能量棒的研究進展

◎ 沈 豪，陳可為

（江南大學，江蘇 無錫 214122）

1 能量棒的發展進程

在諸如馬拉松、自行車、游泳等長距離耐力運動中，糖原物質被大量消耗。因為糖原含量的迅速降低，人體開始消耗脂肪來提供能量。當運動強度超過60%～70%的最大攝氧量時，脂肪分解所提供的能量就無法維持人體繼續運動了。這時，肚子疼痛、呼吸困難、肌肉僵硬等征兆就會相繼出現，讓人感覺筋疲力盡，這段時間就被稱為撞墻期。撞墻期的出現大大影響了運動員的競技成績。

在加州大學任職的布萊恩·麥斯威爾曾是一名馬拉松運動員，為解決馬拉松運動中出現的撞墻期，布萊恩夫婦決定研制一種能在運動中快速補充能量的食物，以應對撞墻期對運動員造成的不良影響。經過無數次試驗后，專為運動員設計的Power Bar橫空出世，標志著真正意義上的“能量棒”的誕生。

太空食物棒以蛋白質、碳水化合物和維生素為主要成分，方便隨時補充營養，布萊恩夫婦研制的Power Bar確實與太空食物棒非常相似。很快，這款能量棒就在長跑圈中流行開來，事實證明，它的的確確對提升運動成績有所幫助。之后，登山、自行車等極其考驗耐力的運動中能量棒也越來越頻繁地出現。隨后，五花八門的能量棒品牌逐漸進入人們的視野，對于能量棒的分類也越來越細化，而能量棒的受眾也不再僅僅局限于從事高強度耐力運動的運動員，普通人也能通過簡單渠道購得能量棒。

2 目前能量棒在國內外的發展進程及市場趨勢

2.1 能量棒在國內外的發展進程

能量棒是一種方便、營養全面、能快速補充能量的棒狀食品。能量棒因其含有優質的蛋白質、合理的維生素、礦物質組合和復合碳水化合物，是我國重要的野戰食品之一，能夠滿足運動員、健身愛好者、健美愛好者、登山愛好者、野外探險隊員、資源探險人員以及生活節奏較快的都市白領人群的能量需求；與此同時，能量棒還有調節人體機能的作用，對于某些糖尿病患者是一種良好的膳食營養品[1]。

查閱文獻得知，能量棒中的糖是由單糖、雙糖和低聚糖科學組合而成。低聚糖是由3～10個單糖聚合而成，能夠持續平緩地釋放能量。因此，能量棒既能實現快速供能，又能保證持續供能，做到能量接力，保持穩定的血糖水平，增強運動能力。巧克力中的糖主要是蔗糖，它是一種簡單糖，吸收入血的速度快，但維持的時間短。與其相比，能量棒在供能方面更勝一籌。

目前，國內外能量棒的種類各種各樣，其主要形式是以某一配料作為主要生產原料，輔助以其他物質烘烤壓縮成型。主要配料類型包括水果、谷類、堅果、種子、甜味劑等。由于能量棒是在沒有合成肥料或殺蟲劑的情況下制備和加工的，不含任何人工香料、顏色或防腐劑，所以深受人們的喜愛。

2.2 能量棒的市場趨勢

能量棒被認為是含有優質谷物、干果和其他水果的補充棒。能量棒目標人群是需要快速能量的人。能提供各種類型的蛋白質、脂肪和碳水化合物。其不含任何人工色素、顏色或防腐劑。隨著發展中國家和發達國家人民健康意識的提高，人們對有機能源的需求也隨之增加。

在過去的幾年里，全球有機能量棒市場出現了巨大的增長。有機能量棒的發展由于人們對各種人工色素認識的提高而加速。人們的生活節奏加快，導致消費者都在尋找膳食替代食品。有機能量棒被認為是其中之一可供選擇的膳食。預計發展中經濟體的城市化增長速度將是有機能源條不斷增長的主要驅動因素之一。很多重要人物都強調在大賣場推出新產品，這在消費者中樹立了有機能源棒的意識。

經有關專家預測，在2017—2023年間，能量棒在亞太地區將出現大規模增長。據估計，中國將為亞太地區的增長創造有利的環境。美國主導有機能源棒市場，其次是歐洲。

有機能量棒市場分為北美、歐洲、亞太地區和世界其他地區。其中，北美地區在全球有機食品市場中所占比重最大。預計在2017—2023年的審查期間，該市場將以較高的速度增長。預計亞太地區將成為全球有機能源增長最快的地區之一。另外，亞太地區的增長是由于發展中國家的人均可支配收入增加，例如中國、印度、東亞國家。此外，關鍵參與者正在嘗試打入尚未開發的亞太市場。

此外，有機能源棒制造商也強調在亞太地區發展中國家開展各種促銷活動，從而加速了有機能量棒的銷售。此外，零售業在亞太地區的發展中國家也出現了巨大的增長，預計這將是主要的推動力之一[2]。

3 能量棒的分類

3.1 按主要成分分類

3.1.1 谷物棒

谷物棒（Cereals Bar)是以燕麥、大米、玉米等谷物為主要原料，可添加一些蔬菜或膨化蛋白顆粒等輔料，采用高黏度糖漿黏合而成的片狀、棒狀產品。谷物棒在國外已有很長的發展歷史，它曾經一度是歐美國家普遍的早餐食品。

3.1.2 堅果棒

堅果棒是以堅果為主料，有些產品中會添加果干、糖果、巧克力等輔料，采用高黏度糖漿黏合而成的片狀、棒狀產品。味道香甜，口感酥脆，方便攜帶，受到很多人的青睞。

3.1.3 谷物堅果棒

谷物堅果棒是以谷物為主要原料，有些產品中會添加堅果仁、果干、糖果、巧克力等輔料。外觀和口感方面與谷物棒相差不太多。

3.2 按主要功能分類

3.2.1 休閑食品

谷物棒是以各種谷物原料為主，因此碳水化合物含量較高；此外，為了獲得較好的口感，往往會在谷物棒中加入一些脂類物質，所以脂肪含量高，存在營養不均衡的問題。隨著人們生活水平的提高，消費者對飲食健康的認識不斷增強，谷物棒的定位逐漸由早餐食品轉化為休閑食品。

3.2.2 運動能量棒

運動能量棒又分為動力能量棒（Activity Bar）和耐力能量棒（Endurance Bar）。

3.2.2.1 動力能量棒

動力能量棒含有碳水化合物和一定的蛋白質、脂肪等營養物質，一般在運動前食用，為身體提供全面的營養，可作為代餐食品。

3.2.2.2 耐力能量棒

耐力能量棒是為長跑、自行車、游泳、爬山等高強度耐力運動者設計的，碳水化合物含量極高，幾乎沒有蛋白質和脂肪，主要為人體快速補充能量。

3.2.3 減肥功能

我國目前正經受著營養不足和營養失衡兩類營養不良的雙重挑戰。隨著社會的發展，經濟的進步，人們的生活水平越來越高，但膳食結構卻逐漸失衡，體力活動也越來越少，營養失衡問題變得越發普遍。無論是兒童還是成人，人群中超重和肥胖比例都呈上升趨勢。高血壓、冠心病、糖尿病、脂肪肝等的患病率也在逐年上升。人們對于減肥的意愿變得愈發強烈，減肥代餐棒應運而生。減肥代餐棒具有包裝小巧、食用方便的特點，不僅能夠滿足減肥人群對低能量營養均衡食品的需求，同時它又注重其他營養物質如蛋白質、膳食纖維、維生素和礦物質的均衡補充，解決代餐食品口感差的問題，深受年輕人喜愛[3]。

4 各類能量棒的配方

4.1 谷物棒的配方

4.1.1 谷物

在谷物棒的配方中，谷物通常占10%～40%，以燕麥、膨化大米（米花）為主，有些產品也會根據當地的原料特點和飲食習慣，加入小麥、大麥、玉米、蕎麥、青稞等谷物。谷物原料或在加入少量食用油焙烤熟化后以自然的狀態加入谷物棒中，或經擠壓、膨化等工藝制成即食谷物片后加入谷物棒中。

4.1.2 堅果

堅果粒是谷物棒中非常重要的原料，其添加可以改善谷物棒的口感，使產品香甜味美，并且能夠提高產品的營養價值。谷物棒中的堅果原料主要包括核桃、花生、巴坦木、腰果、榛子等，添加量一般占總量的10%～30%。

4.1.3 油脂類

谷物棒產品所用的油脂主要為奶油、人造黃油等。油脂的添加可以增加產品的酥性，并且起到改善風味的作用。一些營養強化型的谷物棒中會加入富含不飽和脂肪酸的油脂，如亞麻籽油等。配料中還添加卵磷脂，也作為乳化劑使用。油脂的添加量一般為10%～15%。

4.1.4 黏合劑

主要用糖漿、麥芽糊精、淀粉糊、食用膠等作為黏合劑，其作用是將谷物原料、堅果粒以及其他配料黏結成型。黏合劑的比例約為產品總量的30%～40%。

4.1.4.1 糖漿

糖漿是黏合劑的主要成分，麥芽糖漿和果葡糖漿應用較多。液體黏合劑一般先加入油脂和添加劑等中，再與谷物和堅果粒混合。糖漿的用量及不同糖漿的配比對混合體系的黏度有顯著性影響。使用75%的蔗糖溶液的混合體系溫度穩定性最好，蔗糖和麥芽糖漿比例為1∶5的混合體系的黏度最佳。

4.1.4.2 淀粉/麥芽糊精

淀粉與水混合，加熱后會發生糊化，形成黏性淀粉糊，也可與麥芽糊精調成糊漿，與其他各種成分混合，可以增強谷物混合物的黏著性。淀粉或麥芽糊精的添加量約為5%。

4.1.4.3 食用膠

食用膠，如阿拉伯膠、卡拉膠、瓜爾豆膠、果膠等，在產品中的添加量為0.5%～2%。食用膠是水溶性膳食纖維，熱量低，還具有降低血液中膽固醇的功能，可替代部分糖漿，起到黏合劑的作用。

4.1.4.4 煉乳

煉乳可以替代部分糖漿作為黏合劑使用，其水分含量為30%～50%。加入了糖漿與蜂蜜的煉乳均勻地噴在谷物和堅果等混合干料物上，經過烤制干燥制成的產品，具有很好的風味和咀嚼質感，既不易碎，也不發黏。

4.1.5 蛋白質

谷物棒產品的原料主要以碳水化合物為主，含有一定量的脂肪，蛋白質含量相對較低，需要添加蛋白類原料以平衡其營養。可以通過添加大豆蛋白、牛奶蛋白和酪蛋白酸鹽等蛋白質強化劑，來提高其蛋白質含量。特別是近幾年，大豆粉被廣泛應用在這類產品中，可有效提高產品蛋白質含量，同時延長飽腹感。酪蛋白酸鹽既是乳化劑又是增稠劑，具有很好的增黏力和蛋白特有的起泡性，也常應用于產品之中。

4.1.6 抗氧化劑/防腐劑

谷物棒屬于低水分活度的產品，產品有一定的保質期。但為了防止油脂氧化，保持產品的品質穩定及安全性，延長貨架期，產品中也會添加防腐劑或抗氧化劑，其添加量為0.05%～0.2%。常用的防腐劑有山梨酸鉀、苯甲酸、苯甲酸鈉；常用的抗氧化劑有維生素E、叔丁基對苯二酚（TBHQ）。

4.1.7 其他

谷物棒生產使用的其他原料有香精香料、維生素和礦物質營養強化劑等；有的還會添加如速凍水果丁、果干、糖果以及巧克力等。這些輔料主要以夾層的形式添加到產品中，或是直接與谷物原料混合制成單層谷物棒，可賦予谷物棒更豐富的口味，并且提高了產品的營養價值。有些包裹涂層的谷物棒產品會將巧克力、糖漿、蜂蜜等混合后涂抹或噴在產品上，豐富產品的口味，并且起到改善產品外觀的作用。維生素和礦物質的強化可以通過添加水果干、啤酒酵母、小麥胚芽和各種堅果等來實現，還可以直接使用復合維生素與礦物鹽強化劑，添加量為0.05%～0.2%[4]。

4.2 動力能量棒的配方

①谷物。20～30份的膨化小米，10～15份的膨化玉米。②無機鹽。0.8～2.5份香蕉粉，0.1～0.5份的食鹽。③油脂類。4～8份的油脂（油脂為起酥油、黃油、植物油、代可可脂中的1種或多種）。④碳水化合物。20～30份的麥芽糖漿，20～30份的果葡糖漿。⑤蛋白質。10～15份的大豆蛋白。⑥膳食纖維。0.25～4份燕麥-β-葡聚糖。⑦其他。5～8份的葵花籽，0.01～0.1份的人參提取物，0.1～0.5份的百合提取物，0.3～2.5份的山藥提取物，0.5～2份的奇亞籽，0.2～0.5份的磷脂，0.02～1份的納豆粉，5～10份的食用涂層，0.01～0.75份的食用香精[5]。

4.3 耐力能量棒的配方

①碳水化合物。麥芽糊精100～200份，1，6-二磷酸果糖10～20份，低聚麥芽糖20～25份，果糖10～20份。②無機鹽。氯化鈉0.5～0.8份，氯化鉀0.5～0.8份。③增稠劑。增稠劑（選自瓊脂、明膠、變性淀粉、魔芋膠粉、果膠等中的1種或任意2種組合）5～30份。④香精。香精（選自抹茶香精、巧克力香精、牛奶香精或檸檬香精中的1種或2種，優選為抹茶香精）0.17～0.2份。⑤維生素。維生素B10.002～0.02份，維生素B20.002～0.2份，維生素C 0.2～2份。⑥礦物質。乳酸鈣0.3～0.8份，檸檬酸鈣0.05～0.1份，磷酸氫鈣2～5份。⑦其他。β-丙氨酸3～8份，肌酸4～10份，β-羥基β-甲基丁酸鈣5～10份[6]。

5 各類能量棒的工藝流程

5.1 谷物、堅果棒的工藝流程

5.1.1 谷物、堅果等原料的預處理

谷物、堅果等原料的預處理根據產品特點，谷物、堅果原料通常要經預處理后才可使用，預處理方法主要是通過擠壓膨化和焙烤使原料熟化。擠壓膨化通常用于玉米、大米、小麥等谷物類原料。焙烤也是常用原料熟化的預處理方法，谷物與堅果經處理后會有烘焙的香氣和咀嚼性。以燕麥為例，最佳的烘焙條件為：溫度90 ℃，炒制時間20 min。

5.1.2 黏合劑熬制

谷物棒的黏合劑由糖漿、食用膠、油脂等經過混合熬制而成。具體操作是將糖漿和糖加入加熱釜中不斷攪拌，至糖溶化、糖漿沸騰后，送入攪拌器冷卻至50 ℃左右，再加入植物油、煉乳等液態原料，攪拌5 min左右，繼續加入食用膠、乳粉、卵磷脂等，攪拌5 min左右，形成混合黏合劑。糖漿熬制時間不宜過長，否則易出現黏度太大而影響輸送的問題。

5.1.3 原料拌勻、入模壓制

預處理的谷物和堅果、水果干、糖果、巧克力等原料粒混合均勻，送入模具中，均勻注入混合黏結劑，送入輥壓機或滾軋機，將產品擠壓成緊實的片狀。壓制的力度要適中，產品過于緊實會影響谷物棒的口感。一般將谷物棒切成長約9～13 cm、寬約3～4 cm的長方體，單層谷物棒厚度約為2～3 cm。

5.1.4 干燥/烘烤

擠壓成型后的產品，可送入隧道冷卻干燥成型（冷加工），或送入烤箱中經烤制后冷卻成型（熱加工）。烤制溫度為100～230 ℃，時間為l～20 min，具體視原料的種類、數量和產品形狀而定。烘烤過后的谷物棒應趁熱切割，防止產品冷卻后硬化易碎，影響切割。產品最終的水分活度應控制在0.31～0.55，以保證產品的保質期。

關于冷加工和熱加工的工藝流程[3-4]，如圖1、2所示。

圖1 熱加工工藝流程圖

圖2 冷加工工藝流程圖

5.1.5 涂層裝飾

對于有涂層的谷物棒產品，切割后進行涂層處理。將融化的巧克力、黃油等涂層原料與酸奶、煉乳、香精等混合，再注入與谷物棒切塊相當大小的模具底層，在凝固前將谷物棒放入，形成涂層；或者采用噴淋涂層液在產品上表面噴涂形成整體的涂層包裹。再經過冷卻、脫模制得成品。

5.2 動力能量棒的工藝流程

①按重量稱取人參提取物、百合提取物、山藥提取物、大豆蛋白、香蕉粉、燕麥-β-葡聚糖，混合均勻，過60目篩，滅菌后制成粉料備用。②按重量稱取膨化小米、膨化玉米、葵花籽、奇亞籽混合均勻制成顆粒料備用。③按重量稱取油脂備用。④制備混合糖漿。將麥芽糖漿和果葡糖漿加熱至沸，熬制過濾，冷卻至70～80 ℃后，與油脂混合均勻，再冷卻至40～50 ℃，邊攪拌邊加入步驟1中的粉料和步驟2中的顆粒料，攪拌均勻、和團，經機械擠壓成型。⑤切割成棒狀食品。⑥掛食用涂層的成品。⑦成品真空包裝。

簡易流程[5]，如圖3所示。

圖3 動力能量棒的工藝流程圖

5.3 耐力能量棒的工藝流程

①按配比稱取原料，麥芽糊精加入水中在70 ℃攪拌溶解，將增稠劑與低聚麥芽糖混合加入攪拌至完全溶解，作為混合物1。②將果糖、1,6-二磷酸果糖、氯化鈉、氯化鉀、β-丙氨酸、肌酸、β-羥基β-甲基丁酸鈣混合加入水中加熱至完全溶解作為混合物2。③將維生素、礦物質、香精類用水溶解作為混合物3。④將混合物2加入混合物1中，邊加邊攪拌至混合均勻后，繼續攪拌約20 min，冷卻至60～80 ℃時，向其中加入混合物3，攪拌均勻后，最終混合物送入成型機內冷卻成型。⑤包裝、密封。

簡易流程[6]，如圖4所示。

圖4 耐力能量棒的工藝流程圖

5.4 減肥代餐棒的工藝流程

減肥代餐棒的工藝流程[3]，如圖5所示。

圖5 減肥代餐棒的工藝流程圖

6 能量棒生產的設備

6.1 冷加工

JS6-01型電子秤，旭眾SZM-50型食品攪拌機，平底鍋，美的C21-WT2112T型電磁爐，模具，西門子KA92NV02T型冰箱。

6.2 熱加工

JS6-01型電子秤，旭眾SZM-50型食品攪拌機，平底鍋，美的C21-WT2112T型電磁爐，模具，惠利得KH-120A食品烤箱，海菱克HL-02A型食品冷風機。

6.3 谷物棒生產線設備

谷物棒生產一體機。

7 生產過程中的難點問題及解決方案

7.1 配方參數

不同種類的能量棒在研制過程中，加入的配料含量各不相同。因此，在能量棒的生產過程中，首先應考慮的便是其口感和營養成分的嚴格把控。經過翻閱文獻可得，可采用正交實驗和響應面法來優化能量棒配方，經對比可知，傳統的正交實驗法是一種線性的數學模型進行設計的設計方法，可以找出多個因素水平的最佳組合，但是正交實驗只能分析離散型數據，不能在給出的整個區域范圍內找出最佳組合和響應值的最優值。因此，可采用響應面法，以配料的添加量為自變量因素，以能量棒的感官品質得分作為響應值，從而得出最佳的配方參數。

7.2 黏合劑制作

黏合劑的制作是能量棒的生產中最為關鍵的一點。黏合劑的制作受干料的顆粒大小、含水量以及黏合劑的焦糖化溫度、甜度、黏度等因素的影響。

7.2.1 干料顆粒大小

由于不同種類的能量棒，其制作過程所需的干料成分不一致，其顆粒大小也不一致，這就增加了黏合劑的制作難度。如在堅果棒中，主要成分為堅果顆粒，因為其顆粒較大，顆粒與顆粒之間的空隙較大，因此有利于黏合劑的進入，便于成型。但是，在一些谷物能量棒中，如膨化藜麥球、膨化全麥片，其原料顆粒較小，因此黏合劑不易進入干料間隙中，在生產過程中造成干料浪費。

7.2.2 含水量

在能量棒的生產中，為了增加能量棒的口感，開發人員經常會在能量棒中添加一些蜜餞水果干或者其他一些含水量較高的成分。雖然在某種程度上增添了能量棒的口感，但是由于干料中含水量增加，導致熬制成的黏合劑的黏度下降，不利于能量棒的成型。

7.2.3 黏合劑的焦糖化溫度

在黏合劑熬制的過程中，由于不同的能量棒可能會采用不同種類的糖漿進行熬制，如葡萄糖漿、果葡糖漿等，這些糖漿或淀粉的熬制溫度不同，因此，在熬制過程中應用紅外溫度計或插針溫度計進行測溫，防止黏合劑焦糊。

7.2.4 黏合劑的黏度、甜度

在很多能量棒的生產中，黏合劑的作用尤為重要，因此選取的黏合劑應有較高的黏度，有利于能量棒的成型。同時，黏合劑的甜度不應太高，防止影響口感。為了減小這一方面的影響，能量棒開發人員可選取黏度和甜度較為穩定的預拌粉進行制作。

7.3 保質期

由于能量棒中含有較高的葡萄糖等還原性糖以及油脂、蛋白質、多肽。在能量棒的存儲過程中，能量棒的品質逐漸劣化，如不做特殊處理，很快會達到貨架壽命終端。能量棒在儲存過程中，兩個主要的劣變反應是美拉德褐變和油脂氧化酸敗。美拉德反應主要指還原糖與氨基酸、蛋白質之間的復雜反應產生還原酮、糠醛和不飽和羰基化合物等，這些不同的化合物依次反應，形成無氮及含氮褐色可溶性化合物[7-8]。脂肪氧化是在氧氣、熱、光、酶和微生物等的作用下發生復雜的化學反應的綜合表現，過氧化值反映的是脂肪氧化的初級程度。有研究表明，美拉德反應產物會對油脂氧化酸敗速度產生作用[9]。

目前，有學者證明美拉德反應產物中的揮發性組分對油脂氧化存在抑制作用[10]。由于這兩種劣變反應的存在，在保藏能量棒時要注意采用真空包裝，以此來延長能量棒的保藏時間，盡可能減少劣變對能量棒營養成分的影響。在實際生產生活中，能量棒大多是在常溫下儲藏，色差亮度L*隨貯存時間延長均呈下降趨勢，且溫度越高，降低速度越快。說明色差變化受溫度影響很大[11]。因此，能量棒在儲藏時應盡可能在較低溫度中。

7.4 吸收程度

能量棒選用的原料多為不經深加工的農作物，因此人體的營養吸收程度是未知的，且這些農作物中含有的營養物質在腸道中的存在形式不可確定。為了進一步提高人體對能量棒的吸收程度，可在能量棒中添加少許低聚木糖，由于低聚木糖具有促進機體吸收礦物質的作用，可促進腸道菌群平衡、提高蛋白消化酶活性、改善腸道形態組織結構[12]。因此，在能量棒的生產中可添加少許的低聚木糖，同時控制影響口感的各種因素。

8 研究意義

人們生活品質的提高和飲食結構的調整，為我國健康食品行業提供了廣闊的發展前景。能量棒作為一種新興的代餐食品，具有及時補充能量、方便攜帶、利于減肥等優點，肥胖在中國人群中極為普遍，因此，在能量棒的生產中，多數為一些主打減肥的代餐食品。筆者研究能量棒的發展過程，并歸納總結出能量棒的主要分類及其相應的配方和工藝流程，并進一步研究能量棒在國內外的市場趨勢，最后簡要闡述在能量棒生產過程中遇到的難點及解決方案。能量棒是伴隨廣大消費者的一種營養豐富、受消費者喜愛的新型健康代餐產品，關于其他新型功能配料在能量棒等代餐減肥食品中的應用仍有很大的研究空間。