劉海晨,羅凱

(湖北民族大學(xué) 生物與食品工程學(xué)院,湖北 恩施 445000)

堇葉碎米薺(Cardamineviolifolia)是一種十字花科一年或多年生草本植物[1-2]。其主要分布于湖北、湖南等地,在當?shù)鼐哂杏凭玫乃幱脷v史。堇葉碎米薺是一種超富硒植物,其干燥植株硒含量最高可達到8 000 mg/kg,且主要為有機硒,具有極高的藥用研究價值[3-5]。

硒是人體必需的微量元素,不能由人體合成,必須從食物中攝取;然而,攝入過多或過少都會對人體產(chǎn)生不利影響。硒元素具有強大的抗氧化能力,可以清除體內(nèi)過多的自由基,并激活細胞的抑癌能力,防止癌變[6-8]。硒多糖也是有機硒的主要形式之一,也是人體吸收硒的主要途徑之一。越來越多的研究表明,硒多糖比單一的硒或多糖具有更好的生物活性,特別是在藥理方面,在抗氧化、抗腫瘤、血糖調(diào)節(jié)和清除重金屬方面表現(xiàn)出良好的治療價值[9-12]。

功能性食品在我國所占市場比例越來越高,其中,功能飲料近十年來在軟飲料中的規(guī)模增長了6%,與歐美、日韓等國家相比,功能飲料市場份額較低,但已呈現(xiàn)增長態(tài)勢[13]。植物多糖因其具有多種保健功效,有關(guān)開發(fā)植物多糖功能性飲料已被深入研究[14-15],但有關(guān)天然植物硒多糖的相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)較少。本研究以超富硒植物堇葉碎米薺為原料,提取其天然硒多糖,添加一定比例輔料,研制一款兼顧風(fēng)味與保健功能的硒多糖飲料,并評價其營養(yǎng)價值,為今后開發(fā)硒多糖產(chǎn)品提供新方向。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與儀器

堇葉碎米薺(市售);檸檬酸(浙江一諾生物科技有限公司,食品級);木糖醇(山東福田藥業(yè)有限公司,食品級);食用香精(商丘青山香精香料有限公司,食品級);羧甲基纖維素鈉(浙江一諾生物科技有限公司,食品級);水溶性果膠(浙江一諾生物科技有限公司,食品級);山梨酸鉀(山東昆達生物科技有限公司);三氯甲烷(上海麥克林勝華科技有限公司,分析純);正丁醇(上海麥克林勝華科技有限公司,分析純);紫外分光光度計(上海菁華,UV1800)。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程

碎米薺原料→干燥→粉碎→水提→濃縮→水溶醇沉→Sevag除蛋白→干燥→水溶→離心→風(fēng)味調(diào)配→均質(zhì)→灌裝封口→滅菌→成品

1.2.2 操作要點

取足量的碎米薺粉末,運用水提法提取,將提取液體積濃縮至20%左右后,用Seavge法對提取液除蛋白,復(fù)濃縮除去有機溶劑再將提取液加入乙醇醇沉,離心并收集沉淀,干燥后得到堇葉碎米薺硒多糖粉末;再加水溶解,過濾后取清液得到堇葉碎米薺硒多糖飽和溶液備用[16]。將堇葉碎米薺飽和溶液與添加劑按照方案調(diào)配比例,之后使用均質(zhì)機在20 MPa、60 ℃的條件下均質(zhì)5 min。將多糖飲料裝入滅菌的玻璃瓶中,封口。將灌裝好的多糖飲料采用巴氏滅菌法滅菌,加熱到80 ℃殺菌30 min,殺菌后用流水使其快速冷卻至常溫后,在4 ℃冰箱中冷藏保存,即可完成飲料制備。

1.2.3 多糖含量的測定

參考李美東等[17]的方法并略作修改,運用苯酚硫酸法測定多糖含量為47.53 mg/g。

1.2.4 硒含量的測定

參考國標DZ/T 0253.2—2014的方法,運用原子熒光法測定溶液總硒含量為3.19 μg/g。

1.3 單因素實驗設(shè)計

將堇葉碎米薺硒多糖飽和溶液、檸檬酸、木糖醇及食用香精的添加量的比例為影響堇葉碎米薺硒多糖飲料品質(zhì)的單因素,設(shè)置各因素的不同水平,用感官評分作為標準,研究不用因素對堇葉碎米薺硒多糖飲品品質(zhì)的影響規(guī)律。由世界衛(wèi)生組織公布的數(shù)據(jù)可知,成年人硒攝取量為36 μg/d,而每日推薦攝入量為50～250 μg,通過經(jīng)濟效益及堇葉碎米薺飽和溶液硒含量等方面的考慮,每100 mL中固定添加量堇葉碎米薺硒多糖飽和溶液為20%,將羧甲基纖維素鈉添加量、水溶性果膠與山梨酸鉀添加量作單因素,堇葉碎米薺硒多糖飲料沉淀率作為標準,研究不同因素對堇葉碎米薺硒多糖飲品穩(wěn)定性的影響規(guī)律。

1.3.1 檸檬酸添加量對飲料品質(zhì)的影響

以水為定量,木糖醇添加量為6.00%,堇葉碎米薺硒多糖飽和溶液添加量為20%,食用香精添加量為0.07%,設(shè)置的檸檬酸添加量為0.02%,0.04%,0.06%,0.08%,0.10%,通過實驗確定不同檸檬酸添加量對飲料品質(zhì)的影響。

1.3.2 木糖醇添加量對飲料品質(zhì)的影響

以水為定量,堇葉碎米薺硒多糖飽和溶液添加量為20%,檸檬酸添加量為0.04%,食用香精添加量為0.07%,設(shè)置的木糖醇添加量為2%,4%,6%,8%,10%,通過實驗確定不同堇葉碎米薺飽和溶液添加量對飲料品質(zhì)的影響。

1.3.3 食用香精添加量對飲料品質(zhì)的影響

以水為定量,堇葉碎米薺硒多糖飽和溶液添加量為20%,檸檬酸添加量為0.04%,木糖醇添加量為6%,設(shè)置的食用香精添加量為0.03%,0.05%,0.07%,0.09%,0.11%,通過實驗確定不同堇葉碎米薺飽和溶液添加量對飲料品質(zhì)的影響。

1.3.4 飲料穩(wěn)定性配方單因素設(shè)計

得到飲料最佳配方后,以1.3中的配方為基礎(chǔ),固定添加0.02%的羧甲基纖維素鈉和山梨酸鉀,設(shè)置水溶性果膠的添加量為0.01%,0.02%,0.03%,0.04%,0.05%,確定不同水溶性果膠添加量對飲料穩(wěn)定性的影響。

固定添加0.02%的水溶性果膠和山梨酸鉀,設(shè)置羧甲基纖維素鈉的添加量為0.01%,0.02%,0.03%,0.04%,0.05%,確定不同水溶性果膠添加量對飲料穩(wěn)定性的影響。

固定添加0.02%的羧甲基纖維素鈉和水溶性果膠,設(shè)置山梨酸鉀的添加量為0.01%,0.02%,0.03%,0.04%,0.05%,確定不同水溶性果膠添加量對飲料穩(wěn)定性的影響。

將調(diào)配好的飲料在4 ℃下貯存3 d后,離心并干燥收集沉淀,計算離心沉淀率,以此為評價指標確定穩(wěn)定劑最佳用量范圍。

1.4 響應(yīng)面設(shè)計實驗

以單因素實驗設(shè)計結(jié)果為基礎(chǔ),將檸檬酸添加量(A)、木糖醇添加量(B)、食用香精添加量(C)等設(shè)計為自變量,產(chǎn)品的感官評分(Y)為因變量,采用Design-Expert8.0.6軟件設(shè)計三因素三水平包括5個中心點的響應(yīng)面法實驗(共17次),以此為基礎(chǔ)考察這三個因素對本產(chǎn)品品質(zhì)的影響。

表1 Box-Behnken中心組合實驗因素與水平

1.5 正交實驗

在穩(wěn)定劑單因素實驗結(jié)果上,以水溶性果膠添加量(D)、羧甲基纖維素鈉添加量(E)及山梨酸鉀添加量(G)為影響因素,以三因素三水平正交試驗為基礎(chǔ)考察穩(wěn)定劑的最佳添加量組合。各因素及水平見表2。

表2 復(fù)合穩(wěn)定劑正交實驗因素與水平

1.6 檢測指標

依照GB/T 31326—2014《植物飲料》中的規(guī)定來設(shè)計相關(guān)實驗。

1.6.1 感官實驗

邀請十位經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的本校食品專業(yè)人員,按照國標中感官評價的方法,以色澤、滋味及氣味、狀態(tài)、雜質(zhì)四個指標評價,如表3所示標準。評定前,所有評定員在3 h內(nèi)均未食用刺激性大的食品,并在每次評定完一個樣品后使用純凈水漱口,以保證實驗的準確性。

表3 感官評定參考表

1.6.2 理化指標及營養(yǎng)成分

依照GB/T 31326—2014《植物飲料》中的規(guī)定檢測相關(guān)理化指標、微生物指標及營養(yǎng)成分的測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 檸檬酸添加量對飲料品質(zhì)的影響

在堇葉碎米薺多糖飽和溶液添加量為20%下,固定添加6%木糖醇,0.07%食用香精,以探求檸檬酸添加量對產(chǎn)品品質(zhì)的影響。實驗結(jié)果表明檸檬酸添加量達到0.02%時,酸味不明顯,當添加量達到0.04%時,產(chǎn)品酸味容易讓人接受,感官評分最高;但隨著檸檬酸添加量的增加,達到0.10%時飲料澀感明顯,產(chǎn)生了讓人難以接受的風(fēng)味,感官評分相對較低。因此確定檸檬酸添加量為0.04%。

2.1.2 木糖醇添加量對飲料品質(zhì)的影響

在堇葉碎米薺多糖飽和溶液添加量為20%下,固定添加0.04%檸檬酸,0.07%食用香精,以探究木糖醇添加量對飲料品質(zhì)的影響。結(jié)果表明隨著木糖醇添加量的增加,感官評分呈增加趨勢,當添加量達到6%時,飲料甜度適宜,感官評分最高。當添加量達到10%時,甜度太高,不能被人們所接受。因此確定木糖醇添加量為6%。

2.1.3 食用香精添加量對飲料品質(zhì)的影響

在堇葉碎米薺多糖飽和溶液添加量為20%下,固定添加0.04%檸檬酸,6%木糖醇,以探究食用香精添加量對飲料感官品質(zhì)的影響。結(jié)果表明食用香精的添加對飲料口感影響較小,但對色澤影響較大,隨著食用香精添加量的上升,飲料香味濃郁,當添加量為0.07%時,飲料評分最高。添加量達到0.11%時,飲料色澤變暗,因此確定食用香精添加量為0.07%。

2.1.4 穩(wěn)定劑添加量對飲料品質(zhì)的影響

固定羧甲基纖維素鈉與山梨酸鉀的添加量(0.02%),隨著水溶性果膠的增加,飲料離心沉淀率逐漸降低,當添加量為0.02%時,沉淀率達到最低,為1.54%,超過0.02%時,沉淀率略有上升,因此0.02%為水溶性果膠的最適添加量;固定水溶性果膠與山梨酸鉀的添加量(0.02%),隨著山梨酸鉀添加量的增加,沉淀率先降低后增加,在0.02%時沉淀率最低,為1.64%,但總體變化不大,因此選擇0.02%為山梨酸鉀最適添加量;固定水溶性果膠與羧甲基纖維素鈉的添加量(0.02%),隨著羧甲基纖維素鈉添加量的增加,當添加量超過0.02%時增加幅度明顯,故選擇0.02%為最適羧甲基纖維素鈉添加量。

2.2 響應(yīng)面實驗

按照實驗方案進一步設(shè)計響應(yīng)面優(yōu)化試驗,結(jié)果見表4。

表4 響應(yīng)面設(shè)計實驗設(shè)計方案及結(jié)果

2.2.1 數(shù)據(jù)分析

利用Design-Expert8.0軟件對表4中的實驗數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合分析,得到感官評分的多元二次回歸模型方程為:感官評分(Y)=91.66+1.32A+3.44B-0.11C+0.36AB+0.11AC+0.59BC-2.43A2-6.27B2-2.50C2。依據(jù)實驗結(jié)果分析如表5所示,此模型感官評分與響應(yīng)面值之間的P值小于0.000 1,表明此模型顯著,且失擬項不顯著(P值為0.488 4大于0.05),且得到的回歸方程的相關(guān)系數(shù)R2=0.997 9大于0.90,說明模型擬合度尚佳,堇葉碎米薺硒多糖飲料配方可用該模型進行對配方的優(yōu)化。F值顯示,影響配方的感官評分的重要關(guān)系為木糖醇添加量大于檸檬酸添加量大于食用香精添加量。因素的一次項(檸檬酸添加量、木糖醇添加量)、A2、B2、C2等二次項對結(jié)果的影響極度顯著,一次項(食用香精添加量);AB、AC、BC交互項對結(jié)果影響不顯著。

表5 響應(yīng)面優(yōu)化實驗方差分析結(jié)果

2.2.2 響應(yīng)面交互項分析

由圖1～3可以看出本實驗中交互項的3D圖形傾斜度較平坦,響應(yīng)面等高線圖呈圓形,說明交互項AB、AC、BC,對實驗結(jié)果影響不顯著,與表5中方差分析結(jié)果相吻合。

圖1 檸檬酸及木糖醇添加量對硒多糖飲料感官評分的影響

圖2 檸檬酸及食用香精添加量對硒多糖飲料感官評分的影響

圖3 木糖醇及食用香精添加量對硒多糖飲料感官評分的影響

2.2.3 優(yōu)化配方驗證試驗

根據(jù)響應(yīng)面實驗結(jié)果可得出的堇葉碎米薺硒多糖飲料的最優(yōu)配方為:固定堇葉碎米薺硒多糖飽和溶液添加量為20%、檸檬酸添加量為0.046%、木糖醇添加量為6.56%、食用香精添加量為0.070 4%。此模型預(yù)測本產(chǎn)品的感官評分可達到92.34,但結(jié)合實際操作的可行性,將方案修改為:檸檬酸添加量為0.04%、木糖醇添加量為6.50%、食用香精添加量為0.07%,為保證實驗科學(xué)性,對本產(chǎn)品進行平行實驗,三次實驗結(jié)果中產(chǎn)品感官評分平均值為92.23分,接近模型預(yù)測值,說明該模型參數(shù)準確可用。

2.3 穩(wěn)定劑配方優(yōu)化

以單因素實驗結(jié)果為基礎(chǔ),參考李冬梅[18]的方法并略作修改,設(shè)計復(fù)合穩(wěn)定劑配方以水溶性果膠(D)、羧甲基纖維素鈉(E)、山梨酸鉀(G)添加量等三個主要因素,以離心沉淀率[19]為本產(chǎn)品的評價指標,設(shè)計L9(33)正交試驗對產(chǎn)品穩(wěn)定性進行評價,實驗結(jié)果如表6所示。

根據(jù)數(shù)據(jù)可得,產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響因素主次為:D>E>G,即影響程度最高的因素為水溶性果膠添加量,羧甲基纖維素鈉添加量影響程度其次,山梨酸鉀對產(chǎn)品的影響程度最低;

且由本實驗得到的最佳組合為D2E2G2,即三種因素添加量均為0.02%時,所得飲料的離心沉淀率最低。設(shè)計三次平行實驗,所得產(chǎn)品平均沉淀率為1.42%,證實本方案具有科學(xué)性。

2.4 產(chǎn)品指標檢測

為評價堇葉碎米薺硒多糖飲料的品質(zhì),按照國標GB/T 31326—2014《植物飲料》中的規(guī)定對其各項指標及營養(yǎng)成分進行了檢測,結(jié)果如表7所示。由檢測結(jié)果可得,所制備的飲料品質(zhì)優(yōu)良,可作為人們?nèi)粘Ｉ钪械难a硒劑使用。

3 結(jié)論

通過堇葉碎米薺硒多糖溶液、檸檬酸、木糖醇、食用香精、羧甲基纖維素鈉、水溶性果膠及山梨酸鉀不同因素研究飲料制備工藝的優(yōu)化條件,以飲料的營養(yǎng)成分、微生物指標及感官評價作為評價指標,通過單因素實驗、響應(yīng)面實驗及正交實驗得到堇葉碎米薺硒多糖飲料的最佳制備工藝配方:以水為定量,固定堇葉碎米薺硒多糖飽和溶液添加量為20%,檸檬酸添加量為0.05%,木糖醇添加量為6.50%,食用香精添加量為0.07%,羧甲基纖維素鈉、水溶性果膠及山梨酸鉀添加量均為0.02%。所得產(chǎn)品感官評分為92.23分。根據(jù)產(chǎn)品配方將產(chǎn)品設(shè)計成每支25 mL的口服液產(chǎn)品,每支硒含量達到15.95 μg/25 mL,從而為人們除在日常生活中攝取硒提供一種高營養(yǎng)價值且風(fēng)味優(yōu)良的補硒方式,滿足人們中對于硒元素的需求。