孟秀梅，趙文超，張?zhí)m，伍夢(mèng)瑤，佘昊

1. 江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院（淮安 223003）；2. 宿遷蘇秋飲品有限公司（宿遷 223999）

荸薺（Eleocharis tuberosa），在我國(guó)又被稱(chēng)為馬蹄、地梨等，在我國(guó)主要分布在湖南、湖北、浙江、江蘇、廣東等長(zhǎng)江流域及以南地區(qū)[1]。荸薺中水分83.6%、碳水化合物14.2%、蛋白質(zhì)1.2%、脂肪0.2%、膳食纖維1.1%，還含有豐富的維生素和礦物元素等，肉質(zhì)潔白，美味多汁，清脆可口，具有重要的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與藥用價(jià)值[2]。隨著種植業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，荸薺種植面積持續(xù)上升，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)代種植生產(chǎn)技術(shù)，荸薺的品質(zhì)和產(chǎn)量不斷提升。荸薺畝產(chǎn)量可達(dá)1 500 kg左右，最高產(chǎn)量可達(dá)2 200 kg[3]，但由于受到荸薺自身特性和加工技術(shù)的影響，以鮮食消費(fèi)為主，利用率不高。隨著人們生活水平的提高，對(duì)飲料的健康及功能需求日益提升，將荸薺加工成飲料，既能起到解渴、防暑的作用，又有清熱解煩、祛痰消積[4]、止崩、降血壓的保健作用[5]。荸薺飲料營(yíng)養(yǎng)豐富，同時(shí)還具有養(yǎng)生保健功能，符合市場(chǎng)需求[6]。荸薺飲料在工業(yè)化生產(chǎn)中受到原料預(yù)處理的制約，人工預(yù)處理不僅費(fèi)工費(fèi)時(shí)，處理后質(zhì)量參差不齊，嚴(yán)重影響后續(xù)工藝，因此對(duì)荸薺原料進(jìn)行預(yù)處理研究，制備色澤、氣味和狀態(tài)均勻的荸薺漿液，解決工業(yè)化生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，促進(jìn)荸薺產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮荸薺（淮安大學(xué)城城南菜場(chǎng)）；抗壞血酸，石藥集團(tuán)維生藥業(yè)（石家莊）有限公司；純凈水（食品科技園飲料實(shí)訓(xùn)車(chē)間自制）。

1.2 儀器與設(shè)備

KFS-C4電子天平（浙江凱豐集團(tuán)公司）；JP-100超聲波清洗機(jī)（深圳市潔盟清洗設(shè)備有限公司）；J-HH-4A精密數(shù)顯恒溫水浴鍋（上海冠森生物科技有限公司）；QC-LL2435破壁料理機(jī)（佛山乾程電氣科技有限公司）；TDL-40C低速臺(tái)式大容量離心機(jī)（上海安亭科學(xué)儀器廠(chǎng)）。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

荸薺挑選→清洗→稱(chēng)重→預(yù)處理→破碎→離心→荸薺漿液→備用

1.3.2 操作要點(diǎn)

1.3.2.1 荸薺預(yù)處理

選擇無(wú)破損、無(wú)蟲(chóng)洞、顏色較深的新鮮荸薺，成熟度較好，荸薺甜度較高；將荸薺清洗干凈，置于超聲波清洗機(jī)中常溫超聲處理5～10 min；清洗后置于一定比例的純凈水中，在水浴鍋中按照設(shè)定溫度預(yù)處理一段時(shí)間，處理完畢后從水浴鍋中取出，瀝干。

1.3.2.2 荸薺漿液

預(yù)處理后荸薺加入純凈水，質(zhì)量比1∶1，按照荸薺質(zhì)量0.01%加入抗壞血酸后置于破壁機(jī)中，破碎后以4 000 r/min離心10 min，上層溶液即為荸薺漿液，下層沉淀物烘干粉碎后加入焙烤食品中。

1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)

總黃酮類(lèi)測(cè)定采用硝酸鋁絡(luò)合分光光度法[7]，可溶性固形物按GB/T 12143—2008《飲料通用分析方法》規(guī)定的方法執(zhí)行[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 不同液料比處理對(duì)荸薺漿液的影響

將荸薺洗凈瀝干，精確稱(chēng)重后按照液料比加入純凈水，置于75 ℃水浴鍋中，處理15 min，取出瀝干后按照質(zhì)量比1∶1加入純凈水，在破壁機(jī)中進(jìn)行破碎，破碎漿液經(jīng)離心后即得荸薺漿液，測(cè)定荸薺漿液中總黃酮和可溶性固形物含量。

由圖1可見(jiàn)，隨著液料比逐漸增加，總黃酮及可溶性固形物含量均呈現(xiàn)逐漸上升后快速下降的趨勢(shì)，尤其是可溶性固形物的下降趨勢(shì)更顯著。推測(cè)是因?yàn)橐欢ǔ潭鹊念A(yù)處理會(huì)加快荸薺細(xì)胞的膨脹，導(dǎo)致細(xì)胞間隙變大或細(xì)胞膜壁破裂，有利于黃酮的釋放[9-10]，淀粉受熱會(huì)發(fā)生糊化和降解[11]，但隨著料液比增大，流失于水中的黃酮及還原糖量顯著大于釋放量，導(dǎo)致總黃酮和可溶性固形物出現(xiàn)下降的情況。液料比為15∶1（mL/g）時(shí)總黃酮及可溶性固形物達(dá)到峰值，因此選擇10∶1，15∶1和20∶1（mL/g）進(jìn)一步優(yōu)化，確定最佳液料比。

圖1 不同液料比處理對(duì)荸薺漿液的影響

2.1.2 不同溫度處理對(duì)荸薺漿液的影響

將荸薺洗凈瀝干，按照液料比15∶1（mL/g）加入純凈水，按照一定的溫度處理15 min，取出瀝干后進(jìn)行破碎，破碎漿液經(jīng)離心后測(cè)定總黃酮和可溶性固形物含量。

由圖2可見(jiàn)，隨著溫度不斷升高，總黃酮及可溶性固形物含量均呈現(xiàn)先快速上升后下降趨勢(shì)。推測(cè)原因是處理溫度在75 ℃及以下時(shí)，能促使荸薺細(xì)胞中黃酮類(lèi)物質(zhì)的釋放，但隨著溫度進(jìn)一步升高，高溫會(huì)導(dǎo)致黃酮類(lèi)物質(zhì)被破壞[12]，同時(shí)加速荸薺中水溶性物質(zhì)溶出，導(dǎo)致可溶性固形物下降。因此選擇65，75及85 ℃進(jìn)一步優(yōu)化，獲得最佳處理溫度。

圖2 不同溫度處理對(duì)荸薺漿液的影響

2.1.3 不同時(shí)間處理對(duì)荸薺漿液的影響

將荸薺洗凈瀝干，按照液料比15∶1（mL·g-1）加入純凈水，75 ℃處理一定時(shí)間后瀝干，破碎漿液經(jīng)離心后測(cè)定總黃酮和可溶性固形物含量。

由圖3可見(jiàn)，隨著處理時(shí)間延長(zhǎng)，總黃酮、可溶性固形物含量均呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)。推測(cè)是因?yàn)轭A(yù)處理過(guò)程是以純凈水為傳熱介質(zhì)，荸薺中的黃酮類(lèi)物質(zhì)以及其他可溶性物質(zhì)會(huì)流失[13]，低于20 min時(shí)，所釋放黃酮類(lèi)物質(zhì)和分解的水溶性物質(zhì)大于流失量，但隨著時(shí)間延長(zhǎng)，流失的物質(zhì)高于釋放量。綜合考慮節(jié)能及成本原因，選擇10，15及20 min進(jìn)一步優(yōu)化，獲得最佳處理時(shí)間。

圖3 不同時(shí)間處理對(duì)荸薺漿液的影響

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)及結(jié)果分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，由Box-Behnken的中心組合設(shè)計(jì)原理，總黃酮與可溶性固形物變化趨勢(shì)一致，選擇響應(yīng)變量Y為總黃酮，采用三因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn)，因素水平見(jiàn)表1，響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表

利用Design Expert 8.0.6.1軟件，對(duì)表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸擬合，得到總黃酮對(duì)自變量液料比（A）、處理溫度（B）和處理時(shí)間（C）的多元回歸方程：總黃酮=0.18+0.003 375A-0.000 5B+0.008 125C+ 0.000AB+0.001 25AC+0.000 5BC-0.020A2-0.005 825B2-0.009 075C2。

表2 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果

表3中模型的F=99.29，說(shuō)明對(duì)感官評(píng)分所建立的回歸模型顯著，一次項(xiàng)A、二次項(xiàng)B2影響顯著，一次項(xiàng)C及二次項(xiàng)A2、C2影響高度顯著，其余項(xiàng)影響不顯著。失擬項(xiàng)F=0.14，相對(duì)誤差不顯著。相關(guān)系數(shù)R2=0.992 2，Radj2=0.982 2。

表3 回歸模型方差分析表

圖4顯示，在處理時(shí)間恒定的情況下，隨著液料比和處理溫度不斷增大，總黃酮呈先升后降趨勢(shì)。液料比與處理溫度有一定交互影響，液料比影響高于處理溫度對(duì)荸薺漿液總黃酮的影響。

圖4 液料比與處理溫度對(duì)荸薺漿液總黃酮的交互影響

圖5顯示，在處理溫度恒定的情況下，隨著液料比和處理時(shí)間的增加，總黃酮呈先升后降趨勢(shì)。液料比與處理時(shí)間有一定交互影響，處理時(shí)間的影響高于液料比對(duì)荸薺漿液總黃酮的影響。

圖5 液料比與處理時(shí)間對(duì)荸薺漿液總黃酮的交互影響

圖6顯示，在液料比恒定情況下，隨著處理溫度和處理時(shí)間增加，總黃酮呈先升后降趨勢(shì)。處理溫度與處理時(shí)間有一定交互影響，處理時(shí)間的影響高于處理溫度對(duì)荸薺漿液總黃酮的影響。

圖6 處理溫度與處理時(shí)間對(duì)荸薺漿液總黃酮的交互影響

處理時(shí)間對(duì)荸薺漿液總黃酮的影響最大，液料比的影響次之，處理溫度的影響最小。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

響應(yīng)面優(yōu)化最佳結(jié)果為液料比15.49∶1（mL/g）、處理溫度74.77 ℃、處理時(shí)間17 min。荸薺漿液中總黃酮為0.186 415 mg/mL。為驗(yàn)證預(yù)測(cè)值與真實(shí)值之間的擬合程度及方程有效性，采用總黃酮最大響應(yīng)值對(duì)應(yīng)的響應(yīng)因素值進(jìn)行驗(yàn)證，考慮實(shí)際情況，對(duì)響應(yīng)因素值進(jìn)行修正：液料比15.5∶1（mL/g）、處理溫度74.8 ℃、處理時(shí)間17 min。3組平行試驗(yàn)顯示荸薺漿液中總黃酮為0.186 mg/mL，與預(yù)測(cè)結(jié)果0.186 415 mg/mL高度相符，試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀行В扇苄怨绦挝镞_(dá)6.29%；而不經(jīng)處理的荸薺漿液中可溶性固形物為3.35%，總黃酮僅0.097 mg/mL。

3 結(jié)論

將荸薺置于15.5倍的純凈水中，在溫度74.8 ℃處理17 min后，進(jìn)行破碎離心制備的荸薺漿液中總黃酮為0.186 mg/mL，可溶性固形物為6.29%，分別是未處理荸薺的1.92倍和1.88倍。荸薺漿液呈米白色、荸薺清香、半透明狀態(tài)，可用于荸薺飲料、荸薺汁、荸薺濃縮汁以及荸薺速溶粉等產(chǎn)品的制備，豐富荸薺產(chǎn)品類(lèi)型，提高荸薺的附加值，促進(jìn)荸薺產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。