參芪復(fù)合固體飲料工藝優(yōu)化、質(zhì)量評價及體外抗氧化活性研究

◎ 白 莉，王輝敏，李冠文，楊金梅，秦 楠，劉 星

（山西中醫(yī)藥大學(xué) 中藥與食品工程學(xué)院，山西 晉中 030619）

近年來固體飲料發(fā)展方向逐漸由單粉向復(fù)合粉研究進(jìn)行轉(zhuǎn)變，從而有效彌補(bǔ)了單種成分固體飲料所存在的營養(yǎng)、風(fēng)味或色澤上的問題[1]，如石榴果沙棘復(fù)合固體飲料[2]、竹筍玉米復(fù)合固體飲料[3]等產(chǎn)品的出現(xiàn)。目前，人們又將研究方向聚集于功能性固體飲料，采用藥食同源材料加工固體飲料已然成為一種趨勢，如高月瀅等[4]以荷葉、蓮子、山楂為主，魔芋粉與甘草為輔開發(fā)了一種荷葉復(fù)合固體飲料，其具有養(yǎng)心安神、抗癌、降低血脂及抑制微生物的功效。冷進(jìn)松等[5]利用藥食同源藥材人參、枸杞開發(fā)出具有增強(qiáng)免疫功效的固體飲料。

本研究以藥食同源植物材料黨參、黃芪、甘草、肉桂合理配伍，經(jīng)多道工序制得干基粉，將其輔以白砂糖、β-環(huán)狀糊精、藍(lán)莓粉、檸檬酸，以制備一款具有抗氧化功效的復(fù)合固體飲料，為滿足消費(fèi)者對健康食品日益增長的需求并為后續(xù)藥食同源產(chǎn)品的開發(fā)及產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黨參、黃芪、甘草、肉桂，市售；白砂糖、檸檬酸、藍(lán)莓粉，由北京清源食品添加劑有限公司提供；β-環(huán)狀糊精（β-CD）、毛蕊異黃酮葡萄糖苷對照品，由上海融和醫(yī)藥科技有限公司提供；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）、2,2-聯(lián)氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二銨鹽（ABTS），由美國Sigma公司提供；其他試劑為國產(chǎn)分析純試劑。

SY-2000型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，產(chǎn)自上海亞榮生化儀器廠；WZ110/ATC型手持式折光儀，產(chǎn)自愛普計(jì)量儀器有限公司；PHS-3C型精密PH計(jì)，產(chǎn)自上海昊森儀器儀表有限公司；UITRA-3000型紫外分光光度計(jì)及L-3000型高效液相色譜儀，產(chǎn)自北京普源精電科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

黨參、黃芪、甘草、肉桂（1∶1∶1∶1配伍）→煎煮30 min提?。?0倍水）→過濾、離心→濃縮至浸膏狀→干燥→粉碎→過篩→調(diào)配→制?！稍铩！b→滅菌→成品。

1.2.2 干基粉的制備

稱取黨參、黃芪、甘草、肉桂各6 g，粉碎，混合均勻，加240 mL蒸餾水煎煮，過濾并離心，棄去沉淀后將其濃縮至浸膏狀，于烘箱中干燥，粉碎后過150目篩，得干基粉。

1.2.3 單因素試驗(yàn)

準(zhǔn)確稱取10 g干基粉，選取不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的白砂糖、β-CD、藍(lán)莓粉、檸檬酸進(jìn)行復(fù)配，加10倍水沖泡。由20人組成的品評小組從口感、色澤、氣味、沖調(diào)性等角度出發(fā)進(jìn)行綜合評定[6]，其評分將作為單因素試驗(yàn)指標(biāo)，不同因子水平見表1，品評標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表1 單因素水平設(shè)計(jì)表

表2 固體飲料的感官評分標(biāo)準(zhǔn)表

1.2.4 響應(yīng)面試驗(yàn)

根據(jù)1.2.3試驗(yàn)結(jié)果，遵照Box-Behnken設(shè)計(jì)方法選取白砂糖、藍(lán)莓粉、檸檬酸和β-CD作為變量設(shè)計(jì)試驗(yàn)，響應(yīng)值以感官評分Y表示，其水平見表3。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與水平表

1.2.5 理化指標(biāo)測定

總多糖：使用苯酚-硫酸法[7]對參芪復(fù)合固體飲料總多糖含量進(jìn)行測定。

毛蕊異黃酮葡萄糖苷：通過HPLC測定參芪復(fù)合固體飲料所含含量，其中采用C18柱作固定相，乙腈-0.2%甲酸溶液作流動相，洗脫程序：0～20 min時，20%→40%乙腈，80%→60% 0.2%甲酸溶液；20～30 min時，40%乙腈，60% 0.2%甲酸溶液。檢測波長：260 nm，柱溫：30 ℃。

水分：參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》（GB 5009.3—2016）第一法 直接干燥法，測定參芪復(fù)合固體飲料所含水分。

pH值：使用PHS-3CPH計(jì)測量參芪復(fù)合固體飲料pH值。

可溶性固形物：根據(jù)折光計(jì)法原理測定參芪復(fù)合固體飲料中的含量。

濕潤性與分散性：通過測定參芪復(fù)合固體飲料完全沉降所需時間（s）與全部分散所需時間（s）測定參芪復(fù)合固體飲料濕潤性與分散性[8]。

澄清度：在200～800 nm波長范圍內(nèi)使用紫外分光光度計(jì)測定參芪復(fù)合固體飲料透光率來評價其澄清度。

流動性：參照《表面活性劑 粉體和顆粒休止角的測量》（GB 11986—1989）檢測參芪復(fù)合固體飲料的流動性[9]。

堆積密度：使參芪復(fù)合固體飲料從漏斗中散落至量筒中，通過量筒測定其體積而得出堆積密度[10]。

1.2.6 微生物指標(biāo)測定

參照 GB 4789.2—2016[11]、GB 4789.3—2016[12]檢測參芪復(fù)合固體飲料中的菌落總數(shù)、大腸菌群數(shù)及致病菌。

1.2.7 體外抗氧化活性測定

（1）維生素C（Vc）溶液與復(fù)合固體飲料樣品溶液的配制。稱取Vc粉末0.25 g于50 mL容量瓶中，加入蒸餾水定容，最終配得5 mg·mL-1的Vc母液。取5個10 mL容量瓶，分別移取母液2 mL、4 mL、6 mL、8 mL、10 mL至其中以制成濃度為 1 mg·mL-1、2 mg·mL-1、3 mg·mL-1、4 mg·mL-1、5 mg·mL-1的 Vc 溶液。

稱取0.25 g參芪復(fù)合固體飲料，按上述方法進(jìn)行配制，質(zhì)量濃度分別為 1 mg·mL-1、2 mg·mL-1、3 mg·mL-1、4 mg·mL-1、5 mg·mL-1[13]。

（2）DPPH自由基清除率的測定。吸取0.1 mmol·L-1的 DPPH 溶液和質(zhì)量濃度分別為 1 mg·mL-1、2 mg·mL-1、3 mg·mL-1、4 mg·mL-1、5 mg·mL-1的參芪復(fù)合固體飲料樣液各2 mL于比色管中，將兩者混勻后避光放置30 min，于517 nm處測定吸光度，以A樣表示。取1 mL蒸餾水替代參芪復(fù)合固體飲料樣液測定其吸光度值，以A空表示，Vc作為陽性對照[14]。

DPPH的清除率計(jì)算公式：DPPH的清除率=（A空-A樣）÷A空×100%。

（3）羥自由基（·OH）清除率的測定。取1 mL質(zhì)量濃度為 1 mg·mL-1、2 mg·mL-1、3 mg·mL-1、4 mg·mL-1、5 mg·mL-1的參芪復(fù)合固體飲料樣液分裝于試管中，加入各1 mL的9 mmol·L-1水楊酸-乙醇溶液、硫酸亞鐵溶液與3%過氧化氫溶液，混勻后在37 ℃下水浴加熱30 min，于510 nm波長處測定各質(zhì)量濃度參芪復(fù)合固體飲料樣液吸光度值，以A樣表示。Vc作為陽性對照，用水替代過氧化氫的吸光度值，以A對表示；用水替代參芪復(fù)合固體飲料樣液的吸光度值，以A空表示[15-16]。

·OH的清除率計(jì)算公式：·OH的清除率=（A樣-A空）÷（A對-A空）×100%。

（4）ABTS+自由基清除率的測定。取1 mL質(zhì)量濃度為 1 mg·mL-1、2 mg·mL-1、3 mg·mL-1、4 mg·mL-1、5 mg·mL-1的參芪復(fù)合固體飲料樣液分裝于試管中，加5 mL ABTS-過硫酸鉀混合溶液，混勻后避光靜置30 min，于734 nm處分別測定不同質(zhì)量濃度參芪復(fù)合固體飲料樣液的吸光度值，以A樣表示。用無水乙醇替代參芪復(fù)合固體飲料樣液作為對照，以A空表示，Vc作為陽性對照[17]。

ABTS+的清除率計(jì)算公式：ABTS+的清除率=（A空-A樣）÷A空×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 不同白砂糖含量對參芪復(fù)合固體飲料感官評分的影響

由圖1得，隨著白砂糖比例的增加，參芪復(fù)合固體飲料的感官評分曲線先升后降。當(dāng)白砂糖比例達(dá)50%時，其評分最高為79.1分；當(dāng)白砂糖比例＞50%后，參芪復(fù)合固體飲料過甜，導(dǎo)致整體口感下降，評分降低，故在參芪復(fù)合固體飲料中白砂糖的最適添加量為50%。

圖1 白砂糖添加量對感官評分的影響圖

2.1.2 不同藍(lán)莓粉含量對參芪復(fù)合固體飲料感官評分的影響

由圖2得，參芪復(fù)合固體飲料的感官評分曲線隨藍(lán)莓粉含量的增加而先升后降。當(dāng)藍(lán)莓粉添加比例為6%時，感官評分達(dá)到最高，為76.60分；當(dāng)其添加比例＞6%時，飲料呈現(xiàn)強(qiáng)烈的藍(lán)莓風(fēng)味，感官評分降低。因此，適量藍(lán)莓粉作為矯味劑可以改善固體飲料的適口性，藍(lán)莓粉添加量宜選取6%。

圖2 藍(lán)莓粉添加量對感官評分的影響圖

2.1.3 不同β-環(huán)狀糊精含量對參芪復(fù)合固體飲料感官評分的影響

由圖3得，參芪復(fù)合固體飲料感官評分曲線隨β-CD含量的增加先上升后下降，當(dāng)β-CD添加比例為10%時，達(dá)最高分76.63分，其后感官評分出現(xiàn)大幅度降低。這是由于β-CD在參芪復(fù)合固體飲料中作為穩(wěn)定劑而存在，其添加量過多會導(dǎo)致固體飲料較黏稠，從而產(chǎn)生沉淀更甚者會造成沙?？诟?。故β-CD添加量選取10%為宜。

圖3 β-CD添加量對感官評分的影響圖

2.1.4 不同檸檬酸含量對參芪復(fù)合固體飲料感官評分的影響

由圖4得，參芪復(fù)合固體飲料感官評分曲線隨檸檬酸量的增加呈逐漸上升后下降的趨勢，當(dāng)檸檬酸添加量為0.6%時，達(dá)最高分78.17分，隨后評分降低。這是由于酸味劑酸度過大易導(dǎo)致口感刺激，從而影響飲料風(fēng)味，故檸檬酸添加量選取0.6%為宜。

圖4 檸檬酸添加量對感官評分的影響圖

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

通過單因素試驗(yàn)選取4個因素，分別是白砂糖（A）、藍(lán)莓粉（B）、檸檬酸（C）、β-CD（D）含量，以此進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)，將感官評分設(shè)為響應(yīng)值，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果表

2.2.2 模型的建立及其顯著性檢驗(yàn)

通過Design-Expert v8.0.6對表4中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，建立二次多元回歸模型：Y=79.04+0.69A+0.60B-0.32C+0.083D+0.01AB+0.13AC+0.16AD+0.50BC+0.30BD-0.96CD-2.62A2-2.10B2-2.11C2-2.45D2。

由表5得，響應(yīng)面回歸模型極顯著（P＜0.000 1），失擬項(xiàng)不顯著（P=0.827 0＞0.05），決定系數(shù)R2=0.979 6，校正系數(shù)Radj2=0.920 3，說明模型可以預(yù)測92.03%的響應(yīng)值，能夠預(yù)測參芪復(fù)合固體飲料的口味調(diào)配結(jié)果。由F值可知，白砂糖（A）、藍(lán)莓粉（B）、檸檬酸（C）、β-CD（D）對參芪復(fù)合固體飲料感官評分影響的順序?yàn)椋篈＞B＞C＞D。交互項(xiàng)CD的P＜0.01，差異極顯著；BC的P＜0.05，差異顯著；AB、AC、AD和BD的P＞0.05，無顯著差異。因此，藍(lán)莓粉與檸檬酸、檸檬酸與β-CD在參芪復(fù)合固體飲料的調(diào)配中存在交互作用，其他因素間則不存在交互影響。

表5 二次回歸模型的方差分析結(jié)果表

2.2.3 響應(yīng)面分析

如圖5所示，白砂糖與藍(lán)莓粉、白砂糖與檸檬酸、白砂糖與β-CD、藍(lán)莓粉與β-CD對參芪復(fù)合固體飲料的調(diào)配交互作用不明顯，檸檬酸與β-CD則在其調(diào)制中交互作用極顯著（P＜0.01）。檸檬酸與β-CD交互作用曲面圖的坡度與其他因素交互作用曲面圖相比，前者傾斜度較大，且隨著檸檬酸、β-CD含量逐漸增加，飲料口感的酸甜度能達(dá)到最佳比例。若達(dá)到最佳比例后仍繼續(xù)提高檸檬酸、β-CD的添加量，感官評分將會下降。藍(lán)莓粉與檸檬酸對參芪復(fù)合固體飲料感官評分的交互作用顯著（P＜0.05），當(dāng)藍(lán)莓粉比例達(dá)到6%，檸檬酸比例達(dá)到0.6%時，參芪復(fù)合固體飲料品評結(jié)果最佳，若此時繼續(xù)增加藍(lán)莓粉與檸檬酸比例，則會影響風(fēng)味而使評分降低。

圖5 兩因素交互作用對感官評分的影響圖

2.2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)

利用回歸模型預(yù)測的參芪復(fù)合固體飲料最佳調(diào)制工藝為：白砂糖51.31%，藍(lán)莓粉6.14%，檸檬酸0.59%，β-CD 10.09%。為高效應(yīng)用于實(shí)際而將最佳工藝調(diào)整為：白砂糖51%，藍(lán)莓粉6%，檸檬酸0.6%，β-CD 10%，最終所得復(fù)合固體飲料的感官評分預(yù)測值為79.42分。重復(fù)進(jìn)行3次試驗(yàn)，所得結(jié)果取均值，最終感官評分為79.39分，與模型預(yù)測值相近。RSD=0.06%，表明該試驗(yàn)確定的模型條件準(zhǔn)確可靠。

2.3 理化指標(biāo)

參芪固體飲料粉體的理化指標(biāo)結(jié)果見表6。參芪復(fù)合固體飲料中的毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量為（0.02±0.001）mg·g-1，對照品的保留時間為6.2 min，其保留時間與該復(fù)合固體飲料指標(biāo)峰的保留時間相同，而陰性對照品未出現(xiàn)相應(yīng)的峰，表明在樣品指標(biāo)峰測定中沒有其他成分對其產(chǎn)生干擾，見圖6～圖8。濕潤性與分散性能夠反映固體飲料粉體在水中的溶解速度，參芪復(fù)合固體飲料粉體的測定結(jié)果分別為（7.64±0.15）s與（16.55±0.21）s；休止角主要用于評價固體飲料粉體的流動性和分散性，在生產(chǎn)生活中休止角≤40°即可滿足流動性要求[18]，其休止角為28.18°±0.17°；固體飲料的澄清度可由透光率直接反映，參芪復(fù)合固體飲料粉體經(jīng)沖調(diào)后，在700 nm處發(fā)現(xiàn)了其最大透光波長，透光率為89.01%；堆積密度可以測定固體飲料粉末的散開程度，堆積密度越小越易散開，表示流動性越好越易于溶解[19]，在本試驗(yàn)中，參芪復(fù)合固體飲料粉體的堆積密度為（0.85±0.04）g·mL-1，表現(xiàn)出較好的流動性。

圖8 樣品譜圖

表6 理化指標(biāo)測定結(jié)果表

圖6 陰性樣品譜圖

圖7 對照品譜圖

2.4 微生物指標(biāo)

按照1.2.6微生物檢測方法測得參芪復(fù)合固體飲料中的菌落總數(shù)≤1 000 CFU·g-1、大腸菌群≤40 CFU·g-1，且未檢測出致病菌，符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 體外抗氧化活性

2.5.1 DPPH自由基清除率結(jié)果

如圖9所示，隨著參芪復(fù)合固體飲料樣液濃度的增加，對DPPH自由基的清除能力也逐漸變強(qiáng)。當(dāng)參芪復(fù)合固體飲料樣液濃度在1～3 mg·mL-1時，清除率增長幅度較大；當(dāng)參芪復(fù)合固體飲料樣液濃度在3～4 mg·mL-1時，清除率增幅變小；當(dāng)參芪復(fù)合固體飲料樣液濃度為5 mg·mL-1時，清除率為57.21%，差異具有顯著性（P＜0.05）。在同質(zhì)量濃度下與VC標(biāo)準(zhǔn)品相比，參芪復(fù)合固體飲料樣液的清除能力低于標(biāo)準(zhǔn)品。通過方差分析結(jié)果可知，不同濃度參芪復(fù)合固體飲料樣液的清除能力差異顯著，且在一定范圍內(nèi)該樣品液與清除能力呈現(xiàn)劑量（質(zhì)量濃度）-效應(yīng)關(guān)系。

圖9 不同濃度樣品液對DPPH自由基清除率的影響圖

2.5.2 羥自由基清除率結(jié)果

如圖10所示，當(dāng)參芪復(fù)合固體飲料質(zhì)量濃度在1～5 mg·mL-1時，·OH清除能力隨參芪復(fù)合固體飲料濃度的增加而遞增。當(dāng)參芪復(fù)合固體飲料濃度在1～2 mg·mL-1時，清除率由18.71%陡然增至52.84%（P＜0.05）；當(dāng)參芪復(fù)合固體飲料濃度在2～5 mg·mL-1時，清除率緩慢提高至67.03%。參芪復(fù)合固體飲料樣液對·OH的清除能力與相同濃度的VC標(biāo)準(zhǔn)品相比，前者清除·OH能力相對較差。

圖10 不同濃度樣品液對羥自由基清除率的影響圖

2.5.3 ABTS+自由基清除率結(jié)果

如圖11所示，不同濃度的參芪復(fù)合固體飲料對ABTS+自由基的清除能力隨濃度的增大而顯著升高。當(dāng)參芪復(fù)合固體飲料濃度為1～4 mg·mL-1時，清除率逐漸遞增；當(dāng)參芪復(fù)合固體飲料濃度為4 mg·mL-1時，清除率為56.05%；當(dāng)參芪復(fù)合固體飲料濃度增至5 mg·mL-1時，清除率為69.60%，增幅顯著。與相同濃度的VC標(biāo)準(zhǔn)品相比，參芪復(fù)合固體飲料的清除能力低于標(biāo)準(zhǔn)品。

圖11 不同濃度樣品液對ABTS自由基清除率的影響圖

3 結(jié)論與討論

以黨參、黃芪、甘草、肉桂配伍制得的干基粉為基礎(chǔ)配制復(fù)合固體飲料，其最佳配方為51%白砂糖、10%β-CD、6%藍(lán)莓粉、0.6%檸檬酸。經(jīng)過沖調(diào)，其色澤呈淺棕色，且酸甜可口、適于飲用。經(jīng)理化指標(biāo)測定，毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量為（0.02±0.001）mg·g-1；總多糖含量為（433.21±1.25）mg·g-1；水分含量為4.7%，符合《固體飲料》（GB/T 29602—2013）中水分含量≤7.0%的要求。固體飲料在水中的濕潤時間為7.64 s，分散時間為16.55 s，表明該產(chǎn)品具有較好的速溶性，且微生物指標(biāo)經(jīng)過測定也符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

參芪復(fù)合固體飲料原料提取物中的主要成分涉及多糖、黃酮、異黃酮、多酚等，均具有一定的抗氧化活性。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，黃芪活性成分組成中含量最高的是毛蕊異黃酮，其具有抗炎、抗氧化及保護(hù)神經(jīng)的作用[20]。以Vc標(biāo)準(zhǔn)品作為對照，當(dāng)參芪復(fù)合固體飲料濃度為5mg·mL-1時，其對DPPH自由基、·OH與ABTS+自由基的清除率分別為57.21%、67.03%、69.60%，體現(xiàn)出其具有一定的清除能力。后期還將通過動物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其抗氧化活性，以進(jìn)一步滿足人們對健康食品的需求。