響應面法優化樹莓-藕復合果丹皮加工工藝及活性成分分析

柳雅馨,樊梓鸞,*,楊蕾玉,綽爾鵬,李 娜,付玉杰

(1.東北林業大學林學院,黑龍江哈爾濱 150040；2.東北林業大學森林植物生態學教育部重點實驗室，黑龍江哈爾濱 150040)

蓮藕(NelumbonuciferaGaertn)為睡蓮科多年生宿根水生植物,含有豐富的淀粉、蛋白質、VC、果糖、蔗糖、胡蘿卜素、多酚類物質及鈣、磷、鐵等[1],具有一定的保健作用。據《本草綱目》等記載,蓮藕生食能清熱涼血、散瘀、止血、止渴、醒酒,熟食可養血、開胃、健脾、益氣、滋陰、止瀉等,是一種藥食同源的食物,《神農本草經》將其列為上品[2]。嚴守雷等[3]發現,蓮藕多酚具有很好的抑菌效果。

樹莓(Raspberry)也稱托盤、覆盆子,薔薇科懸鉤子屬(RubusL.)植物,屬灌木小漿果。其果實營養豐富,除含有常見的糖、酸、微量元素、纖維素、維生素外,還含有其他水果中少見的VE、鞣化酸、硒、SOD、類黃酮等藥用保健物質,因此,樹莓具有顯著的抗癌、防衰老、防治心臟病、降低膽固醇、消除便秘等功能,是重要的保健漿果[4]。樹莓中含有的抗氧化物質主要有黃酮類、多酚類、多糖類和維生素類等[56]。樊梓鸞等[7]研究了5種漿果的體外抗氧化及抗癌活性,證實了漿果花色苷具有較強的抗氧化作用和抗細胞增殖活性。

本實驗以蓮藕和樹莓為原料,優化樹莓藕復合型果丹皮配方,重點研究甜味劑的添加量,檸檬酸添加量和樹莓與藕的比例,通過果藕混合,濃縮,烘干,冷卻等工藝操作,研制出一種既保持樹莓、鮮藕原有的營養價值和保健作用,又有獨特風味和口感的復合型果丹皮,通過測定產品的抗氧化活性成分,證實其主要成分并未損失,為樹莓和鮮藕的開發及利用提供了新的方向。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

樹莓 黑龍江省哈爾濱市購;鮮藕 上海市購;木糖醇、白砂糖、果葡糖漿、檸檬酸、魔芋粉 黑龍江省哈爾濱市購;維生素C、6羥基2,5,7,8四甲基苯并二氫吡喃2羧酸(Trolox,水溶性VE)、福林酚(FCR) Sigma公司;沒食子酸標準品(純度≥98%)、兒茶素標準品(純度≥95%) 阿拉丁試劑公司;其他試劑 均為國產分析純。

722型分光光度儀 上海精密儀器有限公司;小熊料理機 九陽電器有限公司;FA25高剪切分散乳化機 上海弗魯克流體機械制造公司;PHS26數顯pH計 上海精密儀器有限公司;ALC1104電子天平 北京賽多利斯儀器系統有限公司;FA2004電子天平 上海天平儀器廠;快速混勻器 江蘇新康醫療器械有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樹莓藕復合果丹皮加工工藝 工藝流程:原料選擇→預處理→打漿→濃縮(加入配料)→鋪盤→烘干→冷卻→包裝。

操作要點:選擇新鮮樹莓和蓮藕,剔除有損壞部分。藕清洗后去皮、切碎,上鍋于100 ℃蒸30 min;樹莓清洗后放入料理機打碎,用雙層紗布過濾除去籽和皮。取300 g樹莓濾液和100 g碎藕放入料理機中打漿。稱量20%復合甜味劑(木糖醇60%、果葡糖漿20%、白砂糖20%),0.5%檸檬酸,0.5%維生素C,200 mL開水溶解并加入鍋中,混勻,再稱量0.2%魔芋粉,一邊攪拌一邊加入,不斷攪拌熬煮30 min直至黏稠狀。將混合物鋪在不粘烤盤中約1 cm厚,放入烘箱45 ℃烘10 h,產品冷卻至常溫,取下,整形,分成3 cm×5 cm條狀,真空包裝。

1.2.2 感官評定 選擇60名有一定感官評價經驗的食品專業人員從色澤、氣味、組織狀態、口感四方面進行評價,總分為100分,得分取平均值,感官評價表如表1所示。

表1 感官評價表Table 1 Sensory evaluation

1.2.3 單因素實驗 為了確定果丹皮的最佳配比,在其他條件和工藝均保持不變的情況下,分別調整檸檬酸添加量,藕果比,復合甜味劑的添加量,將制作好的果丹皮進行感官評分,每組樣品測10個平行,去掉極值取平均值。

1.2.3.1 檸檬酸添加量的選擇 分別添加檸檬酸0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%,按照工藝流程制備樹莓藕復合型果丹皮,比較不同檸檬酸添加量對產品感官的影響。

1.2.3.2 復合甜味劑添加量的選擇 本研究通過預實驗研制出含有木糖醇、果葡糖漿、白砂糖的復合甜味劑。按5%、10%、15%、20%、25%、30%的比例添加,按照工藝流程制備樹莓藕復合果丹皮,比較不同復合甜味劑添加量對產品感官的影響。

1.2.3.3 樹莓與藕比例的選擇 分別根據樹莓/熟藕為1∶1、1.5∶1、2∶1、2.5∶1、3∶1、3.5∶1、4∶1、4.5∶1,按照工藝流程制備樹莓藕復合果丹皮,比較不同樹莓/熟藕比例對產品感官的影響。

1.2.4 響應面實驗 為了分析各因素之間的交互作用對產品感官的影響,綜合預實驗結果,在單因素基礎上,采用響應面法,運用Design Expert 8.0設計三因素三水平響應面實驗,根據其感官評價得分,確定最優配方,實驗因子和水平見表2。

表2 響應面實驗因素水平Table 2 Factors and levels of response surface methodology

1.2.5 樹莓、藕和樹莓藕復合果丹皮提取物的制備 電子天平精確稱取樹莓凍果、熟藕、樹莓藕復合果丹皮各10 g,加入到100 mL 75%乙醇,攪拌機破碎5 min,取勻漿,濾紙過濾,收集濾液,避光4 ℃貯存備用[8]。

1.2.6 抗氧化活性成分分析

1.2.6.1 多酚含量的測定 采用福林酚顯色法檢測多酚的含量[9],沒食子酸為標準品,測定反應體系包括:10 mL比色管中分別加入125 μL沒食子酸標準溶液或多酚樣品,0.5 mL蒸餾水,125 μL福林酚試劑(FCR),充分混勻,6 min后加入7% Na2CO3水溶液1.25 mL,用蒸餾水補足至終體積3 mL。室溫下放置90 min,測定760 nm波長處藍色溶液的吸光度[7]。進行3組平行實驗,以吸光值A(y)值為縱坐標,濃度x(mg/mL)為橫坐標,用最小二乘法進行線性回歸,得到標準曲線回歸方程:y=1.766x+0.1282,R2=0.9992。

濃度與多酚含量之間的關系用公式表示,如下式:

式中:X總酚量,mg/g;C沒食子酸濃度,mg/mL;V提取液體積,mL;N稀釋倍數;M樣品質量,g。

1.2.6.2 黃酮含量的測定 采用AlCl3比色法檢測總黃酮含量[10],兒茶素為標準品,測定反應體系包括:10 mL比色管中分別加入0.25 mL兒茶素標準溶液或多酚提取物,75 μL 5% NaNO2,0.5 mL蒸餾水,漩渦振蕩混合均勻,靜置反應6 min后加入150 μL 10% AlCl3·6H2O,反應5 min,迅速加入1 mol/L的NaOH溶液0.5 mL,將反應體系定容至2.5 mL,混勻,測定510 nm波長下的吸光度,以不加AlCl3·6H2O試劑為空白參比,重復3次,以吸光值 A(y)值為縱坐標,濃度(x,mg/mL)為橫坐標,用最小二乘法進行線性回歸,得到標準曲線回歸方程:Y=2.8925x+0.001,R2=0.9990。

濃度與總黃酮含量之間的公式如下,根據公式:

式中:P樣品中總黃酮含量,mg/g;A根據標準曲線測得待測樣液中黃酮含量,mg;M樣品質量,g。

1.2.6.3 花色苷的測定 總花色苷含量的測定用pH示差分光光度法[11]。

緩沖液的配制:稱取1.49 g KCl加入100 mL蒸餾水中,用鹽酸溶液調至pH=1;乙酸鈉緩沖液的配制:稱1.64 g乙酸鈉加入100 mL蒸餾水中,用鹽酸溶液調至pH=4.5。

樣液的配制:精密量取200 μL提取液分別與5 mL緩沖液混合,避光靜置15 min,用紫外分光光度儀分別在510 nm和700 nm測定波長。以75%乙醇為空白比色。總花色苷的含量用下式計算:

式中:A吸光值,A=(A510 nmA700 nm)pH1(A510 nmA700 nm)pH4.5;ε矢車菊花素3葡萄糖苷的消光系數,26900;DF稀釋因子;MW矢車菊花素3葡萄糖苷的分子量,449.2 g/mol;V最終體積,mL;Wt產品重量,mg;L光程,1 cm。

1.3 數據處理

2 結果與分析

2.1 單因素分析優化產品配方

2.1.1 檸檬酸添加量的確定 檸檬酸添加量對產品感官評價的影響結果如圖1。

圖1 檸檬酸添加量對產品感官評分的影響Fig.1 Effect of citric acid added quantity on sensory evaluation of product

由圖1可知,隨著檸檬酸添加量的增加,感官評分逐漸上升,適當的酸味可以削弱過多的甜膩感,口感較好,當檸檬酸添加量達到0.5%,感官評分最高,達93.1。但隨著檸檬酸添加量繼續增多,超過0.5%時,感官評分趨于下降。主要是由于添加過多的酸導致口感不良,過于酸澀。因此適宜的檸檬酸添加量為0.5%。

2.1.2 復合甜味劑添加量的確定 復合添加劑添加量對產品感官評價的影響結果如圖2。

圖2 復合甜味劑添加量對產品感官評分的影響Fig.2 Effect of compound sweeteners added quantity on sensory evaluation of product

由圖2可知,隨著甜味劑用量增加,感官評價呈先升高后降低的趨勢。復合甜味劑添加過低會導致味淡,口感不佳,感官評分低;當復合甜味劑添加量為20%時,感官評分最高,達85.6;但隨著復合甜味劑添加量繼續增加,則造成口味過甜,口感過于黏膩,表面黏稠等特點。

2.1.3 樹莓與藕比例的確定 樹莓與藕的比例對感官評價的影響結果如圖3。

圖3 樹莓與藕的比例對產品感官評分的影響Fig.3 Effect of ratio of raspberry and lotus root on sensory evaluation of product

由圖3可知,隨著樹莓比例增加,感官評價呈先升高后降低的趨勢。樹莓可以為產品著色,并提供清香果香,不干硬,當樹莓/藕比例為3∶1時,感官評分最高達86.4;但隨著樹莓比例繼續增加,則造成黏稠性較差,流動性大,咀嚼性差等影響,感官評分降低。

2.2 響應面法優化確定產品配方

2.2.1 響應面實驗結果與分析 由表4可知,模型p<0.0001,表明感官評分的回歸方程模型呈極顯著,在統計學上有意義,失擬項不顯著,p=0.2527>0.05。模型R2為93.52%,與實際擬合度大于90%,模型預測值能較好的反映實際值,這種方法可行。所以回歸方程可以代替真實點對實驗結果進行分析。模擬項的二次項A2、B2、C2達到極顯著水平(p<0.0001)。C項p=0.0366<0.05,達到顯著水平,A、B項p>0.05，不具有顯著水平。結合表4中F值,可以看出各因素對于產品感官評分的影響順序分別為:C>A>B。由軟件得到模型回歸方程為:Y=93.01+1.08A+0.12B+1.37C+0.38AB+0.13AC1.37BC-4.52A23.99B23.46C2。

表3 響應面設計方案及結果Table 3 Experimental design and results of response surface methodology

表4 回歸模型的方差分析Table 4 ANOVA analysis of regression model

2.2.2 響應面曲面分析 圖4～圖6是根據各因子之間的交互作用的響應面圖。由圖4可知,固定樹莓/藕=3∶1時,A(檸檬酸添加量)和B(甜味劑添加量)的添加量都對響應值呈倒U型變化。A(檸檬酸添加量)對模型響應面坡度的改變大于B(甜味劑添加量),表明兩者中對感官評價得分影響較大的因素為A(檸檬酸添加量)。由圖5可知,固定甜味劑添加量20%時,A(檸檬酸添加量)與C(樹莓/藕)對響應面影響差異不明顯,兩者對感官評價的影響相差不大。由圖6可知,固定檸檬酸添加量為0.5%時,C(樹莓/藕)相較于B(甜味劑添加量)對響應面坡度的影響大,使坡面更為陡峭,表明C(樹莓/藕)對感官評價得分的影響大于B(甜味劑的添加量)。

圖4 檸檬酸添加量和甜味劑添加量對感官評分的影響Fig.4 Effect of citric acid and the amount of sweetener on sensory score

圖5 檸檬酸添加量和樹莓/藕對感官評分的影響Fig.5 Effects of citric acid addition and raspberry/lotus root on sensory score

圖6 甜味劑添加量和樹莓/藕對感官評分的影響Fig.6 Effects of the amount of sweetener and raspberry/lotus root on sensory score

根據SAS分析得到最大響應值時,A(檸檬酸添加量)、B(甜味劑添加量)、C(樹莓/藕)對應的編碼值分別是A=1.08,B=0.12,C=1.37,對應的最佳配方為:檸檬酸添加量0.51%,甜味劑添加量為19.93%,樹莓∶藕為3∶1,感官評價得分為93分。

考慮實際生產的便利,選取檸檬酸添加量為0.5%,甜味劑添加量為20%,樹莓/藕為3∶1,按照此配方,進行驗證實驗,經專業人士感官評價,得分為95分,與理論值93分,相對誤差為1.93%,回歸模型較穩定。因此,響應面對樹莓藕復合果丹皮配方的優化是可行的。

2.3 樹莓、熟藕、樹莓藕復合果丹皮活性成分分析

2.3.1 采用福林酚比色法檢測總酚含量 樹莓、熟藕、樹莓藕復合果丹皮的總酚量如圖7所示。

圖7 樹莓、熟藕、樹莓藕復合果丹皮中總多酚的含量Fig.7 The content of total polyphenols in raspberry,cooked lotus root and raspberrylotus root complex sweetened roll

由圖7可知,樹莓、熟藕、樹莓藕復合果丹皮萃取物中,樹莓總酚的含量為5.68 mg/g,熟藕總酚的含量為2.32 mg/g,樹莓藕復合果丹皮總酚的含量為4.96 mg/g。按照優化設計產品由3份樹莓,1份熟藕組成,根據樹莓/熟藕混合比進行計算,估測產品的總酚含量應為4.84 mg/g,而實際含量4.96>4.84 mg/g (p<0.05),因此,采用本方法研制的復合果丹皮產品是一款具有較高多酚含量的休閑食品。

2.3.2 采用AlCl3比色法檢測總黃酮含量 樹莓、熟藕、樹莓藕復合果丹皮的總黃酮含量如圖8所示。

圖8 樹莓、熟藕、樹莓藕復合果丹皮中總黃酮含量Fig.8 The content of total flavonoids in raspberry,cooked lotus root and raspberrylotus root complex sweetend roll

由圖8可知,樹莓的總黃酮含量為85.8 mg/g,熟藕的總黃酮含量為7.4 mg/g,樹莓藕復合果丹皮產品的總黃酮含量為57.6 mg/g。按照優化設計產品由3份樹莓,1份熟藕組成,根據樹莓/熟藕混合比進行計算,估測產品的總酚含量應為66.2 mg/g,略高于實際含量57.6 mg/g,可能是由于在加工過程中活性成分略有損失,但此樹莓藕果丹皮的產品口感有了大幅度的提升,同時保留了大部分黃酮含量,具有一定的推廣應用價值。

2.3.3 采用pH示差法測得樹莓、熟藕、樹莓藕復合果丹皮的總花色苷含量 樹莓、熟藕、樹莓藕復合果丹皮的花色苷的含量如圖9所示。

圖9 樹莓、熟藕、樹莓藕復合果丹皮中總花色苷含量Fig.9 The content of anthocyanins in raspberry,cooked lotus root and raspberrylotus root complex sweetend roll

由圖9可知,樹莓、熟藕、樹莓藕復合果丹皮萃取物中,總花色苷的含量有很大差異?；ㄉ帐腔ㄉ嘏c糖以糖苷鍵結合而成的一類化合物,廣泛存在于植物的花、果實、莖、葉中。其中樹莓的含量最高為0.227 mg/g,熟藕中花色苷為0.026 mg/g,樹莓藕復合果丹皮的中花色苷含量為0.125 mg/g,少于樹莓,多于熟藕。

3 結論

目前,市場上已經有樹莓果丹皮的銷售,本實驗在原樹莓的基礎上引入藕,豐富了果丹皮的種類,樹莓藕復合果丹皮的多酚、黃酮以及花色苷的含量略低于樹莓,主要由于加工過程中的少量活性成分損失,但提高的樹莓和藕產品的品質和感官,同時具有一定營養價值。在單因素的基礎上采用響應面優化樹莓藕復合果丹皮的配方,確定了樹莓藕復合果丹皮的最佳配方:檸檬酸添加量為0.5%,復合甜味劑添加量為20%,樹莓與藕的比例=3∶1,在此條件下制備的產品感官評分最高為93分,所得到的復合型果丹皮色澤鮮艷,無裂痕、口感酸甜度適中,有樹莓的香氣、酸甜適口,具有濃郁的樹莓味道。

通過測定樹莓、熟藕、樹莓藕復合果丹皮乙醇提取物中活性成分的含量,得到樹莓藕復合果丹皮的多酚含量為4.96 mg/g、總黃酮含量為57.6 mg/g,花色苷含量為0.125 mg/g,三者含量均處于樹莓和熟藕之間,可以較好的保留原料的營養成分,下一步將進行產品的體外消化吸收實驗。本課題的研究不僅測得樹莓藕復合果丹皮產品的營養成分,還為漿果和鮮藕的開發提出的新的發展思路。

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