牛蒡-蘆筍茶加工工藝對菊糖提取率影響的研究

王鑫斌 董玉瑋 張文靜 苗敬芝 孟冬 劉飛

摘 要：? 為了研究加工工藝對牛蒡-蘆筍茶菊糖提取率的影響，采用傳統(tǒng)制備工藝，根據(jù)單因素分析和響應(yīng)面試驗優(yōu)化加熱溫度、加熱時間、牛蒡-蘆筍配比等條件，測定菊糖提取率。結(jié)果表明：加熱時間、加熱溫度和配比都對菊糖提取率有顯著影響（P<0.05）;在加熱時間4.5h、加熱溫度70℃、牛蒡-蘆筍配比1.5∶1的工藝條件下，得到的牛蒡-蘆筍茶菊糖提取率最高，為26.4%;加熱時間和加熱溫度的交互作用對菊糖提取率有極顯著影響（P<0.01）。最佳工藝下獲得的牛蒡-蘆筍茶含水率為7.70%，復(fù)水比5.15g/g。

關(guān)鍵詞： 牛蒡-蘆筍茶;加工工藝;菊糖

菊糖廣泛存在于植物組織中，由果糖分子聚合而成，在牛蒡、蘆筍、菊芋等植物中含量豐富。菊糖由于具有抗氧化性的作用而被廣泛應(yīng)用于食品加工領(lǐng)域[1]。譚曉瓊等[2]研究表明，菊糖可降低血漿（清）中甘油三酯和膽固醇水平，具有降低血脂、血糖和改善能量代謝的作用。趙琳靜等[3]發(fā)現(xiàn)，菊糖在腸道菌群的發(fā)酵過程中能產(chǎn)生短鏈脂肪酸，使腸道pH值降低1～2個單位，可促進(jìn)鈣、鎂等礦物質(zhì)通過上皮細(xì)胞吸收，起到預(yù)防和治療骨質(zhì)疏松的作用，因此具有非常廣闊的利用前景。

牛蒡又名東洋參，為菊科兩年生草本植物，主要種植于山東蒼山縣和江蘇省徐州市沛縣、豐縣[4]。牛蒡根莖含有多酚及揮發(fā)油、牛蒡酸、多糖、醛類等成分[5]，具有防治心血管疾病、降低膽固醇和延緩衰老的作用[6，7]。由于牛蒡口感不佳，青澀味重，生產(chǎn)企業(yè)一般選擇將其制作成牛蒡茶出售。目前市場上多為單一牛蒡茶，為提高牛蒡茶風(fēng)味及其營養(yǎng)價值，本研究在牛蒡茶中加入一定比例的蘆筍。蘆筍學(xué)名石刁柏，屬百合科，天門冬屬。蘆筍營養(yǎng)價值高，含有豐富的蛋白質(zhì)、維生素、菊糖等物質(zhì)[8]，具有增強(qiáng)胃腸蠕動，緩解疲勞，降糖降脂和提高機(jī)體免疫力等功效[9]。

現(xiàn)階段牛蒡茶加工工藝主要原理是高溫作用下使原料快速失水，達(dá)到提升品質(zhì)、易于保存的目的。受加工工藝的影響，部分活性物質(zhì)的含量會發(fā)生變化[10，11]。因此如果加工工藝選擇條件不當(dāng)，會破壞菊糖物質(zhì)結(jié)構(gòu)，降低牛蒡茶營養(yǎng)與保健價值。

本研究以新鮮牛蒡根、蘆筍為原料，探討牛蒡-蘆筍茶加工工藝中原料配比、加熱時間及加熱溫度對菊糖提取率的影響，為牛蒡、蘆筍資源的有效開發(fā)提供技術(shù)支撐。

一、材料與方法

（一）材料與試劑

牛蒡由徐州康匯百年食品有限公司提供;蘆筍由徐州山崎農(nóng)產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)有限公司提供;提取與檢測試劑均為國產(chǎn)分析純。

（二）儀器與設(shè)備

7230G可見分光光度計（上海安亭儀器廠）;BGZ-76/146/246電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱烘箱（上海博迅有限公司）;FSD-101A電動粉碎機(jī)（上海博訊有限公司）;牛蒡切片機(jī)（常州國華電器有限公司）;TU-1810APC紫外可見分光光度計（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）。

（三）方法

1.牛蒡-蘆筍茶制備工藝

選擇質(zhì)量好的牛蒡和蘆筍，洗凈后去皮，牛蒡、蘆筍切片厚度2mm，切片浸泡在含有0.1%檸檬酸和0.02%二氧化氯的護(hù)色液中10min，瀝干水分后，備用。含水率采用GB5009.3-2010“食品中水分的測定”的方法，按式（1）計算。

干基含水率（%）=? mt-ms ms? ×100? （1）

式中：mt為物料t時刻對應(yīng)的質(zhì)量，g;ms為絕干物料質(zhì)量，g。

2.預(yù)處理

牛蒡、蘆筍切片于28℃烘箱中加熱，測定含水率至30%以下，取出，約3—5h。

3.單因素試驗設(shè)計

考察加熱時間、加熱溫度、牛蒡和蘆筍質(zhì)量配比對牛蒡-蘆筍茶菊糖提取率的影響，每組試驗重復(fù)3次取平均值。

（1）加熱溫度的選擇。預(yù)處理后的牛蒡、蘆筍切片分別于60℃、65℃、70℃、75℃、80℃烘箱中加熱4h，取出冷卻后，粉碎，測定菊糖提取率。

（2）加熱時間的選擇。預(yù)處理后的牛蒡切片于70℃烘箱中分別加熱3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h，取出冷卻后，粉碎，測定菊糖提取率。

（3）配比的選擇。預(yù)處理后的蘆筍、牛蒡切片按質(zhì)量比牛蒡∶蘆筍=0.5∶1、1∶1、1.5∶1、2∶1、2.5∶1混合，于70℃烘箱中，加熱4h，取出冷卻后，測定菊糖提取率。

4.響應(yīng)面法試驗設(shè)計

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選擇牛蒡-蘆筍茶菊糖提取率影響較大的因素和提取率較高的水平，確定以加時間（X1）、加熱溫度（X2）、牛蒡-蘆筍配比（X3）三個因素為自變量，以菊糖提取率為響應(yīng)值，根據(jù)Box-Behnken試驗設(shè)計原理，采用Design-Expert8.0試驗設(shè)計軟件對牛蒡-蘆筍茶提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，試驗因素和水平見表1。

5.菊糖的提取與檢測

將樣品熱水浸提后得過濾糖液，除雜濃縮，收集濾液用5倍體積95%乙醇沉淀，4000r/min離心15min，收集濾餅，得粗牛蒡菊糖。稱取菊糖（預(yù)先在105℃干燥至恒重）0.1g，用少量蒸餾水溶解后，轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，用水定容至刻度，搖勻，得菊糖溶液。

移取菊糖溶液1.00mL于25mL比色管中，加入6mol/L鹽酸溶液0.2mL，在80℃進(jìn)行水浴水解時間為4min，冷卻后加入6mol/L氫氧化鈉溶液0.2mL中和，補(bǔ)水至2mL，加顯色劑1.5mL，沸水浴5min，冷卻后定容至25mL，同時做空白試驗，在波長520nm處測量菊糖水解所得果糖的吸光度，由標(biāo)準(zhǔn)曲線查得所對應(yīng)果糖的質(zhì)量濃度ρ，按式（2）換算成菊糖含量：

y=（ρ×v×0.90）/1.0? （2）

式中：y為樣品中菊糖水解率，ρ為水解后測定果糖質(zhì)量濃度（g/L），v為測定樣品溶液體積（mL），0.90為果糖換算菊糖的系數(shù)，即根據(jù)水解反應(yīng)（C6H10O5）n+nH2O=nC6H12O6所得的菊糖與果糖的相對分子質(zhì)量之比，1.0為配制溶液中菊糖質(zhì)量（mg）。

按式（3）計算牛蒡中菊糖質(zhì)量：

w=y×m1/m2×100%? （3）

式中：w為牛蒡中菊糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）;y為樣品中菊糖水解率;m1為從牛蒡中提純后的菊糖總質(zhì)量（g）;m2為牛蒡質(zhì)量（g）。

6.復(fù)水比測定

將制備好的牛蒡片稱重，放入80℃恒溫水浴鍋中復(fù)水40min，取出后用濾紙吸干表面水分，按式（4）計算復(fù)水比。

復(fù)水比= mr mg? ?（4）

式中：mr為樣品復(fù)水后質(zhì)量，g;mg為樣品復(fù)水前質(zhì)量，g。

（四）數(shù)據(jù)處理

采用Origin9.0和Design Expert 10.0軟件處理數(shù)據(jù)并作圖。

二、分析與討論

（一）單因素試驗結(jié)果分析

1.加熱時間的選擇

由圖1可知，在加熱時間3.5～5.5h內(nèi)菊糖提取率先增加后減少，在加熱時間為4.5h時菊糖提取率達(dá)到最高，為27.2%。

2.加熱溫度的選擇

由圖2可知，菊糖提取率在加熱溫度60℃～80℃內(nèi)先增加后減少，在加熱溫度為70℃時菊糖提取率達(dá)到最高，為25.4%。

3.配比的選擇

由圖3可知，菊糖提取率在牛蒡-蘆筍配比為0.5∶1～2.5∶1 的范圍內(nèi)先增加后減少，在配比為1.5∶1時菊糖提取率達(dá)到最高，為25.9%。

（二）響應(yīng)面試驗設(shè)計結(jié)果

響應(yīng)面試驗制定詳細(xì)的分析方案，試驗設(shè)計與結(jié)果見表2。

（三）回歸模型的建立和檢驗

對加熱溫度（X1）、加熱時間（X2）和配比（X3）3個單因素進(jìn)行回歸擬合，得出菊糖含量（Y）回歸方程：

Y=26.04+0.71X1+0.64X2+0.88X3-1.15X1X2+0.52X1X3+0.17X2X3-2X12-0.95X22-2.47X32

經(jīng)響應(yīng)面軟件分析，預(yù)測模型標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.65，平均值23.49，變異系數(shù)2.75，預(yù)測殘差平方和17.29，此模型的擬合程度較好，決定系數(shù)R2為0.9604，P<0.01，為極顯著水平，說明該方程與實際情況相符，具有可靠性。失擬項P值大于0.05，不顯著。加熱溫度、加熱時間、配比的P值都小于0.05，對菊糖含量都有顯著影響。加熱時間和加熱溫度兩兩交互作用對菊糖含量的影響極顯著，加熱時間和配比、加熱溫度和配比兩兩交互作用對菊糖含量無顯著影響。

（四）兩因素間的交互效應(yīng)分析

由圖4可知，交互影響作用大小排序為：加熱時間與加熱溫度>加熱溫度與配比>加熱時間與配比。三個因素對菊糖提取量的影響大小依次為：配比>加熱溫度>加熱時間。

（五）最佳條件優(yōu)化及驗證結(jié)果

回歸模型確定的最佳牛蒡-蘆筍茶制備工藝為加熱溫度70.62℃、加熱時間4.64h，配比1.6∶1，預(yù)測得到的菊糖提取率最高為26.26%，對此優(yōu)化條件進(jìn)行驗證，根據(jù)實際調(diào)整為加熱時間4.5h、加熱溫度70℃、配比1.5∶1時，提取的菊糖平均提取率為26.4%，和預(yù)期結(jié)果基本相符，回歸模型的預(yù)測性能較好，可用于優(yōu)化牛蒡-蘆筍茶制作工藝。此時復(fù)合茶測得含水率7.70%，復(fù)水比5.15g/g。

三、結(jié)論

本研究確定了加熱時間、加熱溫度、牛蒡-蘆筍配比條件對菊糖含量的影響，經(jīng)響應(yīng)面優(yōu)化，最佳復(fù)合茶制備工藝為加熱溫度70℃、加熱時間4h、牛蒡∶蘆筍配比為1.5∶1，牛蒡-蘆筍茶菊糖提取率為26.4%，含水率低且復(fù)水比較高，表明復(fù)合茶干品復(fù)水后越接近新鮮狀態(tài)。

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基金項目： 江蘇省科技計劃項目（蘇北專項）1.項目名稱：牛蒡茶新產(chǎn)品提升營養(yǎng)品質(zhì)關(guān)鍵技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化（編號：XZ-SZ201846）;2.項目名稱：出口綠蘆筍綜合保鮮體系及產(chǎn)業(yè)化示范（編號：XZ-SZ201803）江蘇高校“青藍(lán)工程”資助項目

作者簡介： 王鑫斌（1998—），男，漢族，江蘇無錫人，本科，研究方向為食品生物技術(shù)。

*通訊作者： 董玉瑋（1980—），男，漢族，江蘇徐州人，博士，副教授，研究方向為食品生物技術(shù)。