馬尾松針茉莉復合醋飲工藝優(yōu)化及功能性研究

施麗芬,楊成瑞,董霞

(云南農業(yè)大學 食品科學技術學院,昆明 650201)

馬尾松針為松科松屬植物,含有豐富的糖類、微量元素、黃酮類化合物、莽草酸等天然活性物質[1],具有鎮(zhèn)痛、抗氧化、降血糖、抑菌等作用[2],可作為天然抗氧化劑和抗氧化功能食品的良好來源。松針的研究開發(fā)主要集中于功能成分的提取,在動物飼養(yǎng)和提取香料方面應用居多,在食品方面,有簡單的干制松針茶產(chǎn)品。松針醋是馬尾松針經(jīng)過預處理、酶解、發(fā)酵等工藝流程制成的風味獨特、有一定抗氧化性能的產(chǎn)品。茉莉花是木樨科直立或攀援灌木,富含多酚、揮發(fā)油類、香豆素等成分[3-5],具有降血脂、降血糖、抗氧化等功能[6-8];甘草為豆科類植物,含有多糖、香豆素、黃酮[9-10]等多種生物活性成分,近些年來大量研究表明,甘草中主要的抗氧化和降血糖活性成分為黃酮類和多糖化合物[11-13]。目前,體外降血糖功效研究主要通過抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的活性來阻礙碳水化合物的消化吸收,進而控制血糖水平[14]。

傳統(tǒng)原料的醋飲難以滿足人們對多種營養(yǎng)物質及生理活性物質的需求, 富含天然成分的復合飲料不斷出現(xiàn),逐漸成為健康醋飲產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢。目前,以松針為原料的植物性食醋產(chǎn)品較少,對松針醋與植物性原料進行復配功能的研究鮮有報道。因松針原料本身青澀味較濃,且3種樣品均含有生物活性的黃酮類物質,為改善醋飲的口感、風味和增強飲料的功能性,添加茉莉和甘草進行增香提質,研制富含天然成分的多功能復合醋飲。

本研究選用實驗室前期制備的馬尾松針醋為原料,以茉莉花、甘草進行復配。采用單因素實驗結合響應面法優(yōu)化工藝,對所得樣品的抗氧化活性及α-淀粉酶抑制率進行測定,對食醋產(chǎn)品的多樣化、松針資源的開發(fā)利用及林區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展都具有一定的現(xiàn)實意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬尾松針醋:實驗室發(fā)酵;甘草:昆明中藥材市場;茉莉花:昆明七彩云花生物科技有限公司;蘆丁、α-淀粉酶:上海源葉生物科技有限公司;硝酸鋁、氫氧化鈉、冰醋酸、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)等試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設備

QUC-23050-J00真空離心濃縮機、R206B旋轉蒸發(fā)儀 上海精密科學儀器有限公司;HH-2恒溫水浴鍋 江蘇金壇市杰瑞爾電器有限公司;721-100紫外可見分光光度計 成都特思特儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 復配樣液的制備

1.3.2.1 松針醋的制備

馬尾松針醋于云南農業(yè)大學花卉組實驗室發(fā)酵制備,酸度為4.27%。

1.3.2.2 茉莉花提取液的制備

準確稱取10 g茉莉花,以1∶20的比例添加蒸餾水,在85 ℃的水浴鍋中提取2 h后冷卻備用[15]。

1.3.2.3 甘草提取液的制備

準確稱取10 g甘草,以1∶10的比例添加蒸餾水,在50 ℃的水浴鍋中提取1 h后冷卻備用[16]。

1.3.3 單因素實驗

在前期實驗的基礎上,以感官評分為評價指標,進行松針醋添加量(10%、20%、30%、40%、50%)、茉莉花提取液添加量(5%、10%、15%、20%、25%)、甘草提取液添加量(2%、4%、6%、8%、10%)為影響因素的單因素實驗。

1.3.4 復合醋飲最佳配方的Box-Behnken實驗

根據(jù)單因素實驗結果,利用Design-Expert 8.0軟件進行Box-Behnken實驗設計,以感官評分為響應值,對松針醋添加量、茉莉花提取液添加量、甘草提取液添加量進行配方優(yōu)化,因素水平見表1。

表1 因素水平表Table 1 Table of factors and levels

1.3.5 復合醋飲感官評價

參照GB 18187-2000《釀造食醋》設計感官評分表,選擇20名專業(yè)感官評價人員對產(chǎn)品進行評分,見表2。

表2 產(chǎn)品感官評分表Table 2 Product sensory scoring table

1.3.6 體外抗氧化實驗

參照文獻[17-20]的方法進行DPPH自由基清除能力、羥基自由基清除能力和還原力的測定。

1.3.7α-淀粉酶抑制率的測定

參照文獻[21]的方法進行α-淀粉酶抑制率的測定。

2 結果與分析

2.1 復合醋飲配方結果分析

2.1.1 復合醋飲配方單因素實驗結果分析

2.1.1.1 松針醋添加量對醋飲感官評分的影響

由圖1可知,隨著松針醋添加量的增加,感官評分先逐漸上升而后下降。松針醋添加量過少時,固形物含量較低,醋味過淡,影響色澤,醋飲風味不協(xié)調;松針醋添加量過多則醋飲顏色深,酸度過高,口感濃重,適口性較差,沉淀較多,影響整體感官品質。當松針醋添加量增加到40%時,醋飲的感官評分最高,為89.12分,組織狀態(tài)和風味最佳,因此,選擇30%、40%、50%這3個松針醋添加量進行響應面實驗。

圖1 松針醋添加量對感官評分的影響Fig.1 Effect of Pinus massoniana Lamb. vinegar addition amount on the sensory score

2.1.1.2 茉莉花提取液添加量對醋飲感官評分的影響

由圖2可知,茉莉花提取液添加量的變化對成品的感官評分影響較顯著。隨著茉莉花提取液添加量的增加,醋飲的感官評分呈先上升后下降的趨勢。茉莉花提取液添加量過少時,醋飲的酸度較高,松針的青澀味明顯,口感較差,醋液渾濁不清透,風味不協(xié)調;茉莉花提取液添加量過多會使醋飲的苦澀味增強,茉莉香氣過濃,掩蓋松針醋特有的風味。當茉莉花提取液添加量增加到15%時,醋味醇和,原料風味協(xié)調,感官評分最高,為88.53分,因此,選擇10%、15%、20%這3個茉莉花提取液添加量進行響應面實驗。

圖2 茉莉花提取液添加量對感官評分的影響Fig.2 Effect of jasmine extract addition amount on the sensory score

2.1.1.3 甘草提取液添加量對醋飲感官評分的影響

由圖3可知,隨著甘草提取液添加量的增加,醋飲的感官評分呈先升高后降低的趨勢,甘草提取液添加量過多或過少都會影響成品的感官性狀,甘草提取液添加量過多時,醋飲甜度過高,風味和口感不協(xié)調;甘草提取液添加量過少時,醋飲的酸度過高,茉莉的苦澀味明顯,不符合大眾口味,適量添加會中和松針醋的酸味和茉莉花的苦味,使醋飲酸甜適宜,滋味更協(xié)調。當甘草提取液添加量為6%時,醋飲的組織狀態(tài)、口感最佳,感官評分最高,為86.75分,因此,選擇4%、6%、8%這3個甘草提取液添加量進行響應面實驗。

圖3 甘草提取液添加量對感官評分的影響Fig.3 Effect of liquorice extract addition amount on the sensory score

2.1.2 復配工藝響應面實驗

根據(jù)單因素實驗結果,以感官評分為指標進行實驗設計,確定醋飲的最佳復配工藝,實驗設計及結果見表3。

表3 復合醋飲配方響應面實驗結果Table 3 Response surface experimental results of compound vinegar drink formula

通過 Design-Expert軟件對實驗數(shù)據(jù)進行二次多項回歸擬合分析,得到感官評分(Y)對松針醋添加量(A)、茉莉花提取液添加量(B)和甘草提取液添加量(C)的二次多項回歸方程:Y=86.27+0.44A+0.22B-1.70C+5.39AB-1.99AC-1.47BC-4.30A2-5.16B2-7.22C2,回歸模型方差分析結果見表4。

表4 回歸模型方差分析表Table 4 Regression model variance analysis table

由表4可知,該回歸模型差異極顯著(P=0.000 7<0.01),方程的失擬項不顯著(P=0.605 6>0.05),相關系數(shù)R2=0.954 3,調整系數(shù)RAdj2=0.905 6,變異系數(shù)小于3%,表明所構建的模型合理,與實驗實際擬合程度較好,可信度良好,實驗結果可靠,可用來分析因素值與響應值之間的關系和變化情況,能夠準確分析和預測復合醋的最佳配方。由P值大小可知,交互項AB,二次項A2、B2、C2對復合醋感官評分的影響極顯著(P<0.01),一次項C對復合醋感官評分的影響顯著(P<0.05),由F值可知,各因素對醋飲感官評分的影響次序為甘草提取液添加量(C)>松針醋添加量(A)>茉莉花提取液添加量(B)。

各因素之間交互作用對復合醋感官評分影響的響應面3D圖及等高線圖見圖4～圖6。

圖4 松針醋添加量與茉莉花提取液添加量對感官評分影響的曲面圖及等高線圖Fig.4 Surface diagram and contour line of effect of Pinus massoniana Lamb. vinegar addition amount and jasmine extract addition amount on the sensory score

圖5 松針醋添加量與甘草提取液添加量對感官評分影響的曲面圖及等高線圖Fig.5 Surface diagram and contour line of effect of Pinus massoniana Lamb. vinegar addition amount and liquorice extract addition amount on the sensory score

圖6 茉莉花提取液添加量與甘草提取液添加量對感官評分影響的曲面圖及等高線圖Fig.6 Surface diagram and contour line of effect of jasmine extract addition amount and liquorice extract addition amount on the sensory score

由圖4～圖6可知,通過觀察三維圖曲面的傾斜度研究兩因素對響應值感官評分的影響,響應面圖均呈弧形,說明在一定范圍內,松針醋、茉莉花提取液和甘草提取液的添加量對復合醋的感官評分有影響。在響應面圖中,頂點向下的曲面坡度越大,說明實驗中單因素對響應值的影響越大,等高線圖的線圈形狀越接近橢圓,交互作用越顯著,相反線圈越圓則交互作用越不顯著。當某一因素添加量不變時,隨著另外一個因素添加量的增加,感官評分均呈先上升后緩慢下降的趨勢,3種樣液添加量的變化對醋飲的組織、風味、色澤、口感均有不同的影響,當松針醋添加量為40.43%、茉莉花提取液添加量為15%、甘草提取液添加量為8%時,等高線呈橢圓形,曲面達到最高點,說明3個因素對感官評分的影響較大。

根據(jù)軟件分析優(yōu)化可得復配的最佳工藝:松針醋添加量40.43%、茉莉花提取液添加量15%、甘草提取液添加量8%,此時感官評分為89.36分。考慮實際操作,將其調整為松針醋添加量40%、茉莉花提取液添加量15%、甘草提取液添加量8%,在此條件下進行驗證實驗,3次平行實驗得到的感官評分平均值為88.91分,該值在預測區(qū)間內,表明實驗結果可靠,該回歸模型可用于預測產(chǎn)品配方。

2.2 抗氧化活性研究

抗氧化物質能夠抑制酶的活性,與金屬離子絡合,終止自由基鏈式反應,進而抑制自由基對大分子的氧化損傷作用,松針、甘草和茉莉富含多酚、黃酮類化合物等天然物質,具有較強的抗氧化能力[22]。由圖7可知,松針原液、松針醋和復合醋的羥基自由基清除率分別為69.7%、74.9%、78.2%,表明3種樣液都能夠有效清除羥基自由基,且三者之間均存在顯著性差異。抗氧化能力的大小也可用還原能力的強弱評定,還原能力越高,說明抗氧化活性越好。由圖8可知,與松針原液比較,復合醋的還原力最好,松針醋次之,三者都具有一定的還原力。對于還原力的測定,3種樣品之間都呈現(xiàn)顯著性差異。DPPH自由基是一種穩(wěn)定的、以氮為中心的自由基,如果受試物能將其清除,則意味著受試物具有降低烷自由基或使自由基過氧化的能力[23]。由圖9可知,在同一濃度下,3種樣液對DPPH自由基都有較好的清除作用,松針原液、松針醋和復合醋清除DPPH自由基的能力分別為90.24%、95.94%、96.38%,復合醋的清除能力最好,松針醋次之。松針原液分別與松針醋和復合醋存在顯著性差異;復合醋和松針醋之間差異不顯著。

圖7 羥自由基清除能力的比較Fig.7 Comparison of hydroxyl radical scavenging ability注:相同小寫字母表示差異不顯著(P>0.05),不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05),下圖同。

圖8 還原力的比較Fig.8 Comparison of reducing power

圖9 DPPH自由基清除能力的比較Fig.9 Comparison of DPPH radical scavenging ability

松針原液的抗氧化活性較低,可能是黃酮類物質與原液中少量的蛋白質結合,形成聚合物,使得黃酮含量降低;有益菌的發(fā)酵促使有效物質的分解和釋放,生成大量的有機酸、醇類等物質,增強了抗氧化能力,復合醋有效集合松針、茉莉和甘草的營養(yǎng)成分和多酚類活性物質,其在酸性環(huán)境下相對比較穩(wěn)定,有效提高了清除自由基的能力,抗氧化能力最好。

2.3 α-淀粉酶抑制效果研究

在前期實驗的基礎上,將3種樣品進行離心,分別研究了松針原液、松針醋以及復合醋在不同稀釋度下對α-淀粉酶的抑制作用,見圖10。

圖10 不同樣液對α-淀粉酶的抑制作用Fig.10 Inhibitory effect of different sample solutions on α-amylase

由圖10可知,隨著稀釋倍數(shù)的增大,復合醋和松針醋對α-淀粉酶的抑制能力呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢,并具有濃度依賴性,原液在稀釋40倍時抑制率降低,稀釋50倍時升高隨后又下降,說明原液對α-淀粉酶的抑制活性不穩(wěn)定。在稀釋20倍時,三者對α-淀粉酶的抑制率最高,分別為56.13%、71.49%、80.67%。復合醋因活性成分含量較高,相比于松針醋和原液,其抑制活性有一定優(yōu)勢。因此,復合醋可以作為一種理想的α-淀粉酶抑制劑。

3 結論

最佳復配工藝參數(shù)為茉莉花提取液添加量15%、松針醋添加量40.43%、甘草提取液添加量8%。體外抗氧化實驗中,松針提取液、松針醋和復合醋清除羥基自由基的能力分別為69.7%、74.9%、78.2%,復合醋的還原力最好,松針醋次之。松針原液、松針醋和復合醋清除DPPH自由基的能力分別為90.24%、95.94%、96.38%,復合醋的自由基清除能力最好。復合醋對α-淀粉酶的抑制效果最好,且有濃度依賴性,稀釋20倍時,抑制能力最高,為80.67%。馬尾松針相比其他原料更新穎,成品醋飲口感、風味良好,酸甜適宜,具有一定的功能活性,其能豐富松針和食醋的產(chǎn)品類型,為松針資源的開發(fā)利用和食醋產(chǎn)品的多樣化提供新的參考。