養(yǎng)心草高鈣飲料的研制

董藝凝，李洋，李煜，葛露露，黃開軍，賈勝

1(滁州學院 生物與食品工程學院，安徽 滁州，239000) 2(安徽山清水秀農(nóng)業(yè)科技發(fā)展服務有限公司，安徽 定遠，233200)

養(yǎng)心草，學名景天三七(SedumaizoonL.)，又稱土三七、養(yǎng)心菜、費菜等，為薔薇目景天科多年生草本植物，分布于我國華北、華東等地區(qū)[1-2]?！睹F中藥譜》和《現(xiàn)代中藥臨床手冊》等中醫(yī)論著認為，養(yǎng)心草具有降血壓血脂、活血化瘀、寧心平肝、清熱涼血功效，并有降低苯丙胺毒性和擴張冠狀動脈作用；同時對吐血、失眠、驚悸癔癥也有較好的療效[3-5]。外用還能達到消腫止血的效果，故有養(yǎng)心草、救心菜之稱[6]。近年來，作為一種新興保健蔬菜，養(yǎng)心草逐漸受到重視與推廣，包括對其抗氧化物質(zhì)的分離提取[7]、功效成分的藥學及臨床應用研究以及食用開發(fā)等[8]。

除了已有記載的功效外，養(yǎng)心草還具有高鈣的特點。其鈣含量每百克高達331 mg，是牛奶鈣含量的3倍，普通蔬菜鈣含量的10倍以上[9-11]。鈣是骨骼的基本組分，但是從日常食物中攝取的鈣量還不足人體所需量的50%[12-13]，如何有效補鈣一直是消費者關心的問題。在這一市場需求背景下，養(yǎng)心草高鈣食品值得深入研究和系統(tǒng)開發(fā)。但是植物來源鈣易在加工過程中沉淀流失，不易被吸收利用[14]。本研究針對養(yǎng)心草鈣含量高、食用效率低的問題，利用過量有機酸對鈣的結(jié)合與穩(wěn)定作用，研制出植物源高鈣飲料。旨在為養(yǎng)心草功能食品開發(fā)提供理論依據(jù)和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

養(yǎng)心草干花、干葉,黑龍江紅光農(nóng)場提供；低聚半乳糖,上海源葉生物科技有限公司；去離子水(自制)；對照樣品奶粉,市售。

乙二酸二氫鈉、NaCl、NaOH、鈣指示劑均為分析純,上海源葉生物科技有限公司；食品級乳酸,廣州穗澤環(huán)保科技有限公司；牛肉膏、蛋白胨,上海緣肽生物技術有限公司；蔗糖、低聚半乳糖均為食品級,上海源葉生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

L3S紫外分光光度計，上海精密科學儀器有限公司；FA2204B型電子天平(精確至0.000 1 g)，上海越平科學儀器有限公司；PAL-1手持糖量儀，ATAGO U.S.A.,Inc；UP300-E UVF超純水機，上海和泰儀器有限公司；HHS型電熱恒溫水浴鍋，上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠；BCD-221CHC美菱冰箱，合肥美菱股份有限公司；L550離心機，上海躍核儀器有限公司；LHS-250恒溫恒濕培養(yǎng)箱，上海培因試驗儀器有限公司；BXM-30R高壓滅菌鍋，上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠；CR-400/410色差儀，上?？_卡超儀器有限公司；RE-2000E旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，鞏義市予華儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 養(yǎng)心草高鈣飲料加工工藝流程與操作要點

干制養(yǎng)心草→加去離子水→煮沸(浸提)→冷卻→調(diào)節(jié)酸度→攪拌→過濾→加低聚半乳糖、蔗糖調(diào)配→殺菌→灌裝→成品

操作要點：

(1)原料選擇。挑選無蟲害、外觀完整、色澤良好的干制養(yǎng)心草花或者葉作為原料。其中，干花中鈣的含量明顯高于葉部，為最優(yōu)原料。干花挑選應盡量完整，無異常變色，無蟲害。

(2)浸提。按料液比添加去離子水，進行煮沸浸提。本工藝環(huán)節(jié)用水需為去離子水，以去除水溶液中離子對產(chǎn)品后續(xù)酸度調(diào)節(jié)的干擾。

(3)冷卻。將浸提液冷卻至室溫，以達到不影響酸度穩(wěn)定性的目的。

(4)調(diào)節(jié)酸度。在測定浸提液中鈣濃度的基礎上，核算所需酸的最低用量，以確保浸提液中游離鈣被充分結(jié)合。加酸過程須配合攪拌與pH監(jiān)測，保持浸提液呈微酸性，提高鈣的結(jié)合效率和穩(wěn)定性。

(5)殺菌、灌裝。高壓蒸汽滅菌的條件為95 ℃，900 s，靜置、冷卻至室溫[15-17]。

1.3.2 浸出率測定

稱取干制養(yǎng)心草1 g，于錐形瓶中加入一定比例的去離子水，在設定時間和溫度條件下浸提，趁熱用紗布粗過濾并進行減壓過濾。經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮后，取濃縮液于質(zhì)量已知的稱量瓶中，置于105 ℃恒溫干燥箱內(nèi)。每隔1 h測定稱量瓶質(zhì)量變化，至恒重后加蓋取出稱重，按公式(1)計算浸出率[18]。

(1)

式中：w1，稱量瓶的質(zhì)量，g；w2，經(jīng)干燥后與稱量瓶的總質(zhì)量，g；w0，干制養(yǎng)心草的質(zhì)量，g。

1.3.3 鈣離子檢測方法

將浸提液裝入錐形瓶中，加水稀釋至100 mL。加入5 mL 2 mol/L的NaOH溶液、0.1～0.2 g鈣指示劑至pH>12.5后，用EDTA-2Na標準溶液滴定至由紅色轉(zhuǎn)變至純藍色即為終點。滴定時需不斷搖蕩，將近終點時，緩慢滴定[19](同時做空白試驗)，計算如公式(2)所示：

(2)

式中：ρ(Ca)，樣品中鈣的質(zhì)量濃度，mg/L；V1，滴定中所消耗EDTA-2Na溶液的體積，mL；V2，空白所消耗EDTA-2Na溶液的體積，mL；c，EDTA-2Na溶液的濃度，mol/L；40.08，與1.00 mL EDTA-2Na標準溶液相當?shù)拟}質(zhì)量，g；V，所取水樣的體積，mL。

1.3.4 單因素試驗

(1)浸提時間對浸提效果的影響

稱取5份1.00 g養(yǎng)心草分別置于5個燒杯中，加入100 mL去離子水，80 ℃恒溫水浴浸提，分別在10、20、30、40、50 min后，用絹布過濾后，將濾液定容至100 mL，測定浸提率及鈣溶出量。每個實驗重復3次。

(2)料液比對浸提效果的影響

稱取5份1.00 g干燥養(yǎng)心草分別置于5個燒杯中，依次加入10、20、30、40、50 mL去離子水，于80 ℃恒溫水浴浸提30 min。用絹布過濾后，將濾液定容至100 mL，測定浸提率及鈣濃度。每個實驗重復3次。

(3)水浴溫度對浸提效果的影響

稱取5份1.00 g干燥養(yǎng)心草分別置于5個燒杯中，加入100 mL去離子水，分別置60、70、80、90、100 ℃水浴中浸提30 min，用絹布過濾后，將濾液定容至100 mL，測定浸提率及鈣含量。每個實驗重復3次。

1.3.5 正交試驗

在單因素實驗的基礎上，以浸出率和鈣濃度為考察指標，對浸提溫度、浸提時間和料液比3個因素，采用L9(33)正交實驗設計，確定最佳浸提工藝。正交實驗因素水平見表1。

1.3.6 感官評價標準

特征風味是飲料重要的感官評價對象，特別是滋味對飲料的風味影響較大[20-21]。因此，本研究將滋味的權重設為40%。本產(chǎn)品風味受養(yǎng)心草原料濃度影響明顯，濃度過高易導致飲料澀味加重。同時，添加乳酸也能夠較大影響飲料的感官品質(zhì)，因此設定氣味占感官評定標準權重的30%；色澤直接影響消費者的視覺，并間接影響消費者的購買欲，設定其占感官評定標準權重的30%。感官評分標準設計如表2所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 養(yǎng)心草不同部位鈣浸提量的比較

養(yǎng)心草主要食用部位包括花和葉。為了對原料進行選擇，本研究對比分析了不同部位浸提液中的鈣含量,實驗結(jié)果如圖1所示。

相同浸提條件下，即溫度為80 ℃，料液比為1∶40(g∶mL)時養(yǎng)心草花與葉浸提液中鈣的質(zhì)量濃度，隨浸提時間的變化均不明顯。但花中浸提出的鈣質(zhì)量濃度始終大于葉部，前者約為后者的1.6～1.9倍。這說明養(yǎng)心草花中鈣的含量更豐富，且組織柔軟，易于提取，養(yǎng)心草花部更適合作為原料。因此，本研究以養(yǎng)心草干花作為原料，下文所述原料皆為養(yǎng)心草干花。

2.2 浸提工藝優(yōu)化

為獲得有效的浸提工藝，以養(yǎng)心草有效成分包括干物質(zhì)浸出率和浸提液中鈣質(zhì)量濃度為指標，對料液比、浸提溫度和浸提時間進行了單因素實驗和正交優(yōu)化設計。

2.2.1 料液比對養(yǎng)心草有效成分浸出量的影響

隨著料液比的增大，浸提液中鈣質(zhì)量濃度和干物質(zhì)含量均有所增加，表明浸提液中鈣質(zhì)量濃度與干物質(zhì)的浸出率間呈正相關。當料液比達到1∶40時，二者均達到最大值，即1∶40料液比對有效成分的浸提效果最佳。

2.2.2 浸提溫度對養(yǎng)心草有效成分浸出量的影響

如圖3所示，隨著浸提溫度升高，養(yǎng)心草浸提液中鈣質(zhì)量濃度和干物質(zhì)浸出率逐漸增大，二者均在90 ℃達到最大值。但是浸提溫度繼續(xù)升高，特別是超過95 ℃后，有效成分浸出量趨向平緩并開始下降。這可能是由于部分有效成分高溫變性，溶解性降低導致,但是高溫影響鈣浸出量的原因還有待分析。綜上，最佳浸提溫度為90 ℃。感官分析也表明，最佳浸提溫度條件下得到的浸提液色澤鮮亮，呈淡黃色，并具有養(yǎng)心草的清淡香氣。

2.2.3 浸提時間對養(yǎng)心草有效成分浸出量的影響

如圖4所示，有效成分浸出量隨浸提時間的增加而增大。當浸提時間超過40 min后，浸提液中鈣質(zhì)量濃度和干物質(zhì)浸出率均開始下降，表明最佳浸提時間為40 min。

2.2.4 養(yǎng)心草浸提工藝優(yōu)化

單因素實驗結(jié)果顯示，料液比、浸提溫度和浸提時間對浸提液中的有效成分含量影響顯著，且浸提液中鈣質(zhì)量濃度與干物質(zhì)浸出率呈正相關規(guī)律。因此根據(jù)單因素實驗結(jié)果設計正交實驗，優(yōu)化養(yǎng)心草浸提工藝。選擇鈣質(zhì)量濃度作為評價指標，實驗結(jié)果及方差分析如表3和表4所示。

注：*表示影響顯著，P<0.05

由表3數(shù)據(jù)可知，A2B2C3為養(yǎng)心草的最佳浸提工藝，即浸提溫度90 ℃，浸提的時間45 min，料液比1∶40(g∶mL)。經(jīng)最佳工藝浸提，鈣質(zhì)量濃度可達701.48 mg/L。正交實驗分析結(jié)果顯示，各因素對浸提液中鈣質(zhì)量濃度影響作用從大到小依次為，浸提溫度>浸提時間>料液比。表4方差分析結(jié)果也表明浸提溫度對浸提液中鈣質(zhì)量濃度的影響顯著。

2.3 乳酸添加量的確定及風味調(diào)配

已知經(jīng)最優(yōu)工藝所得浸提液中鈣離子質(zhì)量濃度為701.48 mg/L，即17.54 mmol/L。則為了充分結(jié)合鈣離子使其形成(CH3CHOHCOO)2Ca·5H2O，所需乳酸物質(zhì)量濃度的理論值為35.07 mmol/L，即3 156.64 mg/L。以此作為最低乳酸添加量，設計單因素實驗探討乳酸的最適用量,實驗結(jié)果如表5所示。

當乳酸物濃度達到35 mmol/L，即乳酸(88%)添加量達到3.58 mg/mL時，鈣的結(jié)合率達到最大(92%)，此后繼續(xù)增大乳酸添加量，鈣離子結(jié)合率均保持不變，但飲料pH值可逐漸降低，有利于乳酸鈣的穩(wěn)定。當乳酸添加量為4.60 mg/mL時，pH值為4.93，感官分析結(jié)果顯示酸味適中。綜合以上因素分析，4.60 mg/mL乳酸為最佳添加量。

本研究以低聚半乳糖作為營養(yǎng)強化劑，利用其自身具有甜味搭配蔗糖進行風味調(diào)配。以低聚半乳糖的國標限量6.45 mg/mL為基礎，設計蔗糖添加量的梯度為50、100、150、200、250 mg/mL。感官評定結(jié)果如表6所示，綜合色澤、香味和滋味分析，蔗糖最佳添加量為150 mg/mL。

2.4 鈣含量比較與評價

本研究通過與3款市售奶粉對比，對養(yǎng)心草高鈣飲料的含鈣水平進行評價。取與本產(chǎn)品原料(干制養(yǎng)心草)相同質(zhì)量的奶粉沖調(diào)成等體積可飲用奶品作為對照樣品，對照樣品與本產(chǎn)品中鈣含量的對比分析結(jié)果如圖5所示。養(yǎng)心草高鈣飲料中鈣含量高達701.48 mg/L，是新西蘭安佳奶粉鈣含量的6倍，伊利奶粉鈣含量的10倍，雀巢奶粉鈣含量的21倍。對比結(jié)果表明，養(yǎng)心草高鈣飲料的鈣含量顯著高于等質(zhì)量復原乳，是一款富含植物鈣源的優(yōu)質(zhì)飲品。

3 結(jié)論

本研究從原料分析、成分配比和工藝優(yōu)化角度較系統(tǒng)的完成了養(yǎng)心草高鈣飲料的研制。得到最優(yōu)工藝條件為，以料液比1∶40(g∶mL)，在90 ℃條件下浸提45 min后冷卻過濾，添加4.60 mg/mL乳酸、6.45 mg/mL低聚半乳糖和150 mg/mL蔗糖進行調(diào)配。在此工藝條件下，所得優(yōu)化產(chǎn)品中鈣含量高達701.48 mg/L，是相同質(zhì)量下新西蘭安佳復原乳鈣含量的6倍，伊利復原乳鈣含量的10倍，雀巢復原乳鈣含量的21倍。除了具有高鈣含量的特點，養(yǎng)心草高鈣飲料還具有養(yǎng)心草風味特征、色澤明亮、滋味酸甜。本研究結(jié)果表明，養(yǎng)心草作為優(yōu)良的植物鈣源，其高鈣功能食品的開發(fā)值得深入探討和系統(tǒng)開發(fā)。