响应面法优化树莓-藕复合果丹皮加工工艺及活性成分分析

柳雅馨,樊梓鸾,*,杨蕾玉,绰尔鹏,李 娜,付玉杰

(1.东北林业大学林学院,黑龙江哈尔滨 150040；2.东北林业大学森林植物生态学教育部重点实验室，黑龙江哈尔滨 150040)

莲藕(NelumbonuciferaGaertn)为睡莲科多年生宿根水生植物,含有丰富的淀粉、蛋白质、VC、果糖、蔗糖、胡萝卜素、多酚类物质及钙、磷、铁等[1],具有一定的保健作用。据《本草纲目》等记载,莲藕生食能清热凉血、散瘀、止血、止渴、醒酒,熟食可养血、开胃、健脾、益气、滋阴、止泻等,是一种药食同源的食物,《神农本草经》将其列为上品[2]。严守雷等[3]发现,莲藕多酚具有很好的抑菌效果。

树莓(Raspberry)也称托盘、覆盆子,蔷薇科悬钩子属(RubusL.)植物,属灌木小浆果。其果实营养丰富,除含有常见的糖、酸、微量元素、纤维素、维生素外,还含有其他水果中少见的VE、鞣化酸、硒、SOD、类黄酮等药用保健物质,因此,树莓具有显著的抗癌、防衰老、防治心脏病、降低胆固醇、消除便秘等功能,是重要的保健浆果[4]。树莓中含有的抗氧化物质主要有黄酮类、多酚类、多糖类和维生素类等[56]。樊梓鸾等[7]研究了5种浆果的体外抗氧化及抗癌活性,证实了浆果花色苷具有较强的抗氧化作用和抗细胞增殖活性。

本实验以莲藕和树莓为原料,优化树莓藕复合型果丹皮配方,重点研究甜味剂的添加量,柠檬酸添加量和树莓与藕的比例,通过果藕混合,浓缩,烘干,冷却等工艺操作,研制出一种既保持树莓、鲜藕原有的营养价值和保健作用,又有独特风味和口感的复合型果丹皮,通过测定产品的抗氧化活性成分,证实其主要成分并未损失,为树莓和鲜藕的开发及利用提供了新的方向。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

树莓 黑龙江省哈尔滨市购;鲜藕 上海市购;木糖醇、白砂糖、果葡糖浆、柠檬酸、魔芋粉 黑龙江省哈尔滨市购;维生素C、6羟基2,5,7,8四甲基苯并二氢吡喃2羧酸(Trolox,水溶性VE)、福林酚(FCR) Sigma公司;没食子酸标准品(纯度≥98%)、儿茶素标准品(纯度≥95%) 阿拉丁试剂公司;其他试剂 均为国产分析纯。

722型分光光度仪 上海精密仪器有限公司;小熊料理机 九阳电器有限公司;FA25高剪切分散乳化机 上海弗鲁克流体机械制造公司;PHS26数显pH计 上海精密仪器有限公司;ALC1104电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司;FA2004电子天平 上海天平仪器厂;快速混匀器 江苏新康医疗器械有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 树莓藕复合果丹皮加工工艺 工艺流程:原料选择→预处理→打浆→浓缩(加入配料)→铺盘→烘干→冷却→包装。

操作要点:选择新鲜树莓和莲藕,剔除有损坏部分。藕清洗后去皮、切碎,上锅于100 ℃蒸30 min;树莓清洗后放入料理机打碎,用双层纱布过滤除去籽和皮。取300 g树莓滤液和100 g碎藕放入料理机中打浆。称量20%复合甜味剂(木糖醇60%、果葡糖浆20%、白砂糖20%),0.5%柠檬酸,0.5%维生素C,200 mL开水溶解并加入锅中,混匀,再称量0.2%魔芋粉,一边搅拌一边加入,不断搅拌熬煮30 min直至黏稠状。将混合物铺在不粘烤盘中约1 cm厚,放入烘箱45 ℃烘10 h,产品冷却至常温,取下,整形,分成3 cm×5 cm条状,真空包装。

1.2.2 感官评定 选择60名有一定感官评价经验的食品专业人员从色泽、气味、组织状态、口感四方面进行评价,总分为100分,得分取平均值,感官评价表如表1所示。

表1 感官评价表Table 1 Sensory evaluation

1.2.3 单因素实验 为了确定果丹皮的最佳配比,在其他条件和工艺均保持不变的情况下,分别调整柠檬酸添加量,藕果比,复合甜味剂的添加量,将制作好的果丹皮进行感官评分,每组样品测10个平行,去掉极值取平均值。

1.2.3.1 柠檬酸添加量的选择 分别添加柠檬酸0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%,按照工艺流程制备树莓藕复合型果丹皮,比较不同柠檬酸添加量对产品感官的影响。

1.2.3.2 复合甜味剂添加量的选择 本研究通过预实验研制出含有木糖醇、果葡糖浆、白砂糖的复合甜味剂。按5%、10%、15%、20%、25%、30%的比例添加,按照工艺流程制备树莓藕复合果丹皮,比较不同复合甜味剂添加量对产品感官的影响。

1.2.3.3 树莓与藕比例的选择 分别根据树莓/熟藕为1∶1、1.5∶1、2∶1、2.5∶1、3∶1、3.5∶1、4∶1、4.5∶1,按照工艺流程制备树莓藕复合果丹皮,比较不同树莓/熟藕比例对产品感官的影响。

1.2.4 响应面实验 为了分析各因素之间的交互作用对产品感官的影响,综合预实验结果,在单因素基础上,采用响应面法,运用Design Expert 8.0设计三因素三水平响应面实验,根据其感官评价得分,确定最优配方,实验因子和水平见表2。

表2 响应面实验因素水平Table 2 Factors and levels of response surface methodology

1.2.5 树莓、藕和树莓藕复合果丹皮提取物的制备 电子天平精确称取树莓冻果、熟藕、树莓藕复合果丹皮各10 g,加入到100 mL 75%乙醇,搅拌机破碎5 min,取匀浆,滤纸过滤,收集滤液,避光4 ℃贮存备用[8]。

1.2.6 抗氧化活性成分分析

1.2.6.1 多酚含量的测定 采用福林酚显色法检测多酚的含量[9],没食子酸为标准品,测定反应体系包括:10 mL比色管中分别加入125 μL没食子酸标准溶液或多酚样品,0.5 mL蒸馏水,125 μL福林酚试剂(FCR),充分混匀,6 min后加入7% Na2CO3水溶液1.25 mL,用蒸馏水补足至终体积3 mL。室温下放置90 min,测定760 nm波长处蓝色溶液的吸光度[7]。进行3组平行实验,以吸光值A(y)值为纵坐标,浓度x(mg/mL)为横坐标,用最小二乘法进行线性回归,得到标准曲线回归方程:y=1.766x+0.1282,R2=0.9992。

浓度与多酚含量之间的关系用公式表示,如下式:

式中:X总酚量,mg/g;C没食子酸浓度,mg/mL;V提取液体积,mL;N稀释倍数;M样品质量,g。

1.2.6.2 黄酮含量的测定 采用AlCl3比色法检测总黄酮含量[10],儿茶素为标准品,测定反应体系包括:10 mL比色管中分别加入0.25 mL儿茶素标准溶液或多酚提取物,75 μL 5% NaNO2,0.5 mL蒸馏水,漩涡振荡混合均匀,静置反应6 min后加入150 μL 10% AlCl3·6H2O,反应5 min,迅速加入1 mol/L的NaOH溶液0.5 mL,将反应体系定容至2.5 mL,混匀,测定510 nm波长下的吸光度,以不加AlCl3·6H2O试剂为空白参比,重复3次,以吸光值 A(y)值为纵坐标,浓度(x,mg/mL)为横坐标,用最小二乘法进行线性回归,得到标准曲线回归方程:Y=2.8925x+0.001,R2=0.9990。

浓度与总黄酮含量之间的公式如下,根据公式:

式中:P样品中总黄酮含量,mg/g;A根据标准曲线测得待测样液中黄酮含量,mg;M样品质量,g。

1.2.6.3 花色苷的测定 总花色苷含量的测定用pH示差分光光度法[11]。

缓冲液的配制:称取1.49 g KCl加入100 mL蒸馏水中,用盐酸溶液调至pH=1;乙酸钠缓冲液的配制:称1.64 g乙酸钠加入100 mL蒸馏水中,用盐酸溶液调至pH=4.5。

样液的配制:精密量取200 μL提取液分别与5 mL缓冲液混合,避光静置15 min,用紫外分光光度仪分别在510 nm和700 nm测定波长。以75%乙醇为空白比色。总花色苷的含量用下式计算:

式中:A吸光值,A=(A510 nmA700 nm)pH1(A510 nmA700 nm)pH4.5;ε矢车菊花素3葡萄糖苷的消光系数,26900;DF稀释因子;MW矢车菊花素3葡萄糖苷的分子量,449.2 g/mol;V最终体积,mL;Wt产品重量,mg;L光程,1 cm。

1.3 数据处理

2 结果与分析

2.1 单因素分析优化产品配方

2.1.1 柠檬酸添加量的确定 柠檬酸添加量对产品感官评价的影响结果如图1。

图1 柠檬酸添加量对产品感官评分的影响Fig.1 Effect of citric acid added quantity on sensory evaluation of product

由图1可知,随着柠檬酸添加量的增加,感官评分逐渐上升,适当的酸味可以削弱过多的甜腻感,口感较好,当柠檬酸添加量达到0.5%,感官评分最高,达93.1。但随着柠檬酸添加量继续增多,超过0.5%时,感官评分趋于下降。主要是由于添加过多的酸导致口感不良,过于酸涩。因此适宜的柠檬酸添加量为0.5%。

2.1.2 复合甜味剂添加量的确定 复合添加剂添加量对产品感官评价的影响结果如图2。

图2 复合甜味剂添加量对产品感官评分的影响Fig.2 Effect of compound sweeteners added quantity on sensory evaluation of product

由图2可知,随着甜味剂用量增加,感官评价呈先升高后降低的趋势。复合甜味剂添加过低会导致味淡,口感不佳,感官评分低;当复合甜味剂添加量为20%时,感官评分最高,达85.6;但随着复合甜味剂添加量继续增加,则造成口味过甜,口感过于黏腻,表面黏稠等特点。

2.1.3 树莓与藕比例的确定 树莓与藕的比例对感官评价的影响结果如图3。

图3 树莓与藕的比例对产品感官评分的影响Fig.3 Effect of ratio of raspberry and lotus root on sensory evaluation of product

由图3可知,随着树莓比例增加,感官评价呈先升高后降低的趋势。树莓可以为产品着色,并提供清香果香,不干硬,当树莓/藕比例为3∶1时,感官评分最高达86.4;但随着树莓比例继续增加,则造成黏稠性较差,流动性大,咀嚼性差等影响,感官评分降低。

2.2 响应面法优化确定产品配方

2.2.1 响应面实验结果与分析 由表4可知,模型p<0.0001,表明感官评分的回归方程模型呈极显著,在统计学上有意义,失拟项不显著,p=0.2527>0.05。模型R2为93.52%,与实际拟合度大于90%,模型预测值能较好的反映实际值,这种方法可行。所以回归方程可以代替真实点对实验结果进行分析。模拟项的二次项A2、B2、C2达到极显著水平(p<0.0001)。C项p=0.0366<0.05,达到显著水平,A、B项p>0.05，不具有显著水平。结合表4中F值,可以看出各因素对于产品感官评分的影响顺序分别为:C>A>B。由软件得到模型回归方程为:Y=93.01+1.08A+0.12B+1.37C+0.38AB+0.13AC1.37BC-4.52A23.99B23.46C2。

表3 响应面设计方案及结果Table 3 Experimental design and results of response surface methodology

表4 回归模型的方差分析Table 4 ANOVA analysis of regression model

2.2.2 响应面曲面分析 图4～图6是根据各因子之间的交互作用的响应面图。由图4可知,固定树莓/藕=3∶1时,A(柠檬酸添加量)和B(甜味剂添加量)的添加量都对响应值呈倒U型变化。A(柠檬酸添加量)对模型响应面坡度的改变大于B(甜味剂添加量),表明两者中对感官评价得分影响较大的因素为A(柠檬酸添加量)。由图5可知,固定甜味剂添加量20%时,A(柠檬酸添加量)与C(树莓/藕)对响应面影响差异不明显,两者对感官评价的影响相差不大。由图6可知,固定柠檬酸添加量为0.5%时,C(树莓/藕)相较于B(甜味剂添加量)对响应面坡度的影响大,使坡面更为陡峭,表明C(树莓/藕)对感官评价得分的影响大于B(甜味剂的添加量)。

图4 柠檬酸添加量和甜味剂添加量对感官评分的影响Fig.4 Effect of citric acid and the amount of sweetener on sensory score

图5 柠檬酸添加量和树莓/藕对感官评分的影响Fig.5 Effects of citric acid addition and raspberry/lotus root on sensory score

图6 甜味剂添加量和树莓/藕对感官评分的影响Fig.6 Effects of the amount of sweetener and raspberry/lotus root on sensory score

根据SAS分析得到最大响应值时,A(柠檬酸添加量)、B(甜味剂添加量)、C(树莓/藕)对应的编码值分别是A=1.08,B=0.12,C=1.37,对应的最佳配方为:柠檬酸添加量0.51%,甜味剂添加量为19.93%,树莓∶藕为3∶1,感官评价得分为93分。

考虑实际生产的便利,选取柠檬酸添加量为0.5%,甜味剂添加量为20%,树莓/藕为3∶1,按照此配方,进行验证实验,经专业人士感官评价,得分为95分,与理论值93分,相对误差为1.93%,回归模型较稳定。因此,响应面对树莓藕复合果丹皮配方的优化是可行的。

2.3 树莓、熟藕、树莓藕复合果丹皮活性成分分析

2.3.1 采用福林酚比色法检测总酚含量 树莓、熟藕、树莓藕复合果丹皮的总酚量如图7所示。

图7 树莓、熟藕、树莓藕复合果丹皮中总多酚的含量Fig.7 The content of total polyphenols in raspberry,cooked lotus root and raspberrylotus root complex sweetened roll

由图7可知,树莓、熟藕、树莓藕复合果丹皮萃取物中,树莓总酚的含量为5.68 mg/g,熟藕总酚的含量为2.32 mg/g,树莓藕复合果丹皮总酚的含量为4.96 mg/g。按照优化设计产品由3份树莓,1份熟藕组成,根据树莓/熟藕混合比进行计算,估测产品的总酚含量应为4.84 mg/g,而实际含量4.96>4.84 mg/g (p<0.05),因此,采用本方法研制的复合果丹皮产品是一款具有较高多酚含量的休闲食品。

2.3.2 采用AlCl3比色法检测总黄酮含量 树莓、熟藕、树莓藕复合果丹皮的总黄酮含量如图8所示。

图8 树莓、熟藕、树莓藕复合果丹皮中总黄酮含量Fig.8 The content of total flavonoids in raspberry,cooked lotus root and raspberrylotus root complex sweetend roll

由图8可知,树莓的总黄酮含量为85.8 mg/g,熟藕的总黄酮含量为7.4 mg/g,树莓藕复合果丹皮产品的总黄酮含量为57.6 mg/g。按照优化设计产品由3份树莓,1份熟藕组成,根据树莓/熟藕混合比进行计算,估测产品的总酚含量应为66.2 mg/g,略高于实际含量57.6 mg/g,可能是由于在加工过程中活性成分略有损失,但此树莓藕果丹皮的产品口感有了大幅度的提升,同时保留了大部分黄酮含量,具有一定的推广应用价值。

2.3.3 采用pH示差法测得树莓、熟藕、树莓藕复合果丹皮的总花色苷含量 树莓、熟藕、树莓藕复合果丹皮的花色苷的含量如图9所示。

图9 树莓、熟藕、树莓藕复合果丹皮中总花色苷含量Fig.9 The content of anthocyanins in raspberry,cooked lotus root and raspberrylotus root complex sweetend roll

由图9可知,树莓、熟藕、树莓藕复合果丹皮萃取物中,总花色苷的含量有很大差异。花色苷是花色素与糖以糖苷键结合而成的一类化合物,广泛存在于植物的花、果实、茎、叶中。其中树莓的含量最高为0.227 mg/g,熟藕中花色苷为0.026 mg/g,树莓藕复合果丹皮的中花色苷含量为0.125 mg/g,少于树莓,多于熟藕。

3 结论

目前,市场上已经有树莓果丹皮的销售,本实验在原树莓的基础上引入藕,丰富了果丹皮的种类,树莓藕复合果丹皮的多酚、黄酮以及花色苷的含量略低于树莓,主要由于加工过程中的少量活性成分损失,但提高的树莓和藕产品的品质和感官,同时具有一定营养价值。在单因素的基础上采用响应面优化树莓藕复合果丹皮的配方,确定了树莓藕复合果丹皮的最佳配方:柠檬酸添加量为0.5%,复合甜味剂添加量为20%,树莓与藕的比例=3∶1,在此条件下制备的产品感官评分最高为93分,所得到的复合型果丹皮色泽鲜艳,无裂痕、口感酸甜度适中,有树莓的香气、酸甜适口,具有浓郁的树莓味道。

通过测定树莓、熟藕、树莓藕复合果丹皮乙醇提取物中活性成分的含量,得到树莓藕复合果丹皮的多酚含量为4.96 mg/g、总黄酮含量为57.6 mg/g,花色苷含量为0.125 mg/g,三者含量均处于树莓和熟藕之间,可以较好的保留原料的营养成分,下一步将进行产品的体外消化吸收实验。本课题的研究不仅测得树莓藕复合果丹皮产品的营养成分,还为浆果和鲜藕的开发提出的新的发展思路。

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