D-最優混料設計優化菊花枸杞飲料配方及其抗氧化活性的研究

鄒 宇，胡立明，胡文忠，*，何煜波，劉程惠（.大連民族學院生命科學學院，遼寧大連6600；.空軍勤務學院航空軍需系，江蘇徐州006）

D-最優混料設計優化菊花枸杞飲料配方及其抗氧化活性的研究

鄒 宇1，胡立明2，胡文忠1，*，何煜波1，劉程惠1
（1.大連民族學院生命科學學院，遼寧大連116600；2.空軍勤務學院航空軍需系，江蘇徐州221006）

優化了菊花枸杞飲料的配方并測定了飲料的抗氧化能力。D-最優混料設計實驗結果表明：菊花枸杞飲料的最佳配方為30%菊花提取液、51%枸杞提取液和19%綿白糖溶液。在此條件下，飲料感官評定最大值達到86.20。菊花枸杞飲料濃度為100%時，可清除67.97%的DPPH自由基和51.15%的羥自由基，具有較強的抗氧化活性。本飲料顏色淡黃色，酸甜適中，口感潤滑，具有濃郁的菊花和枸杞香味，是一種綠色、營養、健康的保健飲品。

菊花，枸杞，D-最優混料設計，抗氧化活性

菊花是菊科植物的頭狀花序，富含綠原酸、氨基酸和多種微量元素[1]。菊花中還含有葉黃素和多酚類物質，尤其是黃酮類化合物具有良好的保健功能[2]。現代藥理學研究表明，菊花具有抗菌、降血脂、降血壓、抗氧化和預防心血管疾病的作用[3]。枸杞是常用的傳統中藥，富含枸杞多糖、必需氨基酸、牛磺酸、類胡蘿卜素、甜菜堿、多種維生素和礦質元素等。枸杞中的主要生物活性成分包括枸杞多糖、類胡蘿卜素和甜菜堿等[4]。枸杞多糖具有抗衰老、調節免疫力、降血糖、降血脂和抗腫瘤等作用；甜菜堿對肝損害具有保護功能；而類胡蘿卜素具有很強的抗氧化能力[5-6]。因此，以菊花和枸杞為主要原料可開發出多種具有保健功能的食品。

目前，以菊花和枸杞為主要原料，已研制出飲料[7-9]、果凍[10]、面包[11]和發酵酒[12]等多種功能食品，但這些食品均未對其功能性進行測定和評價。本實驗在前人研究基礎上，采用D-最優混料設計優化菊花枸杞飲料的配方，使其外觀和口感俱佳，同時對飲料的抗氧化能力進行測定和分析，旨在為菊花枸杞功能食品的進一步開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

菊花、枸杞和綿白糖 市售，購于大連本地超市；DPPH 美國Sigma-Aldrich公司；羥自由基測定試劑盒 南京建成生物有限公司。

PL203電子天平 梅特勒-托利多儀器有限公司；FW177中草藥粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司；DKS-24電熱恒溫水浴鍋 上海嘉興市中新醫療儀器有限公司；TG16-WS臺式高速離心機 長沙湘儀離心機儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 飲料的生產工藝流程[8]

1.2.2 操作要點 將菊花和枸杞分別粉碎后，菊花按1∶40料液比加水80℃浸提30min，枸杞按1∶40料液比加水90℃浸提1h，過濾，得到菊花提取液和枸杞提取液[8]。將兩種提取液與綿白糖溶液混合調配，脫氣灌裝后常壓沸水殺菌10min，迅速冷卻至室溫。

1.3 D-最優混料設計優化菊花枸杞飲料配方

1.3.1 D-最優混料實驗設計 采用混料回歸設計，以制備的菊花提取液（X1）、枸杞提取液（X2）、綿白糖溶液（X3）作為飲料配制的三種溶液，進行混料比優化實驗。各因子的體積百分比總和為100%。建立各因子成分比例與感官評定分數之間的回歸方程，通過探索效應面來估計整個多分量系統的性質。三種溶液的百分含量分別限定在菊花提取液0.30≤X1≤0.60，枸杞提取液0.30≤X2≤0.60，綿白糖溶液0.10≤X3≤0.40范圍內，X1、X2、X3均為實際值。X1+X2+X3=1（100%）。

實驗模型采用Scheffe不完全三次多項式擬合：

方程中，Y滋為預測響應值；xj，xh，xk為自變量編碼值；bj為一次項系數，bhj為二次項系數，bhjk為三次項系數；N為因子個數，本實驗取值為3。方程中每個自變量的顯著性由F值和p值決定。回歸系數經過分析后得到等高線圖和回歸方程。實驗因素水平設計見表1。

表1 D-最優混料設計成分取值編碼表Table 1 Pseudo-component values with D-Optimal mixture design

3種溶液按照上表的實驗設計混合，響應值為感官評定分數，全部實驗設計包括14種組合。其中包括6個最小模型點，4個失擬項評估點和4組重復。

1.3.2 飲料感官評定方法 參考曲永鑫等[8]的飲料感官評定方法，從樣品的色澤、氣味、滋味和組織狀態等方面做出評定，評分標準見表2。由10位食品專業大學生組成評價小組，對樣品的四個指標分別進行打分，滿分為100分。以平均分為感官評定的結果。

1.4 菊花枸杞飲料抗氧化活性的測定

取配制好的菊花枸杞飲料，分別測定濃度在25%、 50%、75%和100%時，其清除DPPH自由基和羥自由基的能力，以此來評價飲料的抗氧化活性。

1.4.1 DPPH自由基清除能力的測定 參考Shimada等[13]的測定方法，分別取2mL樣品溶液及2mL 2× 10-4mol/L DPPH乙醇溶液加入具塞試管，搖勻，室溫（25℃）下反應30min，以無水乙醇作參比，517nm處比色，測定其吸光度A1，同時測定2mL無水乙醇與2mL DPPH溶液混合液的吸光度值A0，2mL提取液與2mL無水乙醇的吸光度值A2。

表2 菊花枸杞飲料評分標準（總分100分）Table 2 Evaluation standard of drink of chrysanthemum and medlar

1.4.2 羥自由基清除能力的測定 采用羥自由基測定試劑盒，Fenton反應產生羥自由基，H2O2的量與羥自由基量呈正比，當給予電子受體后，用griess試劑顯色，形成紅色物質，其呈色與羥自由基的量成正比關系。

式中，A0為空白樣品反應后吸光度值；A1為樣品反應后吸光度值。

1.5 數據處理

實驗結果為3次平行實驗的平均值，數據采用Design Expert 7.1.6軟件進行處理和分析。

2 結果與分析

2.1 菊花枸杞飲料D-最優混料設計及結果分析

以飲料配方中的菊花提取液（X1）、枸杞提取液（X2）和綿白糖溶液（X3）為自變量，采用D-最優混料實驗設計方法優化飲料配方，以獲得最佳感官評價結果。實驗設計與結果見表3。

為預測實驗范圍內感官評定分數的最大值，利用Design Expert軟件，得到擬合感官評定實驗結果的二次多項式回歸模型如下：

Y=-28.93X1+10.09X2-24.73X3+356.94X1X2+ 165.42X1X3+288.17X2X3

利用F檢驗檢測回歸模型的統計學顯著性和方差分析結果見表4。通過方差分析得到模型的F值是9.89，這表明模型顯著（p＜0.05）。同時，失擬項F值1.00以及相關的p值0.5006表明失擬項并不顯著。決定系數（R2）為0.8608，這表明模型中86.08%的感官評定分數變化歸因于自變量。這些結果證明所建模型足以表現出各條件參數之間的真實關系，可以用來預測感官評定的分數。

表3 飲料配方D-最優混料實驗設計與結果Table 3 D-Optimal mixture design and experiment result of drink formula

表4 感官評定回歸模型的方差分析Table 4 Analysis of variance of sensory evaluation with regression model

菊花提取液，枸杞提取液和綿白糖溶液對感官評定分數影響的三角曲面圖見圖1。三種溶液的線性混合顯著（p＜0.05）；菊花提取液與枸杞提取液以及枸杞提取液與綿白糖溶液交互作用顯著（p＜0.05）（表4）。由三角曲面圖可知，當枸杞提取液占有較大比例且固定不變時，感官評定分數隨著菊花提取液的增加而持續減小；當綿白糖溶液占有較大比例且固定不變時，感官評定分數隨著菊花提取液的增加而呈現先增大后減小趨勢。當菊花提取液或綿白糖溶液占有較大比例且固定不變時，感官評定分數均隨著枸杞提取液的增加而增大。當菊花提取液占有較大比例且固定不變時，感官評定分數隨著綿白糖溶液的增加而增加，直到0.20左右達到最大值，然后緩慢減小；當枸杞提取液占有較大比例且固定不變時，感官評定分數隨著綿白糖溶液的增加而持續減小。

圖1 菊花提取液、枸杞提取液和綿白糖溶液對感官評定分數影響的三角曲面圖Fig.1 Triangular surface for the effects of chrysanthemum extract，medlar extract and soft sugar solution on sensory evaluation

根據三角曲面實驗結果，經Design Expert軟件優化得到菊花枸杞飲料的最佳配方為：菊花提取液30%、枸杞提取液51%、綿白糖溶液19%。在此條件下，模型預測飲料的感官評定最大值為85.73。驗證實驗結果表明，菊花枸杞飲料感官評定最大值達到86.20，這與預測值相吻合，說明實驗得到的模型有效且可靠。本飲料顏色淡黃色，酸甜適中，口感潤滑，具有濃郁的菊花和枸杞香味，是一種綠色、營養、健康的保健飲品。

2.2 菊花枸杞飲料抗氧化活性的測定結果

從表5可知，在菊花枸杞飲料濃度為25%時，其對DPPH自由基和羥自由基清除率分別為45.05%和23.12%，隨著飲料濃度的不斷增加，其自由基清除能力也逐漸增大，當飲料濃度增加到100%時，其DPPH自由基和羥自由基清除率分別達到67.97%和51.15%。由此可見，在測試濃度范圍內，菊花枸杞飲料能夠清除大多數自由基，具有較強的抗氧化活性。

表5 菊花枸杞飲料清除DPPH自由基和羥自由基的測定結果Table 5 Scavenging activities of drink of chrysanthemum and medlar on DPPH radicals and hydroxyl radicals

3 結論

采用D-最優混料設計優化菊花枸杞飲料的配方，實驗結果表明最佳配方為：菊花提取液30%、枸杞提取液51%、綿白糖溶液19%。在此條件下，飲料感官評定達到最大值86.20，與預測值相吻合。隨著飲料濃度的不斷增大，菊花枸杞飲料清除自由基能力也逐漸增強，當飲料濃度為100%時，可清除67.97%的DPPH自由基和51.15%的羥自由基，這表明菊花枸杞飲料具有較強的抗氧化活性。

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表2 輔酶Q10高產突變株遺傳穩定性實驗Table 2 Stability experiment results of mutant strain BUQJ-012

確定了He-Ne激光誘變時間為4.5min。在此條件下，假白布勒彈孢酵母原生質體經激光誘變選育獲得具有穩定遺傳特性的高產突變菌株BUQJ-012，其輔酶Q10產量為1.53mg/L，較出發菌株BUQ-3提高了87%。

本論文的研究表明，以色素突變型為篩選模型，采用原生質體激光誘變技術選育假白布勒彈孢酵母輔酶Q10高產菌株是行之有效的。

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Optimization of drink formula of chrysanthemum and medlar using D-optimal mixture design and its antioxidant activity

ZOU Yu1，HU Li-ming2，HU Wen-zhong1，*，HE Yu-bo1，LIU Cheng-hui1
（1.College of Life Science，Dalian Nationalities University，Dalian 116600，China；2.Quartermaster Department of Air force Logistics College，Xuzhou 221006，China）

Drink formula of chrysanthemum and medlar was optimized and its antioxidant activity was determined. By D-optimal mixture design，the best drink formula of chrysanthemum and medlar was：30%of chrysanthemum extract，51%of medlar extract and 19%of soft sugar solution.In this condition，the maximum value of sensory evaluation of drink was 86.20.At concentration of 100%，the drink could eliminated 67.97%DPPH radicals and 51.15%hydroxyl radicals and showed strong antioxidant activity.This drink was yellow，sweet and sour moderate，taste lubrication，with rich chrysanthemum and medlar fragrance.Thus，this drink would be a green，nutritive and healthy functional beverage.

chrysanthemum；medlar；D-optimal mixture design；antioxidant activity

TS201

B

1002-0306（2014）14-0241-04

10.13386/j.issn1002-0306.2014.14.045

2014－01－20 *通訊聯系人

鄒宇（1979-），男，博士，講師，研究方向：食品生物技術。

國家科技支撐計劃項目（2012BAD38B05）；大連市科技計劃項目（2012E13SF106）。