香菇牛奶泡腾片的配方优化

◎ 殷浩哲，申乙钧，陈智伟

（南京体育学院，江苏 南京 210014）

牛奶是一种天然的营养产品，富含多种营养成分。有研究表明，运动前饮用高蛋白低脂牛奶有益于在中等强度耐力运动后缓解运动所产生的疲劳，并且还能提高运动能力[1]，牛奶作为新型的运动饮料具有很好的市场需求[2]。香菇是一种天然的营养产品。已有研究表明，香菇内含丰富的纤维素、钙、磷、铁、B族维生素、硒及多种蛋白质和氨基酸，是一种营养健康的食品[3]。香菇具有独特的香味，口感细腻顺滑，是世界第二大食用菌[4]。香菇具有降脂、降血糖功效，能够缓解健身运动时的肌肉酸痛，有助于健身人士的肠胃消化，增强免疫力[5]。此外，以菌类提取物等为原料开发的功能性饮品已成为近年饮料产品的开发热点。

泡腾片是以有机酸作为酸源，碳酸氢钠为碱源，在水中反应释放溶质的片剂[6-8]，其作为饮料剂型的一种新的载体，具有体积小、重量轻、溶解快速和易于控制口感的特点[9]。泡腾片由于以上的优点及其简单且较为成熟的制造工艺，产品的销售额在近几年内大幅度增加，广受消费者的喜爱，市场前景较为广阔[10-16]。本研究以奶粉、香菇粉作为主要原料制作新型香菇牛奶泡腾片，在单因素试验基础上，结合响应面法优化香菇牛奶泡腾片配方，为其生产发展提供可靠的数据及理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

香菇粉（兴化市水乡农家脱水蔬菜部）、脱脂牛奶粉（天津伊利乳业有限公司）、碳酸氢钠（上海商玺医药用品有限公司）、阿斯巴甜（河南万邦实业有限公司）、柠檬酸（河南万邦实业有限公司）、葡萄糖[金维他（福建）食品有限公司]、硬脂酸镁（山东优索化工科技有限公司）、羧甲基淀粉钠（河南万邦实业有限公司）和纯净水（杭州娃哈哈集团有限公司），以上所有试剂均为食品级。

1.2 仪器与设备

两柱油压式粉末压片机（鹤壁市万博仪器仪表有限公司）、龙蓓i2000电子天平、研钵和60目药筛。

1.3 试验方法

1.3.1 香菇牛奶泡腾片制备工艺

由于香菇粉、奶粉流动性差且常出现黏冲现象，本文采用酸碱混合直接压片的方法制备香菇牛奶泡腾片，将奶粉、香菇粉与柠檬酸、碳酸氢钠、葡萄糖、阿斯巴甜和羧甲基淀粉钠混合研磨后，过筛，与硬脂酸镁（润滑剂）混合压片制得香菇牛奶泡腾片。

1.3.2 香菇牛奶泡腾片感官评分标准

选择5名有相关经验人员组成感官评分小组，严格按照感官评定标准分别对泡腾片的口感、外观、色泽和香气（各25分，共100分）进行评分，感官评分标准见表1。

表1 香菇牛奶泡腾片感官评分标准表

1.3.3 单因素试验

（1）香菇粉添加量的选择。将香菇粉添加量范围设置为2%、3%、4%、5%、6%和7%，分为6组进行试验，确定添加范围。设置崩解剂酸碱用量70%、崩解剂酸碱比例0.9∶1、奶粉用量15%、羧甲基淀粉钠用量2%、阿斯巴甜用量2%、硬脂酸镁用量2%，不足的部分由填充剂葡萄糖补充。

（2）奶粉添加量选择。将奶粉添加量范围设置为16%、17%、18%、19%和20%，分为5组进行试验，确定添加范围。设置崩解剂酸碱用量70%、崩解剂酸碱比例0.9∶1、香菇粉用量5%、羧甲基淀粉钠用量2%、阿斯巴甜用量2%、硬脂酸镁用量2%，不足的部分由填充剂葡萄糖补充。

（3）崩解剂酸碱比例确定。将崩解剂酸碱比例设定为0.7∶1、0.8∶1、0.9∶1、1.0∶1、1.1∶1和1.2∶1，分为6组进行试验并对每组进行评分，确定崩解剂比例。在确定崩解剂酸碱比例时，设置崩解剂酸碱用量70%、奶粉用量15%、香菇粉用量5%、羧甲基淀粉钠用量2%、阿斯巴甜用量2%、硬脂酸镁用量2%，葡萄糖用量4%。

（4）崩解剂酸碱总用量的选择。将崩解剂酸碱总用量分别设定为40%、50%、60%、70%和80%，分为4组进行试验并进行评分，确定添加范围。在确定酸碱用量范围时，设置崩解剂酸碱比例0.9∶1、奶粉用量10%、香菇粉用量5%、羧甲基淀粉钠用量2%、阿斯巴甜用量2%、硬脂酸镁用量2%，不足的部分由填充剂葡萄糖补充。

（5）阿斯巴甜添加量的选择。将阿斯巴甜添加量分别设置为1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%，分为5组进行试验，确定添加范围。设置崩解剂酸碱用量70%、崩解剂酸碱比例0.9∶1、奶粉用量15%、香菇粉用量5%、羧甲基淀粉钠用量2%、硬脂酸镁用量2%，不足的部分由填充剂葡萄糖补充。

（6）羧甲基淀粉钠用量的选择。将羧甲基淀粉钠用量分别设置为1.4%、1.6%、1.8%、2.0%、2.2%和2.4%，分为6组进行试验，确定添加范围。在确定羧甲基淀粉钠的用量范围时，设置崩解剂酸碱用量70%、崩解剂酸碱比例0.9∶1、奶粉用量设置为10%、香菇粉用量为5%、阿斯巴甜用量为2%、硬脂酸镁用量为2%，不足的部分由填充剂葡萄糖补充。

1.3.4 响应面试验

在单因素试验基础上，选择对感官评价影响较大的A奶粉添加量、B崩解剂添加量、C阿斯巴甜添加量为考察因素，以感官评分（Y）为考察指标，进行响应面试验，试验设计见表2。

表2 响应面试验因素与水平设计表

2 结果与分析

2.1 香菇牛奶泡腾片配方研究

2.1.1 香菇粉添加量选择

在香菇粉添加量为2%～5%，泡腾片感官评分增加；添加量为5%时，感官评分最高，当添加量为5%～7%时，泡腾片感官评分下降，且溶解性较差，故将香菇粉添加量固定为5%。

2.1.2 奶粉添加量选择

奶粉添加量越高，汤色越白，奶香越浓，但崩解时间越长。当奶粉添加量为16%～20%时，汤色均较鲜亮，香气较浓，口感从适中至浓郁，能满足不同口味需求，故本试验最终选择奶粉添加量为16%、18%、20%进行响应面试验。

2.1.3 崩解剂酸碱比例确定

在本试验中的崩解剂中的酸源为柠檬酸，碱源为碳酸氢钠，选择崩解剂酸碱质量比例分别为0.7∶1、0.8∶1、0.9∶1、1.0∶1、1.1∶1和1.2∶1进行试验。由图1可知，当崩解剂酸碱质量比例为0.9∶1时，泡腾片感官评价良好，故选择崩解剂酸碱比例为0.9∶ 1。

图1 崩解剂酸碱比例对泡腾片感官评价的影响图

2.1.4 崩解剂酸碱总用量的选择

由图2可知，崩解剂酸碱总用量处于50%～70%时，感官评分逐渐增大，在崩解剂酸碱总用量为70%时，评分达到最高。当崩解剂酸碱总用量低于50%或高于70%时，评分降低明显。因此，选取崩解剂酸碱总用量分别为50%、60%、70%进行响应面优化试验。

图2 崩解剂添加量对泡腾片感官评价的影响图

2.1.5 阿斯巴甜添加量的选择

单因素试验表明，阿斯巴甜添加量处于1.5%～2.5%时，泡腾片甜味较好，口感适中，当阿斯巴甜添加量低于1.5%时，泡腾片甜味较淡，口感较差。当阿斯巴甜添加量高于2.5%，泡腾片呈奶香味，香菇香气均被掩盖，口感不佳，且过于单一。因此，选择阿斯巴甜添加量分别为1.5%、2.0%、2.5%进行响应面试验。

2.1.6 其他辅料选择

硬脂酸镁是常用的润滑剂。研究表明，0.5%硬脂酸镁能够保证压片的光洁度及物质分布的均匀性[16]。因此，选择0.5%的硬脂酸镁作为试验辅料。

羧甲基淀粉钠可作为可溶性片剂的高效崩解剂。经试验表明，1.8%、2.2%的羧甲基淀粉钠用量崩解发泡效果均良好，结合成本考虑，选择1.8%添加量作为试验用量。

填充剂是可以改善物料性能，或能增容、增重，降低物料的成本的固体物质。葡萄糖属于常用水溶性填充剂，在直接压片工艺中的表现优于乳糖与蔗糖，且葡萄糖更易吸收，便于运动中的能量补充，故选择葡萄糖作为泡腾片的填充剂，添加量为16.3%。

2.2 响应面优化试验

2.2.1 响应面试验结果分析

利用Design-Expert.V 8.0.6.1统计分析软件进行响应面试验设计，试验设计结果及方差分析结果分别见表3、表4。

表3 响应面试验结果表

通过响应面试验得到回归方程为Y=78.72+0.18A-1.08B+0.60C+1.45AB-1.40AC-0.20BC-0.88A2-2.48B2-3.04C2。由表3可知，模型F=10.87，P=0.002 4＜0.01，差异极显著，故模型具有显著性。失拟项F=2.22，P=0.228 1＞0.05，差异不显著，说明该回归方程拟合较好，影响拟合的因素对结果干扰很小。决定系数R2=0.933 2，即响应值的变化中所选变量的影响占93.32%，表明回归模型拟合程度良好，具有高度显著性，试验误差小，可以对香菇牛奶泡腾片的感官评分进行预测分析。

2.2.2 因素交互作用分析

由表4可知，B崩解剂添加量对感官评价得分影响显著，A奶粉添加量、C阿斯巴甜添加量对感官评价得分影响不显著。交互项AB、AC对感官评价得分影响显著、BC对感官评分影响不显著。二次项中B2和C2对感官评价得分影响极显著，A2对感官评分影响不显著。比较F值可知，对泡腾片感官评分影响的大小顺序为B（崩解剂添加量）＞C（阿斯巴甜添加量）＞A（奶粉添加量）。各因素交互作用对感官评分影响的响应面及等高线图见图3。

表4 方差分析结果表

由图3可知，AB、AC、BC这3个因素的交互作用对感官评分的影响可直观地反映在响应面图中，响应曲面变化幅度越为明显，曲面越陡峭，等高线越密集，则两因素之间的交互作用越显著。因此，3个因素交互作用的影响关系为AB＞AC＞BC，即奶粉添加量与崩解剂添加量交互作用的影响＞奶粉添加量与阿斯巴甜添加量交互作用的影响＞崩解剂添加量与阿斯巴甜添加量交互作用的影响。

图3 各因素交互作用对感官评分影响的响应面及等高线图

2.3 最佳配方预测与验证

对回归模型进行响应面分析，得到泡腾片最优工艺配方为奶粉添加量17.41%，崩解剂添加量56.9%、阿斯巴甜添加量2.09%。考虑到实际操作的可行性，将工艺参数修正为奶粉添加量17.4%、崩解剂添加量56.9%、阿斯巴甜添加量2.1%。此条件下，平行试验3次，进行验证试验，得到香菇牛奶泡腾片感官评分为80.8分，与理论感官评分预测值78.91分的相对误差较小，说明响应面试验所得最佳配方稳定可靠，可以用于香菇牛奶泡腾片的配方优化的预测与分析。

3 结论

本研究以奶粉、香菇粉、柠檬酸、阿斯巴甜、羧甲基淀粉钠、硬脂酸镁和葡萄糖为原辅料，制作香菇牛奶泡腾片。结果表明，奶粉添加量、崩解剂添加量以及阿斯巴甜添加量对香菇牛奶泡腾片的感官评分影响较大。以这3个因素为考察因素，进行响应面试验。结果表明，3个因素对泡腾片感官评分的影响顺序为崩解剂添加量、阿斯巴甜添加量和奶粉添加量。泡腾片工艺最优配方为香菇粉5%，崩解剂添加量56.9%（酸碱质量比为0.9∶1），阿斯巴甜2.1%，羧甲基淀粉钠1.8%，奶粉17.4%，硬脂酸镁0.5%以及葡萄糖16.3%，在此条件下的香菇牛奶泡腾片的综合感官评价为80.8分，且制得的香菇牛奶泡腾片外表光滑，质地均匀，放入水中崩解迅速，溶解良好，无明显沉淀，有明显香菇及牛奶香气，颜色呈乳白色以及酸甜适中。此外，制备工艺采取直接压片，工艺简单，制作容易，便于工业化生产，具备良好的适用价值，市场开发利用前景广阔。