霍 瑞，張美莉，張園園，白 雪，張亞琨，郭新月

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 呼和浩特 010018）

代餐粉是一種或多種原輔料按照不同比例及工藝調(diào)配而成的沖調(diào)類產(chǎn)品，具有食用方便和改善人體健康的功能[1]。近年來，谷物代餐粉因低熱量、營養(yǎng)全面和改善肥胖作用而成為研究熱點，其中以燕麥為主要原料的代餐粉因具有降血糖、血脂功效，良好溶解性和特殊的風(fēng)味等特點而被熟知[2-3]，具有良好的應(yīng)用前景。

已有研究結(jié)果顯示，燕麥、玉米和魔芋粉經(jīng)擠壓膨化處理后慢消化淀粉和抗性淀粉含量增加，體外消化速率明顯降低。Wang 等[4]將紫薯粉與大米粉共擠壓，結(jié)果顯示：該膨化粉比單純膨化大米粉的eGI 值低，淀粉晶型由典型的A 型變?yōu)閂型；Xie 等[5]探討了β-葡聚糖及各種熱處理方法對大麥淀粉消化性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)β-葡聚糖對淀粉消化有抑制作用，可能是由于淀粉-蛋白質(zhì)-β-葡聚糖復(fù)合物的包封，與上述研究結(jié)果一致。本研究中魔芋粉含有大量葡甘露聚糖，具有多種生物活性[6]，在食品中應(yīng)用廣泛。燕麥麩粉含有β-葡聚糖，不僅具有顯著降糖效果[7]，也具有替代食品增稠劑和穩(wěn)定劑的潛力，燕麥麩粉是本研究中代餐粉的主要物質(zhì)，有研究證明，其經(jīng)微粉碎后水溶性、吸水性和可溶性膳食纖維溶出率均提高[8]。南瓜粉具有豐富的微量元素，其中的鈷含量相對豐富，在體內(nèi)代謝中可以擴張血管，降低血壓，南瓜果膠在分子結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出廣泛的多樣性，有助緩解淀粉酶的作用，延緩腸道對糖類物質(zhì)的吸收[9]。葛根中富含對人體有益的葛根素和黃酮類物質(zhì)，而葛根全粉是近年來加工的新產(chǎn)品，與葛根淀粉相比，葛根全粉充分保留了葛根中的各種有效成分，而且加工技術(shù)簡單，原料利用率高，產(chǎn)品成本較低[10]，將上述原料混合制備代餐粉符合健康減肥的理念。本試驗采用響應(yīng)面法確定最佳配比，研制一種色澤、口感及分散性均符合消費者需求的產(chǎn)品，也為開發(fā)多元化的燕麥產(chǎn)品提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

燕麥粉，內(nèi)蒙古伊泰生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司；燕麥麩皮粗粉，內(nèi)蒙古西貝匯通農(nóng)業(yè)科技有限公司；馬齒型玉米，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米研究中心；J08 魔芋粉，湖北強森魔芋科技有限公司；脫脂乳粉，新西蘭恒天然集團；南瓜粉，興化市綠帥食品有限公司，葛根全粉，平樂縣樂瑤食品有限公司；α-淀粉酶，索萊寶生物科技有限公司；胃蛋白酶，美國SIGMA 公司；3，5－二硝基水楊酸，國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

PLS 新型超微粉碎機，濟南普萊申機械設(shè)備有限公司；S32 試驗型雙螺桿擠出機，山東濟南賽信有限公司；G8023CTL-K3 微波爐，格蘭仕微波爐電器有限公司；UV2300Ⅱ雙光束紫外-可見分光光度計，上海天美科學(xué)儀器有限公司；PEN3 型便攜式電子鼻傳感器，德國Airsense 公司；XL-20B1000 克密封型搖晃式微粉碎機，廣州市旭朗機械設(shè)備有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 燕麥-玉米混粉及添加魔芋粉后的膨化粉制備流程 將燕麥粉和粉碎后的玉米分別過60目篩，以質(zhì)量比6∶4 簡單混合，加入5%魔芋粉后充分混勻，加水至物料水分含量至25%后再混合均勻，分批取500 g 放入雙螺桿擠壓機進料口，條件設(shè)置為：擠出溫度180 ℃，進料速度15 Hz，螺桿轉(zhuǎn)速16 Hz。

1.3.2 燕麥麩熟粉制備工藝流程 稱量200 g 燕麥麩粗粉放入超微粉碎機進行粉碎，設(shè)置粉碎時間5 min，粉碎頻率50 Hz[11]，之后過120 目篩，放入微波爐熟化，微波頻率800 W，時間100 s。

1.3.3 單因素實驗 固定擠壓膨化混粉的添加量為3.0 g，燕麥麩粉添加量4.0 g，脫脂乳粉添加量2.5 g，南瓜粉添加量1.0 g，其它輔料共1.1 g。分別選擇擠壓膨化混粉添加量、燕麥麩粉添加量、脫脂乳粉添加量和南瓜粉添加量等因素進行單因素實驗，試驗中的各因素水平分別為：擠壓膨化混粉添加量為2.0，2.5，3.0，3.5，4.0 g；燕麥麩粉添加量為1.0，2.0，3.0，4.0，5.0 g；脫脂乳粉添加量1.5，2.0，2.5，3.0，3.5 g；南瓜粉添加量0.4，0.7，1.0，1.3，1.6 g。將所有原料混勻，加70 ℃的溫水?dāng)嚢杈鶆蚝髮Ξa(chǎn)品進行感官評定，評分標(biāo)準(zhǔn)如表1。

表1 高纖維谷物代餐粉感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory scoring standards for high-fiber cereal meal replacement powder

1.3.4 分散性指數(shù)測定 參照吳淼等[12]的方法略作修改。稱量10 g 樣品放入燒杯中，量取一定溫度下的70 mL 蒸餾水倒入燒杯，以一定速度攪拌1 min 后靜置3 min，使用已經(jīng)稱重的20 目篩子過濾代餐粉溶液，并用蒸餾水緩慢沖洗結(jié)塊物質(zhì)，沖洗后將帶有結(jié)塊物質(zhì)的篩子放入105 ℃烘箱恒溫干燥至恒重。樣品分散性指數(shù)按照公式（1）計算。

式中：a——結(jié)塊物質(zhì)的質(zhì)量，g；b——樣品質(zhì)量，g；w——樣品水分含量，%。

1.3.5 Box-Behnken 試驗設(shè)計 在單因素實驗的基礎(chǔ)上，選取4 個因素為自變量，分別為A：擠壓膨化混粉添加量、B：燕麥麩粉添加量、C：脫脂乳粉添加量、D：南瓜粉添加量；以感官評分和分散性指數(shù)為評價值，根據(jù)響應(yīng)面試驗中4 因素3 水平的設(shè)計原理，進行優(yōu)化試驗，設(shè)計結(jié)果見表3。

表2 分散性指數(shù)評判標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Evaluation criteria of dispersion index

表3 響應(yīng)面試驗因子水平及編號Table 3 Response surface test factor levels and codes

1.3.6 電子鼻測定 參照孫學(xué)穎等[13]的方法稍作修改。稱量3 g 代餐粉放入10 mL 頂空瓶中，在80 ℃下水浴20 min，取出頂空瓶后靜置5 min，在室溫環(huán)境下用PEN3 型便攜式電子鼻傳感器對樣品進行測定。設(shè)置電子鼻條件為：初始進樣流量300 μL/min，取樣間隔時間1 s，清洗時間120 s，檢測時間120 s，零點修剪時間1 s，每組樣品做3 次平行重復(fù)。

1.3.7 淀粉體外消化率測定 參照Goni 等[14]的方法，稱量50 mg 粉末狀樣品，加入10 mL HCl-KCl緩沖液（pH=1.5）和0.2 mL 胃蛋白酶（0.1 g/mL，HCl-KCl 緩沖液），加入磁力攪拌子后在40 ℃水浴下振蕩1 h。用0.5 mol/L 乙酸鹽緩沖液（pH＝6.5）定容至25 mL，使胃蛋白酶失活。之后加入5 mL α-淀粉酶，在37 ℃條件下水浴振蕩，攪拌速率為160 r/min，在水解過程中，分別在0，20，30，60，90，120，150，180 min時取出1 mL樣品消化液，立刻加入4 倍體積的無水乙醇滅酶。之后使用3，5-二硝基水楊酸（DNS）法測定樣品中總還原糖的含量并轉(zhuǎn)化成葡萄糖的物質(zhì)的量濃度。以水解時間為橫坐標(biāo)，淀粉水解速率為縱坐標(biāo)繪制水解曲線。計算各個樣品在0～180 min 期間淀粉水解曲線下的面積（AUC 樣品和AUC 白面包），得出樣品淀粉水解指數(shù)（H ydrolysis index，HI）。樣品的估計血糖生成指數(shù)（Estimated glycemic index，e-GI）按照公式（2）和（3）計算。

1.3.8 數(shù)據(jù)處理 所有試驗重復(fù)3 次，結(jié)果計算表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。采用Design Expert 8.0.6進行響應(yīng)面數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)的顯著性分析采用SPSS 25.0 軟件，使用Origin 2018 軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析并繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果與分析

2.1.1 擠壓膨化混粉添加量對代餐粉感官評分的影響 由圖1 可知，隨著擠壓膨化混粉添加量的增加，感官評分先上升后下降，在添加量為3 g 時達到最高。擠壓膨化混粉的添加主要影響溶解性，由于擠壓膨化處理通過高溫擠壓和高剪切力作用形成了穩(wěn)定的擠壓復(fù)合物[15]，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)致密不易被消化，水溶性也因此下降；魔芋粉是一種水溶性膳食纖維，隨著混粉添加量的增多，吸水性明顯增加。綜合考慮下，選擇擠壓膨化混粉添加量為2.5～3.5 g 為響應(yīng)面試驗設(shè)計因素水平。

圖1 擠壓膨化混粉添加量對代餐粉感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of extrusion mixture powder addition amount on sensory quality of meal replacement powder

2.1.2 燕麥麩粉添加量對代餐粉感官評分的影響 由圖2 可知，隨著燕麥麩粉添加量的增加，感官評分先上升后下降，在添加量為4 g 時達到最高。燕麥麩粉的添加主要影響溶液的黏性及溶解性，經(jīng)過微粉碎后，燕麥麩粉的黏性和溶解性均得到提升，功能性物質(zhì)也充分溶出[16]，其中β-葡聚糖不僅具有多種生物活性，在溶液穩(wěn)定性上也發(fā)揮重要作用[17]。添加少量的燕麥麩粉使代餐粉溶液快速分層且黏度過稀，過量則會呈現(xiàn)黏度過稠的狀態(tài)，因此選擇燕麥麩粉添加量為3～5 g 為響應(yīng)面試驗設(shè)計因素水平。

圖2 燕麥麩粉添加量對代餐粉感官品質(zhì)的影響Fig.2 The effect of oat bran powder addition amount on the sensory quality of meal replacement powder

2.1.3 脫脂乳粉添加量對代餐粉感官評分的影響

由圖3 可知，隨著脫脂乳粉添加量的增加，感官評分呈現(xiàn)上升的趨勢，在添加量為2.5 g 時達到最高。脫脂乳粉是本研究代餐粉中提供蛋白質(zhì)的主要原料，感官方面主要影響口感、滋味和氣味，提供特有的奶粉香氣和較好的口感，對溶液的物理性質(zhì)無明顯影響，因此添加正常比例的脫脂乳粉均對感官評分影響較小，以提供蛋白質(zhì)為參考依據(jù)，則選擇脫脂乳粉添加量為2～3 g 為響應(yīng)面試驗設(shè)計因素水平。

圖3 脫脂乳粉添加量對代餐粉感官品質(zhì)的影響Fig.3 The effect of skimmed milk powder addition amount on the sensory quality of meal replacement powder

2.1.4 南瓜粉對代餐粉感官評分的影響 由圖4可知，隨著南瓜粉添加量的增加，感官評分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在添加量為1.0 g 時達到最高。南瓜粉主要影響色澤和滋味，添加燕麥麩粉和脫脂乳粉后代餐粉溶液光澤度差，顏色較淺，而添加南瓜粉后的溶液色澤均勻、香氣濃郁且有食欲感，因此選擇南瓜粉添加量為0.7～1.3 g 為響應(yīng)面試驗設(shè)計因素水平。

圖4 南瓜粉添加量對代餐粉感官品質(zhì)的影響Fig.4 The effect of pumpkin powder addition amount on the sensory quality of meal replacement powder

2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果與分析

2.2.1 Box-Behnken 試驗試驗設(shè)計及結(jié)果 根據(jù)四因素三水平的響應(yīng)面試驗設(shè)計選擇試驗點29個，其中24 個析因點，5 個零點[18]，結(jié)果見表4。

表4 Box-Behnken 試驗設(shè)計與結(jié)果Table 4 Box-Behnken test design and results

2.2.2 回歸模型的建立與方差分析 用Design-Expert 對試驗結(jié)果進行多元回歸擬合、方差分析及顯著性檢驗，得到以高纖維谷物代餐粉感官評分Y 為目標(biāo)函數(shù)的預(yù)測模型。

同理，得到以分散性指數(shù)Z 為目標(biāo)函數(shù)的預(yù)測模型。

對回歸模型進行方差分析，結(jié)果如表5、表6所示。

表5 各因素感官評分交互作用及回歸方程方差分析表Table 5 Interaction of various factors in sensory rating and analysis of variance table of regression equation

表6 各因素分散性指數(shù)交互作用及回歸方程方差分析表Table 6 The interaction of each factor dispersion index and the regression equation analysis of variance table

由表5 可知，由軟件建立的感官評分回歸模型P＜0.0001，為極顯著水平；R2=0.9159，R2adj=0.8318，說明試驗?zāi)Ｐ涂梢暂^好反映響應(yīng)值的變化，失擬項（P=0.4316）不顯著，說明預(yù)測值和回歸模型之間的擬合度較好[19-20]，模型的一次項A、B、D 影響極顯著（P＜0.01），C 影響顯著（P＜0.05）；二次項A2、B2影響極顯著（P＜0.01），C2影響顯著（P＜0.05），D2影響不顯著（P＞0.05）；交互項AB、AC、AD、BC、BD、CD 影響均不顯著（P＞0.05），由上述結(jié)論可知4 個因素對感官評價影響的順序為B＞D＞A＞C，即燕麥麩粉添加量＞南瓜粉添加量＞擠壓膨化混粉添加量＞脫脂乳粉添加量。

由表6 可知，形成的分散性指數(shù)回歸模型P＜0.01，為極顯著水平，R2=0.8844，R2adj=0.7687，失擬項（P=0.2307）不顯著，說明預(yù)測值和回歸模型之間的擬合度較好，模型的一次項A、B 影響極顯著（P＜0.01），C、D 影響不顯著（P＞0.05）；二次項A2、C2影響極顯著（P＜0.01），B2影響顯著（P＜0.05），D2影響不顯著（P＞0.05）；交互項AC 影響極顯著（P＜0.01），AB、AD、BC、BD、CD 影響均不顯著（P＞0.05）；由上述分析可知4 個因素對分散性指數(shù)影響的順序為A＞B＞C＞D，即擠壓膨化混粉添加量＞燕麥麩粉添加量＞脫脂乳粉添加量＞南瓜粉添加量。

2.2.3 各因素的交互作用對代餐粉感官評分的影響 在響應(yīng)面中，形成的三維坡面越陡，表明該變量的響應(yīng)值越大；在等高線圖中，圖形越趨近橢圓形，說明因素的交互作用越顯著[21]，擠壓膨化混粉添加量與燕麥麩粉添加量對代餐粉感官評分的影響如圖5 所示。

由圖5 可知，擠壓膨化混粉添加量與燕麥麩粉添加量的響應(yīng)值和交互作用比較顯著，當(dāng)擠壓膨化混粉添加量固定時，代餐粉的感官評價隨燕麥麩粉添加量的增加呈先升高后降低趨勢；當(dāng)燕麥麩粉添加量固定時，代餐粉的感官評價隨擠壓膨化混粉添加量的增加呈先升高后降低趨勢，而等高線沿B 軸的變化要比A 軸密集，說明燕麥麩粉添加量對代餐粉感官評價的影響要比擠壓膨化混粉添加量大，這與方差分析的結(jié)果相一致。

圖5 擠壓膨化混粉與燕麥麩粉的添加量對代餐粉感官評分的影響Fig.5 Effect of addition amount of extruded mixture powder and oat bran powder on sensory score of meal replacement powder

2.2.4 各因素的交互作用對代餐粉分散性指數(shù)的影響 如圖6 示，擠壓膨化混粉與燕麥麩粉的響應(yīng)值和交互作用比較顯著，當(dāng)擠壓膨化混粉添加量固定時，代餐粉的分散性指數(shù)隨燕麥麩粉添加量的增加先升高后降低；當(dāng)燕麥麩粉添加量固定時，代餐粉的分散性指數(shù)隨擠壓膨化混粉添加量呈上升趨勢，等高線沿A 軸的變化要比B 軸密集，說明擠壓膨化混粉添加量對代餐粉分散性指數(shù)的影響要比燕麥麩粉添加量大，這與方差分析的結(jié)構(gòu)相一致。

圖6 擠壓膨化混粉與燕麥麩皮粉添加量對代餐粉分散性指數(shù)的影響Fig.6 Effect of addition amount of extruded mixture powder and oat bran powder on the dispersibility index of meal replacement powder

2.2.5 最佳配方的驗證結(jié)果 以感官評分和分散性指數(shù)為指標(biāo)得到的最優(yōu)工藝參數(shù)結(jié)合實際調(diào)整后的配方為：擠壓膨化混粉添加量27%、燕麥麩粉添加量33%、脫脂乳粉添加量20%、南瓜粉添加量9%、其它原料共11%，感官評分達到76.78 分，分散性指數(shù)99.03%。工藝參數(shù)與軟件給出預(yù)測值較吻合，因此，可作為最優(yōu)工藝參數(shù)。經(jīng)檢測，該配方制備的燕麥復(fù)合減肥代餐粉總膳食纖維含量為19.71%，其中可溶性膳食纖維占比40.91%。

2.3 代餐粉產(chǎn)品指標(biāo)評價

2.3.1 代餐粉電子鼻分析 PEN3 電子鼻包括10個感應(yīng)器，根據(jù)代餐粉氣味在10 個感應(yīng)器上的響應(yīng)數(shù)值繪制出代餐粉的雷達分析圖，如圖7 所示。

圖7 高纖維谷物代餐粉的電子鼻雷達分析圖譜Fig.7 Electronic nose radar analysis map of high-fiber cereal meal replacement powder

W1C、W3C、W2W、W5C對芳香成分敏感[22]，由上圖可知，以上傳感器對樣品的響應(yīng)值都比較大，尤其是W1C（對芳香成分和苯類靈敏）和W5C（對短鏈烷烴芳香成分靈敏），W5S 傳感器（對氮氧化合物敏感）對樣品的響應(yīng)值極低，這類化合物都有不同程度的毒性[23]，因此最終配方研制的產(chǎn)品具有香氣明顯和無毒無害的特點。

2.3.2 代餐粉淀粉體外消化率分析 食用快消化淀粉含量高的食物是血糖升高的主要原因，采用體外模擬胃腸道模型可以進一步分析代餐粉的消化情況，結(jié)果如圖8 所示。

由圖8 可知，體外的淀粉模擬消化過程中，代餐粉的淀粉水解速率在前20 min 增長較快，在60 min 后趨于穩(wěn)定，符合人體淀粉的消化特性[24-25]。經(jīng)過計算和對比淀粉消化曲線下AUC 面積得eGI值，產(chǎn)品eGI 值為73.41，屬于中GI（55＜GI＜75）。產(chǎn)品并非低GI 的原因是微粉碎后的燕麥麩粉、脫脂乳粉和南瓜粉含有較多碳水化合物，比較容易分散在溶液中，因此造成eGI 值偏高。本產(chǎn)品中的擠壓膨化混粉中含有較多的慢消化淀粉、抗性淀粉和魔芋葡甘露聚糖，燕麥麩粉含有較多β-葡聚糖，抗性淀粉已被證實可以明顯降低人體消化速率且對人體有益[26-27]，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，摻入β-葡聚糖和魔芋葡甘露聚糖等非淀粉類水溶性多糖也可以降低淀粉體系的消化率，主要原因是通過胃部吸水形成膠體，利用黏度效應(yīng)影響淀粉消化[28]，食用后具有長時飽腹感，也可以調(diào)節(jié)腸道微生物來保持健康狀態(tài)[29]，因此本研究代餐粉具有健康減肥的意義。

圖8 高纖維谷物代餐粉的淀粉體外消化率Fig.8 In vitro starch digestibility of high-fiber cereal meal replacement powder

3 結(jié)論

本研究在單因素試驗基礎(chǔ)上進行響應(yīng)面試驗，優(yōu)化了燕麥復(fù)合膳食纖維代餐粉的制備工藝，得到的最終配方為擠壓膨化混粉27%、燕麥麩粉添加量33%、脫脂乳粉添加量20%、南瓜粉添加量9%和其它原料共11%，在該條件下，產(chǎn)品的感官評分達到76.78 分，分散性指數(shù)達到99.03%，其中膳食纖維含量為19.71%，可溶性膳食纖維占比40.91%，并且具有多種香氣成分。淀粉的體外消化結(jié)果顯示，燕麥復(fù)合膳食纖維代餐粉為中GI 食物，食用可以補充膳食纖維，延長飽腹感。上述研究結(jié)果將燕麥麩皮和馬齒型玉米等難以加工的物料進行高值化利用，為雜糧副產(chǎn)物加工方式及產(chǎn)品優(yōu)化提供思路。