蛹虫草-黄花复合饮料制备工艺研究*

南晓洁 ，朱 敏 ，郭伟伟 ，张雅君 ，郭 尚

（1.山西农业大学山西功能食品研究院，山西 太原 030031；2.大同黄花产业发展研究院，山西 大同 037004）

蛹虫草（Cordyceps militaris），别称为北冬虫夏草，与野生冬虫夏草同属肉座菌目（Hypocreales），是一种名贵的、可药食两用的中药材[1]。现代医学和营养学研究表明，蛹虫草中含有虫草酸、虫草多糖、虫草素、溶栓酶、麦角甾醇等多种活性成分[2]，已被应用到食品及保健品领域[3-4]，成为虫草研究及产业化发展中的热点。具有调节免疫、抗癌、抗氧化、降血糖等诸多生物活性功能的虫草多糖作为蛹虫草提取物的重要活性成分之一，受到越来越多学者的关注[5-7]。黄花菜（Hemerocallis citrina Baroni）又名萱草、金针菜，为百合科（Liliaceae）萱草属（Hemerocallis）植物，含有丰富的营养物质，具有抗抑郁、改善睡眠、催奶等多种功效[8-10]；“小黄花大产业”，亦有良好的发展前景。

根据中医药学理论与现代浸提技术，利用超声提取的空化作用使虫草多糖最大限度地透过细胞壁分散到提取溶剂中，在此基础上添加黄花菜；借鉴中药“君臣佐使”配伍理论，复配3种药食同源物料，包括可辅助降血糖和缓解疲劳的枸杞[11]，可益肾、固精、缩尿和养肝明目的覆盆子[12]，可抗氧化和抗病毒的桑葚[13]，以及补脾止泻和养心安神的莲子[14]；研发出一款富含蛋白质和14种氨基酸的复合饮料。在提高营养、丰富口感的同时，最大限度地满足现代人对营养成分可快速、便捷地获取的要求，开拓了蛹虫草和黄花菜产品加工新途径。

1 材料与方法

1.1 主要材料与试剂

蛹虫草子实体[15-16]，由山西农业大学山西功能食品研究院提供；冻干黄花菜粉，山西冰华食品科技有限公司；枸杞、覆盆子、桑葚、莲子，北京同仁堂药店；浓硫酸、苯酚、葡萄糖均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；D-无水葡萄糖，中国食品药品检定研究院；木糖醇，山东龙力生物科技股份有限公司；柠檬酸、黄原胶均为食品级，郑州百思特食品添加剂有限公司。

1.2 主要仪器与设备

AUW120D电子天平，日本岛津公司；G-16C高速台式离心机，德国赛多利斯公司；TU-1810PC紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；GWA-UN纯水仪，北京普析通用仪器有限责任公司；多功能粉碎机，天津市泰斯特仪器有限公司；KQ5200DA超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；HH6-Z恒温水浴锅，上海一凯仪器设备有限公司；101-OS电热鼓风干燥箱，上海力辰邦西仪器科技有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 蛹虫草提取液制备工艺流程及操作要点

工艺流程：蛹虫草→烘干→粉碎→过筛→称重→超声波提取→离心→取上清液备用。

操作要点：蛹虫草子实体于60℃烘至恒重，粉碎后过60目筛；称取子实体粉末加入水中进行超声破碎提取；4 000 r·min-1离心10 min，取上清液即为蛹虫草提取液。

1.3.2 蛹虫草提取液多糖含量测定

参照苯酚-硫酸法[17]测定多糖含量。

1.3.3 蛹虫草提取液制备工艺单因素试验设计

准确称取2.0 g蛹虫草子实体粉末，在其他因子不变的条件下，将料液比分别设定为 1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶70；浸提温度分别设定为 25℃、30℃、35℃、40℃、45℃；浸提时间分别设为20 min、25 min、30 min、35 min、40 min；浸提功率分别设为100 W、200 W、300 W、400 W、500 W。通过考察多糖提取率，确定各因素较适宜水平。

1.3.4 蛹虫草提取液制备工艺正交试验设计

以多糖提取率为考察指标，在单因素试验的基础上，采用L9（34）正交试验设计，筛选各因素的水平，对蛹虫草提取液制备的最佳工艺条件进行科学确定，见表1。

表1 正交试验因素及水平Tab.1 Factors and levels of orthogonal test

1.3.5 混合提取液制备工艺流程及操作要点

工艺流程：黄花粉、枸杞、覆盆子、桑葚、莲子+水→冷浸→沸水浸提2次→过滤→取上清→合并滤液。

操作要点：称取冻干黄花粉20 g、枸杞5 g、覆盆子5 g、桑葚8 g、莲子3 g，加入质量体积比为1∶8的水，冷浸40 min，沸水煮20 min，采用4层纱布过滤，取上部清液备用；将所得滤渣再加入质量体积比为1∶6的水，沸水煮15 min，过滤后与第一次过滤所得上清液混合即为混合提取液，用于后续试验。

1.3.6 复合饮料制备工艺流程及操作要点

工艺流程：蛹虫草提取液+混合提取液→混合→调配→离心→灌装→杀菌→冷却→成品。

操作要点：将蛹虫草提取液与黄花菜、枸杞、覆盆子、桑葚、莲子的混合提取液进行混合，加入一定量的木糖醇、黄原胶、柠檬酸调配口感；搅拌均匀后，于6 000 r·min-1离心5 min，取上清液；分装到经灭菌处理的100 mL玻璃瓶中，加盖但不旋紧；放入水浴锅中加热脱气，水沸腾以后把瓶盖旋紧，沸水灭菌20 min，冷却，储藏。

1.3.7 复合饮料配方单因素试验设计

将蛹虫草提取液与黄花菜、枸杞、覆盆子、桑葚、莲子的混合提取液进行混合，在其他因子不变的条件下，木糖醇浓度分别设定为5%、6%、7%、8%、9%；柠檬酸浓度分别设定为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%；黄原胶浓度分别设定为0.05%、0.06%、0.07%、0.08%、0.09%。通过考察感官评分，确定各因素较适宜水平。

1.3.8 复合饮料配方响应面试验设计

将木糖醇浓度（A）、柠檬酸浓度（B）、黄原胶浓度（C）作为考察因素，在单因素试验的基础上，以产品的感官评价为考察指标，采用Box-Benhnken中心组合试验设计，进行3因素3水平试验来优化蛹虫草黄花复合饮料配方，并对试验结果进行响应面分析。响应面试验设计的因素水平设计见表2。

表2 响应面试验设计的因素水平Tab.2 Factors and levels of response surface experiment

1.3.9 复合饮料感官评价方法

将饮料样品进行随机编号，请10位感官评价人员对产品色泽、气味、口感、组织状态进行综合判定[18-19]，结果去掉最高分和最低分，取平均值作为样品最终得分，满分为100分。感官评定标准见表3。

表3 感官评价标准Tab.3 The sensory evaluation criteria

1.3.10 复合饮料营养成分检测

参照GB 5009.5-2016食品安全国家标准食品中蛋白质的测定[20]进行蛋白质含量的测定；参照GB 5009.124-2016食品安全国家标准食品中氨基酸的测定[21]进行氨基酸含量的测定。

1.4 数据处理

数据处理采用 Excel 2010软件；正交试验设计与分析采用正交小助手软件；响应面设计和方差分析采用Design Expert 8.06软件。

2 结果与分析

2.1 葡萄糖标准曲线

以D-葡萄糖作为标准品，得到的葡萄糖标准液线性回归方程为：

该回归方程的相关系数R2为0.999 9，说明葡萄糖在规定范围内线性良好。

2.2 蛹虫草提取液制备工艺单因素试验结果

2.2.1 料液比对多糖提取率的影响

不同料液比对多糖提取率的影响结果见图1。

图1 料液比对多糖提取率的影响Fig.1 Effect of material-to-liquid ratio on extraction rate of polysaccharide

由图1可知，当溶剂增加至料液比为1∶40时，多糖提取率最高，达到1.47%；一定范围内提取率随溶剂的增加而增加可能是由于超声的空化、机械效应以及引起体系温度的上升，提高了液相体积的效能[22]。料液比1∶40之后随着溶剂的增加，多糖提取率呈现下降趋势；说明当溶剂过少时原料的溶解度低，使多糖提取率有所降低，溶剂过多时也会对多糖提取率产生影响。因此确定料液比为1∶40左右为宜。

2.2.2 提取温度对多糖提取率的影响

不同提取温度对多糖提取率的影响结果见图2。

图2 提取温度对多糖提取率的影响Fig.2 Effect of extraction temperature on extraction rate of polysaccharide

由图2可知，随着温度的升高，多糖提取率也随之增加，35℃时达到最高，之后多糖提取率随温度的升高而降低。开始时，多糖提取率呈上升趋势可能是因为多糖溶解度随温度的升高而增加；而后温度超过某个阈值，导致多糖中的热敏性物质变性、降解[22]，从而多糖提取率降低。最终确定提取温度在35℃左右为宜。

2.2.3 提取时间对多糖提取率的影响

不同提取时间对多糖提取率的影响结果见图3。

图3 提取时间对多糖提取率的影响Fig.3 Effect of extraction time on extraction rate of polysaccharide

由图3可知，多糖提取率总体呈抛物线趋势；随着超声时间的延长，多糖提取率上升；提取时间为35 min时，多糖提取率达到最大值；之后开始呈下降趋势。这可能是由于长时间的超声机械切割会破坏多糖结构，使损失增大，导致多糖提取率降低[23]。结果表明提取时间控制在35 min左右为宜。

2.2.4 提取功率对多糖提取率的影响

不同提取功率对多糖提取率的影响结果见图4。

由图4可知，随着超声提取功率的增加，多糖提取率先上升后降低；当超声提取功率为300 W时，多糖提取率达到最大；之后继续加大提取功率反而使多糖提取率降低。综合考虑，提取功率过高可能导致多糖降解，且从经济性角度出发，选择超声提取功率在300 W左右为宜。

图4 提取功率对多糖提取率的影响Fig.4 Effect of extraction power on extraction rate of polysaccharide

2.3 蛹虫草提取液制备工艺正交试验结果

根据单因素试验结果，进行正交试验，优化蛹虫草提取液制备工艺。正交试验结果分析见表4。

表4 蛹虫草提取液工艺确定正交试验结果与分析Tab.4 Results and analysis of orthogonal experimental for extraction technology of Crodyceps militaris

由表4可知，提取条件对多糖提取率影响从高到低依次为料液比（A）>提取温度（B）>提取时间（C）>提取功率（D），最佳工艺为A2B2C3D1，多糖提取率达1.47%。

2.4 复合饮料配方单因素试验

2.4.1 木糖醇浓度对复合饮料感官评分的影响

适当添加木糖醇有利于平衡饮料中各组分的风味，提升口感。不同木糖醇浓度对复合饮料感官评分的影响结果见图5。

图5 木糖醇浓度对复合饮料感官评分的影响Fig.5 Effect of xylitol concentration on sensory evaluation score of compound beverage

由图5可知，当木糖醇为5%～7%时，复合饮料的感官评分逐渐上升，至7%达到最高，甜度适中。而后可能由于木糖醇过量导致饮料过甜，影响口感，评分反而降低。故响应面分析试验因素水平选择木糖醇浓度为6%、7%和8%。

2.4.2 柠檬酸浓度对复合饮料感官评分的影响

柠檬酸具有调节口感的作用，不同柠檬酸浓度对复合饮料感官评分的影响结果见图6。

图6 柠檬酸浓度对复合饮料感官评分的影响Fig.6 Effects of citric acid concentration on sensory evaluation score of compound beverage

由图6可知，复合饮料的感官评分在柠檬酸为0.2%时达到最高，然后随着柠檬酸添加口感降低。柠檬酸过少时，饮料的酸甜比失调，影响产品的风味；而添加过多时，饮料整体偏酸，亦破坏其原有风味。因此，响应面分析试验选择柠檬酸浓度为0.1%、0.2%和0.3%的因素水平进行。

2.4.3 黄原胶浓度对复合饮料感官评分的影响

具有乳化稳定作用的黄原胶，可进一步提高饮料的稳定性。不同的黄原胶浓度对复合饮料感官评分的影响结果见图7。

图7 黄原胶浓度对复合饮料感官评分的影响Fig.7 Effects of xanthan gum concentration on sensory evaluation score of compound beverage

由图7可知，饮料的感官评分随着黄原胶添加而上升，0.08%时达到最高。可能是由于黄原胶含量上升促进植物蛋白疏水基团不断暴露，增强乳化性，使体系清亮透明[24]。继续添加黄原胶后沉淀率趋于稳定，综合考虑生产成本，选取黄原胶的最优浓度为0.08%。故响应面分析试验选择黄原胶浓度为0.07%、0.08%、0.09%进行。

2.5 复合饮料感官评定响应面试验结果与方差分析

根据单因素试验结果，建立Box-Behnken模型设计方案，进行复合饮料配比优化试验，响应面试验设计及结果见表5。

对表5数据进行多元回归拟合分析，建立回归模型，并得到各因素水平与感官得分的二次多项回归方程为：

表5 响应面分析方案及试验结果Tab.5 Response surface design arrangement and corresponding experimental result

对上述方程进行方差分析，结果见表6。

表6 响应面方差分析Tab.6 The variance analysis of response surface experiment

交互因素对复合饮料感官评分的影响见图8。

图8 交互因素对感官评分的响应曲面Fig.8 Response surface of sensory score by interaction factors

由图8可以看出，柠檬酸浓度与黄原胶浓度的交互作用显著。

通过对二次多项式回归模型分析，确定复合饮料的最佳配方为：木糖醇7.14%、柠檬酸0.21%、黄原胶0.08%，模型预测感官得分为92.76。

2.6 验证试验

为了进一步验证该工艺的可行性及可操作性，拟定验证试验配方为：木糖醇7.0%、柠檬酸0.2%、黄原胶0.08%。在此条件下进行3次平行试验，所得实际感官得分为92.86，表明该回归模型的预测性好。按照此配方生产的复合饮料呈红棕色，色泽均匀，口感圆润，酸甜适中，蛹虫草和黄花菜混合香味协调，风味独特，无明显沉淀物。

2.7 蛋白质及氨基酸检测结果

采用最佳配方（木糖醇7.0%、柠檬酸0.2%、黄原胶0.08%）生产复合饮料，检测其蛋白质含量，结果表明该饮料的蛋白质含量为750 mg·100-1mL-1。因为游离的氨基酸具有良好的呈味能力，于是进一步测定该复合饮料中的14种氨基酸，氨基酸检测结果见表7。

表7 复合饮料氨基酸检测结果Tab.7 The detection results of amino acid in compound beverage

由表7可知，此复合饮料含有14种氨基酸；其中丝氨酸、甘氨酸、苏氨酸和丙氨酸为甜味氨基酸，含量分别为 6.13 mg·100-1mL-1、0.56 mg·100-1mL-1、2.84 mg·100-1mL-1和 5.19 mg·100-1mL-1；天门冬氨酸和谷氨酸为鲜味氨基酸，含量分别为1.78 mg·100-1mL-1和2.10 mg·100-1mL-1；属于苦味氨基酸的有组氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸、亮氨酸，含量分别为 4.90 mg·100-1mL-1、1.47 mg·100-1mL-1、0.83 mg·100-1mL-1、1.51 mg·100-1mL-1。综合蛋白质和氨基酸检测结果，该复合饮料营养丰富，口感饱满，整体风味协调。

3 结论

通过单因素试验、正交试验、响应面分析法研究了蛹虫草黄花复合饮料的加工工艺。先以单因素试验及正交试验确定蛹虫草提取液的制备工艺，再通过单因素试验及响应面试验优化该复合饮料的最佳配方，得到蛹虫草提取液的最佳工艺（料液比1∶40、提取温度35℃、提取时间40 min、提取功率200 W）以及蛹虫草黄花复合饮料的最佳配方（木糖醇7.0%、柠檬酸0.20%、黄原胶0.08%）。在此配方下制作的蛹虫草黄花复合饮料饮料富含蛋白质和14种氨基酸，口感细腻丰满，色泽均匀，符合大众口味。通过此研究，有助于提升蛹虫草、黄花菜的经济价值，推动相关产业发展，为蛹虫草和黄花菜产品开发提供参考，具有广阔的市场前景。