黑米復合代餐粉的配方優化研究

張孫現

(福建省產品質量檢驗研究院， 福建 福州 350002)

代餐粉是一種可用于替代日常飲食的食品，由一種或多種原輔料按照一定比例和加工工藝生產的產品。 食用代餐粉可以減少每日熱量攝入并達到減肥或減肥后保持體重的目的(田文靜等，2020)。 隨著社會發展和生活節奏的加快，代餐粉開袋沖調即食的特點深受消費者喜歡。 根據主要原料的不同，代餐粉可分為果蔬代餐粉、雜糧代餐粉、肉粉代餐粉等。 雜糧代餐粉主要原料有谷類、豆類和馬鈴薯作物等，雜糧代餐粉具有低熱量、膳食營養均衡、高纖維和易飽腹等特點(Wanget al，2023)。 因此，雜糧代餐粉的開發應用越來越受到人們的關注。

黑米又稱紫米，是我國稻米中的珍貴品種之一，其麩皮富含花青素而呈現黑色。 黑米中的蛋白質，膳食纖維和鈣、磷、鐵、鋅等礦物質含量高于大米(Itoet al，2019)。 此外，黑米的麩皮層富含大米缺乏的花青素、多酚化合物、生育酚、谷維素和植物淄醇等生物活性物質。 因此，黑米比大米具有更高的營養價值，具有抗炎、抗氧化、抗糖尿病、降低膽固醇和抗動脈粥樣硬化等活性(楊碧穎等，2021)。 黑芝麻是胡麻科芝麻種子，具有極高的食用藥物價值，2002 年被衛生部列入“藥食同源”名單。 黑芝麻富含不飽和脂肪酸、蛋白質、碳水化合物、維生素以及木質素、芝麻酥和黑色素等活性成分，堪稱全能營養庫(封鏵等，2018)。 研究顯示，黑芝麻具有抗氧化、抗衰老、抗高血壓、抗腫瘤及護肝等功效(金征宇等，2019)。 蕎麥屬蓼科植物，與小麥、大米和高粱等谷物相比，蕎麥含有更為豐富的蛋白質、礦物質、維生素和膳食纖維等人體所必需的營養物質(涂德星等，2020)。 此外，蕎麥富含多種生物活性物質，如多酚類物質、蘆丁、槲皮素和蕎麥二醇等。 因此，蕎麥被認為是一種健康的谷物，蕎麥食品可降低血糖、血脂，有增強人體免疫的功效，對糖尿病、高血壓、高血脂、冠心病、中風等患者有輔助療效(劉媛等，2023)。

因此，本研究選用黑米粉、黑芝麻粉以及蕎麥粉復配成復合代餐粉，通過單因素和正交設計試驗，探究黑米復合代餐粉的配方對其感官評分、溶解度、分散性、潤濕性以及水合能力的影響，并確定黑米復合代餐粉的最佳配方。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

黑芝麻粉和黑米粉(熟粉，寧波市江北五橋糧油有限責任公司)；蕎麥粉(熟粉，山東谷臻坊食品有限公司)；食品級木糖醇和羧甲基纖維素鈉(佳禾食品股份科技有限公司)。

1.2 試驗儀器與設備

H2-16KR 臺式高速冷凍離心機(湖南可成儀器設備有限公司)；LE204E/02 分析天平(瑞士梅特勒－托利多公司)；HJ-2 雙頭磁力加熱攪拌器(常州國華電器有限公司)；HH-1 數顯電子恒溫水浴鍋(常州國華電器有限公司)；電熱恒溫干燥箱(上海精宏實驗設備有限公司)；SYH-5 三維混合機(南京火燥機械科技有限公司)。

1.3 黑米復合代餐粉的制備工藝

將提前準備好的黑米粉、黑芝麻粉和蕎麥粉按一定比例進行調配，并按照食品添加劑中的標準對木糖醇和羧甲基纖維素鈉進行復配，將調配后的黑米復合代餐粉在三維混勻機中充分混勻，放入食品級包裝袋并進行編號，用于后續單因素試驗和正交設計試驗。

1.4 黑米復合代餐粉的測定指標及方法

1.4.1 黑米復合代餐粉感官評定 參考張康逸等(2020)的感官評定標準略作改動，選擇20名食品相關專業且具有感官評價經驗的人員組成感官評價小組，感官評價成員分別從組織特性、氣味、色澤、口感以及沖調性等5 方面對黑米代餐粉進行感官評價(表1)。

表1 黑米復合代餐粉的感官評分標準Table 1 Sensory evaluation of black rice meal-replacement powder

1.4.2 溶解度 參考Abbasiet al(2016)的方法并進行改進，將5.0 g 黑米復合代餐粉和30 mL超純水分別加入100 mL 燒杯中，以1000 r?min－1的速率磁力攪拌30 min。 隨后，將上述溶液移入50 mL 容量瓶并用超純水定容至50 mL。 將10 mL 定容后的溶液在3000 r?min－1條件下離心10 min。 離心后將上清液倒入燒杯中并置于烘箱中，105 ℃下烘干，并計算溶解度。

1.4.3 分散性 將50 mL 的50 ℃超純水倒入250 mL 的燒杯中，隨后將準確稱取的1.0 g 黑米復合代餐粉快速且均勻地散布在超純水液面上，記錄黑米復合代餐粉從加入水中至完全擴散所需要的時間，分散的時間越短，說明代餐粉的分散性就越好(張妍等，2016)。

1.4.4 濕潤性 將200 mL 的50 ℃的超純水倒入250 mL 燒杯中，隨后將0.5 g 黑米復合代餐粉快速且均勻地散布在超純水液面上，記錄黑米復合代餐粉從加入水中至完全沉淀所需要的時間。該時間的長短反映潤濕能力的強弱，時間越短說明潤濕能力越強(Sangnarket al，2003)。

1.4.5 水合能力 參考張鐘等(2005)的方法并略作改動，將0.5 g 黑米復合代餐粉裝入50 mL離心管中，隨后逐次少量加水并不斷攪拌至黑米復合代餐粉完全溶解，最后在3000 r?min－1條件下將上述溶液離心20 min，棄去上清液，稱量沉淀的質量，并計算水合能力。

1.5 黑米復合代餐粉配方優化的單因素試驗

以黑米粉、黑芝麻粉、蕎麥粉、木糖醇、羧甲基纖維素鈉添加量作為因素變量，確定黑米粉的添加量以及所使用添加劑的用量范圍，探究試驗配方各因素對黑米復合代餐粉5 項考察指標的影響。

以20.00 g 黑米復合代餐粉計，調整各因素變量進行單因素試驗。 根據預實驗，按照基礎原始配方，固定黑芝麻粉與蕎麥粉質量比為1 ∶1，各組分添加量為黑米粉含量在60%～80%、木糖醇含量在4%～12%、羧甲基纖維素鈉含量在0.2%～1.0%。 調整各因素變量進行單因素試驗。

1.5.1 黑米粉添加量對黑米復合代餐粉的影響 設定木糖醇和羧甲基纖維素鈉的添加量分別為6%和0.4%，試驗分析黑米粉添加量(質量分數60%、65%、70%、75%、80%)對黑米復合代餐粉5 項考察指標的影響，確定最適的黑米粉添加量。

1.5.2 木糖醇添加量對黑米復合代餐粉的影響 確定最適的黑米粉添加量后，設定羧甲基纖維素鈉添加量為0.4%，試驗分析木糖醇添加量(質量分數4%、6%、8%、10%、12%)對黑米復合代餐粉5 項考察指標的影響，確定最適的木糖醇添加量。

1.5.3 羧甲基纖維素鈉添加量對黑米復合代餐粉的影響 確定最適的黑米粉以及木糖醇添加量后，試驗分析羧甲基纖維素鈉添加量(質量分數0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%)對黑米復合代餐粉5 項考察指標的影響，確定最適的羧甲基纖維素鈉添加量。

1.6 正交設計試驗方案

在單因素試驗的基礎上確定各組分的添加范圍，并根據實際情況采用四因素三水平的正交試驗設計L9(34)進行黑米復合代餐粉配方優化(表2)。 正交試驗設計的因素分別為黑米粉添加量(A)、木糖醇添加量(B)、羧甲基纖維素鈉添加量(C)，并設置空列(D)，試驗指標為黑米復合代餐粉的感官評分、溶解度、分散性、潤濕性以及水合能力。

表2 為正交設計試驗水平表。Table 2 Levels of orthogonal design

2 結果與討論

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 黑米粉添加量對黑米復合代餐粉品質的影響 由表3 可以看出，黑米復合代餐粉的感官評分、溶解度、分散性和潤濕性隨著黑米粉添加量的增加呈現出先上升后下降的趨勢，當黑米粉添加量為70%時，黑米復合代餐粉的感官評分、溶解度、分散性和潤濕性最好；當黑米粉添加量過低或過高時，會使得黑米復合代餐粉的溶解度、分散性和潤濕性明顯減弱，并且導致沖調后口感較差。 黑米粉添加量為75%時，黑米復合代餐粉的水合能力達到最大值。 綜合考慮，選擇黑米粉添加量為65%、70%、75%，即為A1、A2、A3，進行正交試驗分析。

表3 黑米粉添加量對黑米復合代餐粉品質的影響Table 3 Effect of the addition of the black rice powder on the quality of black rice meal-replacement powder

2.1.2 木糖醇添加量對黑米復合代餐粉品質的影響 由表4 可以看出，木糖醇添加量為10%時，溶解度最高達到82.21%；黑米復合代餐粉的潤濕性隨著木糖醇添加量的增加而不斷減??；分散性隨著木糖醇添加量的增加，呈現出先增加后降低的趨勢，且在6%～10%具有較好的分散性；感官評分與水合能力隨著木糖醇添加量的增加先增高后降低，在木糖醇添加量為8%時達到最佳效果，加入木糖醇可以提高代餐粉的甜度，增加風味，但添加過量木糖醇則會降低感官評分。 綜合考慮，選擇木糖醇添加量為6%、8%、10%，即為B1、B2、B3，進行正交試驗分析。

表4 木糖醇添加量對黑米復合代餐粉品質的影響Table 4 Effect of the addition of xylitol on the quality of the black rice meal-replacement powder

2.1.3 羧甲基纖維素鈉添加量對黑米復合代餐粉品質的影響 通過表5 可以看出，當羧甲基纖維素鈉添加量達到0.6%時，黑米復合代餐粉的感官評分、溶解度和水合能力達到最佳，但當添加量超過0.6%以后則呈現出減小的趨勢；分散性和潤濕性隨著羧甲基纖維素鈉添加量的增加，呈現出先升高后降低的趨勢，羧甲基纖維素鈉添加量為0.8%時，黑米復合代餐粉具有最佳的分散性和潤濕性，這是由于羧甲基纖維素鈉作為一種食品增稠劑，它能使粉體在溶劑中均勻且穩定地分散(Duet al，2007)，但是當羧甲基纖維素鈉添加量較多時，會使得沖調特性降低，變得過于濃稠。 綜合考慮，選取羧甲基纖維素鈉添加量為0.4%、0.6%、0.8%，即為C1、C2、C3，進行正交試驗分析。

表5 羧甲基纖維素鈉添加量對黑米復合代餐粉品質的影響Table 5 Effect of the addition of carboxymethylcellulose sodium on the quality of the black rice meal-replacement powder

2.2 正交設計試驗結果

根據L9(34)正交試驗設計表進行黑米復合代餐粉配方優化，并以黑米代餐粉的感官評分、溶解度、分散性、潤濕性和水合能力作為試驗指標。 正交試驗設計及結果如表6 所示。

表6 正交設計試驗結果Table 6 Orthogonal design results

對正交設計試驗結果進行極差分析，結果如表7 所示。 3 種影響因素對黑米復合代餐粉的作用順序各有不同，對感官評分分值的作用主次順序為A>B>C，優組合為A1B1C3；對溶解度大小的作用主次順序為C>B>A，優組合為A1B3C1；對分散性大小的作用主次順序為A>C>B，優組合為A3B2C3；對潤濕性大小的作用主次順序為A>C>B，優組合為A3B2C1；對水合能力強弱的作用主次順序為A>B>C，優組合為A1B2C3。 綜合3 種影響因素對黑米復合代餐粉作用主次順序，與相對應的優先組合考慮，得出黑米復合代餐粉的最優方案組合為A1B2C3，即黑米復合代餐粉添加量為65%、木糖醇添加量為8%，羧甲基纖維素鈉添加量為0.8%。

3 結論

本研究以黑米復合代餐粉的感官評分、溶解度、分散性、潤濕性、水合能力為考察指標，采用單因素和正交試驗設計相結合的方法優化黑米復合代餐粉配比，最終得到黑米復合代餐粉的最佳配方。 根據正交試驗設計，得到最佳配比為黑米粉添加量為65%、蕎麥粉與黑芝麻粉添加量均為13.1%、木糖醇添加量為8%以及羧甲基纖維素鈉添加量為0.8%，此時獲得的黑米復合代餐粉品質為最佳。 按照此配方制作的黑米復合代餐粉口感綿綢，無明顯顆粒感，有濃郁黑米、黑芝麻香味，入口醇厚，色澤均勻，沖調后組織均勻細膩，無結塊無顆粒。