随着全球啤酒产业的迅猛发展，酿酒副产物——麦糟的年产量已突破4 000万t，占据啤酒酿造副产物的85%，其不当处理引发的环境负荷问题日益严峻[1]。同时，麦糟富含蛋白质（14%～30%）、纤维素（10%～25%）和淀粉等多糖及酚类化合物、维生素、α氨基酸等少量非聚合物成分，其营养密度显著高于传统谷物原料[2]，却因含水率高达70%～80%、易腐败的特性，长期被限制于低值化应用，其中大部分（70%）被用作牲畜饲料，而剩下部分（30%）则被填埋或产生沼气[3]。然而，在“双碳”战略与可持续发展目标驱动下，麦糟的资源化利用亟待突破。与此同时，全球健康饮食趋势催生了低糖、高膳食纤维食品的需求激增[4]。在此背景下，将麦糟转化为具有一定功效的高附加值食品，不仅可实现废弃物循环利用，更能为新型能量食品与功能食品开发提供创新路径，兼具巨大的生态效益与经济价值[5]。
近年来，研究者已关注到麦糟在食品领域的应用潜力。麦糟蛋白含有大量人体所必需氨基酸，其纤维素组分经改性后可显著提升持水性与凝胶特性[4，6]。同时，麦糟中的阿拉伯木聚糖可以对肠道微生物群提供有利的调节，此外麦糟中的特定成分还具有预防例如冠心病、癌症、糖尿病和胃肠道疾病等慢性疾病的潜在功效[7-8]。这对麦糟用于食品提供了良好的物质与理论基础。然而，现有研究多集中于单一组分提取，如从麦糟中提取蛋白质、纤维素及其他活性成分[9-11]。但是对于麦糟全组分利用体系构建、加工过程中营养-功能协同效应及终端产品接受度仍缺乏系统性探索[11-12]。此外，麦糟中木质素、纤维素含量高，由此引发的口感粗糙、风味异化问题，严重制约了其在精细化食品中的应用[13]。因此，如何通过优化工艺实现感官品质与营养指标的平衡机制，同时将功能功效系统性融入新产品开发，成为亟待解决的问题。
本研究聚焦麦糟高值化利用，以开发兼具功效性与市场可行性的食品为目标，以酿酒副产物麦糟为主要原料，开发兼具能量供给与调节功能的新型食品，即无糖麦糟饼干。以感官评价为响应值，通过单因素试验结合响应面试验优化无糖麦糟饼干的配方，依据GB/T 20980—2021《饼干质量通则》[14]测定其营养成分与能量分配，并借助人体试验进行降血糖血脂功效评价，为酿酒副产物资源循环利用提供技术范式，为循环经济与营养干预的交叉融合提供理论依据与实践参考[15-16]。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
木糖醇、鸡蛋、牛奶、盐、泡打粉、玉米油、低筋面粉（均为食品级）：市售；麦糟：北京燕京啤酒股份有限公司。
1.2 仪器与设备
LT-152食品烘干机：佛山三鼎立厨厨具有限公司；OJ30A803食品烤箱：浙江绍兴苏泊尔家居用品有限公司。
1.3 方法
1.3.1 麦糟的烘干与粉碎
将新鲜湿麦糟（初始含水量70%～80%）通过食品烘干机在（95±2）℃条件下进行热风干燥处理1 h，直至物料呈现均质干燥状态；随后采用粉碎机对干燥物料进行多次粉碎，获得麦糟粉。
1.3.2 无糖麦糟饼干的制备工艺
以低筋面粉质量为基准，低筋面粉100%、木糖醇10%、鸡蛋50%、牛奶45%、盐3%、泡打粉2%、玉米油25%、麦糟粉50%。A料（鸡蛋、牛奶、玉米油）混合均匀，B料（低筋面粉、麦糟粉、木糖醇，盐、泡打粉）混合均匀，将B料加入到A料中，搅拌均匀后揉成面团，自然醒发30 min，后将面团擀成直径3 cm，厚度0.4 cm的薄圆饼，放入上下管160 ℃的烤箱烤制16 min得到无糖麦糟饼干。
1.3.3 无糖麦糟饼干工艺优化单因素试验
在方法1.3.2的基础上，采用单因素轮换法分别考察木糖醇添加量（0、5%、10%、15%、20%）、麦糟添加量（30%、40%、50%、60%、70%）、饼干厚度（0.2 cm、0.4 cm、0.6 cm、0.8 cm、1.0 cm）、烤制时间（12 min、14 min、16 min、18 min、20 min）、烤制温度（140 ℃、150 ℃、160 ℃、170 ℃、180 ℃）对无糖麦糟饼干感官评分的影响。
1.3.4 无糖麦糟饼干工艺优化响应面试验
在单因素试验的基础上，选取影响较大的烤制温度（A）、饼干厚度（B）和麦糟添加量（C）为考察因素，以无糖麦糟饼干的感官评分为响应值（Y），采用Design Expert 10设计3因素3水平共17组响应面试验，优化无糖麦糟饼干的工艺，试验因素与水平见表1。
表1 无糖麦糟饼干制备工艺优化响应面试验因素与水平
Table 1 Factors and levels of response surface experiments for preparation process optimization of sugar-free brewer's spent grain biscuits
1.3.5 无糖麦糟饼干感官评价
根据GB/T 20980—2021《饼干质量通则》[14]中对于韧性饼干的感官要求，并略微修改。邀请10位具有一定感官测评经验的测评人员组成感官评价小组，分别从气味、组织状态、滋味与口感和色泽4个方面对无糖麦糟饼干进行评价，每项满分25分，总分100分，具体评价标准见表2。
表2 无糖麦糟饼干的感官评价标准
Table 2 Sensory evaluation criteria for sugar-free brewer's spent grain biscuits
续表
1.3.6 无糖麦糟饼干理化指标的检测
参照GB 28050—2011《食品安全国家标准预包装食品营养标签通则》[17]对无糖麦糟饼干的理化指标进行检测，并参考GB/T 23526—2009《食品中必需营养素添加通则》[18]计算营养素参考值（nutrient reference values，NRV）。
1.3.7 无糖麦糟饼干对人体降血糖血脂的影响
招募10名志愿者，进行为期21 d的降血糖血脂试验。每人每顿餐前食用30 g无糖麦糟饼干以代替部分日常饮食，其余饮食保持与日常饮食习惯的一致性，3顿/d。分别于第1天、第22天在同一医院进行指标检测，对比其中血糖、低密度蛋白质胆固醇、高密度蛋白质胆固醇和总胆固醇含量的变化[19-20]。
1.3.8 数据处理与分析
采用IBM SPSS Statistics 25软件进行显著性分析和方差分析，采用Design Expert 10软件进行响应面试验的设计与分析，采用Excel 2023软件进行图表的绘制。
2 结果与分析
2.1 无糖麦糟饼干制备工艺优化单因素试验
2.1.1 木糖醇添加量对无糖麦糟饼干感官评分的影响
木糖醇添加量对无糖麦糟饼干感官评分的影响见图1。由图1可知，随着木糖醇添加量的增加，感官评分呈现先上升后下降的趋势，当木糖醇添加量为10%时，感官评分最高，为89.16分。分析原因可能是适量增加木糖醇的添加量在一定范围内能改善产品的色泽、香气及口感等感官属性，然而，过高的木糖醇添加量会导致饼干难以成型，口感粗糙，同时甜度过高引发口感发腻，从而对整体感官品质产生负面影响[21]。因此，确定最佳木糖醇添加量为10%。
图1 木糖醇添加量对无糖麦糟饼干感官评分的影响
Fig.1 Effect of xylitol addition on the sensory score of sugar-free brewer's spent grain biscuits
不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。下同。
2.1.2 饼干厚度对无糖麦糟饼干感官评分的影响
饼干厚度对无糖麦糟饼干感官评分的影响见图2。由图2可知，随着饼干厚度的增加，感官评分呈现先上升后下降的趋势。当饼干厚度达到0.4 cm时，感官评分最高，为89.5分。分析原因可能是饼干厚度太薄，容易烤焦出现严重的碳化现象及焦糊味；饼干厚度太厚又容易导致饼干内部难烤熟存在发白的部分，在口感上呈现出湿润的口感。因此，确定最佳饼干厚度为0.4 cm。
图2 饼干厚度对无糖麦糟饼干感官评分的影响
Fig.2 Effect of biscuit thickness on the sensory score of sugar-free brewer's spent grain biscuits
2.1.3 烤制时间对无糖麦糟饼干感官评分的影响
烤制时间对无糖麦糟饼干感官评分的影响见图3。由图3可知，随着烤制时间的延长，无糖麦糟饼干的感官评分呈先升高后下降的趋势。当烤制时间为16 min时，感官评分最高，为89.9分。分析原因可能是随着烤制的进行，饼干内部的水分逐渐蒸发，淀粉发生糊化，美拉德反应逐渐充分，使得饼干的口感、色泽、香气等感官特性不断优化[22]。但过度烤制导致饼干表面水分过度蒸发，质地变得过硬、过干，口感变差，同时过度的美拉德反应使得饼干表面出现碳化现象，影响食用口感。因此，确定最佳烤制时间是16 min。
图3 烤制时间对无糖麦糟饼干感官评分的影响
Fig.3 Effect of baking time on the sensory score of sugar-free brewer's spent grain biscuits
2.1.4 烤制温度对无糖麦糟饼干感官评分的影响
烤制温度对于无糖麦糟饼干感官评分的影响见图4。由图4可知，随着烤制温度的升高，感官评分呈先升高后下降的趋势。当烤制温度为160 ℃时，感官评分达到最高，为89.5分。分析原因可能是烤制温度过低时，饼干出现质地变软的现象，但温度过高会导致饼干大面积出现碳化现象，呈现碳糊味。因此，确定最佳烤制温度为160 ℃。
图4 烤制温度对无糖麦糟饼干感官评分的影响
Fig.4 Effect of baking temperature on the sensory score of sugarfree brewer's spent grain biscuits
2.1.5 麦糟添加量对于无糖麦糟饼干感官评分的影响
麦糟添加量对于无糖麦糟饼干感官评分的影响见图5。由图5可知，随着麦糟添加量的升高，感官评分呈先升高后下降的趋势。当麦糟添加量为50%时，感官评分最高，为90.5分。分析原因可能是麦糟添加量过少，饼干的酥脆程度不够，但添加量过高，由于麦糟粉存在低黏性会导致饼干的组织状态出现大片断裂痕迹，并出现明显的糟味，同时过多粗纤维存在导致其黏牙，口感降低[23]。因此，确定最佳麦糟添加量为50%。
图5 麦糟添加量对无糖麦糟饼干感官评分的影响
Fig.5 Effect of fermented grains addition on the sensory score of sugar-free brewer's spent grain biscuits
2.2 无糖麦糟饼干制备工艺优化响应面试验
基于单因素试验结果，选取对饼干感官评分影响较大的因素烤制温度（A）、饼干厚度（B）和麦糟添加量（C）为自变量，以无糖麦糟饼干的感官评分（Y）为响应值，采用Design-Expert 10软件设计3因素3水平的Box-Behnken响应面试验，试验设计及结果见表3，方差分析结果见表4。
表3 无糖麦糟饼干制备工艺优化响应面试验设计及结果
Table 3 Design and results of response surface experiments for preparation process optimization of sugar-free brewer's spent grain biscuits
表4 回归模型方差分析
Table 4 Variance analysis of regression model
注：“**”表示对结果影响极显著（P＜0.01），“*”表示对结果影响显著（P＜0.05）。
采用Design-Expert 10软件对表3数据进行多元二次回归拟合分析，得到感官评分对烤制温度、饼干厚度和麦糟添加量的多元二次回归方程为：
由表4可知，模型极显著（P＜0.01），失拟项不显著（P＞0.05），说明模型可靠。决定系数R2=0.990 5，调整后的决定系数R2Adj=0.978 3，说明模型能解释97.83%的变异，拟合效果良好。变异系数（coefficient of variation，CV）为1.24%，说明试验重复性良好，误差控制在可接受范围之内[21]。根据P值可知，一次项C与二次项A2、C2对结果影响极显著（P＜0.01），一次项B、交互项AB、AC及二次项B2对结果影响显著（P＜0.05），其他项对结果影响不显著（P＞0.05）。由P值和F值可知，各因素对感官评分影响的主次顺序为C（麦糟添加量）＞A（烤制温度）＞B（饼干厚度）。各因素间交互作用对感官评分影响的响应面及等高线见图6。
图6 各因素间交互作用对感官评分影响的响应面及等高线
Fig.6 Response surface plots and contour lines of effect of interaction between various factors on sensory score of sugar-free brewer's spent grain biscuits
响应面成凸面且越陡峭，等高线越趋于椭圆形，说明因素间交互作用对结果影响越大[24-25]。由图6可知，各因素间交互作用的响应面均呈图面，存在最大值，AB、AC间曲面较为陡峭且其等高线呈椭圆形，说明烤制温度与饼干厚度、烤制温度与麦糟添加量之间的交互作用对无糖麦糟饼干的感官评分影响较大，这与表4方差分析结果一致。
采用Design-Expert 10软件对回归方程进行最优求解，得到无糖麦糟饼干的最优制备工艺为：烤制温度160.23 ℃、饼干厚度0.42 cm、麦糟添加量48.59%，预测感官评分为95.26分。为便于实际操作，将最优条件修订为烤制温度160 ℃、饼干厚度0.4 cm、麦糟添加量49%，在此条件下进行3次平行验证试验，得到无糖麦糟饼干的感官评分为（95.02±1.12）分，与理论值较为接近，说明此响应面模型可以准确的预测出无糖麦糟饼干的制备工艺。经过该工艺制备的无糖麦糟饼干色泽均匀、呈浅棕褐色，无碳化；谷物香气明显、无异味；口感酥脆、甜度与咀嚼协调、不黏牙；外观完整，表面无裂纹，断面多孔细腻。
2.3 无糖麦糟饼干理化指标的检测及NRV计算
无糖麦糟饼干的理化指标及营养素参考值见表5。由表5可知，无糖麦糟饼干的能量为1 970.81 kJ/100 g，蛋白质含量为14.52 g/100 g、脂肪含量为20.18 g/100 g、碳水化合物含量为57.43 g/100 g、钠含量为576.04 mg/100 g、灰分含量5.18 g/100 g、水分含量为2.73 g/100 g及碱度为0.06%，其理化指标符合GB/T 20980—2021《饼干质量通则》[14]中对韧性饼干的理化要求（水分≤4.0%，碱度≤0.4%）。市面上常见的无糖高纤维饼干的蛋白质含量（6.80～6.90 g/100 g）均低于本产品无糖麦糟饼干，脂肪含量（32.0～34.0 g/100 g）高于本产品无糖麦糟饼干[26]。NRV表示100 g/mL或每份食品中营养素含量占健康成年人每日推荐摄入量的百分比，帮助消费者快速判断食品的营养价值和控制摄入量[27]。无糖麦糟饼干蛋白质的NRV为23%，说明蛋白质供给效率突出，相较于常规韧性饼干更能高效满足成年人每日蛋白需求；同时，作为无糖饼干，其碳水化合物的NRV为19%，说明碳水负荷适中，可避免蔗糖带来的血糖波动，适配控糖人群膳食需求；且能量的NRV为23%，能量占比合理。结果表明，无糖麦糟饼干具有高蛋白、低脂肪的特点，符合对产品作为控制血糖的辅助食品的定位。
表5 无糖麦糟饼干的理化指标检测结果及中国食品标签营养素参考值
Table 5 Detection results of physicochemical indexes of sugar-free brewer's spent grain biscuits and nutrient reference values
2.4 无糖麦糟饼干的降血糖血脂评价
志愿者食用无糖麦糟饼干前后各类指标的变化见图7。由图7可知，志愿者在食用无糖麦糟饼干21 d后血糖含量和总胆固醇含量均显著下降（P＜0.05），低密度脂蛋白含量下降（P＞0.05），高密度脂蛋白含量升高（P＞0.05），说明优化后的无糖麦糟饼干具有一定的降血糖血脂功效。分析原因可能是麦糟富含水溶性纤维素，可以使机体对胰岛素敏感性增强，增高机体对葡萄糖耐受能力，同时水溶性纤维素与胆汁酸的结合能力可阻断胆固醇的肠肝循环从而起到降低血脂的作用[28-29]。此外，无糖麦糟饼干的饱腹感增强特性源于膳食纤维的持水性，以及高蛋白质、纤维含量对胃饥饿素的抑制作用，从而延长胃排空时间，达到饱腹的目的[30-31]，可以作为辅助性饮食应用于高血糖高血脂患者的日常饮食之中。
图7 志愿者食用无糖麦糟饼干前后各类指标的变化
Fig.7 Changes in various indicators before and after consumption of sugar-free fermented grains biscuits
3 结论
本研究以酿酒副产物麦糟为主要原料制备无糖麦糟饼干，并以感官评价为响应值，通过单因素试验结合响应面试验优化得到无糖麦糟饼干的最佳制备工艺为以面粉添加量100%为基准，添加麦糟49%、木糖醇11%、玉米油25%、牛奶45%、泡打粉2%、盐3%、鸡蛋50%，厚度0.4 cm，160 ℃烤制16 min。在此条件下制备的无糖麦糟饼干色泽均匀、呈浅棕褐色，无碳化；谷物香气明显、无异味；口感酥脆、甜度与咀嚼协调、不黏牙；外观完整，表面无裂纹，断面多孔细腻，感官评分为（95.02±1.12）分，水分含量为2.7%，碱度为0.06%，其各项指标均符合相关国标要求。志愿者在食用无糖麦糟饼干后，血糖含量降低6.60%、总胆固醇含量降低10.75%，低密度脂蛋白含量降低9.61%，高密度脂蛋白含量升高8.80%，说明无糖麦糟饼干具有明显的降血糖血脂功能。本研究结果为麦糟在食品中的应用与对于预防高血糖高血脂的食品研发提供思路研究。同时，为麦糟资源化利用提供了科学范式，有助于提高麦糟利用率，并完善麦糟基功能食品的产业化技术体系。
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