黑芝麻螺旋藻復合營養飲料穩定性的研究

劉靈杰，韋艷萍，龍肇謀，莫麗萍，陀海燕，譚梔恩，曾佩琴，羅春花，陳衛衛，5，*，傅鵬，2，*

（1.廣西中醫藥大學，廣西南寧530001；2.廣西壯瑤藥重點實驗室，廣西南寧530001；3.廣西高校中藥制劑共性技術研發重點實驗室，廣西南寧530001；4.三亞學院，海南三亞 572000；5.南京本末生物科技有限公司，江蘇南京210000）

黑芝麻為脂麻科植物脂麻（SesamumindicumL.）的干燥成熟種子，性味甘、平，歸肝、腎、大腸經，具有補肝腎、益精血、潤腸燥的功效，常用于精血虧虛、頭暈眼花、耳鳴耳聾、須發早白、病后脫發、腸燥便秘等治療或食療[1]。

目前，國內黑芝麻食品主要包括黑芝麻固體飲料、黑芝麻液體飲料和其他黑芝麻食品三大類。產品多為糊、羹、液態奶等形式。例如，南方黑芝麻集團公司所出品的黑芝麻糊、黑黑乳等。孫月娥等[2]采用黑米、黑豆和黑芝麻等物料開發制備出的復合飲料口感細膩、營養豐富、穩定性較好。李慧蕓[3]以黑芝麻和紅棗為主要原料，生產出風味獨特、組織狀態良好、營養豐富的飲料，具有很高的開發價值。此外，還有黑芝麻大豆復合飲料[4]、凝固型紫甘薯黑芝麻酸奶[5]、黑米黑芝麻谷物牛奶[6]等復合保健產品。

螺旋藻是一種新型“藥食同源”的優質菌體蛋白，也是新資源食品，具有很高的營養、保健及醫藥價值。近年來，螺旋藻的研究與開發應用引起了科研人員的廣泛注意，螺旋藻是一種高蛋白、低脂肪、低膽固醇、低熱值的營養食品，除含有大量的蛋白質外，還含有較多的生物活性成分，例如螺旋藻多糖、β-胡蘿卜素、藻膽蛋白、γ-亞麻酸、內源性酶等，從而使螺旋藻具有提高機體免疫力、抗衰老、降血脂、降血壓、促進蛋白質合成、抗癌等生理功效，在功能性食品、中醫藥等方面有廣泛的應用。據研究[7]1 g螺旋藻所含的營養相當于1 000 g各種果蔬營養的總和，被認為是濃縮的綠色食品。

目前，國內已經有許多成熟的螺旋藻保健食品上市，例如螺旋藻保健果凍[8]、螺旋藻營養片[9]、螺旋藻草莓酸奶[10]等。國外也有許多類似的螺旋藻保健食品，像美國的Earthrise公司生產的螺旋藻片劑、粒劑、粉劑，如“施伯健螺旋藻”等均十分暢銷。以螺旋藻為原料制成的片劑“司巴奴娜護康寶”可提高人體的免疫功能，對惡性腫瘤有輔助療效。

盡管黑芝麻保健食品和螺旋藻保健食品各自都有多種比較成熟的產品類型上市，但目前，還未有黑芝麻螺旋藻復合營養飲料這種產品上市。本課題研制的新產品—黑芝麻螺旋藻復合營養飲料，將黑芝麻和螺旋藻按一定比例進行組方，在保證營養與風味的基礎上，對其穩定性進行考察，確定最佳的穩定劑與乳化劑配比與用量。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黑芝麻：南方黑芝麻公司；食用螺旋藻粉（鈍頂螺旋藻）：寧波市鎮海區明特藍藻有限公司；蔗糖脂肪酸酯（食品級）：廣西云鵬工貿有限責任公司；蒸餾單硬脂酸甘油酯、黃原膠、海藻酸丙二醇酯（均為食品級）：山東通升食品配料有限公司；羧甲基纖維素鈉（食品級）：重慶市力宏精細化工有限公司；白砂糖：市售；β-環糊精（食品級）：郁南縣永光環糊精有限公司；高活性酵母：山東圣琪生物有限公司；一水葡萄糖（食品級）：吉林嘉吉生化有限公司。

1.2 儀器與設備

FLJ-010高速攪拌機：廣東中山市海盤電器有限公司；HWS-28電熱恒溫水浴鍋：上海齊欣科學儀器有限公司；L600高速離心機：湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司；KQ3200B型超聲波清洗器：江蘇昆山市超聲儀器有限公司；LD2X-75KBS立式壓力蒸汽滅菌鍋：上海申安醫療器械廠；FA25乳勻機：弗魯克公司；DFY-100高速粉碎機：浙江溫嶺市林大機械有限公司；GZX-9420-MBE電熱恒溫鼓風干燥箱：上海博迅實業有限公司醫療設備廠；WF-18連續式超微粉碎機：浙江溫州頂歷醫療器械有限公司；BCD-279電冰箱：博西華家用電器有限公司；JM-A5002電子天平：余姚市紀銘稱重檢驗設備有限公司。

1.3 飲料工藝流程

1.4 工藝要點

1.4.1 原料的處理

將黑芝麻在110℃烘焙30 min，混合螺旋藻粉粉碎，置于65℃下烘4 h，取出后超微粉碎，過篩，同樣置于65℃下干燥，直至不粘托盤。

1.4.2 腥味的祛除

取適量黑芝麻螺旋藻粉，加水調配成15%的漿液，置于超聲儀中超聲10 min，使螺旋藻中的腥味物質逸出，加入0.4%的酵母、4%的一水葡萄糖，攪拌均勻，置于28℃的恒溫水浴鍋中培養1.5 h[11－15]，加入β－環糊精適量，攪拌均勻，備用。

1.4.3 飲料的調配

在前期試驗的基礎上，取適量黑芝麻螺旋藻粉（黑芝麻與螺旋藻質量配比為50∶1.24），加入純水適量，制成漿液濃度為1.81%。脫腥味后，置于高速攪拌機中，加入3.73%白糖，攪拌均勻，濾過（四層300目紗布過濾，精度是微米級），備用。

1.4.4 飲料的均質

在調配好的漿液中加入蔗糖脂肪酸酯、蒸餾單硬脂酸甘油酯、黃原膠、海藻酸丙二醇酯、羧甲基纖維素鈉等穩定劑與乳化劑適量（各穩定劑與乳化劑已先用少量漿液預溶），二次攪拌，濾過，乳勻機均質，備用。

1.4.4 灌裝與滅菌

將均質過的漿液灌裝后，放入高壓滅菌鍋105℃滅菌30 min，即得。

1.5 方法

1.5.1 單因素試驗

根據工藝路線，考察蔗糖酯、蒸餾單硬脂酸甘油酯、黃原膠、海藻酸丙二醇酯、羧甲基纖維素鈉用量，考察各因素對離心沉淀率和感官評分的影響。

1.5.2 星點設計－效應面法試驗設計

在單因素試驗基礎上，按星點設計－效應面法三因素五水平表進行試驗，考察蒸餾單硬脂酸甘油酯、黃原膠、海藻酸鈉丙二醇酯的用量，確定最佳穩定性工藝條件，因素水平見表1。

表1 效應面試驗因素水平表Table 1 The level tables of the response surface test factors

1.5.3 感官評分

隨機對植物蛋白飲料樣品進行編號，請食品專業有多年飲料品嘗經驗的評價員10名，分別獨立對編號的植物蛋白飲料樣品按表2進行感官評價。

表2 感官評價指標及評分標準Table 2 Sensory evaluation indexes and scoring criteria

1.5.4 沉淀率測定

稱取搖勻的一定量m的樣品，用臺式離心機在4 000 r/min離心15 min，棄去上層清液，稱得沉淀的質量 m1，沉淀率/%=m1/m × 100。

1.5.5 數據統計與分析

星點設計－效應面法結果采用Design－Expert 8.0.6軟件處理分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 蔗糖酯對沉淀率的影響

蔗糖酯擬用量為0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%，根據單因素試驗結果確定蔗糖酯的用量。試驗結果見圖1。

圖1 蔗糖酯用量與沉淀率關系Fig.1 Relation between the amount of sucrose ester and the precipitation rate

由圖1可以看出，沉淀率隨蔗糖酯用量增加上升，蔗糖酯擬用量為0.05%時沉淀率最少。

2.1.2 蒸餾單硬脂酸甘油酯對沉淀率的影響

蒸餾單硬脂酸甘油酯擬用量為0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%，根據單因素試驗結果確定蒸餾單硬脂酸甘油酯用量。試驗結果見圖2。

圖2 蒸餾單硬脂酸甘油酯用量與沉淀率關系Fig.2 Relation between the amount of glycerol monostearate distilled and the precipitation rate

由圖2可以看出，沉淀率隨蔗糖酯用量增加先上升后下降，蒸餾單硬脂酸甘油酯擬用量為0.2%時沉淀率最少。

2.1.3 黃原膠對沉淀率的影響

黃原膠擬用量為0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%，根據單因素試驗結果確定黃原膠的使用量。試驗結果見圖3。

圖3 黃原膠用量與沉淀率關系Fig.3 Relation between the amount of xanthan gum and the precipitation rate

由圖3可以看出，沉淀率隨黃原膠用量增加先上升后下降，黃原膠擬用量為0.02%時沉淀率最少。

2.1.4 海藻酸鈉丙二醇酯對沉淀率的影響

海藻酸鈉丙二醇酯擬用量為0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%，根據單因素試驗結果確定海藻酸鈉丙二醇酯用量。試驗結果見圖4。

由圖4可以看出，從0.05%開始，沉淀率有往下降的趨勢，海藻酸鈉丙二醇酯用量為0.15%的沉淀率最低，0.20%、0.25%用量處于上升狀態。

2.1.5 羧甲基纖維素鈉對沉淀率的影響

羧甲基纖維素鈉擬用量為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，根據單因素試驗結果確定羧甲基纖維素鈉用量。試驗結果見圖5。

圖4 海藻酸鈉丙二醇酯用量與沉淀率關系Fig.4 Relation between the amount of sodium alginate propanediol esterand the precipitation rate

圖5 羧甲基纖維素鈉用量與沉淀率關系Fig.5 Relation between the amount of sodium carboxymethyl cellulose and the precipitation rate

由圖5可以看出，羧甲基纖維素鈉用量為0.1%的沉淀率最低，從0.1%往后沉淀率一直處于上升狀態。

2.1.6 乳化穩定劑聯用對沉淀率的影響

根據蒸餾單硬脂酸甘油酯、黃原膠、海藻酸鈉丙二醇酯、蔗糖酯、羧甲基纖維素鈉的單因素試驗最低沉淀率從低到高排序，得出影響沉淀率的主要乳化穩定劑為：蒸餾單硬脂酸甘油酯、黃原膠、海藻酸鈉丙二醇酯；根據排序給各乳化穩定劑編號并安排4組固定用量的聯用：a.蒸餾單硬脂酸甘油酯0.05%b.黃原膠0.02%c.海藻酸鈉丙二醇0.05%d.蔗糖酯0.05%e.羧甲基纖維素鈉0.20%。聯用實驗組：①ab；②abc；③abcd；④abcde。試驗結果見表3。

表3 乳化穩定劑聯用試驗感官評價及沉淀率Table 3 Sensory evaluation and precipitation rate of combined use of emulsified stabilizers

由表3可以看出，聯用試驗分組的沉淀率相差不大，但5種乳化劑與穩定劑的聯用感官評價較高。

2.2 星點設計－效應面法試驗

在單因素試驗基礎上，選取對沉淀率影響較大的蒸餾單硬脂酸甘油酯（0.05%～0.25%）、黃原膠（0.02%～0.1%）、海藻酸鈉丙二醇酯（0.05%～0.25%）為考察因素，而蔗糖酯與羧甲基纖維素鈉固定在最低用量。以感官評價和沉淀率為評價指標，每個指標均標準化的用Hansan分別轉化為0～1的總評“歸一值（overall desirability，OD），按OD=（d1×d2…dk）1/k（k為指標數）計算，按星點設計－效應面法三因素五水平表進行試驗，試驗安排及結果見表4。

表4 效應面試驗設計及試驗結果Table 4 The results and experimental designs of the response surface

2.2.1 模擬擬合

將所得數據用Design－Expert 8.0.6軟件進行效應面試驗分析，以各考察指標的總評OD值為效應值，對各因素進行多元線性回歸和二次項擬合，多元線性回歸擬合方程為 Y=1.068 31－0.811 11A－6.927 30B－0.330 72C（R2＝0.358 0，P＞0.05），二次項回歸方程 Y=3.000 31－10.096 57A－18.355 01B－14.033 49C+12.728 22AB－3.376 67AC+85.629 19BC+30.094 24A2－27.715 86B2+30.238 38C2（R2＝0.741 8，P＜0.05）。從擬合方程的相關系數可知，由于多元線性回歸方程的r較低，自變量與因變量之間線性相關性較差，回歸擬合度不佳，預測性較差，因此不適宜選用多元線性方程進行擬合；二次項擬合方程r較高，擬合效果較好，所以選用二項式方程進行擬合。

2.2.2 方差分析

回歸模型方差分析結果見表5。

表5 回歸模型方差分析結果Table 5 Regression model analysis of variance

由表5可知，二項式回歸方程失擬檢驗不顯著，說明未知因素對試驗結果干擾很小，模型擬合檢驗高度顯著，說明該方程與實際情況擬合很好，較好地反映了考察指標總評OD值與蒸餾單硬脂酸甘油酯、黃原膠、海藻酸鈉丙二醇酯的關系，為成功模型。黃原膠對總評OD值的影響具有高度顯著性，二次項A2、C2影響顯著。

2.2.3 效應面優化和預測

根據Design－Expert 8.0.6，繪制總評OD值與各自變量間的三維效應曲面圖（圖6、圖7、圖8），通過這些可以直觀反映各因素交互作用對響應值的影響，并確定最佳提取條件。當蒸餾單硬脂酸甘油酯用量在0.05%～0.25%、黃原膠用量在0.02%～0.1%、海藻酸鈉丙二醇酯用量在0.05%～0.25%，根據上述二次項回歸方程，得出優化條件：蒸餾單硬脂酸甘油酯用量為0.21%，黃原膠用量為0.04%，海藻酸鈉丙二醇酯用量為0.09%；可預測出總評OD值為0.850。

2.5 驗證試驗

根據星點設計－效應面法優選出的最佳工藝條件進行驗證試驗。結果見表6。

圖6 蒸餾單硬脂酸甘油酯和黃原膠對總評歸一值影響的效應面圖Fig.6 Effect of distilled glycerin monostearate and xanthan gum on the overall desirability of drawing

圖7 蒸餾單硬脂酸甘油酯和海藻酸鈉丙二醇酯對總評歸一值影響的效應面圖Fig.7 Effect of distilled glycerin monostearate and propylene glycol alginate on the overall desirability of drawing

圖8 黃原膠和海藻酸鈉丙二醇酯對總評歸一值影響的效應面圖Fig.8 Effect of xanthan gum and sodium alginate propylene glycol on the overall desirability of drawing

表6 驗證試驗結果Table 6 Verification test results

采用上述優化配比方案與上述試驗相同的其他條件，實際測得OD值為0.794，與理論預測值0.850的相對標準偏差（RSD）為6.59%。結果表明，所建立的數學模型具有較好的預測性，所選的工藝條件重現性較好。

3 討論

通過單因素試驗，可以知道各考察因素的效應面法考察范圍與變化趨勢，根據各單因素試驗結果，篩選主要的影響因素與適宜的用量范圍，以此減少星點設計-效應面法試驗的工作量。與正交設計試驗相比，星點設計-效應面法試驗得到的結果更精確，更接近真實值，而缺點在于對于非連續變量無法考察。

前期試驗發現，單一乳化劑與穩定劑的效果并不理想，除了黃原膠外，其他4種乳化劑與穩定劑容易出現分層或者絮凝。由兩種或兩種以上的乳化劑搭配的混合乳化穩定劑，常常比單一乳化劑、穩定劑具有更好的乳化效果和更佳的乳化穩定性[16-20]。根據乳化穩定劑聯用預試驗結果，5種乳化劑與穩定劑聯用的感官評價最高，整體的均勻度與口感效果最佳。結合前期的單因素試驗考察結果，我們選擇對沉淀率影響較大的蒸餾單硬脂酸甘油酯、黃原膠、海藻酸鈉丙二醇酯作為星點設計-效應面法進一步考察的因素，而固定蔗糖酯與羧甲基纖維素鈉的用量。

目前，市面上黑芝麻乳產品保健效果不夠明顯，且常含較多油脂，長期食用易生油膩感；且腸胃虛弱者多食，可致腹瀉。螺旋藻為高蛋白低脂的藻類植物，有收斂的效果，兩者合用可改善黑芝麻乳的油膩口感，降低腹瀉的發生，同時，螺旋藻還具有抗氧化、抗疲勞、提高免疫力、抑菌、保護腸胃等作用。此外，螺旋藻與黑芝麻營養與活性成分相似，例如兩者都含有硒、維生素C、維生素E等成分，合用可實現營養與功能互補，協同提升機體免疫、增強對疾病的預防能力。

本課題針對亞健康人群飲食需求，秉承“中醫治未病”理念，在原有黑芝麻乳的基礎上加入螺旋藻，以一定配比研制成復合營養飲料，為廣大消費者提供更好的養生保健選擇。