小米牛奶飲品的配方優(yōu)化研究

小米，又稱河谷和栗子，屬于水稻科和狗尾草。小米營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高，含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素和礦物質(zhì)等多種人體不可或缺的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是良好的營(yíng)養(yǎng)源；小米蛋白質(zhì)中氨基酸種類(lèi)齊全，占總量的58.95%，其中8種人體必需氨基酸含量豐富，占整個(gè)氨基酸總量的41.9%，尤其是色氨酸、蛋氨酸較為突出，其含量均高于小麥；小米中的色氨酸，可以促使大腦中的神經(jīng)細(xì)胞分泌出催人欲睡“血清素”，加快人體褪黑激素的分泌和轉(zhuǎn)化，對(duì)改善人體的情緒和提高睡眠質(zhì)量有重要作用。另外，小米中還含有豐富的維生素，主要包括維A、維B試驗(yàn)利用小米中的功能成分及其特性，突出色氨酸的作用，并與牛奶混合，旨在研究一款營(yíng)養(yǎng)豐富、色澤均勻、風(fēng)味良好并具有一定助眠功效的小米牛奶復(fù)合型谷物飲料，通過(guò)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面分析法對(duì)小米牛奶配方進(jìn)行優(yōu)化，為工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)和參考。1材料和方法1.1牛奶的調(diào)味劑小米（中谷2號(hào)、中谷7號(hào)、長(zhǎng)農(nóng)40、小黃谷）；牛奶，君樂(lè)寶乳業(yè)純牛奶；白砂糖，市售；黃原膠、單甘酯，均為食品級(jí)；濃鹽酸；硝酸鈉；氫氧化鉀；4-（二甲氨基）苯甲醛、L-色氨酸、木瓜蛋白酶，北京索萊寶科技有限公司提供。1.2s型反滲透水浴鍋，配加多功能粉碎機(jī)JA5003N型電子天平，上海精密科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；HHoS21-6S型電熱恒溫水浴鍋，上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司產(chǎn)品；1000A型多功能粉碎機(jī)，永康市紅太陽(yáng)機(jī)電有限公司產(chǎn)品；UV-1200型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海美譜達(dá)儀器有限公司產(chǎn)品；NDJ-8S型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司產(chǎn)品。1.3測(cè)試方法1.3.1工藝(1)小米→粉碎→酶解→煮制→牛奶→預(yù)熱；(2)黃原膠、單甘酯、白砂糖；(1)+(2)→混合→成品。1.3.2小米色氨酸含量的測(cè)定(1）色氨酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立。參考NY/T57—1987《谷物籽粒色氨酸測(cè)定方法》并稍作修改。吸取L-色氨酸標(biāo)準(zhǔn)溶液0.10,0.15,0.20,0.25,0.30,0.35mL分別置于25mL具塞刻度玻璃試管中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%氫氧化鉀溶液0.5mL，搖勻；加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%對(duì)二甲氨基苯甲醛0.1mL，搖勻；加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%硝酸鈉溶液0.1mL，搖勻；將試管置于冰水中，再加入濃鹽酸2.5mL。取出試管，強(qiáng)烈振搖后放入25℃水浴鍋中顯色75min，取出后用蒸餾水稀釋至刻度10mL，搖勻，以試劑空白作為對(duì)照，于波長(zhǎng)590nm處測(cè)定吸光度。以色氨酸含量（μg）為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到回歸方程。(2）不同品種小米色氨酸含量的測(cè)定。參考吳顯榮等人樣品的處理：取4個(gè)品種的小米樣品各2份，將每個(gè)小米品種其中的1份進(jìn)行煮制處理（濕制），小米∶水為1∶9，沸水煮30min后，置于70℃干燥箱中干燥2h，研磨粉碎；將每個(gè)小米品種中的另一份放入粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎處理（干制），粉碎次數(shù)為3次，每次時(shí)間為40s，粉碎后的小米置于70℃干燥箱中干燥30min，保存?zhèn)溆?。樣品酶解：分別稱取小米樣品0.2g置于25mL具塞刻度玻璃試管中，加入8mg/mL的木瓜蛋白酶溶液5mL,40℃下恒溫水浴11h，取其上清液備用。色氨酸含量測(cè)定：分別吸取酶解液0.3mL于25mL的具塞刻度玻璃試管中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%氫氧化鉀溶液0.5mL，搖勻；加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%對(duì)二甲氨基苯甲醛0.1mL，搖勻；加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%硝酸鈉溶液0.1mL，搖勻；將試管置于冰水中，再加濃鹽酸2.5mL，搖勻置于25℃水浴鍋中顯色75min，取出后用水稀釋至刻度10mL，搖勻，以試劑空白作為對(duì)照，于波長(zhǎng)590nm處測(cè)定其吸光度。1.3.3解液的制備對(duì)優(yōu)先的小米品種按照1.3.2(2）中的方法進(jìn)行干制酶解，制備小米酶解液備用。將添加量分別為1%白砂糖、0.2%黃原膠、0.08%單甘酯混勻，加入到溫度不低于60℃的熱牛奶中，攪拌使其完全溶解，然后將牛奶與小米酶解液按2∶1,3∶1,4∶1,5∶1,6∶1的配比進(jìn)行混合得到成品1.3.4不同黃原膠添加量的篩選結(jié)果分別取添加量為0.10%,0.15%,0.20%,0.25%,0.30%的黃原膠，依次加入添加量為白砂糖1%和單甘酯0.08%混勻，加入到溫度不低于60℃的熱牛奶中，攪拌使其完全溶解，然后將牛奶與小米酶解液按一定的配比進(jìn)行混合得到成品1.3.5單甘酯添加量的篩選分別取添加量為0.03%,0.05%,0.08%,0.11%,0.14%的單甘酯，加入添加量為1%的白砂糖和一定量的黃原膠混勻，加入到溫度不低于60℃的熱牛奶中，攪拌使其完全溶解，然后將牛奶與小米酶解液按一定配比進(jìn)行混合得到成品1.3.6白砂糖添加量的篩選分別取添加量為0.50%,1.00%,1.50%,2.00%,2.50%的白砂糖，依次加入黃原膠和單甘酯混勻，加入到溫度不低于60℃的熱牛奶中，攪拌使其完全溶解，然后將牛奶與小米酶解液按固定配比進(jìn)行混合得到成品1.3.7響應(yīng)面試驗(yàn)方案根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇牛奶與小米酶解液的配比、黃原膠添加量、白砂糖添加量3個(gè)因素作為響應(yīng)因素，飲品感官評(píng)分為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)出三因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn)響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。1.3.8小米奶飲料的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合小米牛奶自身的特點(diǎn)，選取5人從色澤、氣味和滋味、組織狀態(tài)3個(gè)方面進(jìn)行感官評(píng)定。感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)2結(jié)果與分析2.1小米色氨酸含量的確定色氨酸標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程為Y=0.0047X-0.0592,R不同品種的小米經(jīng)濕制、干制處理后的色氨酸含量見(jiàn)表3。由表3可知，干制中谷2號(hào)小米的色氨酸含量相對(duì)于其余品種處理的小米色氨酸含量高，因此試驗(yàn)將選用干制中谷2號(hào)小米進(jìn)行后續(xù)研究。2.2牛奶與小米酶解液配比對(duì)飲品黏度的影響牛奶與小米酶解液的配比對(duì)小米牛奶感官評(píng)分的影響見(jiàn)圖1。由圖1可知，隨著牛奶與小米酶解液配比的逐步增加，感官評(píng)分出現(xiàn)峰值，當(dāng)牛奶與小米酶解液的配比為5∶1時(shí)，小米牛奶的感官評(píng)分值達(dá)到最大80分，此時(shí)飲品的黏度為259mPa·s。因此，選用牛奶與小米酶解液的配比為5∶1作為后續(xù)試驗(yàn)參數(shù)。2.3黃原膠添加量對(duì)小米牛奶飲品品質(zhì)的影響黃原膠添加量對(duì)小米牛奶感官評(píng)分的影響見(jiàn)圖2。由圖2可知，隨著黃原膠添加量的增加，小米牛奶飲品的感官評(píng)分出現(xiàn)峰值，當(dāng)黃原膠添加量為0.2%時(shí)，小米牛奶的感官評(píng)分值達(dá)到最大79分，此時(shí)飲品的黏度為280mPa·s。因此，選用黃原膠添加量為0.2%作為后續(xù)試驗(yàn)參數(shù)。2.4單甘酯添加量對(duì)小米牛奶飲品品質(zhì)的影響單甘酯添加量對(duì)小米牛奶感官評(píng)分的影響見(jiàn)圖3。由圖3可知，隨著單甘酯添加量的增加，小米牛奶的感官評(píng)分出現(xiàn)峰值，當(dāng)單甘酯添加量為0.14%時(shí)，小米牛奶的感官評(píng)分值達(dá)到最大80分，此時(shí)飲品的黏度為535mPa·s。因此，選用單甘酯添加量為0.14%作為后續(xù)試驗(yàn)參數(shù)。2.5砂糖添加量對(duì)小米牛奶品質(zhì)的影響白砂糖添加量對(duì)小米牛奶感官評(píng)分的影響見(jiàn)圖4。由圖4可知，隨著白砂糖添加量的增加，小米牛奶的感官評(píng)分出現(xiàn)峰值。當(dāng)白砂糖添加量為2.0%時(shí)，小米牛奶的感官評(píng)分值達(dá)到最大83分，此時(shí)飲品的黏度為96mPa·s。因此，選用白砂糖添加量為2%作為后續(xù)試驗(yàn)參數(shù)。2.6反應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果2.6.1響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析根據(jù)Box-behnken設(shè)計(jì)原則，響應(yīng)面試驗(yàn)選擇牛奶與小米酶解液的配比（A）、黃原膠添加量（B）、白砂糖添加量（C）為響應(yīng)因素，感官評(píng)分作為響應(yīng)值優(yōu)化小米牛奶飲品的配方。Box-behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見(jiàn)表4。采用Design-Expert8.6.1軟件對(duì)響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸擬合，得到小米牛奶感官評(píng)分與牛奶與小米酶解液的配比（A）、黃原膠添加量（B）、白砂糖添加量（C）的回歸方程：由圖5可以看出，回歸模型p<0.0001，說(shuō)明該模型的回歸效果極顯著對(duì)圖5中模型系數(shù)的顯著性分析表明，一次項(xiàng)中A、B均達(dá)到極顯著水平（p<0.01），且B對(duì)感官品質(zhì)的影響大于A;BC之間的交互作用對(duì)感官品質(zhì)的影響極顯著，AB之間的交互作用對(duì)感官品質(zhì)的影響顯著；二次項(xiàng)中A回歸模型方差分析見(jiàn)表5。2.6.2響應(yīng)曲面圖的分析牛奶與小米酶解液的配比和黃原膠添加量交互作用的三維響應(yīng)曲面見(jiàn)圖5，牛奶與小米酶解液的配比和白砂糖添加量交互作用的三維響應(yīng)曲面見(jiàn)圖6，黃原膠添加量和白砂糖添加量交互作用的三維響應(yīng)曲面見(jiàn)圖7由圖5～圖7可知，隨著各響應(yīng)因素水平的升高，小米牛奶的感官評(píng)分先增加到一個(gè)峰值，之后出現(xiàn)下降趨勢(shì)，并且黃原膠添加量（B）對(duì)感官評(píng)分的影響大于牛奶與小米酶解液的配比（A）和白砂糖添加量（C）對(duì)感官評(píng)分的影響，與方差分析一致。響應(yīng)面分析得出小米牛奶的最佳配方為：牛奶與小米酶解液的配比（A）為5.25∶1，黃原膠添加量（B）為0.2%，白砂糖添加量（C）為2%，此時(shí)感官評(píng)分最高。3響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果利用比色