韓 凱,李欣陽,趙相宇,羊鎮(zhèn)濤,馬 躍,馬 婕,劉 悅,回 晶,*

(1.遼寧大學生命科學院,遼寧沈陽 110036; 2.秦皇島海洋環(huán)境監(jiān)測中心站,河北秦皇島 066000)

奇亞籽(Salviahispanica)屬于唇形科,是一種表面光滑呈橢圓形狀的薄荷類植物芡歐鼠尾草的種子[1-2]。奇亞籽最早種植于危地馬拉和墨西哥等地區(qū),作為人類食用的食物已有幾千年的歷史[3-4]。2014年,奇亞籽正式作為一種新的食品原料進入中國市場。奇亞籽含有豐富的營養(yǎng)成分,主要包括蛋白質、脂肪、膳食纖維、omega-3不飽和脂肪酸、礦物質等。此外,還包括很多種天然抗氧化活性成分,如VC、VE、黃酮類、多酚類物質等[4-6]。

已有研究表明,奇亞籽具有緩解便秘、抗氧化、抗肥胖、改善血脂代謝、預防心腦血管疾病等功能[7-8]。相啟森等[9]對奇亞籽提取物體外抗氧化活性進行了研究,發(fā)現黑、白兩種奇亞籽提取物均具有清除DPPH·和ABTS+·自由基的能力,并對脂質過氧化和蛋白質氧化降解具有抑制作用。Rafaela等[8]發(fā)現膳食奇亞籽及其油均能夠使肥胖大鼠體重減輕,具有一定的減肥功能。然而,奇亞籽作為一種新型超級食物,目前在食品方面主要應用于谷物棒、餅干、面包、面條和酸奶等[10-11],尚缺少在飲料工業(yè)中的應用。

因此,為更好地利用奇亞籽的營養(yǎng)價值,本文分別對不同種類奇亞籽的基本營養(yǎng)成分進行測定,并通過單因素實驗和響應面試驗優(yōu)化飲料制作工藝,為奇亞籽在飲料深加工領域提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黑、白奇亞籽 購買于美國;濃縮檸檬水果飲料 購買于可羅食品有限公司;所有試劑 均為分析純;麥芽糖醇、結冷膠、甜蜜素均為食品級 河北格貝達。

KJELTEC 2300自動定氮儀 瑞典特卡托公司;S-433D型氨基酸自動分析儀 德國塞卡姆公司;6890-5973N氣相色譜-質譜儀 美國Agilent公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 奇亞籽預處理 取適量奇亞籽在105 ℃干燥箱中烘2 h左右,除去多余水分,粉碎過40目篩得到奇亞籽粉末,貯藏于干燥密閉容器中備用。

1.2.2 基本成分含量的測定 水分測定:參照GB 5009.3-2010[12];灰分測定:參照GB 5009.4-2010[13];粗蛋白測定:參照GB 5009.5-2010[14];粗脂肪測定:參照GB/T 5009.6-2003[15];膳食纖維測定:參照GB 5009.88-2014[16];碳水化合物測定:參照GB/Z 21922-2008[17]。

1.2.3 氨基酸含量的測定 參照GB 5009.124-2016[18]。

1.2.4 營養(yǎng)價值評價 黑、白奇亞籽營養(yǎng)價值通過氨基酸評分(amino acid score,AAS)和化學評分(chemical score,CS)進行評價[10],計算公式如下:

1.2.5 脂肪酸組成的測定 奇亞籽油的提取:稱取過40目篩的奇亞籽粉5 g于索氏抽提器中,加入100 mL石油醚(30～60 ℃),于65 ℃水浴中提取6 h。過濾,于真空旋轉蒸發(fā)器上回收溶劑至干,得奇亞籽油。

樣品的甲酯化[19-20]:將0.2 g上述油樣置于10 mL磨口試管中,加入1 mL 0.5 mol/L KOH-CH3OH溶液,并在60～70 ℃水浴中皂化1 h,加熱至油珠完全溶解,并不斷搖晃,冷卻后加入2 mL正己烷,充分搖勻,加入5 mL蒸餾水,振蕩1 min,以4 ℃、4500 r/min離心15 min,取上層液體經無水Na2SO4干燥后,通過氣相色譜(GC)分析、質譜(MS)定性,面積歸一化法測定。

GC條件:TR-FAME 30 m×250 μm×0.25 μm彈性石英毛細管柱;載氣為He;程序升溫,柱初溫80 ℃,保持1.0 min,以4 ℃/min升溫至220 ℃,保持10 min;運行時間45 min;分流比50∶1;流速0.9 mL/min;進樣口溫度230 ℃;進樣量1.0 μL。

MS條件:EI電離源;四級桿溫度150 ℃;離子源溫度230 ℃;輔助加熱器溫度285 ℃;Scan全掃描方式;質量掃描范圍35-520 amu。

1.2.6 奇亞籽檸檬汁飲料的生產工藝

1.2.6.1 工藝流程

1.2.6.2 操作要點 奇亞籽前處理:稱取一定量的奇亞籽于純凈水中,在80～85 ℃下熬煮10 min,冷卻至室溫,制得膨脹奇亞籽粒;配料液制備:向無菌容器中加入適量的純凈水,加熱到約80 ℃左右,向其中加入一定量的麥芽糖醇(甜味劑),攪拌至溶解,待冷卻至室溫,加入一定量的濃縮檸檬汁、0.02%甜蜜素,三者混勻;調配:將制得的膨脹奇亞籽與配料液充分混勻,繼續(xù)加熱至80 ℃左右,向其中加入一定量的結冷膠(穩(wěn)定劑)進行調配、穩(wěn)定;殺菌:采用巴氏殺菌法在63～65 ℃條件下,加熱30 min后快速冷卻,即得產品。

1.2.7 單因素實驗 以奇亞籽檸檬汁飲料的感官評分為標準,分別對濃縮檸檬汁(v/v)、麥芽糖醇、結冷膠和奇亞籽(w/v)添加量進行篩選。

1.2.7.1 濃縮檸檬汁添加量的選擇 在麥芽糖醇添加量13%、結冷膠添加量0.16%、奇亞籽添加量3%時,以濃縮檸檬汁添加量6%、8%、10%、12%、14%進行實驗。

1.2.7.2 麥芽糖醇添加量的選擇 在濃縮檸檬汁添加量為10%、結冷膠添加量為0.16%、奇亞籽添加量為3%時,以麥芽糖醇添加量11%、12%、13%、14%、15%進行實驗。

1.2.7.3 結冷膠添加量的選擇 在濃縮檸檬汁添加量10%、麥芽糖醇添加量13%、奇亞籽添加量3%時,以結冷膠添加量0.10%、0.12%、0.14%、0.16%、0.18%進行實驗。

1.2.7.4 奇亞籽添加量的選擇 在濃縮檸檬汁添加量10%、麥芽糖醇添加量13%、結冷膠添加量0.16%時,以奇亞籽添加量1%、2%、3%、4%、5%進行實驗。

1.2.8 響應面優(yōu)化試驗設計 基于單因素實驗,依據Box-Behnken實驗設計原理,以感官評分為響應值,以濃縮檸檬汁、麥芽糖醇、結冷膠和奇亞籽添加量為因變量,設計四因素三水平試驗,優(yōu)化奇亞籽檸檬汁飲料工藝參數,響應面試驗因素及水平如表1所示。

表1 響應面試驗設計因素與水平Table 1 Factors and levels used in response surface experiments

1.2.9 飲料感官評定方法 由10名專業(yè)感官評估員(男∶女=1∶1)進行感官評定,采用百分制評定該飲料產品的組織狀態(tài)(20分)、色澤(30分)、滋味(30分)和香氣(20分)等,參照吳德智等[21]感官評分標準,制定評分標準如表2所示。

表2 奇亞籽檸檬汁飲料感官評分標準Table 2 Criteria for sensory evaluation of lemon juice beverage of chia seed

1.3 數據處理

2 結果與分析

2.1 不同種類奇亞籽基本營養(yǎng)成分分析

不同種類奇亞籽的營養(yǎng)成分含量不同。由表3可知,白奇亞籽粗蛋白質含量遠高于黑奇亞籽,但均低于大豆蛋白質含量(40.00%)[22],高于玉米(9.42%)、小麥(13.68%)[4]等蛋白含量。奇亞籽中粗脂肪含量較高,可用于提取奇亞籽油,其中白奇亞籽粗脂肪含量高達30.48 g/100 g,略高于黑奇亞籽粗脂肪含量(28.32 g/100 g)。研究表明奇亞籽油具有抑制肥胖、預防心腦血管疾病等功能,是一種值得開發(fā)的植物油脂[23]。奇亞籽中含有大量膳食纖維,且黑奇亞籽膳食纖維含量(34.67 g/100 g)高于白奇亞籽,食用約100 g奇亞籽就能達到成人的每日膳食推薦量。Capitani等[24]證實了奇亞籽膳食纖維具有增強飽腹感、促進腸道蠕動、改善便秘等功效。黑、白奇亞籽水分及灰分含量均低于10%。通過上述分析可得出,奇亞籽是一種優(yōu)質食品原料,富含高蛋白、高脂肪、高膳食纖維,具有良好的開發(fā)利用價值。

表3 不同種類奇亞籽基本營養(yǎng)成分分析(g/100 g)Table 3 Analysis of nutritional composition of different kinds of chia seeds(g/100 g)

2.2 不同種類奇亞籽蛋白質的氨基酸成分含量及其評分

氨基酸是構成蛋白質的基本單位,是生命代謝的物質基礎,只有氨基酸種類齊全,才能滿足機體自身需要。氨基酸組成分析結果如表4所示,共檢出16種氨基酸,包括9種非必需氨基酸(non-essential amino acids,NEAA)和7種必需氨基酸(essential amino acid,EAA)。黑、白奇亞籽EAA含量分別為7.37和7.77 g/100 g?？偘被?total amino acids,TAA)含量為20.24～22.39 g/100 g,其中黑奇亞籽以谷氨酸含量最高,達到4.66 g/100 g;白奇亞籽精氨酸含量豐富,達到3.34 g/100 g,這與Olivos-Lugo等[25]研究結果一致。白奇亞籽EAA/TAA為38.39%,EAA/NEAA為62.31%。根據FAO/WHO推薦的理想模式,蛋白質氨基酸組成EAA/TAA在40%左右,EAA/NEAA在60%以上時蛋白質質量較好[26]。白奇亞籽氨基酸組成接近FAO/WHO的理想模式,即氨基酸組成及比例較為合理,屬于優(yōu)質蛋白質源。

表4 不同種類奇亞籽的氨基酸組成及含量(g/100 g)Table 4 Amino acid composition of different kinds of chia seeds(g/100 g)

不同種類奇亞籽EAA組成評價如表5所示,奇亞籽EAA總量均超過FAO/WHO和大豆,但低于雞蛋EAA總量。以AAS為標準,兩種奇亞籽中最高的AAS是纈氨酸,其次是異亮氨酸;以CS為標準,兩種奇亞籽中最高的CS是苯丙氨酸+酪氨酸,其次是纈氨酸;第一限制性氨基酸均為蛋氨酸+半胱氨酸。根據AAS可得出,兩種奇亞籽EAA組成中除蛋氨酸+半胱氨酸含量為40%左右,其余EAA含量均超過90%,白奇亞籽尤為顯著,說明白奇亞籽蛋白質質量優(yōu)于黑奇亞籽。根據AAS分析,奇亞籽中氨基酸種類齊全,比例均衡,可作為優(yōu)質蛋白質來源。

表5 不同種類奇亞籽中EAA組成評價Table 5 Evaluation of essential amino acids in different kinds of chia seeds

2.3 不同種類奇亞籽油主要脂肪酸組成分析

不同產地、不同種類的奇亞籽是引起脂肪酸種類差異性的主要原因。結果如表6所示,本研究就奇亞籽油中7種主要的脂肪酸進行分析,包括飽和脂肪酸(saturated fatty acids,SFA)3種,不飽和脂肪酸(unsaturated fatty acids,UFA)4種,其中單不飽和脂肪酸(monounsaturated fatty acids,MUFA)1種,多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids,PUFA)3種。黑奇亞籽油中SFA占脂肪酸總量的11.37%,略高于白奇亞籽油中的含量10.72%;UFA占脂肪酸總量的88.63%,略低于白奇亞籽油中的含量89.28%,其中MUFA含量(4.39%～5.81%)均低于PUFA含量(82.82%～84.89%)。

表6 不同種類奇亞籽油主要脂肪酸組成及含量分析Table 6 Analysis of main fatty acid composition and antent of different kinds of oil of chia seed

實驗結果與榮旭等[10]所研究的奇亞籽油中PUFA含量大于80%一致。亞油酸和亞麻酸是奇亞籽油中主要的不飽和脂肪酸,二者是人體生長發(fā)育所必需的脂肪酸,適量補充可預防心血管、高血壓、哮喘等疾病,同時還可抑制腫瘤生長[27]。研究表明,食物中n-3/n-6比值越高,對人體越有利[28]。此外,FAO/WHO建議食物中n-3/n-6 PUFA比值應大于0.2[26]。黑奇亞籽油的n-3/n-6值為3.22,低于白奇亞籽油(4.12),亞麻籽油(4.00)介于二者之間[29]。因此,奇亞籽油是一種值得開發(fā)的植物油脂。

2.4 奇亞籽檸檬汁飲料單因素試驗結果

2.4.1 濃縮檸檬汁添加量對奇亞籽檸檬汁飲料感官評分的影響 由圖1可知,隨著濃縮檸檬汁添加量的增加,感官評分呈先上升后下降趨勢。這可能與糖酸比有關。當濃縮檸檬汁添加量為10%,感官評分達到最大值,此條件下奇亞籽檸檬汁飲料的口感和穩(wěn)定效果較好。因此,選擇濃縮檸檬汁添加量為10%進行后續(xù)優(yōu)化試驗。

圖1 濃縮檸檬汁添加量對奇亞籽檸檬汁飲料感官評分的影響Fig.1 Effects of concentrated lemon juice addition on the sensory score of lemon juice beverage of chia seed

2.4.2 麥芽糖醇添加量對奇亞籽檸檬汁飲料感官評分的影響 由圖2可知,當麥芽糖醇含量小于14%時,隨著麥芽糖醇含量的增大,感官評分呈線性增加。當麥芽糖醇含量增加到14%,感官評分隨麥芽糖醇含量的增加而減小。這可能與糖酸比、結冷膠添加量有關,飲料中的麥芽糖醇直接影響著飲料的酸甜風味[30]。因此,選擇麥芽糖醇添加量為14%進行后續(xù)優(yōu)化試驗。

圖2 麥芽糖醇添加量對奇亞籽檸檬汁飲料感官評分的影響Fig.2 Effect of maltitol addition on the sensory score of lemon juice beverage of chia seed

2.4.3 結冷膠添加量對奇亞籽檸檬汁飲料感官評分的影響 由圖3可知,當結冷膠添加量在0.10%～0.18%范圍內,隨著結冷膠含量的增加,感官評分也逐漸增加,但當結冷膠添加量達到0.16%后,繼續(xù)增加結冷膠的量,感官評分趨于平穩(wěn)。這可能是因為麥芽糖醇的添加量在小范圍內改變了整個體系的黏度,間接影響結冷膠的添加量,加膠越多,口感越差。因此,選擇結冷膠添加量為0.16%進行后續(xù)優(yōu)化試驗。

圖3 結冷膠添加量對奇亞籽檸檬汁飲料感官評分的影響Fig.3 Effects of gellan gum addition on the sensory score of lemon juice beverage of chia seed

2.4.4 奇亞籽添加量對奇亞籽檸檬汁飲料感官評分的影響 由圖4可知,當奇亞籽添加量為3%時,感官評分達到最大值,此條件下飲料的口感和穩(wěn)定效果較好。隨著奇亞籽添加量(3%～5%)的增加,感官評分反而降低,這可能與奇亞籽自身吸水膨脹形成類似青蛙卵狀的結構有關。此外,奇亞籽是進口原料,考慮到其成本,宜選擇奇亞籽添加量為3%進行后續(xù)優(yōu)化試驗。

圖4 奇亞籽添加量對奇亞籽檸檬汁飲料感官評分的影響Fig.4 Effects of chia seed addition on the sensory score of lemon juice beverage of chia seed

2.5 奇亞籽檸檬汁飲料的響應面優(yōu)化試驗結果

2.5.1 響應模型的建立與分析 利用軟件Design-Expert 8.0.6中的Box-Behnken進行試驗設計,以濃縮檸檬汁、麥芽糖醇、結冷膠和奇亞籽添加量為響應變量,感官評分為響應值,進行試驗,結果如表7所示,對表7試驗數據進行二次多項式回歸擬合,得到回歸方程為:

表7 Box-Behnken試驗方案及結果Table 7 Box-Behnken design and experimental results

Y=89.20+2.58A+3.50B-3.08C+0.33D-2.25AB-0.25AC+0.75AD+1.75BC+0.50BD-0.25CD-13.18A2-11.06B2-3.43C2-2.81D2

表8 回歸方程方差分析Table 8 Regression equation analysis of variance

2.5.2 響應面優(yōu)化試驗 通過Box-Behnken試驗設計得到響應面圖,響應面圖可用于分析各因素對飲料感官評分影響的兩兩交互作用,如圖5所示。響應面曲線越陡,說明該因素對飲料感官評分影響越大。從等高線的稀疏程度也能看出交互作用大小,當兩因素之間交互作用顯著時,等高線呈橢圓形或馬鞍形;反之,等高線呈圓形[31]。

圖5 各因素交互作用對飲料感官評分影響的響應面和等高線圖Table 5 Response surface and contour plots of the interactive effects of various factors on the sensory score of lemon juice beverage of chia seed

由圖5可知,在交互項對奇亞籽檸檬汁飲料感官評分的影響中,濃縮檸檬汁添加量與麥芽糖醇添加量和麥芽糖醇添加量與結冷膠添加量之間交互作用極顯著(p<0.01),其他因素之間交互作用不顯著,這與ANOVA分析的結果相符。

2.5.3 最佳工藝條件的確定和驗證實驗 通過響應面優(yōu)化得出奇亞籽檸檬汁飲料最佳工藝條件分別為濃縮檸檬汁添加量10.19%、麥芽糖醇添加量14.12%、結冷膠添加量0.15%、奇亞籽添加量3.11%,在此條件下得到的感官評分為90.20分。考慮到實際生產中遇到問題,將此工藝條件修改為:濃縮檸檬汁添加量10%、麥芽糖醇添加量14%、結冷膠添加量0.15%、奇亞籽添加量3%,進行多次驗證實驗后,得到的感官評分為(88.5±0.71)分,與理論值基本吻合,說明該模型試驗設計可靠。

3 結論

本研究分別對黑、白兩種奇亞籽營養(yǎng)成分含量及飲料工藝優(yōu)化進行了探討,結果表明,奇亞籽營養(yǎng)成分呈現明顯的種類差異性。黑、白奇亞籽粗蛋白質、粗脂肪和膳食纖維含量分別為16.40%、28.32%、34.67%和29.10%、30.48%、26.65%,說明黑、白奇亞籽均具有高蛋白、高脂肪、高膳食纖維的特點。共檢出16種氨基酸,其中黑奇亞籽EAA/TAA為32.92%,EAA/NEAA為49.07%;白奇亞籽EAA/TAA為38.39%,EAA/NEAA為62.31%,根據FAO/WHO推薦的理想模式,得出白奇亞籽更符合此標準,屬于優(yōu)質蛋白質源。脂肪酸組成分析表明,黑、白奇亞籽油中PUFA分別占脂肪酸總量的82.82%和84.89%,其中omega-3含量最為豐富,分別占脂肪酸總量的63.18%和68.37%,具有較高的營養(yǎng)價值。

以濃縮檸檬汁、奇亞籽等為原料,在單因素試驗的基礎上,使用Design-Expert 8.0.6軟件進行Box-Behnken試驗設計,確定了飲料最佳工藝條件:濃縮檸檬汁添加量10%、麥芽糖醇添加量14%、結冷膠添加量0.15%、奇亞籽添加量3%，采用此配比生產的奇亞籽檸檬汁飲料口感好、色澤明亮、體系穩(wěn)定均一,可應用于實際生產中。