江 丹，陈 阳，宋庭宁，袁咏红，陈志元，孙代华

(1.劲牌持正堂药业有限公司，湖北 黄石 435000；2.湖北省中药配方颗粒工程技术研究中心，湖北 黄石 435000；3.中药保健食品质量与安全湖北省重点实验室，湖北 黄石 435000；4.中南民族大学，湖北 武汉 430074)

青稞是一种广泛分布于世界高原地区的栽培大麦品种，由于它的籽实没有外壳，所以又称之为裸大麦、米大麦、淮麦及元麦，主要分布在我国青藏高原、四川的甘孜州、云南的迪庆、甘肃的甘南等地[1]。青稞具有高蛋白、高纤维、高维生素、低脂肪、低糖等特点，并富含微量元素、β-葡聚糖等营养成分，其中青稞β-葡聚糖在谷类作物中含量最高[2]。青稞β-葡聚糖具有清肠、降低胰岛素水平、降低餐后血糖、提高免疫力等多种功能，是对人体健康十分有益的一种可溶性膳食纤维[3-6]。从青稞中提取出β-葡聚糖，制备青稞提取物并加以使用，可以更好地合理利用青稞农作物[7]。

市场上关于青稞的产品较多，例如青稞面条、青稞面包、青稞饼干等，但由于青稞原料口感粗糙而严重影响青稞产品的销量[8]。青稞的这个特性可以通过使用青稞提取物的方式来进行优化。文献发现，尚未有将高含量青稞β-葡聚糖提取物应用于酥性饼干中的报道。基于此，本研究首先制备出高含量青稞β-葡聚糖提取物，并将其添加于酥性饼干配方中，经过响应面法优化，提高青稞饼干的品质，为后续青稞的精深加工打下基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

高含量青稞β-葡聚糖提取物，实验室自制；低筋小麦粉，厦门欣味美贸易有限公司；起酥油，浙江金澳艺发食品科技有限公司；木糖醇，山东福田药业有限公司；食盐，江苏省盐业集团有限责任公司；小苏打，河南恩苗食品有限公司；冰乙酸、三氯甲烷、碘化钾、硫代硫酸钠、可溶性淀粉、石油醚、乙醚、异丙醇，天津大茂化工试剂厂；甲基叔丁基醚、酚酞、百里香酚酞、硝酸钠，西陇化工股份有限公司；三氯乙酸、硫酸铵，国药集团化学试剂有限公司；透析袋，源叶生物科技有限公司。

FA2004电子天平，上海精密科学仪器有限公司；高效凝胶排阻色谱仪，美国怀亚特技术公司；DGG-9023A 型电热恒温鼓风干燥箱，上海申贤恒温设备有限公司；PYX-150H-B 恒温恒湿培养箱，厦门精艺兴业科技有限公司；质构分析仪，美国Brook Field公司；Depelec NK55TCB烤箱，德普凯信有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1高含量青稞β-葡聚糖提取物的制备

称取100 g青稞米，粉碎后先用乙醇脱脂再进行发酵提取、浓缩，浓缩液醇沉干燥后得青稞粗提物7.7 g(β-葡聚糖质量分数为45.10%)。称取粗提物约5 g，加入适量纯水，加热使溶解得到均匀溶液，边搅拌边加入等体积5%三氯乙酸溶液(TCA)，4℃冷藏24 h，离心，收集上清液，加入适量95%乙醇醇沉至 40%，分离收集沉淀；沉淀用适量水加热使溶解，加入硫酸铵使浓度达到15%，分离收集沉淀，沉淀用15%硫酸铵盐溶液洗涤后加入适量纯水加热使溶解，溶液装入透析袋中，冷藏条件下透析3 d，收集截留液，加入适量95%乙醇醇沉浓度达40%，分离收集沉淀，低温干燥，得到1.2 g高含量青稞β-葡聚糖提取物(质量分数为81.85%)。

1.2.2高含量青稞β-葡聚糖饼干的制备

称取适量的起酥油后加入一定的木糖醇，搅拌均匀后加入鸡蛋液，继续搅拌至油水不分离，再加入按比例称量好的高含量青稞β-葡聚糖提取物、低筋小麦粉、食盐、小苏打、纯水继续搅拌揉捏至均匀。在揉面团的过程中注意水的加入量，使面团达到组织均匀且容易成型状态，若面团面筋形成不足，可将面团静置一段时间。最后，将制作好的面片碾压成适当厚度，并用磨具压制成型，送入烤箱中烘烤[9]。

1.2.3高含量青稞β-葡聚糖提取物分子量分布测定

采用高效凝胶排阻色谱法对高含量青稞β-葡聚糖提取物的分子量分布进行分析。将样品溶解于0.15 mol/L硝酸钠溶液，浓度为10 mg/ml，经0.22 μm滤膜过滤后注入色谱柱中。色谱条件：Shodex SB-803 HQ色谱柱(6 μm 8.0×300 mm)，柱温40℃；流动相：硝酸钠溶液；流速0.6 mol/min；进样量400 μl。

1.2.4饼干质构的测定

使用美国Brook Field质构分析仪对高含量青稞β-葡聚糖饼干进行质构测定，测试条件为：TA39探头，测前速率2.00 mm/s，测试速度2 mm/s，测后速度2 mm/s，压缩比80%，数据频率100 Hz[10]。

1.2.5饼干货架期研究

将包装好的饼干在反压式高温灭菌锅中灭菌后分成两批，第一批于20℃和湿度为75%的恒温恒湿箱中进行常温贮藏试验；第二批于60℃恒温恒湿培养箱中进行加速氧化试验，每隔2天测量一次饼干的POV值[11]。

1.2.6微生物指标测定

分别使用GB 4789.2—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》、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》平板计数法和GB 4789.15—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 霉菌和酵母计数》测定高含量青稞β-葡聚糖饼干的微生物数量。

1.2.7感官评定

挑选10名食品专业人员作为品评员，所有品评员均需身体健康，对色香味有良好的分辨能力。按照表1的评价标准对饼干进行感官评价，利用加权法计算总分，外观加权系数0.25，色泽加权系数0.25，组织状态加权系数0.25，风味加权系数0.25[12]。

表1 饼干的感官评定标准

1.2.8单因素实验

根据文献中的方法[8]，确定饼干基础配方为低筋小麦粉100 g，高含量青稞β-葡聚糖提取物14 g，起酥油28 g，木糖醇25 g，鸡蛋25 g，食盐0.5 g，小苏打0.4 g。以感官评分为指标，研究高含量青稞β-葡聚糖提取物添加量(12、14、16、18、20 g)，起酥油添加量(26、28、30、32、34 g)，食盐添加量(0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 g)，小苏打添加量(0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 g)，烘烤温度(155、160、165、170、175℃)对饼干品质的影响。

1.2.9响应面优化试验

依据单因素实验的结果，选取对饼干品质影响最大的4个因素设计Box-Benhnken试验，以高含量青稞β-葡聚糖提取物添加量(A)、起酥油添加量(B)、食盐添加量(C)和烘烤温度(D)为自变量，设定感官评分为响应值，进行优化实验，利用Design-Expert V8.0.6软件得到最佳饼干制作方法，实验设计表如表2所示。

表2 响应面试验设计因素与水平

1.3 数据分析

实验数据均采用“平均值±标准偏差”表示，采用Origin8.6软件绘制图形。

2 结果与分析

2.1 高含量青稞β-葡聚糖提取物分子量分布结果

高含量青稞β-葡聚糖提取物以及分子量测定色谱图见图1。

图1 高含量青稞β-葡聚糖提取物以及分子量测定色谱图

由图1可见，高含量青稞β-葡聚糖提取物呈现淡黄色且其色谱峰是一个单峰，这表明分子量的分布范围较为集中。

高含量青稞β-葡聚糖样品的分子量分布范围见表3，从表3数据中可以看出，高含量青稞β-葡聚糖的分子量范围主要集中在10万～20万u，且最大不超过60万u。

表3 质量分数为81.62%的青稞β-葡聚糖分子量测定数据

2.2 单因素实验

2.2.1高含量青稞β-葡聚糖提取物添加量对饼干品质的影响

高含量青稞β-葡聚糖提取物添加量对饼干品质的影响见图2。

图2 高含量青稞β-葡聚糖提取物添加量对饼干品质的影响

如图2所示，高含量青稞β-葡聚糖饼干的感官评分随着高含量青稞β-葡聚糖提取物添加量的增加呈现先升高后降低的趋势。显著性分析数据表明(P<0.05)，当青稞β-葡聚糖提取物添加量为16 g时，感官评分最高。这可能是因为添加一定量的青稞β-葡聚糖提取物有利于提高酥性饼干的酥性，改善内部组织结构。但是当青稞β-葡聚糖提取物添加量超过16 g时，由于青稞β-葡聚糖提取物不含蛋白质，过量的青稞β-葡聚糖提取物添加到低筋小麦粉中起到了稀释面筋蛋白的作用，削弱了面团的强度，从而使烘烤出的饼干口感较粗糙，导致感官评分降低[13]。因此，选择14、16、18 g作为水平因素。

2.2.2起酥油添加量对饼干品质的影响

起酥油添加量对饼干品质的影响见图3。

图3 起酥油添加量对饼干品质的影响

在酥性饼干的加工过程中，起酥油主要用来起酥和提高饼干的风味，在面团揉制和烘烤过程中，起酥油能增加面团的润滑度，利于面团成型，改善成品的口感[14-15]。如图3所示，高含量青稞β-葡聚糖饼干的感官评分先升高后降低，当起酥油添加量为30 g时，饼干的感官评分最高，当起酥油添加量大于30 g时，感官评分开始下降，这是因为随着起酥油的增加，面团面筋形成不足，导致饼干成型困难，且烤制的饼干口感油腻[16]。因此，选择28、30、32 g作为水平因素。

2.2.3食盐添加量对饼干品质的影响

食盐添加量对饼干品质的影响见图4。

图4 食盐添加量对饼干品质的影响

如图4所示，随着食盐添加量的增加，感官评分呈现先升高后降低的趋势。饼干中适量的食盐添加量决定着饼干是否咸度适中，当食盐添加量为0.5 g时，感官评分最高。因此，选择0.3、0.5、0.7 g作为水平因素。

2.2.4小苏打添加量对饼干品质的影响

小苏打添加量对饼干品质的影响见图5。

图5 小苏打添加量对饼干品质的影响

如图5所示，高含量青稞β-葡聚糖饼干的感官评分随着小苏打添加量的增加呈现先升高后降低的趋势。显著性分析数据表明(P<0.05)，当小苏打添加量在0.3～0.5 g时，感官评分无显著性差异。因此，不对小苏打添加量进行优化研究，确定饼干配方中小苏打添加量0.4 g。

2.2.5烘烤温度对饼干品质的影响

烘烤温度对饼干品质的影响见图6。

图6 烘烤温度对饼干品质的影响

烘烤温度对饼干的品质有着重要的影响[17-19]。由图6可知，烘烤温度为165℃时，饼干的感官评分最高。在此温度下，饼干色泽均匀，具有良好的青稞香味。因此，选择160、165、170℃作为水平因素。

2.3 Box-Benhnken试验

2.3.1响应面试验结果

根据单因素实验的结果，利用Box-Behnken法进行4因素3水平响应面优化试验，结果见表4。

表4 高含量青稞β-葡聚糖饼干响应面优化方案及结果

2.3.2响应面方差分析

利用多元回归方程拟合饼干响应面优化试验结果，得到以感官评分为指标的函数公式，编码回归方程模型为：

F=92.29+9.49A+0.67B+0.086C+

2.04D-1.77AB+0.69AC-

1.66AD+1.89BC-0.73BD+

0.27CD-11.15A2-10.10B2-

4.51C2-3.33D2

对上述模型进行方差分析以及显著性检验，结果见表5。

表5 响应面回归方程模型方差分析

从表5可以看出，该回归方程模型F值较大且P<0.000 1，说明上述预测模型效果极其显著。失拟项P=0.246 1>0.05，表示模型失拟检验不显著，说明该回归方程模型拟合度较高；R2=0.982 3，表明该模型预测的理论值与实际值相关性较高，模型调整系数RAdj2=0.972 6，说明该模型可以预测97.26%的饼干感官评分变化[20]。另外，模型A、D对饼干感官评分的影响高度显著(P<0.01)。从F值分析得出，各因素对饼干感官评分的影响次序是高含量青稞β-葡聚糖提取物添加量(A)>烘烤温度(D)>起酥油添加量(B)>食盐添加量(C)，因此可利用该模型预测饼干的品质变化。

2.3.3响应面立体分析图

高含量青稞β-葡聚糖提取物添加量、起酥油添加量、食盐添加量和烘烤温度四个因素之间两两之间的交互作用对饼干感官评分的影响见图7。

图7 不同影响因素及其交互作用对饼干感官评分的影响

从图7可以发现，在各自设定的范围内各个因素均存在着最高点，这表明各个参数的设置范围符合预测的趋势；从三维立体图中分析等高线图可知AD、AC、BD、CD的等高线形状呈近圆形，说明图中对应的两组因素之间的交互作用不显著(P>0.05)，而AB、BC呈椭圆形，说明图中对应的两组因素之间的交互作用显著(P<0.05)[21]。这项分析结果与表5中两两因素之间的方差分析数据相一致。

通过响应面软件得出的最优结果为高含量青稞β-葡聚糖提取物添加量16.89 g，起酥油添加量30.18 g，食盐添加量0.55 g，烘烤温度166.34℃，感官评分预测值为94.21分。根据实际情况综合考虑后，选用高含量青稞β-葡聚糖提取物添加量17 g，起酥油添加量30 g，食盐添加量0.55 g，烘烤温度166℃作为优化结果，经过三次验证实验，得出感官评分为94.12±0.50分，与模型预测值基本一致。因此，上述响应面优化模型对高含量青稞β-葡聚糖饼干制作方法的优化是可行的，对于实际生产有较大的指导意义[22-24]。

2.3.4饼干质构分析结果

通过响应面对高含量青稞β-葡聚糖饼干制作方法进行优化后，进行饼干质构检测实验，以饼干的硬度、弹性、胶着性和咀嚼性为考察指标，与两种市售饼干质构进行对比，比较三者之间的质构差异。数据结果见表6。

表6 高含量青稞β-葡聚糖饼干与市售饼干质构对比结果

由表6可见，高含量青稞β-葡聚糖饼干的胶着性和咀嚼性均高于另外两种酥性饼干，这说明高含量青稞β-葡聚糖饼干的酥性和咀嚼性较好，而硬度和弹性处于另外两种饼干之间，这说明该产品能达到市售的要求[25]。

2.3.5饼干货架期预测

60℃下高含量青稞β-葡聚糖饼干POV随贮藏时间变化的趋势见图8。

图8 60℃下高含量青稞β-葡聚糖饼干POV随贮藏时间变化的趋势

从图8中可知，高含量青稞β-葡聚糖饼干的初始过氧化值为0.019 1 g/100 g，随着饼干贮藏时间的延长，其过氧化值不断上升。另外，从图中可以看出，饼干前2天的过氧化值上升不明显，这可能是因为起酥油中含有部分抗氧化物质，随着抗氧化物质消耗殆尽，过氧化值开始急剧上升[26]。对图8中的POV变化曲线进行氧化动力学分析，其零级反应回归方程为：

Y=0.015 1X+0.006，

R2=0.923 7，

一级反应回归方程为：

lnY=0.251 4X-3.958 1，

R2=0.997 2，

由于一级反应回归方程R2值高于零级反应回归方程，因此使用一级反应回归方程预测饼干的货架期[27]。依据GB 7100—2015食品安全国家标准中的要求,饼干的过氧化值不得高于0.25 g/100 g，应用一级反应线性回归方程将Y值设为0.5，可以得出X值为12.98,同时根据Vant’Hoff方程式结论：在60℃条件下，物料的POV值加速一天相当于在20℃条件下货架期16 d，可以得出高含量青稞β-葡聚糖饼干在常温下的货架期为153 d。

20℃下高含量青稞β-葡聚糖饼干的感官评分和各项指标变化情况见表7。

表7 20℃下高含量青稞β-葡聚糖饼干的感官评分和各项指标变化情况

从表7中可以看出，153 d内饼干的过氧化值和酸价值均在国家标准范围内(酸价<5 mg/g)，同时微生物指标也未超过国家标准(菌落总数<105CFU/g，大肠菌群总数<102CFU/g，霉菌总数<50 CFU/g)，因此将高含量青稞β-葡聚糖饼干的货架期定为153 d是合适的[28-30]。

3 结论

本实验使用高含量青稞β-葡聚糖提取物为原料，通过单因素实验和响应面试验优化得到高含量青稞β-葡聚糖饼干的最优工艺为低筋小麦粉110 g，高含量青稞β-葡聚糖提取物17 g，起酥油30 g，食盐0.55 g，木糖醇25 g，鸡蛋25 g，小苏打0.4 g，烘烤温度166℃，烘烤时间15 min。采用质构仪对比高含量青稞β-葡聚糖饼干与市售饼干进行对比，证明高含量青稞β-葡聚糖饼干酥性和咀嚼性良好，符合市售饼干的标准。另外，本课题组对高含量青稞β-葡聚糖饼干的货架期进行预测，发现该产品的货架期为153 d，货架期内过氧化值、酸价值以及微生物指标均符合国家标准。

青稞是我国藏区主要的种植资源，由于市售青稞饼干使用青稞原粉从而导致饼干口感粗糙，不受消费者青睐。本课题组使用高含量青稞β-葡聚糖提取物制作青稞饼干，解决了这一难题。本实验不仅提高了青稞饼干的品质，也拓宽了藏区特色资源的销售渠道[31]。然而，由于实验条件限制，本课题组对青稞饼干的品质研究尚有不足之处，饼干制作过程中如何减少晚期糖基化终产物仍是一个需要研究的问题。后续，本课题组将对高含量青稞β-葡聚糖饼干的消化特性以及如何减少晚期糖基化终产物进行研究，以期继续提高饼干的品质。