芫根藜麦营养代餐粉的制备与配方优化

张艳珍，王 菲，曹文秀，李光英

（青海省轻工业研究所有限责任公司，青海 西宁 810000）

芫根（Brassica rapaL.）又名芜菁、蔓菁、恰玛古等，是青藏高原具有食、饲、药三用的特色农作物[1]。芫根质地脆嫩，甜中略带辛辣[2]，富含多糖、维生素、蛋白质、钙、磷、铁等多种营养成分[3]，具有抗缺氧[4]、抗疲劳[5]、降血脂[6]和抗氧化[7]等功效，素有“高原人参”的美誉，研究发现，经常食用芫根对人体非常有益。

藜麦（Chenopodium quinoaWilld.）是一年生双子叶苋科植物，最适栽植于高海拔地区。青藏高原地区种植的藜麦不仅含有种类丰富的蛋白质、膳食纤维、矿物质和维生素等基本营养物质，黄酮类、多酚类化合物及芦丁、皂苷等功能性成分的含量也很高，是最适宜人类的全营养食品[8]。与其他谷物相比，藜麦含有丰富的优质完全蛋白，具有无麸质、氨基酸评分高等特点[9]，同时有抗氧化、降糖降脂等功效[10]。藜麦作为一种营养丰富且能改善人体健康的作物，近年来成为食品加工业关注的热点之一。

营养代餐粉产品有谷物代餐粉、果蔬代餐粉两大类，因具有营养丰富、携带方便、易饱腹等优点而受到消费者的青睐[11-12]。将原料直接制备代餐粉冲调特性不佳，需要对原料进行改性处理。彭明军等[13]将藜麦挤压膨化成藜麦粉后提高了藜麦绿茶代餐粉的冲调特性；周美辰等[14]通过挤压工艺提高了高膳食纤维多谷物复合代餐粉的冲调性；符家忍[15]采用真空干燥改性原料提高了葛根复合代餐粉的冲调特性。这些研究表明原料通过改性处理可提高代餐粉的冲调特性。目前对原料进行喷雾干燥后超微粉碎制备代餐粉的报道较少。

芫根因含有硫代葡萄糖苷而具有特殊刺激性气味，不易被大众接收。若将芫根烘干后直接打粉处理，不仅口感差，营养成分也会损失。研究表明，喷雾干燥可保留原料的营养成分，提高粉末的冲调特性[16]。藜麦营养价值高，但藜麦中所含的皂苷物质使其口感略带苦涩，直接食用口感不佳。因此，研制一种具有口感风味佳、营养价值高的芫根藜麦营养代餐粉，在一定程度上可为高原农作物芫根和藜麦的进一步深加工提供参考借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

芫根，青海大学农林科学院种植；藜麦，青海大百集团有限责任公司；麦芽糊精，河南中辰生物科技有限公司；全脂奶粉，光明乳业股份有限公司；红枣粉，西安天一生物有限公司；羧甲基纤维素钠，河南万邦化工科技有限公司；黄瓜香精（固体），深圳市星牧生物工程有限公司；白砂糖，市售；二氧化氯泡腾片，山东任能生物科技有限公司；市售代餐粉，购于某五谷磨房。

石油醚、氢氧化钠、硫酸，四川西陇科学有限公司；硼酸，天津市光复精细化工研究所；硫酸铜、硫酸钾，天津市百世化工有限公司；钠（标准品），国家有色金属及电子材料分析测试中心；氯化钠、氯化铯，天津市百世化工有限公司；乙酸镁，天津市大茂化学试剂厂。

1.1.2 仪器与设备

JJ500 电子天平，常熟市双杰测试仪器厂；TU-1901 型紫外分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；JYL-C022E型多功能料理机，九阳股份有限公司；Quick-Brix 90 型手持糖度仪，梅特勒-托利多仪器有限公司；DFY-200C型高速万能粉碎机，DFY-600C 超微粉碎机，上海皓庄仪器有限公司；NDJ-8S型数显旋转黏度计，上海沪粤明科学仪器有限公司；SZC-D 型脂肪测定仪，上海纤维仪器有限公司；Z-2000型原子吸收光谱仪，日本日立公司；SKD-800型自动定氮仪，上海沛欧分析仪器有限公司；DGG-9123A 型电热恒温鼓风干燥箱，上海森信实验仪器厂；LRH-250 型生化培养箱，上海一恒科技有限公司；SW-CJ-2D 型双人净化工作台，上海苏净实业有限公司；LDZF-50L-II 型高压立式灭菌锅，兰州新创基因分析仪器有限公司；WP-UPT-20 标准型超纯水机，四川沃特尔水处理设备有限公司；XGQ-15F涡轮水洗机，江苏美森洗涤设备有限公司；SJH-01A 冷风式降温机，昆山晟嘉辉机械设备有限公司；RE-6000A型旋转蒸发器，上海亚原生化仪器厂；SZM-20搅拌罐，广州旭众食品机械有限公司；KY-II-3DP 灌装机，广州科源机械设备有限公司。

1.2 方法

1.2.1 芫根藜麦营养代餐粉制备工艺流程

1.2.2 原料的制备

1.2.2.1 芫根粉的制备

新鲜芫根用清水洗净，除去坑洼处的泥沙，待表皮水分蒸发后，去根须、去皮，将芫根块根切成厚度均匀的薄片置于鼓风干燥箱中，于40～60 ℃下干燥至水分含量低于10%。将干燥后的芫根块根用粉碎机粉碎成60 目左右芫根颗粒，将其与蒸馏水按照质量比1∶8 混合加热至沸腾，水提3 h 后冷却至室温，用4层纱布过滤；将滤液用旋转蒸发器浓缩至浸膏状态。将浸膏与麦芽糊精按照质量比分别为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1 的比例进行喷雾干燥，得到芫根提取物粉末，分别标记为样品1、样品2、样品3 和样品4，将粉末过180 目筛得到芫根粉。对照组为鼓风干燥箱干燥后直接粉碎过180目筛处理的粉末。

1.2.2.2 藜麦粉的制备

使用二氧化氯泡腾片对藜麦进行浸泡杀菌。浸泡杀菌时间为5～10 min，藜麦与浸泡水质量比为1∶2，泡腾片有效成分添加量为每5～10 kg 藜麦添加0.008‰～0.016‰的ClO2。使用涡轮水洗机对藜麦清洗3次，每次清洗3～5 min，以去除藜麦中的皂苷，每次清洗后进行脱水。将去皂苷的藜麦与纯净水按质量比1∶2浸泡40 min后进行脱水。将脱水的藜麦放入炒货机，温度控制为180 ℃，烤制30～40 min后放入冷风式降温机中冷却至室温。再将炒藜麦置于超微粉碎机中粉碎并过180目筛，取筛下粉末，即为藜麦粉。

1.2.3 芫根藜麦营养代餐粉的制备

将分别过80 目筛后的芫根提取物、藜麦粉、奶粉、麦芽糊精、白砂糖和红枣粉依次加入搅拌罐中混合，搅拌均匀后，再加入黄瓜香精，边加入边搅拌，直至充分混合均匀，得到混合料。按照每瓶25 g进行灌装，得到芫根藜麦营养代餐粉成品。

1.2.4 感官评价方法

将制备好的芫根藜麦营养代餐粉随机分组编号，按料水比1∶5（g/mL）的比例用80 ℃水冲泡。感官评价小组由10 名食品专业的人员组成，其中男士4 名，女士6 名。感官评价要求评定人员每评定完1 个样品后以清水漱口，间隔5 min 再评定下1 个样品。芫根藜麦营养代餐粉感官评分标准如表1所示。

表1 芫根藜麦营养代餐粉感官评分标准Table 1 Sensory scoring standard of Brassica rapa L.and quinoa nutritional meal replacement powder

1.2.5 芫根粉的筛选

通过考察芫根粉的堆密度和溶解性确定芫根藜麦营养代餐粉中的芫根粉。

1.2.6 单因素试验设计在多次预试验的基础上，确定芫根藜麦营养代餐粉的基础配方，其中芫根粉添加量6.25 g，藜麦粉添加量5.00 g，奶粉添加量4.25 g，白砂糖添加量3.75 g，红枣粉添加量2.50 g，麦芽糊精添加量2.50 g，黄原胶添加量0.50 g，黄瓜香精添加量0.25 g。选取芫根粉添加量（2.50、3.75、5.00、6.25、7.50 g）、藜麦粉添加量（2.50、3.75、5.00、6.25、7.50 g）、奶粉添加量（3.25、3.75、4.25、4.75、5.25 g）和白砂糖添加量（2.75、3.25、3.75、4.25、4.75 g）为主要影响因素进行单因素试验，研究各主要原料对芫根藜麦营养代餐粉感官品质的影响。

1.2.7 正交试验设计

在单因素试验结果的基础上，以芫根粉添加量、藜麦粉添加量、奶粉添加量和白砂糖添加量为主要影响因素，以产品的感官评分为评价指标，采用L9(34)正交试验设计对芫根藜麦营养代餐粉的配方进行优化。正交试验因素水平见表2。

表2 芫根藜麦营养代餐粉的正交试验因素和水平表Table 2 Orthogonal test factors and levels of Brassica rapa L.and quinoa nutritional meal replacement powder单位：g

1.2.8 测定项目与方法

1.2.8.1 堆密度

将物料从漏斗中散落至量筒中，测定物料的体积，称量容器与粉体的质量之和，连续测定3次，用公式计算堆密度。

式中：ρ为堆密度，g/cm3；m1为容器与粉体的质量之和，g；m2为容器的质量，g；V为物料的体积，cm3。

1.2.8.2 溶解性

参照张康逸等[17]的方法测定。

1.2.8.3 能量参照GB/Z 21922—2008《食品营养成分基本术语》[18]中的方法计算。

1.2.8.4 蛋白质含量按GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》[19]中的第一法进行测定。

1.2.8.5 脂肪含量参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》[20]中的第一法进行测定。

1.2.8.6 碳水化合物含量参照GB/Z 1922—2008《食品营养成分基本术语》[18]中的方法计算。

1.2.8.7 钠含量参照GB 5009.91—2017《食品安全国家标准 食品中钾、钠的测定》[21]中的第三法进行测定。

1.2.8.8 水分含量参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》[22]中的第一法进行测定。

1.2.8.9 灰分含量参照GB 5009.4—2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》[23]中的第一法进行测定。

1.2.8.10 黏度

参照游新勇等[24]的方法。称取2 g 代餐粉，随后加入10 mL 温度为80 ℃的水，搅拌10 min，再静置10 min，使用数显旋转黏度计选择合适的转子对其进行黏度测定。

1.2.8.11 菌落总数

参照GB 4789.2—2022《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》[25]的方法进行检测。

1.2.8.12 大肠菌群

参照GB 4789.3—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 大肠菌群计数》[26]中的方法进行检测。

1.2.9 冲调条件对代餐粉冲调性的影响

参考彭明军等[13]的方法，稍作改进。称取25 g芫根藜麦营养代餐粉，按料液比1∶5（g/mL）加水后用搅拌勺充分搅拌。以感官评价为指标，考察冲调温度（70、75、80、85、90 ℃）和冲调比例（1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7（g/mL））对代餐粉冲调性的影响。

1.2.10 数据处理

采用Microsoft Excel 2010 软件进行数据处理，利用Origin 2016绘图。

2 结果与分析

2.1 芫根粉的筛选

不同芫根粉堆密度和溶解性如图1所示。

图1 不同芫根粉堆密度和溶解性Fig.1 Bulk density and solubility characteristics of different Brassica rapa L.powder

堆密度越大，表明粉体在液相中的分散越均匀，悬浮性越好。由图1可知，不同芫根粉的堆密度大小排序为：样品3＞样品2＞样品4＞样品1＞对照组。其中：样品3的堆密度值最高，为0.327 2 g/cm3；对照组最低，为0.289 4 g/cm3。经喷雾干燥的芫根粉样品溶解性较对照组明显提升，因为喷雾干燥是将芫根水溶性提取物浓缩后进行干燥，对照组中的芫根则是直接打粉，故含有较多粗纤维和其他不溶于水的物质。样品3的溶解性最佳，达88.69%。综合堆密度和溶解性两个因素，选择样品3芫根粉作为芫根藜麦营养代餐粉的原料。

2.2 单因素试验结果

2.2.1 芫根粉添加量对芫根藜麦营养代餐粉感官品质的影响

因芫根含有硫代葡萄糖苷而具有刺激性气味，对营养代餐粉的风味及香气影响极大，故本试验以产品呈现最佳风味为主要考察要点，探究芫根粉添加量对芫根固体饮料感官品质的影响，结果见图2。

图2 芫根粉添加量对代餐粉感官品质的影响Fig.2 Effect of the adding amount of Brassica rapa L.powder on the sensory quality of meal replacement powder

由图2可以看出，随着芫根粉添加量的增多，代餐粉的感官评分呈现先升高后降低的趋势。出现这一现象的原因是：芫根特有的刺激性气味能使人产生不愉悦感。芫根粉添加量过低会使芫根藜麦营养代餐粉失去产品独有的风格；而芫根粉添加量过高所呈现的香气及风味则会使不愉悦感增强，降低产品的感官品质。当芫根粉添加量为5.00 g时，代餐粉的整体香味协调，口感良好。

2.2.2 藜麦粉添加量对芫根藜麦营养代餐粉感官品质的影响

藜麦是一种营养价值极高的粮食作物，富集多种氨基酸及非必需氨基酸，可提高芫根固体饮料产品品质。由于藜麦含有大量皂苷，用量过高会使产品呈苦涩口感，易掩盖芫根特有的风味，因此适宜的添加量是保障饮料最佳口感的重要因素，故本试验探究了不同藜麦粉添加量对芫根藜麦营养代餐粉感官品质的影响，结果如图3所示。

图3 藜麦粉添加量对代餐粉感官品质的影响Fig.3 Effect of the adding amount of quinoa powder on the sensory quality of meal replacement powder

由图3 可以看出，随着藜麦粉添加量的增加，代餐粉的感官评分呈现先升高后降低的趋势。出现这一现象的原因是：藜麦中含有大量的皂苷，添加量过高会使产品芫根风味减弱、苦味增加，添加量过低则会降低产品的口感及品质。当藜麦粉添加量为5.00 g时，代餐粉的香气口感最佳，保证了产品品质。

2.2.3 奶粉添加量对芫根藜麦营养代餐粉感官品质的影响

由图4可以看出，随着奶粉添加量的增加，产品的感官评分呈现先升高后降低的趋势。出现这一现象的原因是：奶粉能够赋予固体饮料独特的风味。提高奶粉添加量可赋予代餐粉浓郁的香气，继而提高感官评分；而奶粉添加量过高则会影响固体饮料中其他辅料的呈香，使芫根藜麦营养代餐粉整体香味不协调，出现异味感，导致代餐粉感官品质下降。当奶粉添加量为4.25 g时，饮料香气香味最为适宜，且代餐粉的香味协调，无异味感，品质较好。

图4 奶粉添加量对代餐粉感官品质的影响Fig.4 Effect of the adding amount of milk powder on the sensory quality of meal replacement powder

2.2.4 白砂糖添加量对芫根藜麦营养代餐粉感官品质的影响

在芫根藜麦营养代餐粉中，白砂糖添加量对代餐粉的感官品质，尤其是口感有重要影响，通过调整芫根藜麦营养代餐粉中白砂糖添加量探究其对代餐粉感官品质的影响，结果如图5所示。

图5 白砂糖添加量对代餐粉感官品质的影响Fig.5 Effect of the adding amount of white granulated sugar on the sensory quality of meal replacement powder

由图5 可知，随着白砂糖添加量的增加，产品的感官评分呈现先升高后降低的趋势。因为白砂糖在代餐粉中能赋予产品甜味，有助于提高成品的感官品质。随着白砂糖添加量的提高，代餐粉的甜度逐渐上升，白砂糖添加量继续增加，则使代餐粉出现偏甜和腻口现象。因此，当白砂糖添加量为3.25 g 时，产品的感官评分最高，风味、滋味、回味感均较好。

2.3 正交试验结果

芫根藜麦营养代餐粉配方优化的正交试验结果见表3。

表3 芫根藜麦营养代餐粉正交试验结果分析表Table 3 Analysis of the results of orthogonal test on Brassica rapa L.and quinoa nutritional meal replacement powder

通过正交试验极差分析结果可以看出，各因素对芫根藜麦营养代餐粉影响的主次顺序为：芫根粉添加量（A）＞奶粉添加量（C）＞藜麦粉添加量（B）＞白砂糖添加量（D），即对芫根藜麦营养代餐粉感官品质影响最大的是芫根粉，其次是奶粉，再次是藜麦粉，最后是白砂糖。通过正交试验得到芫根藜麦营养代餐粉的最佳配方是A3B2C3D2，即芫根粉添加量6.25 g，藜麦粉添加量5.00 g，奶粉添加量4.75 g，白砂糖添加量3.25 g，奶粉添加量4.25 g，白砂糖添加3.75 g，红枣粉添加量2.5 g，麦芽糊精添加量2.5 g，黄原胶添加量0.5 g，黄瓜香精添加量0.25 g。通过换算得出：芫根粉添加量25%（以成品质量计，以下成分同），藜麦粉添加量20%，奶粉添加量19%，白砂糖添加13%，红枣粉添加量10%，麦芽糊精添加量10%，黄原胶添加量2%，黄瓜香精添加量1%。该条件下制备的芫根藜麦营养代餐粉口感和风味最佳，质地稳定。

2.4 芫根藜麦营养代餐粉最佳配方的验证

由于芫根藜麦营养代餐粉最佳配方A3B2C3D2未在正交表中，因此进行芫根藜麦营养代餐粉最佳配方的验证试验，试验重复3次，结果见表4。

表4 芫根藜麦营养代餐粉验证试验及结果Table 4 Validation test and results of Brassica rapa L.and quinoa nutritional meal replacement powder

由表4可以看出，最优配方下制得的产品感官评分平均值为87.52 分，高于正交试验表中的所有组合，因此采用正交试验优化的结果作为芫根藜麦营养代餐粉的最优配方。

2.5 冲调条件对代餐粉的影响

冲调过程中水温以及水与代餐粉的比例对代餐粉的感官品质影响较大[13]。冲调温度对芫根藜麦营养代餐粉感官品质的影响如图6所示。

图6 冲调温度对代餐粉感官品质的影响Fig.6 Influence of reconstitution temperatures on the sensory quality of meal replacement powder

由图6 可知，随着冲调温度的升高，代餐粉的感官评分呈先升高后降低的趋势。当冲调温度低于80 ℃时，代餐粉较稀。当冲调温度为80 ℃时，代餐粉冲调后的黏稠度和口感最佳。当冲调水温高于80 ℃时，代餐粉冲调后随着温度的升高而逐渐变黏稠，感官品质下降。可能是代餐粉随着冲调水温不断升高，其粉体与水分子接触，在其表面迅速形成黏度高的糊化层[27]。因此，选择80 ℃为最佳冲调温度。

在冲调温度为80 ℃的条件下，冲调比例（料水比）对代餐粉感官品质的影响如图7所示。

图7 冲调比例对代餐粉感官品质的影响Fig.7 Influence of reconstitution solid-liquid ratios on the sensory quality of meal replacement powder

由图7可知，随着冲调水量的增加，产品的感官品质呈先升高后降低的趋势。当料水比为1∶5（g/mL）时，代餐粉冲调后黏稠度适宜，结团最少，口感最佳。当冲调水量较少时，代餐粉经冲调后过于黏稠，结团较多，感官品质不佳；而冲调水量过多则会造成代餐粉较稀，黏度过低，口感和香气不明显。因此，代餐粉最佳料水比为1∶5（g/mL）。

结合冲调温度和冲调比例，代餐粉的最佳冲调条件建议为：冲调温度80 ℃，料水比1∶5（g/mL）。

2.6 芫根藜麦营养代餐粉产品质量检测结果

对正交试验优化所得的芫根藜麦营养代餐粉进行质量检测，结果如表5所示。所得的产品质量符合T/CNSS 002—2019[28]代餐食品相关标准（835 kJ≤能量≤1 670 kJ）。

表5 芫根藜麦营养代餐粉产品质量评价表Table 5 Quality evaluation table of Brassica rapa L.and quinoa nutritional meal replacement powder

2.7 芫根藜麦营养代餐粉与市售代餐粉产品比较结果

将本试验研制的芫根藜麦营养代餐粉与市售代餐粉产品进行感官评价和营养成分对比，结果如图8和表6所示。

图8 两款代餐粉感官评价结果Fig.8 Sensory evaluation results of two meal replacement powder

表6 两款代餐粉营养五项比较结果Table 6 Comparison results of five nutrients of two meal replacement powder

由图8可知，与市售营养代餐粉相比，芫根藜麦营养代餐粉的口感和香气较差，色泽和组织状态较好，整体在可接受的范围。由表6可知，芫根藜麦营养代餐粉的脂肪含量和钠含量比市售代餐粉低，能量和碳水化合物含量稍高。综合来看，芫根藜麦营养代餐粉产品可满足当下消费者对代餐粉的消费需求。

3 结论

以青藏高原特色农产品芫根和藜麦为主要原料，通过单因素和正交试验优化得到芫根藜麦营养代餐粉的最佳配方为：以成品质量计，芫根粉添加量25%，藜麦粉添加量20%，奶粉添加量19%，白砂糖添加量13%，红枣添加量10%，麦芽糊精添加量10%，黄原胶添加量2%，黄瓜香精添加量1%。产品理化检测指标显示：蛋白质含量5.9 g/100 g，脂肪含量1.6 g/100 g，水分含量4.81%，黏度116 mPa·s。该芫根藜麦营养代餐粉呈淡土黄色，色泽均匀，冲调后口感细腻，气味香甜，具有携带、运输方便的优点。采用芫根提取物，既保留了芫根原有的营养成分和活性成分，又改善了芫根粉口感粗糙的缺点。同时，在芫根提取物中添加去皂苷的藜麦粉，不仅使冲调粉具有谷物的芳香，还协调了芫根的特殊气味。芫根藜麦营养代餐粉的研制丰富了高原特色农产品在代餐粉领域的应用。