彭明軍，朱瑩瑩,2,3，董吉林,2,3，申瑞玲,2,3

1.鄭州輕工業(yè)大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.食品生產(chǎn)與安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心,河南 鄭州 450001；3.河南省冷鏈?zhǔn)称焚|(zhì)量安全控制重點(diǎn)實驗室，河南 鄭州 450001

0 引言

代餐粉是一類由一種或多種原料粉經(jīng)加工處理，按照一定比例混合而成的即食沖調(diào)類制品[1]，具有低熱量、低飽和脂肪酸、高膳食纖維、易飽腹等特點(diǎn)[2]. 一天中，代餐粉可代替一至兩頓正餐，但至少有一餐需正常飲食[3]，因此，代餐粉產(chǎn)品應(yīng)滿足營養(yǎng)均衡、適合長期食用等要求. 現(xiàn)代醫(yī)學(xué)證明[4]，合理進(jìn)食代餐食品對調(diào)節(jié)體重、糖代謝和腸道菌群均有積極作用. 目前，許多食品企業(yè)開始生產(chǎn)代餐粉，產(chǎn)品形式日漸豐富，如具有降血糖功能的莜麥苦蕎高纖維雜糧代餐粉[2]、具有抗氧化功能的黑木耳桑葚魔芋代餐粉[5]等，發(fā)展前景廣闊.

藜麥(ChenopodiumquinoaWilld.)是藜科的一種假谷物[6]，被聯(lián)合國糧農(nóng)組織認(rèn)定為一種可滿足人體基本營養(yǎng)需求的單體植物[7]，其蛋白含量豐富，尤其是清蛋白和球蛋白[8-9]. 與傳統(tǒng)谷物相比，藜麥蛋白屬于優(yōu)質(zhì)蛋白，人體必需氨基酸含量均衡[10].藜麥還含有多種維生素、礦物質(zhì)等微量元素[11]，其中維生素B6和葉酸含量較高，100 g藜麥中含有的維生素B6和葉酸即可滿足一個成年人的每日所需[12].藜麥具有調(diào)節(jié)代謝、促進(jìn)健康等作用[13-14]，近年來，關(guān)于藜麥的研究在全世界引起越來越多的關(guān)注[15].目前，國內(nèi)市場上的藜麥產(chǎn)品多以藜麥米為原料，摻加其他雜糧制成，主要有方便藜麥飯[16]、玉米藜麥餅干[17]等. 而藜麥代餐粉多以谷物為主，口感較為傳統(tǒng)，如藜麥奇亞籽沖調(diào)粉[18]、藜麥南瓜復(fù)合粉[19]、藜麥多谷物代餐粉[20]等. 綠茶中含有咖啡堿、茶多酚、蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素、微量元素等生物活性成分,具有抗氧化、緩解疲勞、促進(jìn)消化、降血糖、增強(qiáng)人體免疫力等功效，且富含膳食纖維[21-22]，適量添加綠茶可賦予代餐粉特殊的茶香味，也可增加飽腹感.

代餐粉的加工方式主要有焙烤、擠壓膨化[23]等，相較于普通焙烤方式，擠壓膨化通過高溫、高剪切力的作用使物料變得蓬松多孔，更有利于人體消化吸收[24]. 基于此，本文擬以藜麥為主要原料，研制一款藜麥綠茶營養(yǎng)代餐粉，從優(yōu)化工藝、提升營養(yǎng)、豐富口感和改善沖調(diào)性方面整體提升代餐粉品質(zhì)，以期滿足消費(fèi)者的日常營養(yǎng)需求，豐富藜麥系列產(chǎn)品種類，為藜麥代餐粉產(chǎn)品的開發(fā)提供參考和借鑒.

1 材料與方法

1.1 實驗材料

藜麥籽粒，山西億隆藜麥開發(fā)有限公司產(chǎn)；脫脂奶粉，雀巢公司產(chǎn)；毛尖綠茶，河南三恩農(nóng)業(yè)科技有限公司產(chǎn)；木糖醇，南京甘汁園糖業(yè)有限公司產(chǎn).

1.2 主要儀器與設(shè)備

F3042010型膳食纖維測定儀，歐洲 VELP SCIENTIFICA 公司產(chǎn)；KDN-103F型定氮儀蒸餾裝置，上海纖檢儀器有限公司產(chǎn)；DSH-50A-5型水分快速測定儀，上海佑科儀器儀表有限公司產(chǎn)；XQ200克型多功能高速粉碎機(jī)，上海廣沙工貿(mào)有限公司產(chǎn)；Process 11 型臺式同向雙螺桿擠出實驗機(jī)，美國賽默飛世爾有限公司產(chǎn)；GYB40-10S型高壓均質(zhì)機(jī)，上海東華高壓均質(zhì)機(jī)廠產(chǎn).

1.3 實驗方法

1.3.1 藜麥粉的制備及擠壓膨化工藝優(yōu)化選取優(yōu)質(zhì)的藜麥籽粒，清洗干凈后自然晾干，將其粉碎并過80目篩，將過篩后的藜麥粉進(jìn)行擠壓膨化. 采用單因素試驗，分別考查不同物料水分含量(16%、18%、20%、22%、24%)、擠壓溫度(160 ℃、170 ℃、180 ℃、190 ℃、200 ℃)、螺桿轉(zhuǎn)速(140 r/min、180 r/min、220 r/min、260 r/min、300 r/min)對藜麥粉吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)的影響. 在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用正交試驗優(yōu)化并確定最優(yōu)藜麥粉制備工藝參數(shù).擠壓膨化正交試驗因素和水平見表1.

表1 擠壓膨化正交試驗因素和水平表Table 1 Orthogonal test factors and levels Table of extrusion

1.3.2 藜麥粉吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)的測定參考石磊[25]的方法，并稍作改進(jìn). 取一定量藜麥粉于恒重離心管中，稱量后記作M/g；于30 ℃條件下加入蒸餾水(m(藜麥粉/g)∶v(蒸餾水/mL)=1∶10)，攪拌30 min后，于4000 r/min條件下離心20 min，將上清液移入恒重鋁盒中，稱量烘干上清液后的鋁盒質(zhì)量，記作m1/g；稱量沉淀質(zhì)量，記作m2/g. 吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)的計算公式如下.

①

②

1.3.3 代餐粉的制備及配方優(yōu)化將1.3.1所得藜麥粉同脫脂奶粉、綠茶粉(過80目篩)、木糖醇按一定比例進(jìn)行混合調(diào)配，以感官評分為評價指標(biāo)，根據(jù)美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)[26]對全谷物食品中全谷物含量百分比的定義(至少占食物總重量51%)，確定藜麥粉添加量為51%. 采用單因素試驗分別研究脫脂奶粉添加量(20%、22%、24%、26%、28%)、綠茶粉添加量(6%、8%、10%、12%、14%)、木糖醇添加量(9%、11%、13%、15%、17%)3個因素對藜麥綠茶營養(yǎng)代餐粉感官品質(zhì)的影響. 在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用正交試驗對代餐粉配方進(jìn)行優(yōu)化，以確定其最優(yōu)配方. 配方優(yōu)化正交試驗因素與水平見表2.

表2 配方優(yōu)化正交試驗因素與水平表Table 2 Orthogonal test factors and levels Table of formula optimization %

1.3.4 代餐粉感官評價參考鄒圓等[27]的方法，并稍作改進(jìn). 選取經(jīng)過感官評價培訓(xùn)的15名工作人員，從藜麥營養(yǎng)代餐粉的沖調(diào)性、滋味和口感、風(fēng)味、色澤 4個指標(biāo)進(jìn)行評價. 感官評價評分標(biāo)準(zhǔn)見表3，感官評價總分為100分.

表3 感官評價評分標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Sensory evaluation standard

1.3.5 沖調(diào)條件對代餐粉沖調(diào)性的影響參考丁琳等[28]的方法，并稍作改進(jìn). 稱取適量代餐粉，加水后用玻璃棒充分?jǐn)嚢? min，依次考查沖調(diào)水溫(40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃、100 ℃)和料液比(m(代餐粉/g)∶v(開水/mL))(1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8)對代餐粉沖調(diào)性的影響,以沖調(diào)穩(wěn)定性指數(shù)和結(jié)塊率作為評價指標(biāo).

1)沖調(diào)穩(wěn)定性指數(shù)的測定. 參考張潁[29]的方法，并稍作改進(jìn). 準(zhǔn)確稱取5 g代餐粉，放入100 mL量筒中，倒入40 mL、 80 ℃熱水，用玻璃棒攪拌30 s使溶液均勻，靜置3 min后測定上清液高度(H1)和懸濁液總高度(H2)，按式③計算沖調(diào)穩(wěn)定性指數(shù). 沖調(diào)穩(wěn)定性指數(shù)≤5%，表示藜麥營養(yǎng)代餐粉穩(wěn)定性極好；沖調(diào)穩(wěn)定性指數(shù)為5%～10%，表示藜麥營養(yǎng)代餐粉穩(wěn)定性較好；沖調(diào)穩(wěn)定性指數(shù)為10%～15%，表示藜麥營養(yǎng)代餐粉穩(wěn)定性較差；沖調(diào)穩(wěn)定性指數(shù)≥15%，表示藜麥營養(yǎng)代餐粉穩(wěn)定性差.

③

2)結(jié)塊率的測定. 參考張琳等[30]的方法，并稍作改進(jìn). 稱取適量代餐粉(記作W0/g)于燒杯中，于80 ℃條件下加入蒸餾水(m(代餐粉/g)∶v(蒸餾水/mL)=1∶9)，靜置10 min后，將沖調(diào)液加蒸餾水稀釋2倍，用20目篩網(wǎng)過濾，篩網(wǎng)質(zhì)量為W1/g. 將篩網(wǎng)同篩上物質(zhì)一起放進(jìn)烘箱，烘至恒重后稱重，記作W2/g. 按式④計算結(jié)塊率. 結(jié)塊率越低，表明藜麥營養(yǎng)代餐粉的沖調(diào)性越好.

④

1.3.6 代餐粉主要營養(yǎng)成分檢測脂肪測定參照GB 5009.6—2016[31]；蛋白質(zhì)測定參照GB 5009.5—2016[32]，氮折算為蛋白質(zhì)的系數(shù)N=5.83；總膳食纖維測定參照酶-重量法AOAC 985.29[33]；淀粉測定參照GB 5009.9—2016[34]；鈉含量測定參照GB 5009.91—2017[35]；營養(yǎng)成分含量(X)占營養(yǎng)素參考值(NRV)的比例(Y)測定參照GB 28050—2011[36]，具體公式如下.

⑤

1.4 統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2010和Origin 8.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并作圖，采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析. 單因素方差分析通過Duncan多重比較法進(jìn)行顯著性檢驗(P<0.05)，其中，顯著性分析采用T檢驗，P>0.05判定為變化不顯著，P<0.05判定為變化顯著.

2 結(jié)果與分析

2.1 藜麥粉擠壓膨化工藝優(yōu)化結(jié)果分析

2.1.1 單因素試驗結(jié)果分析物料水分含量、擠壓溫度和螺桿轉(zhuǎn)速對藜麥粉吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)的影響如圖1所示.

在擠壓溫度為190 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速為260 r/min的條件下，由圖1a)可知，隨著物料水分含量的增加，吸水性指數(shù)呈先增加后減小再增加的趨勢，水溶性指數(shù)呈先增加后減小的趨勢.當(dāng)藜麥粉水分含量為18%時，藜麥粉的吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)均達(dá)到最大值.當(dāng)藜麥粉水分含量大于18%時，由于膛體溫度下降，壓力降低，物料受到的剪切力較低，導(dǎo)致淀粉糊化率下降，蛋白質(zhì)變性逐步減少，膨化不完全，藜麥粉的吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)均降低[37]. 因此，選擇物料水分含量為18%進(jìn)行下一步正交試驗.

圖1 物料水分含量、擠壓溫度和螺桿轉(zhuǎn)速對藜麥粉吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)的影響Fig.1 Effects of material moisture content, extrusion temperature and screw speed on water-absorbency index and water-solubility index of quinoa flour

在物料水分含量為18%，螺桿轉(zhuǎn)速為260 r/min的條件下，由圖1b)可知，隨著擠壓溫度的上升，藜麥粉的吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)均呈先增加后減小的趨勢，當(dāng)擠壓溫度達(dá)到190 ℃時，藜麥粉的吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)均達(dá)到最大值. 隨著溫度繼續(xù)升高，藜麥粉的吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)逐步降低，這主要是因為高溫高壓的環(huán)境可使物料產(chǎn)生瞬間的剪切力，改變藜麥淀粉的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生糊化現(xiàn)象，當(dāng)擠壓溫度過高時，物料出現(xiàn)還未膨化就已糊化的現(xiàn)象，影響藜麥粉的吸水性和水溶性[38]. 因此，選擇擠壓溫度為190 ℃進(jìn)行下一步正交試驗.

在物料水分含量為18%，擠壓溫度為190 ℃的條件下，由圖 1c)可知，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，藜麥粉的吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)均呈先增加后減小的趨勢，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為260 r/min時，藜麥粉的的吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)均達(dá)到最大值. 當(dāng)轉(zhuǎn)速大于260 r/min時，隨著螺桿轉(zhuǎn)速過快，膛體內(nèi)推動力、剪切力過大，藜麥粉在膛體內(nèi)的停留時間變短，水分與物料未充分結(jié)合，導(dǎo)致膨化不均勻，膨化度降低，藜麥粉的吸水性和水溶性也隨之降低[39]. 因此，選擇螺桿轉(zhuǎn)速為260 r/min進(jìn)行下一步正交試驗.

2.1.2 擠壓膨化正交試驗結(jié)果分析擠壓膨化正交試驗結(jié)果見表4，吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)的方差分析分別見表5和表6. 由表4—6可知，物料水分含量對藜麥粉擠壓膨化吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)的影響最大，其次是螺桿轉(zhuǎn)速和擠壓溫度. 綜合考慮，藜麥粉的最優(yōu)擠壓膨化工藝參數(shù)組合為A2B2C2，即物料水分含量為18%，擠壓溫度為190 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速為260 r/min. 在此條件下進(jìn)行驗證實驗，得到藜麥粉的吸水性指數(shù)為5.53，水溶性指數(shù)為21.79%.

表4 擠壓膨化正交試驗結(jié)果Table 4 Results of extrusion orthogonal test

表5 吸水性指數(shù)的方差分析Table 5 Variance analysis of water absorption index

表6 水溶性指數(shù)的方差分析Table 6 Variance analysis of extrusion water solubility index

2.2 代餐粉配方優(yōu)化結(jié)果分析

2.2.1 單因素試驗結(jié)果分析脫脂奶粉添加量、綠茶粉添加量和木糖醇添加量對代餐粉感官品質(zhì)的影響如圖2所示.

在藜麥粉添加量為51%，綠茶粉添加量為10%，木糖醇添加量為15%的條件下，由圖2a)可知，當(dāng)脫脂奶粉添加量為24%時，代餐粉的感官品質(zhì)較好，奶香味充裕；當(dāng)過多添加脫脂奶粉時，會掩蓋藜麥粉的風(fēng)味，影響代餐粉的感官品質(zhì). 因此，選擇脫脂奶粉添加量為24%進(jìn)行下一步正交試驗.

在藜麥粉添加量為51%，脫脂奶粉添加量為24%，木糖醇添加量為15%的條件下，由圖2b)可知，隨著綠茶粉添加量的增加，代餐粉的感官評分呈先升高后降低的趨勢，當(dāng)綠茶粉添加量為10%時，代餐粉的茶香適中，氣味協(xié)調(diào)均勻，感官品質(zhì)最好. 這是由于當(dāng)綠茶粉添加量過低時，品嘗不出代餐粉中特殊的茶香味，而當(dāng)綠茶粉添加量過大時，綠茶粉的澀感會影響代餐粉的口感. 因此，選擇綠茶粉添加量為10%進(jìn)行下一步正交試驗.

在藜麥粉添加量為51%，脫脂奶粉添加量為24%，綠茶粉添加量為10%的條件下，由圖2c)可知，隨著木糖醇添加量的增加，代餐粉的感官評分呈先升高后降低的趨勢，當(dāng)木糖醇添加量15%時，感官評分最高. 這主要是因為木糖醇可提供代餐粉甜味、改善其沖調(diào)性，但添加量過高會使甜味過重. 因此，選擇木糖醇添加量15%進(jìn)行下一步正交試驗.

圖2 脫脂奶粉添加量、綠茶粉添加量和木糖醇添加量對代餐粉感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effects of adding amount of skim milk powder, green tea powder and xylitol on sensory quality of meal replacement powder

2.2.2 配方優(yōu)化正交試驗結(jié)果分析配方優(yōu)化正交試驗結(jié)果見表7，感官評分的方差分析見表8. 由表7和表8可知，綠茶粉添加量對代餐粉感官品質(zhì)的影響最大，其次是木糖醇添加量和脫脂奶粉添加量. 藜麥綠茶營養(yǎng)代餐粉的最優(yōu)配方組合為D2E2F3，即在膨化藜麥粉添加量為51%的基礎(chǔ)上，脫脂奶粉添加量為24%、綠茶粉添加量10%、木糖醇添加量15%. 在此條件下進(jìn)行驗證實驗，得到藜麥綠茶營養(yǎng)代餐粉的感官評分為87.83分.

表7 配方優(yōu)化正交試驗結(jié)果Table 7 Results of formula optimization orthogonal test

表8 感官評分的方差分析Table 8 Analysis of variance of sensory evaluation

2.3 代餐粉沖調(diào)性優(yōu)化結(jié)果分析

沖調(diào)水溫和料液比對代餐粉沖調(diào)性影響如圖3所示. 在料液比為1∶6的條件下，由圖3a)可知，隨著沖調(diào)水溫的升高，代餐粉的結(jié)塊率不斷增加，這可能是因為淀粉顆粒與熱水接觸后部分糊化，形成的糊化層阻礙了淀粉內(nèi)部與水分子接觸而形成塊狀物，隨著水溫升高，糊化愈加嚴(yán)重，結(jié)塊率也不斷上升[40]. 隨著沖調(diào)溫度的不斷升高，代餐粉的穩(wěn)定性呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的狀態(tài)，這可能是因為高溫引起淀粉分子吸收大量水分，體積膨脹，分子結(jié)構(gòu)擴(kuò)展使外圍支鏈淀粉漲裂，導(dǎo)致直鏈淀粉分子釋放后溶于熱水，懸浮液變得黏稠[41]. 綜合考慮，選擇80 ℃為最佳沖調(diào)水溫繼續(xù)進(jìn)行下一步料液比試驗，此時代餐粉結(jié)塊率為3.89%，沖調(diào)穩(wěn)定性指數(shù)為3.56%.

在沖調(diào)水溫為80 ℃的條件下，由圖3b)可知，隨著代餐粉料液比的減小，代餐粉的結(jié)塊率持續(xù)下降，這可能是因為水分增大了淀粉顆粒與水分子之間的接觸概率，提高了代餐粉的分散性[18]. 當(dāng)沖調(diào)水量增加到一定程度后, 粉體在水中完全分散開, 繼續(xù)增加水量, 代餐粉與水直接接觸的幾率也不能繼續(xù)增加，因此隨著沖水量增加，代餐粉在液體中的穩(wěn)定性降低[29]. 綜合考慮，最佳的沖調(diào)料液比為1∶6，此時代餐粉結(jié)塊率為3.72%，沖調(diào)穩(wěn)定性指數(shù)為3.91%.

圖3 沖調(diào)水溫和料液比對代餐粉沖調(diào)性的影響Fig.3 Influence of water temperatures and solid-liquid ratios on the toning property of meal replacement powder

2.4 代餐粉營養(yǎng)成分分析

代餐粉的營養(yǎng)成分見表9. 由表9可知，與國家標(biāo)準(zhǔn)相比，藜麥綠茶營養(yǎng)代餐粉具有高蛋白、高膳食纖維、低脂肪和低鈉的優(yōu)點(diǎn)，其利用木糖醇代替普通白砂糖提供甜味，添加綠茶增加獨(dú)特的香味，在滿足基本口感的同時又不會引起血糖升高，是一款營養(yǎng)豐富、風(fēng)味獨(dú)特且適合長期食用的代餐產(chǎn)品.

表9 代餐粉營養(yǎng)成分表Table 9 Nutritional Table of meal replacement powder

3 結(jié)論

本文通過單因素試驗和正交試驗確定了藜麥粉最優(yōu)擠壓膨化工藝為物料水分含量18%，擠壓溫度190 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速260 r/min，此時藜麥粉的吸水性指數(shù)為5.53，水溶性指數(shù)為21.79%；確定了藜麥綠茶營養(yǎng)代餐粉的最優(yōu)配方為藜麥粉添加量51%、脫脂奶粉添加量24%、綠茶粉添加量10%、木糖醇添加量15%，此時代餐粉的感官評分為87.83分. 藜麥綠茶營養(yǎng)代餐粉的最佳沖調(diào)水溫和料液比分別為80 ℃和1∶6，此時代餐粉的結(jié)塊率為3.72%，沖調(diào)穩(wěn)定性指數(shù)為3.91%. 與普通谷物代餐粉相比，本實驗制得的藜麥綠茶營養(yǎng)代餐粉營養(yǎng)豐富、口感較好、必需氨基酸豐富且平衡，可有效避免因攝入單一代餐粉而導(dǎo)致氨基酸攝入不足的問題. 本研究有望提高藜麥的食用性和商用性，拓寬藜麥功能性食品的應(yīng)用途徑，可為藜麥資源的綜合利用和營養(yǎng)型代餐粉的開發(fā)提供參考.