荸薺預處理條件優化

孟秀梅，趙文超，張蘭，伍夢瑤，佘昊

1. 江蘇食品藥品職業技術學院（淮安 223003）；2. 宿遷蘇秋飲品有限公司（宿遷 223999）

荸薺（Eleocharis tuberosa），在我國又被稱為馬蹄、地梨等，在我國主要分布在湖南、湖北、浙江、江蘇、廣東等長江流域及以南地區[1]。荸薺中水分83.6%、碳水化合物14.2%、蛋白質1.2%、脂肪0.2%、膳食纖維1.1%，還含有豐富的維生素和礦物元素等，肉質潔白，美味多汁，清脆可口，具有重要的營養價值與藥用價值[2]。隨著種植業結構的不斷調整，荸薺種植面積持續上升，同時結合現代種植生產技術，荸薺的品質和產量不斷提升。荸薺畝產量可達1 500 kg左右，最高產量可達2 200 kg[3]，但由于受到荸薺自身特性和加工技術的影響，以鮮食消費為主，利用率不高。隨著人們生活水平的提高，對飲料的健康及功能需求日益提升，將荸薺加工成飲料，既能起到解渴、防暑的作用，又有清熱解煩、祛痰消積[4]、止崩、降血壓的保健作用[5]。荸薺飲料營養豐富，同時還具有養生保健功能，符合市場需求[6]。荸薺飲料在工業化生產中受到原料預處理的制約，人工預處理不僅費工費時，處理后質量參差不齊，嚴重影響后續工藝，因此對荸薺原料進行預處理研究，制備色澤、氣味和狀態均勻的荸薺漿液，解決工業化生產中存在的問題，促進荸薺產業健康可持續發展。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮荸薺（淮安大學城城南菜場）；抗壞血酸，石藥集團維生藥業（石家莊）有限公司；純凈水（食品科技園飲料實訓車間自制）。

1.2 儀器與設備

KFS-C4電子天平（浙江凱豐集團公司）；JP-100超聲波清洗機（深圳市潔盟清洗設備有限公司）；J-HH-4A精密數顯恒溫水浴鍋（上海冠森生物科技有限公司）；QC-LL2435破壁料理機（佛山乾程電氣科技有限公司）；TDL-40C低速臺式大容量離心機（上海安亭科學儀器廠）。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

荸薺挑選→清洗→稱重→預處理→破碎→離心→荸薺漿液→備用

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 荸薺預處理

選擇無破損、無蟲洞、顏色較深的新鮮荸薺，成熟度較好，荸薺甜度較高；將荸薺清洗干凈，置于超聲波清洗機中常溫超聲處理5～10 min；清洗后置于一定比例的純凈水中，在水浴鍋中按照設定溫度預處理一段時間，處理完畢后從水浴鍋中取出，瀝干。

1.3.2.2 荸薺漿液

預處理后荸薺加入純凈水，質量比1∶1，按照荸薺質量0.01%加入抗壞血酸后置于破壁機中，破碎后以4 000 r/min離心10 min，上層溶液即為荸薺漿液，下層沉淀物烘干粉碎后加入焙烤食品中。

1.4 評價指標

總黃酮類測定采用硝酸鋁絡合分光光度法[7]，可溶性固形物按GB/T 12143—2008《飲料通用分析方法》規定的方法執行[8]。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 不同液料比處理對荸薺漿液的影響

將荸薺洗凈瀝干，精確稱重后按照液料比加入純凈水，置于75 ℃水浴鍋中，處理15 min，取出瀝干后按照質量比1∶1加入純凈水，在破壁機中進行破碎，破碎漿液經離心后即得荸薺漿液，測定荸薺漿液中總黃酮和可溶性固形物含量。

由圖1可見，隨著液料比逐漸增加，總黃酮及可溶性固形物含量均呈現逐漸上升后快速下降的趨勢，尤其是可溶性固形物的下降趨勢更顯著。推測是因為一定程度的預處理會加快荸薺細胞的膨脹，導致細胞間隙變大或細胞膜壁破裂，有利于黃酮的釋放[9-10]，淀粉受熱會發生糊化和降解[11]，但隨著料液比增大，流失于水中的黃酮及還原糖量顯著大于釋放量，導致總黃酮和可溶性固形物出現下降的情況。液料比為15∶1（mL/g）時總黃酮及可溶性固形物達到峰值，因此選擇10∶1，15∶1和20∶1（mL/g）進一步優化，確定最佳液料比。

圖1 不同液料比處理對荸薺漿液的影響

2.1.2 不同溫度處理對荸薺漿液的影響

將荸薺洗凈瀝干，按照液料比15∶1（mL/g）加入純凈水，按照一定的溫度處理15 min，取出瀝干后進行破碎，破碎漿液經離心后測定總黃酮和可溶性固形物含量。

由圖2可見，隨著溫度不斷升高，總黃酮及可溶性固形物含量均呈現先快速上升后下降趨勢。推測原因是處理溫度在75 ℃及以下時，能促使荸薺細胞中黃酮類物質的釋放，但隨著溫度進一步升高，高溫會導致黃酮類物質被破壞[12]，同時加速荸薺中水溶性物質溶出，導致可溶性固形物下降。因此選擇65，75及85 ℃進一步優化，獲得最佳處理溫度。

圖2 不同溫度處理對荸薺漿液的影響

2.1.3 不同時間處理對荸薺漿液的影響

將荸薺洗凈瀝干，按照液料比15∶1（mL·g-1）加入純凈水，75 ℃處理一定時間后瀝干，破碎漿液經離心后測定總黃酮和可溶性固形物含量。

由圖3可見，隨著處理時間延長，總黃酮、可溶性固形物含量均呈現先上升后下降趨勢。推測是因為預處理過程是以純凈水為傳熱介質，荸薺中的黃酮類物質以及其他可溶性物質會流失[13]，低于20 min時，所釋放黃酮類物質和分解的水溶性物質大于流失量，但隨著時間延長，流失的物質高于釋放量。綜合考慮節能及成本原因，選擇10，15及20 min進一步優化，獲得最佳處理時間。

圖3 不同時間處理對荸薺漿液的影響

2.2 響應面試驗及結果分析

根據單因素試驗結果，由Box-Behnken的中心組合設計原理，總黃酮與可溶性固形物變化趨勢一致，選擇響應變量Y為總黃酮，采用三因素三水平的響應面試驗，因素水平見表1，響應面試驗方案及結果見表2。

表1 響應面試驗因素水平表

利用Design Expert 8.0.6.1軟件，對表2試驗數據進行二次多項回歸擬合，得到總黃酮對自變量液料比（A）、處理溫度（B）和處理時間（C）的多元回歸方程：總黃酮=0.18+0.003 375A-0.000 5B+0.008 125C+ 0.000AB+0.001 25AC+0.000 5BC-0.020A2-0.005 825B2-0.009 075C2。

表2 響應面優化結果

表3中模型的F=99.29，說明對感官評分所建立的回歸模型顯著，一次項A、二次項B2影響顯著，一次項C及二次項A2、C2影響高度顯著，其余項影響不顯著。失擬項F=0.14，相對誤差不顯著。相關系數R2=0.992 2，Radj2=0.982 2。

表3 回歸模型方差分析表

圖4顯示，在處理時間恒定的情況下，隨著液料比和處理溫度不斷增大，總黃酮呈先升后降趨勢。液料比與處理溫度有一定交互影響，液料比影響高于處理溫度對荸薺漿液總黃酮的影響。

圖4 液料比與處理溫度對荸薺漿液總黃酮的交互影響

圖5顯示，在處理溫度恒定的情況下，隨著液料比和處理時間的增加，總黃酮呈先升后降趨勢。液料比與處理時間有一定交互影響，處理時間的影響高于液料比對荸薺漿液總黃酮的影響。

圖5 液料比與處理時間對荸薺漿液總黃酮的交互影響

圖6顯示，在液料比恒定情況下，隨著處理溫度和處理時間增加，總黃酮呈先升后降趨勢。處理溫度與處理時間有一定交互影響，處理時間的影響高于處理溫度對荸薺漿液總黃酮的影響。

圖6 處理溫度與處理時間對荸薺漿液總黃酮的交互影響

處理時間對荸薺漿液總黃酮的影響最大，液料比的影響次之，處理溫度的影響最小。

2.3 驗證試驗

響應面優化最佳結果為液料比15.49∶1（mL/g）、處理溫度74.77 ℃、處理時間17 min。荸薺漿液中總黃酮為0.186 415 mg/mL。為驗證預測值與真實值之間的擬合程度及方程有效性，采用總黃酮最大響應值對應的響應因素值進行驗證，考慮實際情況，對響應因素值進行修正：液料比15.5∶1（mL/g）、處理溫度74.8 ℃、處理時間17 min。3組平行試驗顯示荸薺漿液中總黃酮為0.186 mg/mL，與預測結果0.186 415 mg/mL高度相符，試驗模型有效，可溶性固形物達6.29%；而不經處理的荸薺漿液中可溶性固形物為3.35%，總黃酮僅0.097 mg/mL。

3 結論

將荸薺置于15.5倍的純凈水中，在溫度74.8 ℃處理17 min后，進行破碎離心制備的荸薺漿液中總黃酮為0.186 mg/mL，可溶性固形物為6.29%，分別是未處理荸薺的1.92倍和1.88倍。荸薺漿液呈米白色、荸薺清香、半透明狀態，可用于荸薺飲料、荸薺汁、荸薺濃縮汁以及荸薺速溶粉等產品的制備，豐富荸薺產品類型，提高荸薺的附加值，促進荸薺產業健康可持續發展。