燕麦（Arena sativa L.）为禾本科植物，《本草纲目》中称之为雀麦、野麦子[1]。现代研究表明燕麦除了含有营养元素之外，还含有大量的生物活性分子，如多糖类、酚类、生物碱类等化学成分，具有抗氧化、调节血糖、抗癌、抗菌、降低胆固醇等生物活性[2]。燕麦中的β－葡聚糖含量高于所有其它谷物，是降血脂药物中的主要成分，并且具有降低患冠心病、糖尿病和癌症的风险[3-4]。目前，对于燕麦的研究多集中在其活性成分和提高产量、品质等方面，但对燕麦类产品的开发及应用研究较少。谷物类饮料加工是谷物开发的新方向。燕麦的营养成分以及功能特性都表明，燕麦是一种适合开发成饮料的谷物。咖啡是茜草科（Rubiaceae Juss.），属多年生常绿灌木或小乔木[5]。原产于非洲埃塞俄比亚，素有“黑上金子”的美称，它和茶叶、可可并称为世界三大饮料，咖啡生长于热带、亚热带气候，云南、海南、广东、广西是咖啡在中国的主产地，其中云南很多地区的气候条件非常适宜小粒咖啡生长，我国95%以上的小粒咖啡主要在云南地区种植。云南种植的小粒咖啡浓而不苦，香而不烈，并且带有独特的果香味[6]。由于受西方咖啡文化的影响，咖啡越来越受到时尚青年、白领和商务人士的欢迎，起到提神醒脑的作用。
目前，燕麦类饮料的开发主要有3类：传统型燕麦饮料[7]、酶解型燕麦饮料[8]、发酵型燕麦饮料[9-14]。结合3种类型的优缺点，将传统型与酶解型二者结合起来，采用单一纤维素酶酶解的方式对燕麦进行处理，提高燕麦浆在饮料中的稳定性，增加燕麦浆中可溶性糖类的含量。以酶解后燕麦浆、咖啡液及白砂糖和乳粉为原料，进行燕麦咖啡饮料配方的调配，采用感官评分为指标进行单因素试验再以响应面优化配方，最终确定燕麦咖啡饮料的最佳工艺，为后续的燕麦咖啡饮料开发提供重要参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
生燕麦片、白砂糖、乳粉：市售；咖啡豆（云南小粒咖啡，中度烘培）：云南徳潞咖啡有限公司；纤维素酶（酶活力50 000 U/g）：宁夏和氏璧生物技术有限公司；硫酸（分析纯）：天津市风船化学试剂科技有限公司；蒽酮（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；黄原胶（食品级）：内蒙古阜丰生物科技有限公司；蔗糖脂肪酸酯（食品级）：柳州爱格富食品科技股份有限公司；单甘酯（食品级）：河南恩苗食品有限公司；微晶纤维素（食品级）：曲阜市天利药用辅料有限公司。
1.2 仪器与设备
HX-PB811破壁机：佛山市海迅电器有限公司；JC-SY数显电子恒温水浴锅：南通嘉程仪器有限公司；MC-CL22X3-103电磁炉：广东美的生活电器制造有限公司；T6新世纪紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；H3-18K台式高速离心机：湖南可成仪器设备有限公司；GYB60-60S高压均质机、JM-80胶体磨：上海华东高压均质机厂。
1.3 试验方法
1.3.1 燕麦咖啡饮料的工艺流程及操作要点
燕麦咖啡饮料的工艺流程：生燕麦→蒸煮→打浆→酶解→稀释过滤→灭酶→配方调配→复合稳定剂→过胶体磨→均质→罐装→灭菌。
操作要点：1）挑选生燕麦。选择质地好、无虫洞、无霉变的生燕麦；2）蒸煮：生燕麦清洗干净后，蒸煮熟透，标准为燕麦切开后中间没有白芯；3）打浆：将蒸煮好的燕麦以料液比 1∶5（g/mL）加水破壁 1 min；4）纤维素酶酶解；5）稀释过滤：燕麦固液混合物进行稀释，比例为1∶1（g/mL），后采用4层纱布过滤，得到燕麦浆；6）灭酶：燕麦浆在锅中煮沸 5 min；7）准备咖啡液：咖啡豆粉碎过80目筛，咖啡粉与水（90℃）以质量比为1∶10混合浸提10 min，用200目滤布过滤后待用；8）调配：在燕麦浆中加入咖啡液、乳粉、白砂糖进行调配，待乳粉、白砂糖溶解后，添加复合乳化稳定剂：黄原胶0.15%、蔗糖脂肪酸酯0.10%、微晶纤维素0.25%、单甘酯0.08%（调配中除燕麦浆与咖啡液配比按照体积比外，其他添加量都是通过质量百分数换算），加热搅拌加快溶解，待基本溶解完全以后，煮沸；9）过胶体磨、均质：胶体磨细度参数5 μm、均质压力20 MPa、时间10 min，单次即可；10）灌装：均质后迅速进行灌装，分装到经灭菌处理的200 mL玻璃瓶中，加盖但不旋紧，放入水浴锅中加热脱气，水沸腾以后把瓶盖旋紧，然后进行灭菌[15]；11）灭菌：沸水灭菌 15 min，冷却，储藏。
1.3.2 燕麦浆酶解试验
燕麦进行蒸煮糊化打浆以后进行酶解试验。选择酶解温度、酶解时间、酶添加量进行单因素试验，以燕麦浆中的可溶性糖含量为考察指标，确定纤维素酶酶解燕麦的条件[16-17]。
可溶性糖含量测定方法：分别取0.1 mg/mL的葡萄糖溶液 0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 mL 于试管中，补足1 mL，加入4 mL蒽酮溶液混匀，沸水浴10 min，冷却至室温（25℃），在620 nm下测定吸光度，以纯水作为空白，作标准曲线。酶解后将燕麦浆过滤去除滤渣，放入离心管中，在6 500 r/min进行离心10 min后取上层清液，稀释100倍后在620 nm下测定吸光度。
1.3.3 燕麦咖啡饮料的配方工艺优化
取一定量的燕麦浆、咖啡液及乳粉、白砂糖进行燕麦咖啡饮料的配方调配。在单因素试验的基础上，选择燕麦浆与咖啡液体积比、白砂糖添加量、乳粉添加量为3个考察因素，以感官评分为考察指标，根据Box-Behnken中心组合试验设计原理，采用响应面分析法，对燕麦咖啡饮料的配方进行优化。
感官评定方法：选定10名具有食品专业相关知识的人员组成感官评定小组，对产品滋味和气味、组织状态、色泽进行综合评分，取其评分的平均值，评分标准参照谷物类饮料轻工行业标准[18]，并作修改，见表1[19-20]。
表1 燕麦咖啡饮料的感官评定标准
Table 1 Sensory evaluation standard of oatmeal coffee beverage
项目 满分 评分标准 评分滋味和气味 50 具有浓郁的咖啡及燕麦的滋味和气味，无异味 45～50具有咖啡及燕麦的滋味和气味，甜味较甜或较淡，无明显异味 40～44咖啡或燕麦的滋味和气味太淡，有咖啡的苦涩厚味 35～39组织状态 25 呈均匀液体，无黏稠、分层现象 20～25呈较为均匀的液体，无分层现象，黏稠 15～19液体不均匀，有分层现象 10～14色泽 25 色泽均匀一致，具有咖啡的色泽 20～25呈浅咖啡色，色泽较均匀 15～19颜色太淡或太浓，色泽不均匀 10～14
1.4 微生物指标测定
菌落总数的测定参照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》；大肠菌群测定参照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》。
1.5 数据处理
利用Microsoft Excel 2010进行数据分析及作图。
2 结果与分析
2.1 燕麦酶解单因素试验结果分析
2.1.1 不同酶解温度对燕麦浆可溶性糖含量的影响酶解温度对燕麦浆可溶性糖含量的影响见图1。
图1 不同酶解温度下燕麦浆可溶性糖含量
Fig.1 Soluble sugar content of oat pulp under different
enzymatic hydrolysis temperatures
由图1可以得出，随着酶解温度的升高，燕麦浆的可溶性糖含量也逐渐升高，到达65℃时纤维素酶对燕麦酶解的效果最好，可溶性糖含量最高，之后随着温度升高，燕麦浆的可溶性糖含量降低。故选择65℃作为燕麦酶解的温度。
2.1.2 不同酶添加量对燕麦浆可溶性糖含量的影响
酶添加量对燕麦浆可溶性糖含量的影响见图2。
图2 不同酶添加量下燕麦浆可溶性糖含量
Fig.2 Soluble sugar content of oat pulp under different enzyme dosage
由图2可以看出，随着酶添加量的增加，燕麦浆的可溶性糖含量逐渐增加。当添加量到达40 U/g时酶解效果最好。随后增加酶添加量，对于燕麦浆的可溶性糖含量影响不大，并且有降低趋势。故选择酶添加量为40 U/g。
2.1.3 不同酶解时间对燕麦浆可溶性糖含量的影响
酶解时间对燕麦浆可溶性糖含量的影响见图3。
图3 不同酶解时间下燕麦浆可溶性糖含量
Fig.3 Soluble sugar content of oat pulp under different enzymatic hydrolysis time
由图3可以得出，随着酶解时间的延长，燕麦浆的可溶性糖含量逐渐增加，当酶解时间达到60 min时，可溶性糖含量最高，随后随着时间的延长，可溶性糖含量逐渐降低。当酶解时间90 min，燕麦浆中水分损失较多。故选择60 min作为燕麦浆酶解时间。
综合以上各单因素的试验结果，最终燕麦酶解的条件确定为酶解温度65℃、酶添加量40 U/g、酶解时间60 min。
2.2 燕麦咖啡饮料配方优化试验
2.2.1 燕麦咖啡饮料配方单因素试验
2.2.1.1 不同燕麦浆与咖啡液体积比对燕麦咖啡饮料感官评分的影响
燕麦浆与咖啡液体积比对燕麦咖啡饮料感官评分的影响见图4。
图4 燕麦浆与咖啡液体积比对燕麦咖啡饮料感官评分的影响
Fig.4 Effects of different volume ratios of oat pulp and coffee liquid on sensory evaluation score of oatmeal coffee beverage
由图4可以看出，无论是咖啡液含量过多、还是燕麦浆含量过多，都会让燕麦咖啡饮料的感官评分降低，当燕麦浆与咖啡液体积比为4∶6时，燕麦咖啡饮料的感官评分最高，饮料有咖啡的独特风味，又有燕麦的香味，并且咖啡饮料因为添加燕麦浆而更加细腻。故选择燕麦浆与咖啡液体积比 4∶6、5∶5、6∶4 进行响应面分析试验。
2.2.1.2 不同白砂糖添加量对燕麦咖啡饮料感官评分的影响
白砂糖添加量对燕麦咖啡饮料感官评分的影响见图5。
图5 白砂糖添加量对燕麦咖啡饮料感官评分的影响
Fig.5 Effects of sugar content on sensory evaluation score of oatmeal coffee beverage
由图5可以看出，当白砂糖添加量在7.5%时，燕麦咖啡饮料的感官评分是最高的，甜度适中。白砂糖添加量无论是低于7.5%还是高于7.5%，评分都会降低。故选择白砂糖添加量7.0%、7.5%、8.0%进行响应面分析试验。
2.2.1.3 不同乳粉添加量对燕麦咖啡饮料感官评分的影响
乳粉添加量对燕麦咖啡饮料感官评分的影响见图6。
图6 乳粉添加量对燕麦咖啡饮料感官评分的影响
Fig.6 Effects of milk powder on sensory evaluation score of oatmeal coffee beverage
由图6可以看出，乳粉添加量在8%时，感官评分最高，饮料有比较浓郁的奶香味，并且咖啡味和奶香味很契合，具有咖啡细腻的口感。当乳粉添加量超过8%时，饮料的感官评分降低，乳粉添加量过高会影响饮料的稳定性。故选择乳粉添加量7%、8%、9%进行响应面分析试验。
2.2.2 燕麦咖啡饮料感官评定响应面优化试验结果
在单因素试验结果的基础上，以感官评分为响应值，采用统计分析软件Design-Expert.V8.0.6建立三因素三水平的Box-Behnken模型设计方案，进行优化试验，响应面试验设计及结果见表2。
表2 响应面分析方案及试验结果
Table 2 Response surface design arrangement and corresponding experimental result
试验号 A燕麦浆与咖啡液体积比B白砂糖添加量/%C乳粉添加量/% 感官1 0（5∶5） 1（8.0） -1（7） 83 2 1（6∶4） 0（7.5） 1（9） 73 3 0 0 0（8） 88 4 -1（4∶6） -1（7.0） 0 74 5 0 0 0 87 6-1 0 1 76评分.95.43.87.68.69.21 7-1 0 -1 77.16 8 0 0 0 86.85-1 -1 78.83 10 -1 1 0 75.87 11 0 1 1 79.85 12 0 -1 1 81.86 13 0 0 0 86.03 14 1 -1 0 70.37 15 0 0 0 89.34 16 1 1 0 75.09 17 1 0 -1 74.28 9 0
运用Design-Expert.V8.0.6软件对表2中的试验结果进行多元回归拟合，建立二次多项式回归模型。获得不同因素对燕麦咖啡饮料感官评分的回归方程：Y=87.76-1.34A+1.13B-0.36C+0.88AB+0.025AC-1.78BC-9.80A2-3.95B2-2.68C2。
对回归模型进行方差分析，结果见表3。
表3 方差分析
Table 3 Variance analysis
注：**表示差异极显著，P＜0.01；*表示差异显著，P＜0.05。
来源 偏差平方和 自由度 均分平方和 F值 P值 显著性模型 5 8 0.6 5 9 6 4.5 2 5 2.2 6 <0.0 0 0 1 **A燕麦浆与咖啡液体积比 1 4.4 5 1 1 4.4 5 1 1.7 0 0.0 1 1 1 *B白砂糖添加量 1 0.1 7 1 1 0.1 7 8.2 4 0.0 2 4 0 *C乳粉添加量 1.0 3 1 1.0 3 0.8 3 0.3 9 1 5 A B 3.1 2 1 3.1 2 2.5 2 0.1 5 6 2 A C 2.5 0 0×1 0-3 1 2.5 0 0×1 0-3 2.5 0 0×1 0-3 0.9 6 5 4 B C 1 2.7 1 1 1 2.7 1 1 0.2 9 0.0 1 4 9 *A 2 4 0 4.6 3 1 4 0 4.6 3 3 2 7.7 6 <0.0 0 0 1 **B 2 6 5.7 1 1 6 5.7 1 5 3.2 3 0.0 0 0 2 **C 2 3 0.3 1 1 3 0.3 1 2 4.5 5 0.0 0 1 6 **残差 8.6 4 7 1.2 3失拟项 1.0 9 3 0.3 6 0.1 9 0.8 9 6 9 不显著纯误差 7.0 5 4 1.8 9总和 5 8 9.3 0 1 6
由表 3可知，回归模型显著（P＜0.000 1），说明建立的模型有意义；失拟项P=0.896 9＞0.05，实测值与预测值之间无失拟存在。模型相关系数R2=0.985 3，调整决定系数R2Adj=0.966 5，表明该模型可以解释96.65%响应值变化，只有3.35%不可用该回归模型解释。表明该模型拟合度较好，具有较好的预测性。结合F值的大小可以判断，各因素对感官评分的影响大小为燕麦浆与咖啡液体积比＞白砂糖添加量＞乳粉添加量。得出燕麦咖啡饮料的最佳配方为燕麦浆与咖啡液体积比5.3∶5、白砂糖添加量7.56%、乳粉添加量7.88%，此时感官评分达到87.9，将工艺参数修正为燕麦浆与咖啡液体积比5.3∶5、白砂糖添加量7.6%、乳粉添加量7.9%，并对其进行试验验证，评分达到88.5，此配方下的燕麦咖啡饮料，香醇可口，细腻顺滑，颜色呈现咖啡色，深浅适中，富含奶香、咖啡香味。
2.3 微生物指标测定结果
菌落总数<100 CFU/mL；大肠菌群<1 CFU/mL；符合GB 7101—2015《食品安全国家标准饮料》的规定。
3 结论
本文先以单因素试验确定纤维素酶酶解燕麦的条件，再通过单因素试验及响应面试验优化确定燕麦咖啡饮料的最佳配方。得到纤维素酶酶解燕麦的条件为酶解温度65℃、酶添加量40 U/g、酶解时间60 min；燕麦咖啡饮料的最佳配方为燕麦浆与咖啡液体积比5.3∶5、白砂糖添加量7.6%、乳粉添加量7.9%。在此配方下制作的燕麦咖啡饮料口感细腻、色泽均匀、符合大众口味。添加燕麦浆使咖啡中富含膳食纤维，是一款适合早餐饮用的咖啡，提神醒脑的同时为身体提供能量。本研究有助于提升咖啡、燕麦的经济价值，推动云南咖啡产业的发展。
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