黨參多糖提取工藝優(yōu)化 及其保健醋飲料的研制

秦 楠,崔 政,劉麗君,張芹仙

(山西中醫(yī)藥大學 制藥與食品工程學院,山西太原 030619)

黨參(Codonopsispilosula)始見于清代本草,繼山西上黨產(chǎn)的人參資源逐漸枯竭時被作為上黨人參上市而著名[1-2]。黨參主要成分包括萜類、糖、糖苷類、甾體類、黃酮類、木脂素苷、氨基酸等,具有補中益氣、生津止渴、活血化瘀、調(diào)理脾胃、健脾益肺等作用,其中,黨參多糖具有增強免疫能力、抗缺氧、抗腫瘤、抗衰老、抗輻射、增強記憶和提高學習能力等藥理活性[3]。張雅君等研究表明,黨參多糖可促進小鼠B淋巴細胞的增殖,提高巨噬細胞的吞噬功能,是一種新的免疫調(diào)節(jié)劑[4]。廖威等以蘆薈、黨參為原料研制出具有調(diào)節(jié)新陳代謝、增強免疫力、消炎殺菌等功能的中藥復(fù)合保健飲料[5]。楊鮮以黨參為主要原料,采用加熱回流提取有效成分,復(fù)配制得黨參復(fù)合保健飲料,具有抗輻射、抗疲勞功能[6]。

醋飲料相比傳統(tǒng)食醋在口感、營養(yǎng)、風味方面更易于消費者接受,而且還具有一定的保健功能。目前,研發(fā)的醋飲料品種豐富,如蘋果醋飲料[9]、姜醋飲料[10]、小白杏醋飲料[11]、蘆筍醋飲料[12]、蜂蜜醋飲料[13]等。近些年,對黨參成分研究的報道較多,主要集中在多糖,黨參甙Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ,黨參堿等[14-16]。蕎麥醋主要以其促進食欲、抗氧化、減肥、降血脂等功能性研究為趨勢[17-18]。有關(guān)黨參蕎麥醋飲料的研究尚未見報道。本研究以黨參多糖提取物、蕎麥醋為主要原料,生產(chǎn)復(fù)合飲料,確定飲料的最佳配方為實際生產(chǎn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

TRT黨參 同仁堂藥店;蕎麥醋(批號YA20170405) 吳起醋業(yè)有限公司;蜂蜜(批號114931W3) 上海冠生園蜂制品有限公司;無水乙醇、氫氧化鈉、亞硝酸鈉、硝酸鋁、苯酚、硫酸、葡萄糖對照品 天津市光復(fù)精細化工研究所;FK-BZ0080蘆丁 上海樊克生物科技有限公司。

KQ-100E超聲波清洗器昆山舒 美超聲儀器有限公司;RRHP-100萬能高速粉碎機 歐凱萊芙(香港)寶業(yè)公司;TGL-20B離心機 上海安亭科學儀器廠;UItra-3660紫外分光光度儀 北京普源精電科技有限公司;VORTEX-KB3漩渦混合器 杭州大衛(wèi)科教儀器有限公司;GZ10WY015R折光儀 北京西化儀科技有限公司;GZX-9140MBE電熱鼓風干燥箱 上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇市杰瑞爾電器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 操作要點 精選無霉變黨參,置于燒杯中,用流動水快速沖洗,將黨參揀出放在陽光下曬干(含水量15%～20%)。用粉碎機中粉碎成粉末,過80目篩,裝在潔凈的封口袋中備用,確保其粉末質(zhì)地均勻,利用超聲波輔助萃取,蒸發(fā)濃縮至6 mL。加無水乙醇9 mL使醇沉濃度調(diào)整為60%,醇沉過夜12 h,離心棄去上清液,揮干乙醇,即得到黨參多糖,采用苯酚硫酸法測多糖含量。加入黨參多糖水溶液、蜂蜜、蕎麥醋進行飲料口感的調(diào)配,玻璃瓶灌裝后,采用巴氏殺菌,70 ℃滅菌15 min,冷卻即為成品[19]。

1.2.2 多糖含量及提取率的測定

1.2.2.1 葡萄糖標準曲線的繪制 配制濃度0.5 mg/mL葡萄糖溶液和6%苯酚溶液。精確量取標準液0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mL在100 mL容量瓶中用蒸餾水進行定容,然后從各容量瓶中移取1.0 mL葡萄糖稀釋溶液于7支不同試管中,再取1 mL蒸餾水為空白參比液,分別往8支試管中加入6%苯酚1.0 mL,迅速用移液管移取濃硫酸5 mL,振蕩混勻。經(jīng)沸水浴中加熱15 min,再在冷水浴中冷卻15 min,在其最大吸收波長490 nm處測吸光度值,以葡萄糖濃度C為橫坐標,吸光度A為縱坐標,繪制標準曲線[20-21]。

1.2.2.2 黨參多糖提取率的測定 將離心后的沉淀溶解于30 mL蒸餾水中,然后在100 mL容量瓶中溶解定容,搖勻,精確移取0.2 mL稀釋溶液在另一個100 mL容量瓶中用蒸餾水再次定容稀釋,然后按照1.2.2.1的方法取1 mL二次稀釋液,通過苯酚硫酸進行顯色測定,在490 nm波長下測定其吸光度A。

1.2.3 單因素實驗 采用超聲波輔助提取黨參多糖:固定超聲溫度50 ℃、超聲時間40 min、醇沉濃度60%,改變料液比(1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50 g/mL)進行單因素實驗;固定超聲溫度50 ℃、料液比1∶30 (g/mL)、醇沉濃度60%,改變超聲時間(20、40、60、80、100 min)進行單因素實驗;固定超聲時間40 min、料液比1∶30 (g/mL)、醇沉濃度60%,改變超聲溫度(40、50、60、70、80 ℃)進行單因素實驗;固定超聲時間40 min、料液比1∶30 (g/mL)、超聲溫度50 ℃,改變醇沉濃度(50%、60%、70%、80%、90%)進行單因素實驗。

1.2.4 響應(yīng)面實驗設(shè)計 基于單因素實驗結(jié)果,采用Box-Behnken設(shè)計方案[22-23],以料液比(g/mL)、超聲時間(min)、醇沉濃度(%)作為考察因素進行響應(yīng)面實驗,分別用X1、X2、X3來表示,并以+1、0、-1分別代表變量的水平,按方程xi=(Xi-X0)/ΔX對自變量進行編碼,其中,xi表示變量的編碼值,Xi表示變量的真實值,X0表示實驗中心點變量的真實值,ΔX表示變量的步長變化,黨參多糖提取率Y表示響應(yīng)值,見表1。

表1 中心組合實驗Box-Behnken設(shè)計因素和水平編碼值Table 1 Independent variables and levels in Box-Behnken CCD

1.2.5 黨參蕎麥醋飲料最佳工藝的確定

1.2.5.1 黨參蕎麥醋飲料配方的優(yōu)化 為了賦予飲料柔和的口感,突出黨參多糖、蕎麥醋的功能成分,在前期預(yù)實驗的基礎(chǔ)上,分別選取黨參多糖水溶液、蕎麥醋、蜂蜜為考察因素,選取3個水平,以黨參蕎麥醋飲料的感官品質(zhì)評分為評價指標,采用L9(3)3正交實驗確定最佳配方。正交實驗因素水平設(shè)計見表2。

表2 正交實驗因素水平表Table 2 Factors and levels of orthogonal analysis

1.2.5.2 產(chǎn)品感官評價 隨機選擇10名經(jīng)過培訓(xùn)的人員組成評定小組,依照感官評價標準對產(chǎn)品品質(zhì)進行評分,取平均值分析評定。感官評價標準見表3。

表3 感官評價標準Table 3 Sensory evaluation standard of flavor

1.2.6 理化檢驗

1.2.6.1 黨參蕎麥醋飲料的感官檢驗 按照GB/T 30884-2014規(guī)定的方法檢查,取約50 mL混合均勻的黨參蕎麥醋飲料樣品于無色透明的容器中,在明亮處觀察其組織狀態(tài)和色澤,并在室溫下,分別嗅其氣味,品嘗其滋味。

1.2.6.2 理化指標檢查 固形物:按照GB/T 30884-2014檢驗。

總酸:依據(jù)國標GB/T 5009.41-2003以及GB/T 5009.39-2003測定。

可溶性固形物:按照GB10792-89標準,測得可溶性固形物。

總糖:用苯酚-硫酸法測定[4]。

總黃酮:采用《中國藥典》2015版通則0401“紫外-可見分光光度法”對三批黨參蕎麥醋飲料飲料總黃酮含量進行測定。

1.2.6.3 微生物檢驗菌落總數(shù)、大腸菌群、致病菌 按GB/T 4789.21檢驗。

1.3 數(shù)據(jù)分析

所有實驗數(shù)據(jù)均采用Excel 2003、SAS 8.0和Design-Expert(version8.0.6)統(tǒng)計軟件進行處理分析,應(yīng)用最小差異顯著法(LSD)進行差異顯著性檢驗。在最適條件下進行3次重復(fù)實驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果

2.1.1 料液比對黨參多糖提取率的影響 由1可知,隨著料液比的增加,黨參多糖提取率呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢,當料液比為1∶30 (g/mL)時,提取率最高。料液比在1∶10～1∶20 (g/mL)時,黨參多糖提取率逐漸增大,可能是由于增大料液比能夠使細胞內(nèi)和溶劑之間的濃度差更大,利于使多糖更快、更多的溶出[24]。當料液比在1∶40～1∶50 (g/mL)時多糖提取率逐漸下降,這是由于隨著溶劑用量的增加,多糖溶出量逐漸增加直至到達飽和溶出度,繼續(xù)增大溶劑用量會造成其它組分(如蛋白質(zhì))或其他雜質(zhì)的溶出,導(dǎo)致多糖提取率逐漸降低[24-25]。因此,選取最適料液比1∶30。

圖1 料液比對提取率的影響Fig.1 Effect of solid-liquid ratio on extraction rate

2.1.2 超聲時間對黨參多糖提取率的影響 由圖2可知,當超聲提取時間為60 min時,黨參多糖提取率最高。在20～60 min的提取時間范圍內(nèi)提取率緩慢上升,之后隨著時間的增加而下降。這是因為隨著超聲時間的延長,提取液充分地滲入物料,有助于多糖從溶液中溶出。但是超聲時間過長導(dǎo)致多糖結(jié)構(gòu)破壞,致使提取率降低。因此,選取最適超聲時間60 min。

圖2 超聲時間對提取率的影響Fig.2 Effect of ultrasonic time on extraction rate

2.1.3 超聲溫度對提取率的影響 由圖3可知,隨溫度升高,多糖提取率呈先升后降的變化,當超聲溫度為60 ℃時,黨參多糖提取率最高。當溫度大于60 ℃時,提取率下降,這是由于過高的溫度會引起表面張力的降低,造成超聲波阻尼,同時造成多糖結(jié)構(gòu)破壞,導(dǎo)致提取率下降[26]。因此,選取最適超聲溫度60 ℃。

圖3 超聲溫度對提取率的影響Fig.3 Effect of ultrasonic temperature on extraction rate

2.1.4 醇沉濃度對提取率的影響 醇沉濃度是影響多糖提取的最主要因素。由圖4可知,醇沉濃度60%時,黨參多糖提取率最高,說明多糖沉淀量最大。隨醇沉濃度增加,提取率下降。因此,選取最適醇沉濃度60%。

圖4 醇沉濃度對提取率的影響Fig.4 Effect of alcohol concentration on extraction rate

2.2 響應(yīng)面對提取工藝的優(yōu)化

2.2.1 響應(yīng)面實驗設(shè)計與結(jié)果

2.2.2 模型的建立及其顯著性檢驗 利用Design-Expert(version 8.0.6,Stat-EaseInc.,MinneapolisN. USA)軟件對表4實驗數(shù)據(jù)通過多元回歸擬合,獲得提取率(Y)對料液比(X1)、超聲時間(X2)和醇沉濃度(X3)的二次多項回歸模型為:

表4 Box-Behnken實驗設(shè)計及結(jié)果Table 4 experimental design and results of Box-Behnken

y=1804-0.83A+0.11B+1.39C-0.89AB-0.57AC+0.56BC-1.72A2-0.38B2-0.69C2

表5 回歸模型方差分析Table 5 Variance Analysis of regression model

2.2.3 響應(yīng)面兩因素交互作用的分析 由回歸方程得到的料液比,超聲時間和醇沉濃度3個因素間的交互作用對黨參多糖提取率影響的響應(yīng)面圖以及等高線圖,如圖5～圖7所示。

圖5 料液比與超聲時間的響應(yīng)面及等高線圖Fig.5 Three-dimensional response surface garphs and the contour plots of solid-liquid ratio and ultrasonic time

圖6 料液比與醇沉濃度的響應(yīng)面及等高線圖Fig.6 Three-dimensional response surface garphs and the contour plots solid-liquid ratio and alcohol concentration

圖7 超聲時間與醇沉濃度的響應(yīng)面圖Fig.7 Three-dimensional response surface garphs and the contour plots of Ultrasonic time and alcohol concentration

由圖5可知,隨料液比增加響應(yīng)值增大后降低,超聲時間延長響應(yīng)值增大,圖中等高線圖呈橢圓形,兩者的交互作用極顯著;圖6隨著料液比增加響應(yīng)值逐漸降低,醇沉濃度增加響應(yīng)值先上升后越于平緩,兩者交互作用顯著。圖7隨超聲時間和醇沉濃度的增加,響應(yīng)值先上升后趨于平緩,兩者交互作用顯著。通過Design-Expert(version8.0.6)軟件分析,料液比為1∶26.09 (g/mL),超聲時間為63.6 min,醇沉濃度為63.31%時,提取率最高?？紤]到實際操作方便性,將條件修正為:料液比1∶30 (g/mL),超聲時間 60 min,醇沉濃度60%。在最適條件下進行了3次重復(fù)實驗,平均提取率為18.03%±0.45%,與預(yù)測值18.92%擬合度良好,無顯著性差異(p>0.05),表明實驗確定的模型條件可以用于預(yù)測實際值,此方程有效可靠。

2.3 飲料最佳風味復(fù)配的確定

按照表2設(shè)計的實驗因素及水平,對黨參蕎麥醋保健飲料的配方工藝進行正交設(shè)計優(yōu)化實驗,以表3為評價指標,實驗方案及結(jié)果分析見表6。

表6 黨參蕎麥醋飲料正交實驗設(shè)計與結(jié)果Table 6 Orthogonal array results and analysis of Codonopsis buckwheat vinegar beverage

由表6、表7直觀分析和方差分析可知,各因素對結(jié)果的影響大小為A>B>C,最佳配方為A1B2C3,即蕎麥醋1 mL、蜂蜜12 g,黨參多糖溶液100 mL。按照此條件進行驗證實驗,重復(fù)3次,平均感官評分84.2,保健飲料色澤明亮,酸甜柔和、可口。

表7 正交表方差分析Table 7 Variance analysis of orthogonalTable

2.4 產(chǎn)品質(zhì)量評價

2.4.1 感官指標 色澤:呈淡黃,明亮;香氣:清新醋香;組織形態(tài):均勻一致,無肉眼可見沉淀及懸浮物;滋味:酸甜、柔和、無異味。

2.4.2 理化指標 總黃酮:0.16 g/L;總酸:0.015 g/100 mL;總糖:98.5 g/L;固形物:0.5467 g/L≥0.5 g/L;可溶性固形物:8.4±0.6%;均符合國家醋飲料國標(GB/T 30884-2014)的相關(guān)規(guī)定。

2.4.3 微生物指標 菌落總數(shù):<100 cfu/mL;大腸菌群數(shù):<3 MPN/100 mL;致病菌:未檢出。

3 結(jié)論

本實驗通過超聲水提醇沉方法,以黨參多糖提取率為指標,優(yōu)化從黨參多糖的提取工藝,采用黨參多糖水溶液與蜂蜜、蕎麥醋復(fù)配制成黨參蕎麥保健醋飲料。以單因素和響應(yīng)面法確定最佳提取工藝:料液比1∶30 (g/mL),超聲時間60 min,醇沉濃度60%,提取率為18.03±0.45%。黨參蕎麥醋保健飲料配方:黨參多糖水溶液100 mL,蕎麥醋為1 mL,蜂蜜12 g,感官得分為84.2分。應(yīng)用此配方加工的飲料口感酸甜柔和,風味獨特,總黃酮0.16 g/L,總酸0.015 g/100 mL,總糖98.5 g/mL,固形物0.5467 g/L,可溶性固形物8.4%。