響應面試驗優化藜麥南瓜復合飲料加工工藝及其穩定性研究

黃玉坤，奚曉鴻，田紅媚，陳鵬飛，王力均，陳祥貴，*

（1.西華大學食品與生物工程學院，四川成都610039；2.宜賓西華大學研究院食品非熱加工重點實驗室，食品非熱加工工程技術研究中心，四川宜賓644004）

近年來，隨著社會經濟的快速發展，人們生活水平的日益提高，對食品的需求也由原來的溫飽型向感官滿足型，繼而向營養保健型轉變[1]。而雜糧因其豐富的膳食纖維和礦物質，所制得的飲料口感良好，符合當前營養需求，在消費者中備受青睞，極具市場潛力。同時，四川省在2018年提出的“10+3”農業產業體系發展思路[2]，也為雜糧飲料發展提供了政策支持。然而，目前雜糧飲料的原料多限于常見的玉米、燕麥，品種單一。因此，開發更具特色的新型雜糧飲料成為當前的研究熱點。

藜麥（Chenopodium quinoa willd），一種藜科植物，原產于南美洲，屬高海拔農作物[3]，是一種營養全面的偽谷物[4]，被認為是唯一一種單體植物就能滿足人體基本營養需求的全營養食品[5]，同時被認為是雜糧的一種。相比常見的雜糧，藜麥蛋白質含量更高，平均含量約為12%～16%[6]，幾乎不含谷蛋白，可滿足乳糜瀉患者對無麩質飲食的需求[7]，且藜麥中的維生素、多酚和類黃酮類等物質均有利于人體健康[8]。有研究表明，藜麥利于孕期婦女健康[9]，可抑制口腔致癌菌[10]，也可降低血漿、肝膽固醇并減輕肥胖相關炎癥[11]，且我國現已成為原產地之外種植面積較大的國家[12]，因而極具開發潛力。然而我國藜麥生產加工企業較少，且專用設備也較為缺乏[13]，目前市場上多為藜麥米、面、酒等產品，缺少高附加值產品。

南瓜（Cucurbita moschata），是一種一年生葫蘆科南瓜屬草本植物[14]，在我國產量高且價格低廉[15]。南瓜含有多達18種氨基酸，其中包括糧谷類較易缺乏的賴氨酸[16-17]。有研究表明，南瓜中的尿素酶、葫蘆巴堿等有效物質有解毒、防動脈硬化等功效[18]。同時南瓜還有降血糖、防癌、防衰老、促消化等功能[19-20]。本試驗以藜麥和南瓜為原料，采用響應面試驗優化藜麥南瓜復合飲料加工工藝，并提高其穩定性。旨在開發兼有二者特有風味及營養特性的復合飲料，不僅有利于雜糧飲料發展，且為藜麥開發提供了新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

白藜麥（青海產）、南瓜、白砂糖：市售；羧甲基纖維素鈉（sodium carboxymethyl cellulose，CMC-Na，食品級）：丹麥Danisco公司；海藻酸鈉（食品級）：武漢康燦生物科技有限公司、β-葡聚糖（90%粉劑，食品級）：四川賽萊格生物科技股份有限公司；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

TW-JTM-300膠體磨：上海沃迪智能裝備股份有限公司；HH-S4數顯恒溫水浴鍋：江蘇省金壇市醫療儀器廠；PHS-320顯數式pH計：成都世紀方舟科技有限公司；NDJ-8s自動數顯旋轉黏度計：上海舜宇恒平科學儀器有限公司；PAL-a手持折光儀：廣州市愛宕科學儀器有限公司；TD-5M臺式低速離心機：四川蜀科儀器有限公司；K9840全自動凱氏定氮儀：濟南海能儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

本試驗具體工藝流程如下[21-22]：

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 藜麥米漿的制備

1）預處理、浸泡：選擇籽粒飽滿、顏色均勻的優質藜麥，清水淘洗數次后在25℃下用純凈水浸泡2h～3h。

2）蒸煮、打漿、過濾、細磨：將浸泡后的藜麥瀝干，蒸10 min待其膨脹透明。待冷卻后，按藜麥質量的6倍加純凈水，用打漿機打10 min后用4層～6層紗布粗濾，再過50目篩一次，最后過膠體磨細磨3次～4次。

1.3.2.2 南瓜漿的制備

1）預處理、切塊：選擇橘黃、無變質腐爛的優質老南瓜，老南瓜肉質爽滑、口感清甜，較青皮南瓜做出的復合飲料口感更佳[23]。將南瓜清洗后去皮、去籽、去瓤，然后切成大小適宜的小塊。

2）蒸煮、打漿、過濾、細磨：將處理好的南瓜塊蒸10 min，使其變軟。待冷卻后，按南瓜塊質量的4倍加純凈水，用打漿機打10 min后用4層～6層紗布粗濾，再過50目篩一次，最后過膠體磨細磨3次～4次。

1.3.2.3 調配

按比例向容器中加入藜麥米漿和南瓜漿，不斷攪拌，并按比例加水補足至100%，待攪拌均勻后將混合汁加熱至50℃～60℃左右，依次加入白砂糖及復合穩定劑，混合攪拌至輔料完全溶解。

1.3.2.4 均質、灌裝、脫氣、殺菌

將調配好的混合汁用膠體磨進行均質處理，再裝入干凈玻璃瓶內，置于100℃恒溫水浴中加熱脫氣10 min，趁熱旋緊瓶蓋后繼續加熱殺菌處理20 min，最后將成品風冷至室溫25℃[24]。

1.3.3 藜麥南瓜復合飲料調配工藝的優化

1）單因素試驗：在添加20%南瓜漿、4%白砂糖的條件下，探究藜麥米漿用量為30%、40%、50%、60%、70%時對復合飲料感官品質的影響；在添加50%藜麥米漿、4%白砂糖的條件下，探究南瓜漿用量為10%、15%、20%、25%、30%時對復合飲料感官品質的影響；在添加50%藜麥米漿、20%南瓜漿的條件下，探究白砂糖用量為2%、3%、4%、5%、6%時對復合飲料感官品質的影響。

2）響應面優化試驗：依據單因素試驗結果，以藜麥米漿添加量（A）、南瓜漿添加量（B）、白砂糖添加量（C）為變量，根據Box-Behnken中心組合試驗原理，以感官評分結果為響應值，進行三因素三水平響應面試驗設計及分析[25]，從而得到最佳工藝配比。試驗因素與水平設計結果見表1。

3）穩定性試驗：分別在6組混合汁中添加0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的復合穩定劑（羧甲基纖維素鈉 ∶海藻酸鈉 ∶β-葡聚糖＝2 ∶1∶1，質量比），再從各組中取兩份樣品，一份用于離心穩定性試驗，測其沉淀率。另一份用于靜置沉降試驗，于25℃下靜置30 d翻轉飲料瓶觀察結果[26]。

表1 響應面試驗因素與水平Table 1 Coded and corresponding actual levels of independent variables used in response surface design

4）沉淀率的測定方法[27]：取約20 g樣品，在25℃條件下以轉速3 000 r/min離心10 min，準確稱取上清液的質量（精確至0.001 g），按式（1）計算出各組樣品的沉淀率。

1.3.4 產品質量評價指標

感官評定：隨機挑選10名（5男5女）經過培訓的人員對樣品進行感官品評[28]，評定標準如表2所示。

表2 藜麥南瓜復合飲料評定標準Table 2 Standards for evaluation of quinoa-pumpkin compound beverage

理化指標：可溶性固形物含量（折射儀法）按照NY/T 2637-2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的測定折射儀法》方法測定；pH值（pH計測定）；黏度值（黏度計測定）；蛋白質含量（凱氏定氮法）參照GB 5009.5-2016《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》方法測定；總糖（酸水解-萊茵-埃農氏法）參照GB 5009.8-2016《食品安全國家標準食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖的測定》；總酸含量（酸堿滴定法）參照GB/T 12456-2008《食品中總酸的測定》方法測定；淀粉含量（酶水解法）參照GB 5009.9-2016《食品安全國家標準食品中淀粉的測定》。

微生物指標：按照GB 7101—2015《食品安全國家標準飲料》中方法執行。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

藜麥米漿、南瓜漿和白砂糖的添加量變化對復合飲料感官品質的影響，如圖1所示。

圖1 藜麥米漿、南瓜漿、白砂糖的添加量對飲料品質的影響Fig.1 Effect of quinoa pulp，pumpkin pulp，white granulated sugar on beverage quality

由圖1可知，感官評分隨藜麥米漿添加量、南瓜漿添加量以及白砂糖添加量的增加均先升高后降低。3個單因素試驗結果分別為藜麥米漿添加量為60%、南瓜漿添加量為20%、白砂糖添加量為5%時，藜麥南瓜復合飲料的感官評分達到最高，其口感、色澤、風味、組織形態均良好。

2.2 響應面優化試驗結果

2.2.1 響應面試驗結果分析

在單因素試驗的基礎上，以藜麥南瓜復合飲料的感官評分為響應值，建立三因素三水平響應面試驗設計，共包括17組試驗方案。響應面試驗設計方案及結果見表3。

表3 響應面試驗設計方案及結果Table 3 Experimental design and results for response surface analysis

利用Design Expert 8.0.6對表3進行多元回歸方程擬合，得到二次多項回歸方程如下：

由回歸方程可知，二次項A2、B2、C2的系數均為負值，表明拋物面開口朝下，該模型應存在極大值，因此可得出最優工藝配方，具體響應面方差分析結果見表4。

表4 方差分析結果Table 4 Results of analysis of variance

回歸方差分析結果如表4所示，試驗模型P<0.000 1，失擬誤差P=0.255 9>0.05，說明該回歸方程極顯著，失擬項不顯著。R2=0.988 4，R2Adj=0.973 5，R2pred=0.881 5，表明預測值與實際值擬合度較高，預測效果較好，故該模型合理。相互項AC和BC極顯著，說明藜麥米漿添加量和白砂糖添加量、南瓜漿添加量和白砂糖添加量存在顯著交互作用。由各因素F值大小可知，影響飲料感官評分的各因素主次順序為：南瓜漿添加量>藜麥米漿添加量>白砂糖添加量。

2.2.2 響應面因素交互作用分析

由Design Expert 8.0.6軟件分析生成的響應面三維曲面和等高線圖見圖2。

圖2 交互因素對感官評分的響應面圖和等高線圖Fig.2 Response surface and contour plots of sensory score by interaction factors

由圖2a～2c可知，隨著藜麥米漿、南瓜漿、白砂糖添加量的增加，感官評分值均先上升后下降，且南瓜漿添加量曲面上升幅度>藜麥米漿添加量曲面上升幅度>白砂糖添加量曲面上升幅度，說明三者對飲料感官評分影響程度大小為：南瓜漿添加量>藜麥米漿添加量>白砂糖添加量。圖2d～2f中等高線圖均呈橢圓形，說明三者兩兩之間存在一定交互作用，但藜麥米漿添加量和南瓜漿添加量之間不明顯。

2.2.3 藜麥南瓜復合飲料最佳配方的確定和驗證試驗根據響應面分析結果可知，藜麥南瓜復合飲料最佳工藝配方為：藜麥米漿添加量57.8%，南瓜漿添加量21.6%，白糖添加量5.0%。其感官評分預測值為83.298 4分。在此條件下進行3次平行試驗，得到產品感官評分為83.6±1.12，接近預測值，偏差較小，說明該模型合理，優化結果準確可靠。

2.3 穩定性試驗結果

不同復合穩定劑添加量的使用效果見表5。

由表5可知，隨著復合穩定劑添加量的增加，飲料的離心沉淀率呈現先下降后上升的趨勢且各組均低于空白組，添加量為0.2%時，沉淀率最低，穩定性最好。復合穩定劑可在一定程度上增加飲料黏度，但添加量超過0.4%時，飲料變得糊口，品質下降。靜置沉降試驗結果顯示，添加量為0.2%的樣品仍均一穩定，而其他組均出現了懸浮沉淀，該現象與離心沉淀試驗結果一致。因此，復合穩定劑最適添加量為0.2%。

表5 不同復合穩定劑添加量的使用效果Table 5 Effects of different compound stabilizers

2.4 質量指標的檢測結果

2.4.1 感官指標

色澤：橙黃色，色澤均一、明亮；風味：兼具有藜麥南瓜各自特有風味，協調柔和；口感：甜潤可口，爽滑細膩；組織形態：質地均一，無沉淀，無分層，無氣泡。

2.4.2 理化指標

經檢測，可溶性固形物含量為6.8%；蛋白質含量為0.073%；總糖含量（以葡萄糖計）為5.2 g/100 g；總酸含量（按檸檬酸換算）為0.15 g/kg；淀粉含量為0.34 g/100 g；pH 值為 6.97；黏度為 80.09 mPa·s。

2.4.3 衛生指標

經檢測，菌落總數＜100 CFU/mL；大腸桿菌 ＜3 MPN/mL；無致病菌檢出，符合國家標準。

3 結論

本試驗在單因素試驗基礎上，采用響應面分析法對藜麥南瓜復合飲料工藝配方進行優化，并在此基礎上進行穩定性試驗。響應面試驗結果顯示，該模型擬合度高、結果準確可靠，影響飲料感官評分的各因素主次順序為：南瓜漿添加量>藜麥米漿添加量>白砂糖添加量，且最佳工藝配方為：藜麥米漿添加量57.8%，南瓜漿添加量21.6%，白砂糖添加量5.0%，其余用水補足。穩定性試驗結果顯示，復合穩定劑（CMC-Na∶海藻酸鈉∶β-葡聚糖=2∶1∶1，質量比）最佳添加量為0.2%。根據此工藝配方制得的藜麥南瓜復合飲料呈明亮的橙黃色，兼具藜麥南瓜各自的風味，甜潤可口，爽滑細膩，質地均一。該產品配方簡單，且滿足當代人群追崇健康飲食理念，極具市場潛力。