分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在脫脂奶粉添加比例為4%時感官評分最高。脫脂奶粉添加范圍在2%-4%時，藜麥紅豆全谷物低糖高蛋白飲品的感官評分隨之升高，當(dāng)脫脂奶粉添加比例超過4%時，感官得分逐漸降低。這是由于隨著脫脂奶粉添加比例的增加，飲品的奶味逐漸增強(qiáng)進(jìn)而影響口感，因此脫脂奶粉最佳添加比例為4%。

圖7 脫脂奶粉添加比例對飲品感官得分的影響

2.2.2藜麥紅豆全谷物低糖高蛋白飲品響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果

2.2.2.1響應(yīng)面回歸模型的建立與分析

基于單因素試驗結(jié)果，以感官評分作為考察指標(biāo)，以藜麥粉(A，%)、紅豆粉 (B，%)、脫脂奶粉(C，%)為自變量，通過響應(yīng)面試驗設(shè)計優(yōu)化得到藜麥紅豆全谷物低糖高蛋白飲品，結(jié)果見表6。

表6 響應(yīng)面試驗結(jié)果

基于Design-Expert軟件對試驗結(jié)果進(jìn)行回歸擬合及方差分析，綜合得分(P)對藜麥粉(A)、紅豆粉(B)和脫脂奶粉(C)的回歸模型見式(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

2.2.2.2兩因素交互作用分析

經(jīng)Design-Expert軟件得出的響應(yīng)面曲線圖見圖8-圖10，考察圖中形狀與顏色變化，分析藜麥粉、紅豆粉、脫脂奶粉對于響應(yīng)值的影響。

由圖8可知，藜麥粉A和紅豆粉B兩因子交互作用不顯著。當(dāng)藜麥粉添加量在8%-10%范圍內(nèi)，紅豆粉添加量在6%-8%范圍內(nèi)時，綜合評價指標(biāo)得分逐漸增大，直到藜麥粉添加量為10%，紅豆粉添加量為8%時，綜合評價指標(biāo)得分達(dá)到最高。繼續(xù)加大藜麥粉和紅豆粉的添加量，則會使得綜合評價指標(biāo)得分降低。

圖8 藜麥粉和紅豆粉交互作用對藜麥紅豆全谷物低糖高蛋白感官評分影響的響應(yīng)面和等高線

由圖9可知，藜麥粉A和脫脂奶粉C兩因子交互作用不顯著。當(dāng)藜麥粉添加量在8%-10%范圍內(nèi)，脫脂奶粉添加量在2%-4%范圍內(nèi)時，綜合評價指標(biāo)得分逐漸增大，直到藜麥粉添加量為10%，脫脂奶粉濃度為4%時，綜合評價指標(biāo)得分達(dá)到最高。繼續(xù)加大藜麥粉和脫脂奶粉的添加量，則會使得綜合評價指標(biāo)得分降低。

圖9 藜麥粉和脫脂奶粉交互作用對藜麥紅豆全谷物低糖高蛋白感官評分影響的響應(yīng)面和等高線

由圖10可知，紅豆粉B和脫脂奶粉C兩因子交互作用不顯著。當(dāng)紅豆粉添加量在6%-8%范圍內(nèi)，脫脂奶粉濃度在2%-4%范圍內(nèi)時，綜合評價指標(biāo)得分逐漸增大，直到紅豆粉添加量為8%，脫脂奶粉濃度為4%時，綜合評價指標(biāo)得分達(dá)到最高。繼續(xù)加大紅豆粉和脫脂奶粉的添加量，則會使得綜合評價指標(biāo)得分降低。

圖10 紅豆粉和脫脂奶粉交互作用對藜麥紅豆全谷物低糖高蛋白感官評分影響的響應(yīng)面和等高線

2.2.2.3最佳配方的確定和驗證

在單因素試驗基礎(chǔ)上，通過Box-Behnken試驗設(shè)計優(yōu)化得到藜麥紅豆全谷物低糖高蛋白飲品的最佳配方為：藜麥粉9.99%、紅豆粉8.21%、脫脂奶粉3.83%，綜合得分理論值為92.6628，為檢驗響應(yīng)曲面法優(yōu)化結(jié)果的可靠性，對Box-Behnken試驗設(shè)計優(yōu)化得到的藜麥紅豆全谷物低糖高蛋白飲品最佳配方做三個平行樣，組織感官評定小組對其進(jìn)行評價，得到其實際值為90.926。這說明該模型對藜麥紅豆全谷物低糖高蛋白飲品配方進(jìn)行優(yōu)化是可行的，得到的工藝參數(shù)具有一定的實際應(yīng)用價值。

3 結(jié)論

以藜麥、紅豆為主要原輔料，經(jīng)過清洗、破壁打漿、噴霧干燥等一系列工藝研制全谷物低糖高蛋白飲品。通過單因素試驗和正交試驗得到100 mL復(fù)合甜味劑的最佳添加配方為：甜菊糖苷∶三氯蔗糖(甜度均為100%蔗糖)=70 mL∶30 mL，赤蘚糖醇1.5 g，1%檸檬酸45 μL，0.1%香精1 mL。以10倍稀釋后的復(fù)合甜味劑為基質(zhì)，通過單因素試驗和響應(yīng)面試驗對藜麥紅豆全谷物低糖高蛋白飲品配方進(jìn)行優(yōu)化，確定藜麥紅豆全谷物低糖高蛋白飲品的最佳配方為：藜麥粉添加比例為9.99%、紅豆粉添加比例為8.21%、脫脂奶粉添加比例為3.83%，此時響應(yīng)面綜合得分理論值最高，在該配方下制得的產(chǎn)品是一種新型全谷物高蛋白低糖飲品，具有較高的營養(yǎng)價值和市場價值。