黑米复合代餐粉的配方优化研究

张孙现

(福建省产品质量检验研究院， 福建 福州 350002)

代餐粉是一种可用于替代日常饮食的食品，由一种或多种原辅料按照一定比例和加工工艺生产的产品。 食用代餐粉可以减少每日热量摄入并达到减肥或减肥后保持体重的目的(田文静等，2020)。 随着社会发展和生活节奏的加快，代餐粉开袋冲调即食的特点深受消费者喜欢。 根据主要原料的不同，代餐粉可分为果蔬代餐粉、杂粮代餐粉、肉粉代餐粉等。 杂粮代餐粉主要原料有谷类、豆类和马铃薯作物等，杂粮代餐粉具有低热量、膳食营养均衡、高纤维和易饱腹等特点(Wanget al，2023)。 因此，杂粮代餐粉的开发应用越来越受到人们的关注。

黑米又称紫米，是我国稻米中的珍贵品种之一，其麸皮富含花青素而呈现黑色。 黑米中的蛋白质，膳食纤维和钙、磷、铁、锌等矿物质含量高于大米(Itoet al，2019)。 此外，黑米的麸皮层富含大米缺乏的花青素、多酚化合物、生育酚、谷维素和植物淄醇等生物活性物质。 因此，黑米比大米具有更高的营养价值，具有抗炎、抗氧化、抗糖尿病、降低胆固醇和抗动脉粥样硬化等活性(杨碧颖等，2021)。 黑芝麻是胡麻科芝麻种子，具有极高的食用药物价值，2002 年被卫生部列入“药食同源”名单。 黑芝麻富含不饱和脂肪酸、蛋白质、碳水化合物、维生素以及木质素、芝麻酥和黑色素等活性成分，堪称全能营养库(封铧等，2018)。 研究显示，黑芝麻具有抗氧化、抗衰老、抗高血压、抗肿瘤及护肝等功效(金征宇等，2019)。 荞麦属蓼科植物，与小麦、大米和高粱等谷物相比，荞麦含有更为丰富的蛋白质、矿物质、维生素和膳食纤维等人体所必需的营养物质(涂德星等，2020)。 此外，荞麦富含多种生物活性物质，如多酚类物质、芦丁、槲皮素和荞麦二醇等。 因此，荞麦被认为是一种健康的谷物，荞麦食品可降低血糖、血脂，有增强人体免疫的功效，对糖尿病、高血压、高血脂、冠心病、中风等患者有辅助疗效(刘媛等，2023)。

因此，本研究选用黑米粉、黑芝麻粉以及荞麦粉复配成复合代餐粉，通过单因素和正交设计试验，探究黑米复合代餐粉的配方对其感官评分、溶解度、分散性、润湿性以及水合能力的影响，并确定黑米复合代餐粉的最佳配方。

1 材料与方法

1.1 试验材料

黑芝麻粉和黑米粉(熟粉，宁波市江北五桥粮油有限责任公司)；荞麦粉(熟粉，山东谷臻坊食品有限公司)；食品级木糖醇和羧甲基纤维素钠(佳禾食品股份科技有限公司)。

1.2 试验仪器与设备

H2-16KR 台式高速冷冻离心机(湖南可成仪器设备有限公司)；LE204E/02 分析天平(瑞士梅特勒－托利多公司)；HJ-2 双头磁力加热搅拌器(常州国华电器有限公司)；HH-1 数显电子恒温水浴锅(常州国华电器有限公司)；电热恒温干燥箱(上海精宏实验设备有限公司)；SYH-5 三维混合机(南京火燥机械科技有限公司)。

1.3 黑米复合代餐粉的制备工艺

将提前准备好的黑米粉、黑芝麻粉和荞麦粉按一定比例进行调配，并按照食品添加剂中的标准对木糖醇和羧甲基纤维素钠进行复配，将调配后的黑米复合代餐粉在三维混匀机中充分混匀，放入食品级包装袋并进行编号，用于后续单因素试验和正交设计试验。

1.4 黑米复合代餐粉的测定指标及方法

1.4.1 黑米复合代餐粉感官评定 参考张康逸等(2020)的感官评定标准略作改动，选择20名食品相关专业且具有感官评价经验的人员组成感官评价小组，感官评价成员分别从组织特性、气味、色泽、口感以及冲调性等5 方面对黑米代餐粉进行感官评价(表1)。

表1 黑米复合代餐粉的感官评分标准Table 1 Sensory evaluation of black rice meal-replacement powder

1.4.2 溶解度 参考Abbasiet al(2016)的方法并进行改进，将5.0 g 黑米复合代餐粉和30 mL超纯水分别加入100 mL 烧杯中，以1000 r•min－1的速率磁力搅拌30 min。 随后，将上述溶液移入50 mL 容量瓶并用超纯水定容至50 mL。 将10 mL 定容后的溶液在3000 r•min－1条件下离心10 min。 离心后将上清液倒入烧杯中并置于烘箱中，105 ℃下烘干，并计算溶解度。

1.4.3 分散性 将50 mL 的50 ℃超纯水倒入250 mL 的烧杯中，随后将准确称取的1.0 g 黑米复合代餐粉快速且均匀地散布在超纯水液面上，记录黑米复合代餐粉从加入水中至完全扩散所需要的时间，分散的时间越短，说明代餐粉的分散性就越好(张妍等，2016)。

1.4.4 湿润性 将200 mL 的50 ℃的超纯水倒入250 mL 烧杯中，随后将0.5 g 黑米复合代餐粉快速且均匀地散布在超纯水液面上，记录黑米复合代餐粉从加入水中至完全沉淀所需要的时间。该时间的长短反映润湿能力的强弱，时间越短说明润湿能力越强(Sangnarket al，2003)。

1.4.5 水合能力 参考张钟等(2005)的方法并略作改动，将0.5 g 黑米复合代餐粉装入50 mL离心管中，随后逐次少量加水并不断搅拌至黑米复合代餐粉完全溶解，最后在3000 r•min－1条件下将上述溶液离心20 min，弃去上清液，称量沉淀的质量，并计算水合能力。

1.5 黑米复合代餐粉配方优化的单因素试验

以黑米粉、黑芝麻粉、荞麦粉、木糖醇、羧甲基纤维素钠添加量作为因素变量，确定黑米粉的添加量以及所使用添加剂的用量范围，探究试验配方各因素对黑米复合代餐粉5 项考察指标的影响。

以20.00 g 黑米复合代餐粉计，调整各因素变量进行单因素试验。 根据预实验，按照基础原始配方，固定黑芝麻粉与荞麦粉质量比为1 ∶1，各组分添加量为黑米粉含量在60%～80%、木糖醇含量在4%～12%、羧甲基纤维素钠含量在0.2%～1.0%。 调整各因素变量进行单因素试验。

1.5.1 黑米粉添加量对黑米复合代餐粉的影响 设定木糖醇和羧甲基纤维素钠的添加量分别为6%和0.4%，试验分析黑米粉添加量(质量分数60%、65%、70%、75%、80%)对黑米复合代餐粉5 项考察指标的影响，确定最适的黑米粉添加量。

1.5.2 木糖醇添加量对黑米复合代餐粉的影响 确定最适的黑米粉添加量后，设定羧甲基纤维素钠添加量为0.4%，试验分析木糖醇添加量(质量分数4%、6%、8%、10%、12%)对黑米复合代餐粉5 项考察指标的影响，确定最适的木糖醇添加量。

1.5.3 羧甲基纤维素钠添加量对黑米复合代餐粉的影响 确定最适的黑米粉以及木糖醇添加量后，试验分析羧甲基纤维素钠添加量(质量分数0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%)对黑米复合代餐粉5 项考察指标的影响，确定最适的羧甲基纤维素钠添加量。

1.6 正交设计试验方案

在单因素试验的基础上确定各组分的添加范围，并根据实际情况采用四因素三水平的正交试验设计L9(34)进行黑米复合代餐粉配方优化(表2)。 正交试验设计的因素分别为黑米粉添加量(A)、木糖醇添加量(B)、羧甲基纤维素钠添加量(C)，并设置空列(D)，试验指标为黑米复合代餐粉的感官评分、溶解度、分散性、润湿性以及水合能力。

表2 为正交设计试验水平表。Table 2 Levels of orthogonal design

2 结果与讨论

2.1 单因素试验结果

2.1.1 黑米粉添加量对黑米复合代餐粉品质的影响 由表3 可以看出，黑米复合代餐粉的感官评分、溶解度、分散性和润湿性随着黑米粉添加量的增加呈现出先上升后下降的趋势，当黑米粉添加量为70%时，黑米复合代餐粉的感官评分、溶解度、分散性和润湿性最好；当黑米粉添加量过低或过高时，会使得黑米复合代餐粉的溶解度、分散性和润湿性明显减弱，并且导致冲调后口感较差。 黑米粉添加量为75%时，黑米复合代餐粉的水合能力达到最大值。 综合考虑，选择黑米粉添加量为65%、70%、75%，即为A1、A2、A3，进行正交试验分析。

表3 黑米粉添加量对黑米复合代餐粉品质的影响Table 3 Effect of the addition of the black rice powder on the quality of black rice meal-replacement powder

2.1.2 木糖醇添加量对黑米复合代餐粉品质的影响 由表4 可以看出，木糖醇添加量为10%时，溶解度最高达到82.21%；黑米复合代餐粉的润湿性随着木糖醇添加量的增加而不断减小；分散性随着木糖醇添加量的增加，呈现出先增加后降低的趋势，且在6%～10%具有较好的分散性；感官评分与水合能力随着木糖醇添加量的增加先增高后降低，在木糖醇添加量为8%时达到最佳效果，加入木糖醇可以提高代餐粉的甜度，增加风味，但添加过量木糖醇则会降低感官评分。 综合考虑，选择木糖醇添加量为6%、8%、10%，即为B1、B2、B3，进行正交试验分析。

表4 木糖醇添加量对黑米复合代餐粉品质的影响Table 4 Effect of the addition of xylitol on the quality of the black rice meal-replacement powder

2.1.3 羧甲基纤维素钠添加量对黑米复合代餐粉品质的影响 通过表5 可以看出，当羧甲基纤维素钠添加量达到0.6%时，黑米复合代餐粉的感官评分、溶解度和水合能力达到最佳，但当添加量超过0.6%以后则呈现出减小的趋势；分散性和润湿性随着羧甲基纤维素钠添加量的增加，呈现出先升高后降低的趋势，羧甲基纤维素钠添加量为0.8%时，黑米复合代餐粉具有最佳的分散性和润湿性，这是由于羧甲基纤维素钠作为一种食品增稠剂，它能使粉体在溶剂中均匀且稳定地分散(Duet al，2007)，但是当羧甲基纤维素钠添加量较多时，会使得冲调特性降低，变得过于浓稠。 综合考虑，选取羧甲基纤维素钠添加量为0.4%、0.6%、0.8%，即为C1、C2、C3，进行正交试验分析。

表5 羧甲基纤维素钠添加量对黑米复合代餐粉品质的影响Table 5 Effect of the addition of carboxymethylcellulose sodium on the quality of the black rice meal-replacement powder

2.2 正交设计试验结果

根据L9(34)正交试验设计表进行黑米复合代餐粉配方优化，并以黑米代餐粉的感官评分、溶解度、分散性、润湿性和水合能力作为试验指标。 正交试验设计及结果如表6 所示。

表6 正交设计试验结果Table 6 Orthogonal design results

对正交设计试验结果进行极差分析，结果如表7 所示。 3 种影响因素对黑米复合代餐粉的作用顺序各有不同，对感官评分分值的作用主次顺序为A>B>C，优组合为A1B1C3；对溶解度大小的作用主次顺序为C>B>A，优组合为A1B3C1；对分散性大小的作用主次顺序为A>C>B，优组合为A3B2C3；对润湿性大小的作用主次顺序为A>C>B，优组合为A3B2C1；对水合能力强弱的作用主次顺序为A>B>C，优组合为A1B2C3。 综合3 种影响因素对黑米复合代餐粉作用主次顺序，与相对应的优先组合考虑，得出黑米复合代餐粉的最优方案组合为A1B2C3，即黑米复合代餐粉添加量为65%、木糖醇添加量为8%，羧甲基纤维素钠添加量为0.8%。

3 结论

本研究以黑米复合代餐粉的感官评分、溶解度、分散性、润湿性、水合能力为考察指标，采用单因素和正交试验设计相结合的方法优化黑米复合代餐粉配比，最终得到黑米复合代餐粉的最佳配方。 根据正交试验设计，得到最佳配比为黑米粉添加量为65%、荞麦粉与黑芝麻粉添加量均为13.1%、木糖醇添加量为8%以及羧甲基纤维素钠添加量为0.8%，此时获得的黑米复合代餐粉品质为最佳。 按照此配方制作的黑米复合代餐粉口感绵绸，无明显颗粒感，有浓郁黑米、黑芝麻香味，入口醇厚，色泽均匀，冲调后组织均匀细腻，无结块无颗粒。