香菇牛奶泡騰片的配方優(yōu)化

◎ 殷浩哲，申乙鈞，陳智偉

（南京體育學(xué)院，江蘇 南京 210014）

牛奶是一種天然的營(yíng)養(yǎng)產(chǎn)品，富含多種營(yíng)養(yǎng)成分。有研究表明，運(yùn)動(dòng)前飲用高蛋白低脂牛奶有益于在中等強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)后緩解運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的疲勞，并且還能提高運(yùn)動(dòng)能力[1]，牛奶作為新型的運(yùn)動(dòng)飲料具有很好的市場(chǎng)需求[2]。香菇是一種天然的營(yíng)養(yǎng)產(chǎn)品。已有研究表明，香菇內(nèi)含豐富的纖維素、鈣、磷、鐵、B族維生素、硒及多種蛋白質(zhì)和氨基酸，是一種營(yíng)養(yǎng)健康的食品[3]。香菇具有獨(dú)特的香味，口感細(xì)膩順滑，是世界第二大食用菌[4]。香菇具有降脂、降血糖功效，能夠緩解健身運(yùn)動(dòng)時(shí)的肌肉酸痛，有助于健身人士的腸胃消化，增強(qiáng)免疫力[5]。此外，以菌類提取物等為原料開發(fā)的功能性飲品已成為近年飲料產(chǎn)品的開發(fā)熱點(diǎn)。

泡騰片是以有機(jī)酸作為酸源，碳酸氫鈉為堿源，在水中反應(yīng)釋放溶質(zhì)的片劑[6-8]，其作為飲料劑型的一種新的載體，具有體積小、重量輕、溶解快速和易于控制口感的特點(diǎn)[9]。泡騰片由于以上的優(yōu)點(diǎn)及其簡(jiǎn)單且較為成熟的制造工藝，產(chǎn)品的銷售額在近幾年內(nèi)大幅度增加，廣受消費(fèi)者的喜愛，市場(chǎng)前景較為廣闊[10-16]。本研究以奶粉、香菇粉作為主要原料制作新型香菇牛奶泡騰片，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合響應(yīng)面法優(yōu)化香菇牛奶泡騰片配方，為其生產(chǎn)發(fā)展提供可靠的數(shù)據(jù)及理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

香菇粉（興化市水鄉(xiāng)農(nóng)家脫水蔬菜部）、脫脂牛奶粉（天津伊利乳業(yè)有限公司）、碳酸氫鈉（上海商璽醫(yī)藥用品有限公司）、阿斯巴甜（河南萬邦實(shí)業(yè)有限公司）、檸檬酸（河南萬邦實(shí)業(yè)有限公司）、葡萄糖[金維他（福建）食品有限公司]、硬脂酸鎂（山東優(yōu)索化工科技有限公司）、羧甲基淀粉鈉（河南萬邦實(shí)業(yè)有限公司）和純凈水（杭州娃哈哈集團(tuán)有限公司），以上所有試劑均為食品級(jí)。

1.2 儀器與設(shè)備

兩柱油壓式粉末壓片機(jī)（鶴壁市萬博儀器儀表有限公司）、龍蓓i2000電子天平、研缽和60目藥篩。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 香菇牛奶泡騰片制備工藝

由于香菇粉、奶粉流動(dòng)性差且常出現(xiàn)黏沖現(xiàn)象，本文采用酸堿混合直接壓片的方法制備香菇牛奶泡騰片，將奶粉、香菇粉與檸檬酸、碳酸氫鈉、葡萄糖、阿斯巴甜和羧甲基淀粉鈉混合研磨后，過篩，與硬脂酸鎂（潤(rùn)滑劑）混合壓片制得香菇牛奶泡騰片。

1.3.2 香菇牛奶泡騰片感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

選擇5名有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)人員組成感官評(píng)分小組，嚴(yán)格按照感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)泡騰片的口感、外觀、色澤和香氣（各25分，共100分）進(jìn)行評(píng)分，感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 香菇牛奶泡騰片感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)表

1.3.3 單因素試驗(yàn)

（1）香菇粉添加量的選擇。將香菇粉添加量范圍設(shè)置為2%、3%、4%、5%、6%和7%，分為6組進(jìn)行試驗(yàn)，確定添加范圍。設(shè)置崩解劑酸堿用量70%、崩解劑酸堿比例0.9∶1、奶粉用量15%、羧甲基淀粉鈉用量2%、阿斯巴甜用量2%、硬脂酸鎂用量2%，不足的部分由填充劑葡萄糖補(bǔ)充。

（2）奶粉添加量選擇。將奶粉添加量范圍設(shè)置為16%、17%、18%、19%和20%，分為5組進(jìn)行試驗(yàn)，確定添加范圍。設(shè)置崩解劑酸堿用量70%、崩解劑酸堿比例0.9∶1、香菇粉用量5%、羧甲基淀粉鈉用量2%、阿斯巴甜用量2%、硬脂酸鎂用量2%，不足的部分由填充劑葡萄糖補(bǔ)充。

（3）崩解劑酸堿比例確定。將崩解劑酸堿比例設(shè)定為0.7∶1、0.8∶1、0.9∶1、1.0∶1、1.1∶1和1.2∶1，分為6組進(jìn)行試驗(yàn)并對(duì)每組進(jìn)行評(píng)分，確定崩解劑比例。在確定崩解劑酸堿比例時(shí)，設(shè)置崩解劑酸堿用量70%、奶粉用量15%、香菇粉用量5%、羧甲基淀粉鈉用量2%、阿斯巴甜用量2%、硬脂酸鎂用量2%，葡萄糖用量4%。

（4）崩解劑酸堿總用量的選擇。將崩解劑酸堿總用量分別設(shè)定為40%、50%、60%、70%和80%，分為4組進(jìn)行試驗(yàn)并進(jìn)行評(píng)分，確定添加范圍。在確定酸堿用量范圍時(shí)，設(shè)置崩解劑酸堿比例0.9∶1、奶粉用量10%、香菇粉用量5%、羧甲基淀粉鈉用量2%、阿斯巴甜用量2%、硬脂酸鎂用量2%，不足的部分由填充劑葡萄糖補(bǔ)充。

（5）阿斯巴甜添加量的選擇。將阿斯巴甜添加量分別設(shè)置為1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%，分為5組進(jìn)行試驗(yàn)，確定添加范圍。設(shè)置崩解劑酸堿用量70%、崩解劑酸堿比例0.9∶1、奶粉用量15%、香菇粉用量5%、羧甲基淀粉鈉用量2%、硬脂酸鎂用量2%，不足的部分由填充劑葡萄糖補(bǔ)充。

（6）羧甲基淀粉鈉用量的選擇。將羧甲基淀粉鈉用量分別設(shè)置為1.4%、1.6%、1.8%、2.0%、2.2%和2.4%，分為6組進(jìn)行試驗(yàn)，確定添加范圍。在確定羧甲基淀粉鈉的用量范圍時(shí)，設(shè)置崩解劑酸堿用量70%、崩解劑酸堿比例0.9∶1、奶粉用量設(shè)置為10%、香菇粉用量為5%、阿斯巴甜用量為2%、硬脂酸鎂用量為2%，不足的部分由填充劑葡萄糖補(bǔ)充。

1.3.4 響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇對(duì)感官評(píng)價(jià)影響較大的A奶粉添加量、B崩解劑添加量、C阿斯巴甜添加量為考察因素，以感官評(píng)分（Y）為考察指標(biāo)，進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)表

2 結(jié)果與分析

2.1 香菇牛奶泡騰片配方研究

2.1.1 香菇粉添加量選擇

在香菇粉添加量為2%～5%，泡騰片感官評(píng)分增加；添加量為5%時(shí)，感官評(píng)分最高，當(dāng)添加量為5%～7%時(shí)，泡騰片感官評(píng)分下降，且溶解性較差，故將香菇粉添加量固定為5%。

2.1.2 奶粉添加量選擇

奶粉添加量越高，湯色越白，奶香越濃，但崩解時(shí)間越長(zhǎng)。當(dāng)奶粉添加量為16%～20%時(shí)，湯色均較鮮亮，香氣較濃，口感從適中至濃郁，能滿足不同口味需求，故本試驗(yàn)最終選擇奶粉添加量為16%、18%、20%進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

2.1.3 崩解劑酸堿比例確定

在本試驗(yàn)中的崩解劑中的酸源為檸檬酸，堿源為碳酸氫鈉，選擇崩解劑酸堿質(zhì)量比例分別為0.7∶1、0.8∶1、0.9∶1、1.0∶1、1.1∶1和1.2∶1進(jìn)行試驗(yàn)。由圖1可知，當(dāng)崩解劑酸堿質(zhì)量比例為0.9∶1時(shí)，泡騰片感官評(píng)價(jià)良好，故選擇崩解劑酸堿比例為0.9∶ 1。

圖1 崩解劑酸堿比例對(duì)泡騰片感官評(píng)價(jià)的影響圖

2.1.4 崩解劑酸堿總用量的選擇

由圖2可知，崩解劑酸堿總用量處于50%～70%時(shí)，感官評(píng)分逐漸增大，在崩解劑酸堿總用量為70%時(shí)，評(píng)分達(dá)到最高。當(dāng)崩解劑酸堿總用量低于50%或高于70%時(shí)，評(píng)分降低明顯。因此，選取崩解劑酸堿總用量分別為50%、60%、70%進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

圖2 崩解劑添加量對(duì)泡騰片感官評(píng)價(jià)的影響圖

2.1.5 阿斯巴甜添加量的選擇

單因素試驗(yàn)表明，阿斯巴甜添加量處于1.5%～2.5%時(shí)，泡騰片甜味較好，口感適中，當(dāng)阿斯巴甜添加量低于1.5%時(shí)，泡騰片甜味較淡，口感較差。當(dāng)阿斯巴甜添加量高于2.5%，泡騰片呈奶香味，香菇香氣均被掩蓋，口感不佳，且過于單一。因此，選擇阿斯巴甜添加量分別為1.5%、2.0%、2.5%進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

2.1.6 其他輔料選擇

硬脂酸鎂是常用的潤(rùn)滑劑。研究表明，0.5%硬脂酸鎂能夠保證壓片的光潔度及物質(zhì)分布的均勻性[16]。因此，選擇0.5%的硬脂酸鎂作為試驗(yàn)輔料。

羧甲基淀粉鈉可作為可溶性片劑的高效崩解劑。經(jīng)試驗(yàn)表明，1.8%、2.2%的羧甲基淀粉鈉用量崩解發(fā)泡效果均良好，結(jié)合成本考慮，選擇1.8%添加量作為試驗(yàn)用量。

填充劑是可以改善物料性能，或能增容、增重，降低物料的成本的固體物質(zhì)。葡萄糖屬于常用水溶性填充劑，在直接壓片工藝中的表現(xiàn)優(yōu)于乳糖與蔗糖，且葡萄糖更易吸收，便于運(yùn)動(dòng)中的能量補(bǔ)充，故選擇葡萄糖作為泡騰片的填充劑，添加量為16.3%。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果分析

利用Design-Expert.V 8.0.6.1統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果及方差分析結(jié)果分別見表3、表4。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果表

通過響應(yīng)面試驗(yàn)得到回歸方程為Y=78.72+0.18A-1.08B+0.60C+1.45AB-1.40AC-0.20BC-0.88A2-2.48B2-3.04C2。由表3可知，模型F=10.87，P=0.002 4＜0.01，差異極顯著，故模型具有顯著性。失擬項(xiàng)F=2.22，P=0.228 1＞0.05，差異不顯著，說明該回歸方程擬合較好，影響擬合的因素對(duì)結(jié)果干擾很小。決定系數(shù)R2=0.933 2，即響應(yīng)值的變化中所選變量的影響占93.32%，表明回歸模型擬合程度良好，具有高度顯著性，試驗(yàn)誤差小，可以對(duì)香菇牛奶泡騰片的感官評(píng)分進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。

2.2.2 因素交互作用分析

由表4可知，B崩解劑添加量對(duì)感官評(píng)價(jià)得分影響顯著，A奶粉添加量、C阿斯巴甜添加量對(duì)感官評(píng)價(jià)得分影響不顯著。交互項(xiàng)AB、AC對(duì)感官評(píng)價(jià)得分影響顯著、BC對(duì)感官評(píng)分影響不顯著。二次項(xiàng)中B2和C2對(duì)感官評(píng)價(jià)得分影響極顯著，A2對(duì)感官評(píng)分影響不顯著。比較F值可知，對(duì)泡騰片感官評(píng)分影響的大小順序?yàn)锽（崩解劑添加量）＞C（阿斯巴甜添加量）＞A（奶粉添加量）。各因素交互作用對(duì)感官評(píng)分影響的響應(yīng)面及等高線圖見圖3。

表4 方差分析結(jié)果表

由圖3可知，AB、AC、BC這3個(gè)因素的交互作用對(duì)感官評(píng)分的影響可直觀地反映在響應(yīng)面圖中，響應(yīng)曲面變化幅度越為明顯，曲面越陡峭，等高線越密集，則兩因素之間的交互作用越顯著。因此，3個(gè)因素交互作用的影響關(guān)系為AB＞AC＞BC，即奶粉添加量與崩解劑添加量交互作用的影響＞奶粉添加量與阿斯巴甜添加量交互作用的影響＞崩解劑添加量與阿斯巴甜添加量交互作用的影響。

圖3 各因素交互作用對(duì)感官評(píng)分影響的響應(yīng)面及等高線圖

2.3 最佳配方預(yù)測(cè)與驗(yàn)證

對(duì)回歸模型進(jìn)行響應(yīng)面分析，得到泡騰片最優(yōu)工藝配方為奶粉添加量17.41%，崩解劑添加量56.9%、阿斯巴甜添加量2.09%。考慮到實(shí)際操作的可行性，將工藝參數(shù)修正為奶粉添加量17.4%、崩解劑添加量56.9%、阿斯巴甜添加量2.1%。此條件下，平行試驗(yàn)3次，進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，得到香菇牛奶泡騰片感官評(píng)分為80.8分，與理論感官評(píng)分預(yù)測(cè)值78.91分的相對(duì)誤差較小，說明響應(yīng)面試驗(yàn)所得最佳配方穩(wěn)定可靠，可以用于香菇牛奶泡騰片的配方優(yōu)化的預(yù)測(cè)與分析。

3 結(jié)論

本研究以奶粉、香菇粉、檸檬酸、阿斯巴甜、羧甲基淀粉鈉、硬脂酸鎂和葡萄糖為原輔料，制作香菇牛奶泡騰片。結(jié)果表明，奶粉添加量、崩解劑添加量以及阿斯巴甜添加量對(duì)香菇牛奶泡騰片的感官評(píng)分影響較大。以這3個(gè)因素為考察因素，進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。結(jié)果表明，3個(gè)因素對(duì)泡騰片感官評(píng)分的影響順序?yàn)楸澜鈩┨砑恿?、阿斯巴甜添加量和奶粉添加量。泡騰片工藝最優(yōu)配方為香菇粉5%，崩解劑添加量56.9%（酸堿質(zhì)量比為0.9∶1），阿斯巴甜2.1%，羧甲基淀粉鈉1.8%，奶粉17.4%，硬脂酸鎂0.5%以及葡萄糖16.3%，在此條件下的香菇牛奶泡騰片的綜合感官評(píng)價(jià)為80.8分，且制得的香菇牛奶泡騰片外表光滑，質(zhì)地均勻，放入水中崩解迅速，溶解良好，無明顯沉淀，有明顯香菇及牛奶香氣，顏色呈乳白色以及酸甜適中。此外，制備工藝采取直接壓片，工藝簡(jiǎn)單，制作容易，便于工業(yè)化生產(chǎn)，具備良好的適用價(jià)值，市場(chǎng)開發(fā)利用前景廣闊。