亚麻籽仁饮料原浆制备条件筛选及优化

吴峰党 ，区锡敏 ，叶军，王磊，娄华，黄桂东 *

1. 佛山科学技术学院食品科学与工程学院（佛山 528231）；2. 广东省传统发酵食品工程技术研究中心（佛山 528231）；3. 广东省食品流通安全控制工程技术研究中心（佛山 528231）；4. 佛山市酿造工程技术研究中心（佛山 528231）；5. 佛山市农业生物制造工程技术研究中心（佛山 528231）；6. 深圳市诚致生物开发有限公司（深圳 518107）；7. 佛山科学技术学院生命科学与工程学院（佛山 528231）

亚麻籽仁富含亚麻酸、亚油酸、蛋白质和膳食纤维等多种营养成分[1]，具有降血液胆固醇和血脂[2]、预防心脑血管疾病[3]、预防糖尿病[4]、增强免疫力等功能[5]。目前，国内亚麻籽仁商业利用多以压榨提取亚麻籽油为主，亚麻籽仁产品种类较为单一。研究表明，亚麻籽仁中含有丰富的蛋白质，占亚麻籽仁干重的21.9%～31.6%，人体所需的18种氨基酸含量也高达5.16%，且氨基酸评分较高[6-7]，但其开发利用程度不高，特别是亚麻籽仁饮料开发方面的研究较为缺乏。郑岩[8]和邹寅等[9]分别对亚麻籽仁植物蛋白饮料制备工艺和亚麻籽粕多肽饮料的制备进行了研究，初步设计了两款饮料，但目前市场上尚未见亚麻籽仁蛋白饮料。鉴此，试验选用亚麻籽仁为原料，以亚麻籽仁蛋白提取率为指标，研究不同打浆时间、打浆温度、料液比、碳酸氢钠浸泡用量、浸泡时间对亚麻籽仁饮料原浆制备的影响，并在此基础上，通过Plackett- Burman设计筛选、Box-Behnken设计优化亚麻籽仁饮料原浆制备工艺，以期获得较优的亚麻籽仁饮料原浆工艺条件，为开发亚麻籽仁蛋白饮料提供工艺参考，对丰富我国植物蛋白产品种类、促进亚麻籽深度开发利用具有一定指导借鉴意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料、仪器与设备

脱皮亚麻籽仁，深圳市某生物开发有限公司提供；硫酸铜、硫酸钾、硫酸、硼酸、甲基红指示剂、溴甲酚绿指示剂、亚甲基蓝指示剂、氢氧化钠、95%乙醇，购自天津市大茂化学试剂厂。

SKD-800自动凯氏定氮仪，上海沛欧分析仪器有限公司；SKD-08S3上海沛欧红外石英程序升温消化炉，上海沛欧分析仪器有限公司；Allegra 64R高速离心机，美国贝克曼库尔特有限公司；EPOCH2酶标仪，美国伯腾仪器有限公司；DJ13B-D08EC豆浆机，九阳股份有限公司；ME2002分析天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；ME104精密天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司。

1.2 操作要点

1.2.1 工艺流程

脱皮亚麻籽仁→热烫→浸泡→清洗→打浆→浆渣分离→亚麻籽仁饮料原浆→制备工艺优化

1.2.2 脱皮亚麻籽仁成分检测

检测脱皮亚麻籽仁蛋白质、脂肪等成分含量，为后续加工处理提供基础条件。其中蛋白质、脂肪、水分、氰化物含量采用GB 5009.5—2010，GB 5009.6—2016，GB 5009.3—2016和GB/T 5009.36—2016测定。

1.2.3 亚麻籽仁饮料原浆制备

选取100 g亚麻籽仁，用90～100℃热水热烫5 min，200 mL适度浓度小苏打溶液浸泡一段时间，清洗，在一定水温下依照适当的料水比于豆浆机下打浆；200目滤网过滤，以1 300 r/min离心5 min，除去亚麻籽仁渣及少许残留的壳，得亚麻籽仁原浆。

1.2.4 单因素试验

通过查阅文献，筛选出打浆时间、浸泡时间、打浆温度、小苏打用量和料液比5个单因素，研究其对亚麻籽仁饮料原浆的影响。以亚麻籽仁蛋白提取率为指标，对亚麻籽仁饮料原浆制作过程中打浆时间（15，20，25，30和35 min）、浸泡时间（20，30，40，50和60 min）、打浆温度（40，50，60，70和80℃）、小苏打用量占比（0.3%，0.4%，0.5%，0.6%和0.7%）、料液比（1∶7，1∶8，1∶9，1∶10和1∶11 g/mL）进行单因素试验，为后续筛选和优化试验奠定基础。

1.2.5 Plackett-Burman法筛选影响亚麻籽仁饮料原浆制备的关键工艺因素

根据对亚麻籽仁饮料原浆制备工艺的研究，选取试验次数N=12的试验设计，对打浆温度（A）、打浆时间（B）、浸泡时间（D）、小苏打用量（E）、料液比（G）5个因素进行考察，同时设C、F两列虚拟变量以考察试验误差，每个单因素分别选取低、高水平，响应值为蛋白提取率[10]，具体试验设计见表1。

1.2.6 Box-Behnken响应面法优化亚麻籽仁原浆制备工艺条件

在Plackett-Burman试验基础上，对筛选出的3个影响显著的关键因素水平，使用Design-Expert 8.0.6软件建立数学模型，以打浆温度（A）、打浆时间（B）、料液比（C）为自变量，蛋白提取率为因变量共设计17个处理组[11]，设计因素及水平见表2。

表1 Plackett-Burman试验设计因素及水平

2 结果与分析

2.1 脱皮亚麻籽仁成分检测结果与分析

经检测，脱皮亚麻籽仁蛋白含量为21.6 g/100 g，其含量与杏仁（25～27 g/100 g）及花生（26～36 g/100 g）较接近[12-13]。亚麻籽仁中铬含量为0.57 mg/kg，砷含量为0.018 mg/kg，铅、总汞未检出，远低于GB 5009.15—2014，GB 5009.11—2014，GB 5009.17—2014和GB 5009.12—2017规定的铬、砷、汞和铅在食品中的限量（铬1 mg/kg；砷0.1～0.7 mg/kg；汞 0.01～0.05 mg/kg；铅不超过1 mg/kg）。另外，氰化物未检出，说明此次研究使用的亚麻籽仁可用于蛋白饮料制备。

表3 脱皮亚麻籽仁成分检测结果

2.2 单因素试验结果与分析

以亚麻籽仁蛋白提取率为指标，对亚麻籽仁饮料原浆制作过程中打浆时间、浸泡时间、打浆温度、小苏打浸泡用量占比、料液比进行单因素试验。结果表明，当打浆时间、浸泡时间、打浆温度、小苏打用量和料液比分别为25 min，40 min，60℃，0.5%和1∶10 g/mL时，蛋白提取率最高，且与其他水平提取率相比，呈显著性差异（p＜0.05）。浸泡时间、打浆温度、小苏打用量和料液比对蛋白提取率的影响呈先上升后下降趋势；而打浆时间对蛋白提取率的影响，25和30 min时，差异不显著（p＞0.05），如图1所示。因此，选取打浆时间25 min、浸泡时间40 min、打浆温度60℃、小苏打用量0.5%和料液比1∶10 g/mL用于Plackett-Buman筛选试验。

图1 不同单因素对亚麻籽仁蛋白提取影响

2.3 Plackett-Burman法筛选影响亚麻籽仁饮料原浆制备工艺关键因素结果

为了从较多影响因素中，得到对蛋白提取率影响显著的因素，试验采用Plackett-Burman试验设计进行筛选[14]，结果如表4和表5所示。结果表明，打浆时间对蛋白提取率影响最显著（p＜0.01），其次为打浆温度和料液比（p＜0.05），小苏打用量和浸泡时间对蛋白提取率的影响未呈现出显著差异。因此，选择打浆时间、打浆温度、料液比3个单因素进行Box-Behnken响应面优化。

2.4 Box-Behnken响应面法优化亚麻籽仁饮料原浆制备工艺结果

Box-Behnken试验设计是工艺优化常用方法，其通过对回归方程分析来寻求最优工艺参数，找到各因素的最佳组合和响应最优值[15]。试验在Plackett- Burman试验基础上，选取磨浆时间、打浆温度、料液比3个因素进行优化试验，以找到亚麻籽仁蛋白饮料原浆制备的最优工艺条件，结果如表6和表7所示。用Design-Expert软件对表6数据进行多元回归拟合和方差分析，得到各因素对响应值的多元二次多项回归模型：蛋白质提取率=69.4+011A+2.79B-0.95C-0.33AB+0.90AC-2.5BC-0.26A2-4.41B2+0.27C2。

由表7可知，构建模型显著（p＜0.05），失拟项差异不显著（p＞0.05），模型对优化亚麻籽仁饮料原浆制备工艺有实际意义，其中R2=0.958 8，R2Adj=0.923 1，模型预测值与实测值拟合度良好，试验误差小，能够较好反映响应值变化。其中，一次项B（打浆时间）对蛋白提取率影响最显著（p＜0.01），其次为A（打浆温度）和C（料液比）（p＜0.05），各一次项对饮料制备工艺的影响度依次为B＞A＞C；此外，二次项B2和交互项BC对蛋白提取率影响最显著（p＜0.01），其余项对蛋白提取率影响不显著（p＞0.05）。

表4 Plackett-Burman试验设计结果

表5 Plackett-Burman试验设计结果方差分析

表6 Box-Behnken优化设计结果

表7 回归方程模拟方差分析

2.4.1 响应面结果分析

响应面是响应值对各因素所构成的三维空间结构，因素响应值影响越大，曲面越陡峭，二等高线中形状可以反映两两因素交互作用，椭圆表示两因素交互显著（p＜0.05），圆形则表示两因素交互作用不显著[16-20]。3个因素间交互作用对亚麻籽仁饮料原浆蛋白提取率的影响如图2所示，BC响应面曲线最陡，对蛋白提取率影响最显著，AB、AC响应面曲线趋于平缓，对蛋白提取率影响不显著（p＞0.05），这与方差分析（表7）一致。

2.4.2 验证试验结果

根据Design-Expet软件中的回归模拟分析，得到最优的亚麻籽仁饮料原浆制作工艺：打浆温度60℃、打浆时间26.2 min、料液比1∶9.7 g/mL。在此优化条件下，亚麻籽仁饮料原浆蛋白提取量为1.53 g/100 mL，提取率为70.6%。为进一步验证响应面法优化结果的可靠性，且考虑到试验操作方便性，将得到的最佳工艺条件定为打浆温度60℃、打浆时间26 min、料液比1∶10 g/mL。在此条件下重复3次试验，结果表明亚麻籽仁饮料原浆蛋白含量为1.53±0.07 g/100 mL，提取率为70.6%±0.35%，与预测值相近，说明模型准确有效。

图2 各因素交互作用对亚麻籽饮料蛋白质提取率的影响等高线和响应面

3 结论

试验基于对亚麻籽仁饮料原浆的研究，选取其蛋白提取率为指标，通过Plackett-Burman筛选设计实验和Box-Behnken优化实验得出影响亚麻籽仁饮料原浆制备工艺关键因素，分别为打浆时间、打浆温度和料液比，影响显著程度依次是打浆时间＞打浆温度＞料液比，并得出了最佳工艺条件：打浆温度60℃、打浆时间26 min、料液比1∶10 g/mL。在此优化条件下，制备的亚麻籽仁饮料原浆蛋白提取率较高，为70.6%± 0.35%其含量为1.53±0.07 g/100 mL。所得结果对亚麻籽植物蛋白饮料的研究与开发有一定科学意义，为亚麻籽蛋白资源的充分利用提供了较为有效的途径。